1020 nghiên cứu chế tạo tính chất và ứng dụng của một số vật liệu cao su silica nanocompozit luận văn tốt nghiệp

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌCVÀCÔNGNGHỆ VIỆTNAM BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNG NGHỆ …… ….………… HỒNGTHỊ HỊA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦAMỘTSỐVẬTLIỆUCAOSUSILICANANOCOMPOZIT LUẬNÁNTIẾNSĨH Ó A HỌC HàNội-2016 i VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAMHỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNG NGHỆ …… ….***………… HỒNGTHỊ HỊA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT VÀ ỨNGDỤNG CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU CAO SU SILICANANOCOMPOZIT LUẬNÁNTIẾNSỸ HĨAHỌC Chun ngành: Hóa Hữu cơMãsố:62.44.01.14 Ngườihướng dẫnkhoa học: PGS.TS.Đỗ QuangKháng PGS.TS.NgôKếThế HàNội-2016 LỜIICAMĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi cáccộng Các kết nghiên cứu không trùng lặp chưa côngbốtrongtàiliệukhác Hà Nội,ngày tháng năm TÁCGIẢ Hồng ThịHịa LỜIICẢMMƠNN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Đỗ Quang Khángvà PGS TS Ngô Kế Thế, người thầy tận tâm hướng dẫn, bảo,giúpđỡtậntìnhtrongsuốtthờigiantơi luậnán Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo viện Hóa học, phịng Quản lýtổng hợp, cán nghiên cứu phịng Cơng nghệ Vật liệu Mơi trườngViệnHóa học- Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam đãủ n g h ộ giúp đỡtôitrongthờigianthực hiệnluận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sao Đỏ, lãnhđạo đồng nghiệp khoa Thực phẩm Hóa học động viên, chia sẻnhững khó khăn, tạo điều kiện thời gian cơng việc cho tơi hồn thànhphầnviệc cơngtrìnhnày Cuối tơi xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè động viên, cảmthơng,chia sẻtrong suốtqtrình hồnthiệnluận án Hà Nội,ngàyt h n g n ă m TÁCGIẢ Hồng ThịHịa MỤCLỤC DANHMỤCCÁC KÝHIỆU,CÁC TỪVIẾTTẮT .ix DANHMỤCCÁCBẢNG xii DANHMỤCCÁC HÌNH xv MỞĐẦU Chương1:TỔNGQUAN .3 1.1 Giớithiệuchungvềcaosunanocompozit 1.1.1 Khái niệmvàphânloại .3 1.1.2 Phânloạivậtliệucaosunanocompozit 1.1.3 Đặcđiểmcủavật liệu caosun a n o c o m p o z i t 1.1.4 Ưuđiểmcủavậtliệu caosunanocompozit 1.1.5 Tínhchấtcủavậtliệucaosusilicananocompozit 1.2 Cao su thiên nhiên, cao su butadien, cao su etylen-propylendienđồngtrùnghợp,nanosilica,phươngphápchếtạovàứngdụngvậtliệu caosunanocompozit .6 1.2.1 Giớithiệuvềcaosuthiênnhiên,caosubutadienvàcao suEPDM .6 1.2.1.1 Caosuthiênnhiên 1.2.1.2 Caosubutadien 1.2.1.3 Caosuetylen–propylen–dienđồngtrùnghợp(EPDM) 1.2.2 Nanosilica 1.2.2.1 Đặcđiểm,cấu trúcvàtính chất 1.2.2.2 Phươngphápbiếntínhsilica 1.2.2.3 Biếntínhsilicabằnghợpchấtsilan 11 1.2.3 Phươngpháp chếtạo caosusilicananocompozit .18 1.2.3.1 Phươngpháptrộnnóngchảy 18 1.2.3.2 Phươngpháptrộndungdịch 19 1.2.3.2.Phương phápsol–gel 20 1.2.4 Ứngdụngcủacaosunanocompozitđượcgiacườngbằngnanosilica 21 