Nghiên ứu hoàn thiện tính chất vật liệu cao su có sử dụng sio2 biến tính

Sự đa dạng trong cỏc lĩnh vực sử dụng, chủng loại sản phẩm, tớnh năng kỹ thuật của cỏc sản phẩm cao su đó khiến nhu cầu sử dụng cỏc sản phẩm cao su trong cụng nghiệp và đời sống ngày càn

Nguyễn Tiến Phong Cao học 2007 – -2009

1

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội

_

Nguyễn Tiến Phong

Nghiên cứu hoàn thiện tính chất vật liệu cao su

có sử dụng SiO2 biến tính

chuyên Ngành: công nghệ vật liệu hóa học Mã số:

Luận văn thạc sĩ khoa học

Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi chơng

Hà NộI 2009

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, đợc các đồng tác giả cho phép sử dụng và cha từng đợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Tiến Phong

Lời cảm ơn

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp cùng sự nỗ lực cố gắng của bản thân, luận văn tốt nghiệp cao học của tôi đã hoàn thành

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp tại Trung tâm NCVL polyme đã tận tình dạy dỗ, bồi dỡng tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt hai năm học vừa qua

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, PGS TS Bùi Chơng ngời

đã hết lòng hớng dẫn, chỉ bảo trong thời gian thực hiện luận văn này

Do thời gian làm luận văn có hạn, điều kiện nghiên cứu hạn chế nên không tránh khỏi có những thiếu sót Tôi rất mong nhận đợc những đóng góp

từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn chỉnh hơn

Hà Nội, ngày 23 tháng 10 năm 2009 Học viên

Nguyễn Tiến Phong

Mục lục

Trang

2.2 Các phơng pháp nghiên cứu và thiết bị sử dụng 44

3.1 Nghiờn cứu chế tạo cao su thiờn nhiờn sử dụng silica 47 3.1.1 Khảo sát chế độ công nghệ biến tính silica bằng phơng

3.1.2 Chế tạo cao su thiờn nhiờn sử dụng Silica 49 3.1.3 Khảo sát ảnh hởng chế ộ công nghệ đến tính chất vật liệuđ 54

3.2.1 Tính năng cơ lý của blend trên cơ sở EPDM và CSTN 59 3.2.2 Khảo sát khả năng chịu lão hóa nhiệt 59

3.2.3 Khảo sát ảnh hởng của chất trợ tơng hợp đến tính năng

của blend

61 3.2.4 Khảo sỏt cấu trỳc hỡnh thỏi blend 63 3.2.5 Khảo sỏt tớnh chất nhiệt của vật liệu 64

Danh môc c¸c ký hiÖu vµ ch÷ viÕt t¾t

1B

Ký hiÖu vµ ch÷ viÕt t¾t Néi dung

Danh mục các bảng biểu

Bảng

số

1.2 Độ hũa tan của cỏc chất xỳc tiến trong EPDM 17 1.3 Blend giữa CSTN và cao su tổng hợp ứng dụng chế tạo lốp xe 28

3.1 Kết quả khảo sỏt ảnh hưởng thời gian nghiền đến kớch thước silica 47 3.2 Đơn phối liệu cao su thiờn nhiờn theo phần trăm trọng lượng 49

3.4 Kết quả khảo sát ảnh hởng của nhiệt độ trộn 54 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hởng của tốc độ trộn đến tính chất vật liệu 56

3.7 Kết quả phân tích nhiệt TGA của các mẫu vật liệu 67

3.2 Mẫu silica biến tớnh bằng TESPT trong thời gian 8 giờ 48 3.3 Biểu đồ sự phụ thuộc của momen xoắn vào thời gian 51 3.4 Biểu đồ sự phụ thuộc của nhiệt độ vào thời gian 51 3.5 Ảnh chụp bề mặt của mẫu 1( khụng sử dụng silica) 52 3.6 Ảnh chụp bề mặt của mẫu 2 (sử dụng silica 20PTL) 53 3.7 Ảnh chụp bề mặt của mẫu 3(sử dụng silica 10PTL) 53 3.8 Biểu đồ sự phụ thuộc của momen xoắn vào thời gian 55 3.9 Biểu đồ sự phụ thuộc của nhiệt độ vào thời gian 55 3.10 Biểu đồ sự phụ thuộc của momen xoắn vào thời gian 57 3.11 Biểu sự phụ thuộc của nhiệt độ vào thời gian 57

3.12 Sự phụ thuộc độ bền kéo vào tỉ lệ CSTN/EPDM 59 3.13 Sự ảnh hởng của nhiệt độ đến tính chất blend 60 3.14 Biểu đồ sự ảnh hởng của nhiệt độ đến tính chất blend 613.15 Sự ảnh hởng của chất trợ tơng hợp đến tính chất bend 62 3.16 Sự ảnh hởng của nhiệt độ đến tính chất blend khi sử dụng

3.18 Ảnh chụp mẫu cao su blend khi sử dụng chất trợ tương hợp 64

3.20 Đồ thị DSC và TGA của blend khi cha ó c

chất trợ tương hợp

66

3.21 Đồ thị DSC và TGA của blend khi có chất trợ tương hợp 66

MỞ ĐẦU

CCao su là vật liệu có nhiều tớnh năng kỹ thuật đặc biệt húng được sử dụng rộng rói trong cỏc Ngành cụng nghiệp để chế tạo săm lốp ụtụ, xe mỏy và cỏc sản phẩm dõn dụng khỏc như băng truyền, băng tải, dõy cu-roa… Cao su

cú độ bền cơ học thấp nhưng cú đại lượng biến dạng, đàn hồi rất lớn Sự đa dạng trong cỏc lĩnh vực sử dụng, chủng loại sản phẩm, tớnh năng kỹ thuật của cỏc sản phẩm cao su đó khiến nhu cầu sử dụng cỏc sản phẩm cao su trong cụng nghiệp và đời sống ngày càng tăng

Cỏc chất độn thường sử dụng trong CSTN là than đen kỹ thuật, kẽm oxit, canxi cacbonat, bột nhẹ, cao lanh, barit… Ngoài ra cũn sử dụng cỏc loại chất độn khỏc như silica, clay Chất độn tăng cờng silica khi chưa biến tớnhkhả năng tương hợp với CSTN khụng tốt do CSTN là vật liệu có cấu trúckhụng phõn cực trong khi silica lại là vật liệu có cấu trúc phõn cực Để hoàn thiện tính chất của CSTN cần thiết phải biến tính silica bằng các chất trợ tơng hợp

EPDM là cao su có độ bền cơ lý thấp nhng ngợc lại có khả năng chịu khí hậu rất tốt Nhằm nâng cao tính năng cơ lý và khắc phục các nhợc điểm của EPDM cần thiết phải trộn hợp với một số polyme khác có tính năng cơ lý cao Trong khuôn khổ đề tài này sử dụng CSTN có sử dụng silica biến tính nhằm khắc phục nhợc điểm trên

Do vậy nhiệm vụ cụ thể của đề tài này là: sử dụng SiO2 biến tính nhằm hoàn thiện tính chất của CSTN và chế tạo blend từ CSTN và EPDM

Ch¬ng I: TỔNG QUAN

1.1 Cao su thiên nhiên

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên là loại vật liệu được sản xuất từ mủ cây cao su thiênnhiên Hevea Brasiliensis của họ Đại Kích (Euphorbiaceae)

Cao su có lẽ được biết tới đầu tiên là Christophe Colomb trong hành trình thám hiểm sang châu Mỹ lần thứ hai Nhưng mãi đến năm 1625 người ta mới biết đến những lợi ích của nó Đến khi loài người tìm ra được quá trình lưu hóa chuyển cao su sang trạng thái đàn hồi bền vững thì sản lượng cao su sản xuất ra mỗi năm tăng vọt Nhờ hai phát minh của Handcook (nghiền dẻo)

và Goodyear (lưu hóa) mà công nghệ cao su phát triển mạnh mẽ, nhu cầu tiêuthụ tăng lên rất nhiều Ngành công nghiệp cao su tiến triển mạnh mẽ như ngày nay cũng phải nhờ các khám phá sau này như khám phá ra chất xúc tiến lưu hóa, chất chống lão hóa, chất độn tăng cường lực cho cao su …[1]

1.1.2 Cấu trúc hóa học của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên là polizopren - polymer của isoprene có công thức:

CH2

CH2

Ngoài đồng phân cis 1, 4 isopren trong cao su thiên nhiên còn khoảng 2% các mắt xích liên kết ở vị trí 3,4.