1.3 Nhữngkếtquảnghiêncứucaosusilicananocompozit .24 1.4 TìnhhìnhnghiêncứucaosusilicananocompozitởViệtNam 38 Chương2 : THỰCNGHIỆM .42 2.1 Vậtliệunghiêncứu 42 2.1.1 Nanosilicavà silan 42 2.1.2 Caosuvà cácp h ụ gia caosu 42 2.1.3 Cáchóa chấtkhác 43 2.2 Phương phápnghiêncứu 43 2.2.1 Biến tínhnanosilica bằngTESPT 43 2.2.2 Phươngphápchế tạomẫu 44 2.2.3 Phươngphápvàthiếtbịkhảosátqtrìnhbiếntínhbềmặtnanosilica 48 2.2.4 Cácphươngpháp xác định cấutrúc vàtính chấtcủavật liệu .49 Chương3:KẾTQUẢVÀTHẢO LUẬN 52 3.1 Xácđịnhđiềukiện tối ưu biến tínhbềmặt nanosilicab ằ n g TESPT 52 3.1.1 Xácđịnhnồngđộsilantốiưu 52 3.1.2 Xácđịnhthờigianphảnứng 55 3.1.3 Xácđịnhnhiệtđộphảnứng 55 3.1.4.Ảnhhưởngcủaqtrìnhpolymehóasilanđếnđộbềncủalớpbềmặtxửlý…57 3.1.5 Xácđịnhmức độsilanhóabằngphân tíchnhiệt 59 3.1.6 Ảnhhưởngcủaqtrình biếntínhtớikích thước hạt 60 3.1.7 Ảnhhưởngcủaqtrình biếntínhtớibềmặthạtnanosilica 62 3.2 Nghiêncứukhảnănggiacường củananosilicacho caosu thiênnhiên .63 3.2.1 Ảnhhưởngcủahàmlượngnanosilicađếntínhnăngcơhọccủavậtliệu 63 3.2.2 Ảnhhưởngcủahàmlượngnanosilicađếncấutrúchìnhtháicủavậtliệu 64 3.2.3 Ảnhhưởngcủananosilica đếntínhchấtnhiệtcủavậtliệu .66 3.2.4 Đánh giá độtrongcủavậtliệu 69 3.3 Nghiêncứu khảnănggiacường củananosilicacho cao subutadien .70 3.3.1 Ảnhhưởngcủahàmlượngnanosilicatớitínhchấtcơhọccủavậtliệu .70 3.3.2.Ảnhhưởngcủahàmlượngnanosilicađếncấutrúchìnhtháicủavậtliệu .72 3.3.3 Nghiên cứukhả năngbềnnhiệt củavậtliệu .74 3.3.4 Đánh giá độtrongcủavậtliệu 77 3.4 Nghiên cứu khảnănggiacường củananosilicacho cao suEPDM 78 3.4.1 Ảnhhưởngcủahàmlượngnanosilicatớitínhchấtcơhọccủavậtliệu .78 3.4.2 Ảnhhưởng củananosilicatớicấu trúc hình tháicủavật liệu 81 3.4.3 Ảnhhưởng củananosilicatớitính chấtnhiệt củavật liệu 82 3.4.4 Đánh giá độtrongcủavậtliệu 84 3.5 Nghiên cứu khảnănggiacường củananosilicacho cao sublend 86 3.5.1 NghiêncứukhảnănggiacườngcủananosilicachocaosublendCSTN/BR 86 3.5.1.1 NghiêncứuchếtạoblendCSTN/BR 86 3.5.1.2 Ảnhhưởngcủahàmlượngnanosilicađếntínhtínhchấtcơlýcủavậtliệu caosublendtrêncơsởCSTN/BR 88 3.5.1.3 Ảnhh n g c ủ a q u t r ì n h b i ế n t í n h b ằ n g s i l a n t i t í n h c h ấ t c họ c củavậtliệu 89 3.5.1.4.Ảnhhưởngcủaqtrìnhbiếntínhtớicấutrúchìnhtháicủavậtliệu 90 3.5.1.5 Ảnhhưởngcủaqtrìnhbiếntínhtớitínhchấtnhiệtcủavậtliệu 91 3.5.1.6 Phântíchcơnhiệt động(DMA) 97 3.5.1.7 Đánhgiáđộtrongcủavậtliệu 99 3.5.2 NghiêncứukhảnănggiacườngcủananosilicachoblendEPDM/BR 100 3.5.2.1 NghiêncứuchếtạoblendEPDM/BR .100 3.5.2.2 Ảnhhưởngcủachấtlàmtươnghợptớitínhchấtcơhọccủavậtliệu .101 3.5.2.3 Ảnhhưởngcủaqtrìnhbiếntínhtớitínhchấtnhiệtcủavậtliệu 102 3.5.2.5 Hệsố giàhóa củavậtliệu 104 3.5.2.6 Ảnhhưởngcủahàmlượngnanosilicatớitínhchấtcơhọccủavậtliệu 105 3.5.2.7 Cấutrúchìnhtháicủavậtliệu 107 3.5.2.8 TínhchấtnhiệtcủavậtliệutrêncơsởblendEPDM/BR 109 3.5.2.9 PhântíchDMA 111 3.5.2.10 Độtrongcủavậtliệu 112 3.5.3 NghiêncứukhảnănggiacườngcủananosilicachoblendEPDM/LDPE 114 3.5.3.1 NghiêncứuchếtạoblendEPDM/LDPE 114 3.5.3.2 ẢnhhưởngcủaqtrìnhbiếntínhtớitínhchấtnhiệtcủavậtliệutrêncơsởE PDM,LDPEvà blendcủa chúng 115 3.5.3.3 Cấutrúchìnhtháicủavậtliệu 116 3.5.3.4.HệsốgiàhóacủavậtliệutrêncơsởEPDM,LDPEvàblendcủachúng 116 3.5.3.5 ẢnhhưởngcủahàmlượngnanosilicatớitínhchấtcơhọccủavậtliệublendE PDM/LDPE .117 3.5.3.6.