Khối lượng phân tử trung bình của cao su thiên nhiên là 1,3 x 106 Mức

độ dao động khối lượng phân tử rất nhỏ (từ 105 ÷ 2x106)

Ở nhiệt độ thấp, cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể

Cao su thiên nhiên kết tinh với vận tốc lớn ở -250C

Cao su thiên nhiên là polyme không phân cực nên tan tốt trong các dung môi không phân cực như dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng, CCl4, CS2 …

Khối lượng riêng: ρ = 913 kg/m3

Nhiệt độ thủy tinh hóa Tg -= 700C

1.1.4 Tính chất cơ học

Tính chất cơ học của cao su thiên nhiên được xác định từ hợp phần cao

su tiêu chuẩn có thành phần như sau:

Các tính chất cơ học của hợp phần cao su tiêu chuẩn như sau:

Độ bền kéo đứt: 23 MPa

Độ giãn dài tương đối: 700%

Độ giãn dài dư: < 12%

Độ cứng ShoreA: 65

Hỗn hợp cao su này có tính chịu lạnh tốt, đàn tính cao và chịu tác dụng lực động học lớn

Hệ số ổn định độ dẻo PRI cho các loại cao su khác nhau thì khác nhau:

- Cao su hong khói mắt sàng loại I: PRI = 80 ÷ 90%

- Cao su hong khói SMR 5: PRI < 60%–

- Cao su hong khói SMR 50: PRI < 30%–

Hệ số ổn định độ dẻo PRI càng cao thì vận tốc hóa dẻo cao su đó càng nhỏ, điều đó có nghĩa là cao su có hệ số PRI càng lớn thì khả năng chống lão hóa càng tốt

Cao su thiên nhiên có khả năng phối trộn với các chất độn và phụ gia trên máy luyện kín, luyện hở, có khả năng cán tráng, ép phun tốt, mức độ co ngót kích thước sản phẩm nhỏ

Trong quá trình bảo quản dễ chuyển sang trạng thái tinh thể, làm giảmtính mềm dẻo của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên là cao su không phân cực nên có thể trộn hợp với các lọai cao su không phân cực khác: cao su butadien, cao su isopren, cao su butyl …[1]

1.1.6 Ứng dụng của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên là loại cao su mà từ nó có thể sản xuất các mặt hàng dân dụng như săm lốp xe máy, xe đạp, các sản phẩm công nghiệp như băng chuyền, băng tải, dây cu roa làm việc trong môi trường không có dầu mỡ.-

Cao su thiên nhiên không độc nên từ nó có thể sản xuất các sản phẩm dùng trong y học và trong công nghiệp thực phẩm.[1,3]

1.1.7 Các phương pháp sản xuất cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên được sản xuất từ latex chủ yếu bằng hai phương pháp:

- Keo tụ mủ cao su, rửa phần keo tụ bằng nước mềm rồi sấy cao su đến

độ ẩm cần thiết Sản xuất cao su sống bằng phương pháp keo tụ cho phép nhận được sản phẩm có độ tinh khiết cao vì trong quá trình keo tụ hầu hết các hợp chất tan trong nước được giữ lại ở phần nước thải (serum)

- Cho bay hơi nước ra khỏi mủ cao su Phương pháp bay hơi cho sản phẩm cao su sống ở dạng cục chứa nhiều tạp chất cơ học và tất cả các hợp chất tan trong nước

Phụ thuộc vào phương pháp sản xuất cao su thiên nhiên có những tên thương mại khác nhau.[1]

1.2 Cao su EPDM

Cao su EPDM (Ethylen Propylen Dien Monome) được sử dụng hầu hết trên thế giới với nhiều mục đích khác nhau như: gioăng cửa chịu thời tiết trên ô tô, tàu biển, gioăng kính, sản phẩm chống bức xạ, sản phẩm cách điện, tấm lót mái nhà chịu thời tiết và các sản phẩm dân dụng khác

EPDM có khả năng chịu nhiệt, oxi hóa và ozon cực tốt EPDM là cao

su không phân cực do vậy cao su rất bền với các dung môi phân cực như: nước, axit, kiềm, rượu và xeton EPDM có cấu trúc vô định hình có khả năng , mềm dẻo ở nhiệt độ thấp và điểm chuyển trạng thái thủy tinh tại - 600C

Hình 1.1: ¶nh chụp sản phẩm cao su EPDM làm gioăng chịu thời tiết

Cao su EPDM có khả năng bền nhiệt tương đối tốt Đối với cao su lưu hóa bằng lưu huỳnh khả năng lão hóa nhiệt xảy ra ở 1300C và 1600C khi lưu hóa bằng peroxit Dưới đây là một số tính chất tiêu biểu của cao su EPDM

Tính chất của cao su đã lưu hóa

Độ cứng, shore A Durometer 30 A – 95A

và cấu tạo từ cỏc polyme như polyetylen (PE) và polypropylen(PP) Trong mạch EPDM, PP và PE ú vị trớ ngẫu nhiờn trong mạch chớnh vỡ vậy EPDMc

cú cấu trỳc mềm dẻo và bền EPDM cú nhiều loại phụ thuộc vào sự gắn kết monome trong mạch và trạng thỏi polyme là vụ định hỡnh, bỏn tinh thể hay tinh thể PP và PE gắn kết với nhau tạo nờn cấu trỳc no trong mạch, do đó hình thành cấu trỳc bền nhiệt, bền ozon và bền thời tiết.[17,18]

EPDM được tổng hợp đầu tiờn bằng phản ứng trựng hợp sử dụng xỳc tỏc Zeigler-Natta Sau này được tổng hợp bằng phương phỏp trựng hợp dung

dịch, nhũ tương và pha khớ Mỗi qỳa trỡnh tổng hợp khỏc nhau thỡ sản phẩm cuối cựng cũng khỏc nhau Quỏ trỡnh trựng hợp dung dịch thường được sử dụng nhiều nhất trong 3 phương phỏp trờn do đạt hiệu suất cao và chất lượng tốt

a Khả năng chịu ozon và thời tiết

EPM và EDPM cú mạch chớnh đó bóo hũa do đú khả năng chống chịu ozon rất tốt và khụng phải sử dụng thờm bất cứ chất chống ozon húa nào EPDM cú thể trộn hợp blend với cỏc chất nhạy ozon khỏc để nhằm mục đớch tăng tớnh chống ozon cho vật liệu Cỏc blend này cú những ứng dụng quan trọng đặc biệt trong sản xuất cỏc cao su sườn lốp

Khả năng chống chịu thời tiết của EPDM đó mở ra ứng dụng để sản xuấtcỏc profile và cỏc lớp đệm cửa sổ, cỏp điện, cỏc lớp phủ trần nhà, cỏc bộ giảm chấn và hấp thụ súng xung kớch Một hướng phỏt triển mới của EPDM là ứng dụng làm màng lợp với khả năng chống chịu tốt với thời tiết, ozon, nhiệt, và

ẩm Tấm EPDM cú nhiều ưu điểm vượt trội so với cỏc vật liệu truyền thống như : nhẹ hơn, bền hơn, chống chịu tốt với cỏc tỏc nhõn ngoại cảnh, …

b Khả năng chống chịu với húa chất và cỏc dung mụi hữu cơ

Tớnh chất khụng phõn cực và trơ về mặt húa học của EPDM làm gia tăng khả năng chống lại cỏc tỏc nhõn phõn cực và oxy húa như: cồn, xeton, este, glycol và thõm chớ cả nước, cỏc loại chất tải lạnh, dầu phanh thủy lực Vật liệu này cũng cú khả năng chống chịu với kiềm và axit Nhược điểm của EPDM là khả năng chống chịu kộm với cỏc dung mụi hydrocacbon và cỏc nhiờn liệu hydrocacbon Tuy vậy, nhược điểm này cú thể được khắc phục bằng cỏch bổ sung dầu pha loóng vào vật liệu để tạo ra loại cao su xốp pha

dầu với khối lượng phân tử cao Ngoài ra hàm lượng cao termonome cũng giúp tăng khả năng chịu dầu thông qua việc gia tăng mật độ liên kết ngang

c Tính chịu nhiệt

EPDM được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp ô tô để chế tạo các sản phẩm phải chịu nhiệt từ 70 – 100oC, trong những trường hợp đặc biệt (ống tản nhiệt) thì yêu cầu nhiệt độ cao hơn Nếu nhiệt độ thấp hơn 135oC thì EPDM sử dụng hệ lưu hóa là lưu huỳnh/ chất xúc tiến Nếu nhiệt độ cao hơn

135oC thì sử dụng hệ lưu hóa là peroxit Các oxit kim loại như ZnO hoặc MgO giúp tăng cường khả năng chịu nhiệt.[17]

d Một số tính chất khác

- Các tính chất điện: EPDM có khả năng cách điện rất tốt, chống chịu thời tiết tốt nên được ứng dụng rất rộng rãi trong chế tạo các loại cáp điện