Ảnhhưởngcủaviệcbiếntínhbềmặtnanosilicatớitínhchấtcơhọccủavậtliệucaosub lendtrêncơsởEPDM/LDPE 118 3.5.3.8 Ảnhhưởngcủaqtrìnhbiếntínhtớitínhchấtnhiệtcủavậtliệutrên cơsởblendcủaEPDM/LDPEvànanosilica 121 3.5.3.9 PhântíchDMAmộtsốmẫuvậtliệutrêncơsởblendEPDM/LDPE 123 3.5.3.10 ĐộtrongcủavậtliệutrêncơsởblendEPDM/LDPEvànanosilica 125 3.6 Nghiêncứuứngdụngnanosilicatrong chế tạosảnphẩmcaosutrong 126 3.6.1 Sosánhhiệu quảgiacường củananosilicavới cácloại cao su 126 3.6.2 Đềxuấtcôngnghệchếtạocao su trongtrên cơsởBRvàEPDM 129 3.6.3 Côngnghệchếtạocaosutrong trêncơsởblend EPDM/LDPE 131 KẾTLUẬN 134 NHỮNGĐÓNGGÓPMỚICỦALUẬNÁN 136 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNH LIÊNQUANĐẾNLUẬNÁN .137 TÀILIỆUTHAMKHẢO 138 DANHMỤC CÁCKÝHIỆU,CÁCTỪVIẾTTẮT ABS Acrylonitrilbutadienstyrencopolyme ACM Caosu acrylic AGE Allylglycidylete APTMS Aminopropyltrimetoxysilan BDMA Butylenglycoldimetacrylat BR Cao subutadien Bt Biếntính BTOS i-butyltriethoxysilan CR Caosucloropren CSM Caosupolyetylenclorsunfuahóa CSTN Cao suthiên nhiên CTAB Cetyltrimetylamonibromit DCP Dicumylperoxit DGEBA DiglycidyletecủabisphenolA DMA Phântíchcơđộnghọc DMF N,N-dimetyl formamit DSC (Phươngphápphântích)nhiệt vi sai quét DTAB Dodecyltrimetylamonibromit DTES Bis(trietoxysilyl)decan DTOS Dodecyltrietoxysilan ENR Caosuthiên nhiên epoxyhoá EPDM Caosuetylenpropylenđienđồngtrùnghợp ETES Bis(trietoxysilyl)etan ETOS Etyltrietoxysilan ETOS Etyltrietoxysilan EVA Etylenvinylaxetatcopolyme EVAgMA Etylenvinylaxetatghépanhidritmaleic FESEM Kính hiển vi điệntửquéttrườngphátxạ FT-IR Phổhồng ngoạibiếnđổi Fourier GMA Glyxydylmetacrylat GPMDES Glycidoxypropylmetoxydetoxysilan HDPE Polyetylentỷtrọng cao HDTES Hexadecyltrietoxysilan HTES Bis(trietoxysilyl)hexan IR Caosuisopren LDPE Polyetylentỉtrọngthấp MMA Metylmetacrylat MOPTMS γ-metacryloxypropyltrimetoxysilan MPS 3-mercaptopropyltrimetoxysilan MPTES Methacryloxypropyltrimetoxysilan MPTMS 3-metacryloxypropyltrimetoxysilan MSMA 3-(trimetoxysilyl)propylmetacrylat MTMO 3–mercaptopropyltrimetoxysilan MTOS Methyltrietoxysilan NBR Caosuacrylonitrylbutadien NMR Phổcộnghưởngtừhạt nhân OTES n-octyltrietoxysilan PAc Polyacetal PAni Polyanilin PBT Polybutylenterephtalat PDDA Polydiallyldimetylamoniclorua PEN Poly(ethylen2,6-naphtalat) PETES Phenyletyltrietoxysilan PETOS Pentyltrietoxysilan PGMA Poly(glycidylmetacrylat), PIP Polyisopren pkl PMMA Phầnkhốilượng Poly(methylmetacrylat)