- Tương hợp tốt với polyolefin: EPDM tương hợp tốt với các polyolefin như: PE và PP EPDM được bổ sung vào các chất dẻo này để nâng cao khả năng chống chịu với va đập.[5]

1.2.2 Các phối liệu thường sử dụng trong EPDM

a Các chất xúc tiến lưu hóa

Các chất xúc tiến sử dụng cho hệ phản ứng và độ hòa tan lớn nhất của chúng được trình bày cụ thể ở bảng 1.2

Bảng 1.2: Độ hòa tan của các chất xúc tiến trong EPDM (theo 100 P L cao su) T

Giới hạn trên

Ký hiệu hóa học

0.3

Telua dietyl dithiocacbamat Bitmut dimetyl dithiocacbamat Chì dimetyl dithiocacbamat

TDEC BiDMC CuDMC

0.5 0.– 7

Tetrametyl thiuram disunphit Tetrametyl thiuram monosunphit Dipentametylen thiuram tetrasunphit Kẽm – – N dimetyl dithiocacbamat

TMTD TMTM ZDMC 0.7 – 0.9

Kẽm – – N dietyl dithiocacbamat Dithio – bis mocpholin–

Tetraethyl thiuram disunphit

ZDEC DTDM TETD 2.0 Kẽm – – N dibutyl dithiocacbamat ZDBC 2.5

Benzothiazyl – – 2 xyclohexyl sunphenamit Benzothiazyl – – 2 tert Butyl sunphenamit Benzothiazyl – – 2 sunphen mocpholit

CBS TBBS MBS 3.0

2 – mecaptobenzothiazolDibenzothiazyl disunphit Lưu huỳnh

MBT MBTS

S Vulkacit ZBEC, Rhenocure TP: độ hòa tan

Tốc độ lưu hóa thường tỷ lệ thuận với hàm lượng của termonome Độ không bão hòa của Polysar EPDM trong khoảng từ 3% tới 11% EPDM cã cÊu tróc không phân cực, trong khi đó phần lớn các chất lưu hóa thì phân cực

Do vậy cần phải nghiên cứu đến độ hòa tan của các chất lưu hóa trong cao su một cách kỹ lưỡng Khi hàm lượng S hoặc các chất xúc tiến lưu hóa vượt quá giới hạn hòa tan tương ứng của chúng trong cao su, chúng sẽ kết tụ lại trên bề mặt của cao su lưu hóa Hiệu ứng này tỷ lệ nghịch với trọng lượng phân tử và

tỷ lệ thuận với hàm lượng etylen

- Các peroxit:

EDPM có thể lưu hóa bằng peroxit hữu cơ Sự lựa chọn peroxit sẽ quyết định đến tốc độ lưu hóa tối ưu đạt được trong các điều kiện gia công Hàm lượng peroxit ảnh hưởng rất nhỏ tới tốc độ lưu hóa

c Chất độn:

Chất độn được sử dụng với mục đích tăng cường các tính chất cơ lý và giảm giá thành Chất độn dùng phổ biến nhất là than ®en, ngoài ra có thể dùng chất độn là CaO…

d Các chất phòng lão: p-phenylen diamin, Vulkanox MB hoặc MB2

e Các chất hóa dẻo: Các chất họ parafinic, naphtenic Ngoài ra có thể bổ

sung thêm este của axit photphoric và hydrocacbon clorit để tăng khả năng chống cháy Hàm lượng sử dụng khoảng dưới 10 PTL (so với 100

PTL cao su).[17]

1.2.3.Ứng dụng

EPDM có nhiều ứng dụng khác nhau, thường phụ thuộc vào các tính chất của chúng Những tính chất quan trọng của vật liệu này là khả năng chống chịu tốt với thời tiết, ozon, nhiệt, các tác nhân oxy hóa và một loạt các dung môi phân cực và không phân cực khác, các tính chất điện cũng như khả năng tương hợp tốt với các polyolefin, … điều đó đã giúp mở rộng hơn nữa các ứng dụng của loại vật liệu này Một số các ứng dụng của các loại vật liệu này như sau:

 Ứng dụng trong công nghiệp ô tô

- Ống tản nhiệt, ống dẫn nhiệt, ống chân không

- Các tấm đệm cửa, các profile đặc, các băng đệm khoang cho cánh cửa

và cái chắn bùn, các profile của các đoạn nối chịu nén, gối đỡ, các tấm lót cho xe,…

 Ứng dụng trong xây dựng công trình

- Làm màng lợp chịu thời tiết tốt

- Các tấm đệm cửa, tấm đệm co giãn trong bản lề

- Làm các băng đệm, vỏ bọc cho thùng chứa và các thiết bị phản ứng,

làm các lớp lát bể bơi

- Ống dẫn các tác nhân tải nhiệt, làm mát

 Ứng dụng trong công nghiệp điện

- Làm cáp, ống nối, vật liệu cách điện

- Lớp bọc ngoài chịu thời tiết của các loại cáp

Chú ý rằng, các vËt liÖu cách điện thêng được làm chủ yếu từ vật liệu cao

su EPDM lưu hóa bằng peroxit bởi vì quá trình lưu hóa bằng lưu huỳnh có thể

bị lẫn các tác nhân dẫn điện như chì Tuy nhiên lớp bảo vệ của các loại cáp thì

có thể làm từ vật liệu được lưu hóa bằng S vì tác dụng chính của nó chỉ là chống chịu với các điều kiện ngoại cảnh Có thể dùng EPDM để độn trực tiếp vào vật liệu làm cáp mà không cần có các chất lưu hóa.[20]

 Ứng dụng trong ngành công nghiệp săm lốp

- Làm cao su thành lốp

- Bọc quanh vị trí van

- Có thể dùng làm săm

 Ứng dụng làm các vật dụng gia đình

- Ống tưới nước và thoát nước trong vườn cây

- Các bộ phận của máy giặt

- Các bộ phận của máy rửa chén, đĩa

1.3 Blend từ CSTN và EPDM

1.3.1 Những khái niệm cơ bản

Vật liệu tổ hợp (polyme blend) đợc cấu thành từ hai hoặc nhiều polyme để làm tăng độ bền của vật liệu Trong nghiên cứu vật blend cần quan tâm tới một số khái niệm sau:

+ Sự tơng hợp của các polyme

Sự tơng hợp của các polyme là khả năng tạo thành một pha tổ hợp

ổn định và đồng thể từ hai hay nhiều polymc Nó cũng chính là khả năng trộn lẫn tốt của các polyme vào nhau tạo nên một vật liệu polyme mới - vật liệu

polyme blend

Sự tơng hợp có liên quan chặt chẽ tới nhiệt động học quá trình trộn lẫn

và hoà tan các polyme Các polyme tơng hợp với nhau khi năng lợng tự do tơng tác của chúng mang giá trị âm

∆GTr = ∆HTr – T.∆STr < 0

và đạo hàm riêng bậc 2 của năng lợng tự do quá trình trộn theo tỉ lệ thể tích của các polyme thành phần phải dơng ∂2AGTr/∂φ2 > 0 ở mọi tỉ lệ trong đó : ∆HTr là nhiệt trộn lẫn 2 polymc (sự thay đổi entanpi) ∆STr là sự thay

đổi entropi ( mức độ mất trật tự ) khi trộn lẫn các polyme

+ Khả năng trộn hợp: là khả năng những polyme dới những điều kiện nhất định có thể trộn vào nhau tạo thành những tổ hợp đồng thể hoặc dị thể

Có những tổ hợp polyme trong đó có các cấu tử có thể trộn vào nhau tới mức độ xen kẽ phân tử và cấu trúc này tồn tại ở trạng thái cân bằng, hệ này

đợc gọi là tơng hợp về mặt nhiệt động (miscibility) Nếu những hệ trộn lẫn với nhau nhờ một biện pháp gia công nhất định ngời ta gọi là tơng hợp về mặt kỹ thuật (compatibility) Những tổ hợp polyme trong đó tồn tại những pha khác nhau dù rất nhỏ (micro) thì gọi là vật liệu tổ hợp không tơng hợp (incompatibility) hay “alloy” Nh vậy có ba dạng polyme blend sau:

+ Polyme blend trộn lẫn và tơng hợp hoàn toàn

+ Polyme blend trộn lẫn và tơng hợp một phần

+ Polyme blend không trộn lẫn và không tơng hợp 21,[ 22]

1.3.2 Những yếu tố ảnh hởng tới tính chất của blend

Tính chất của vật liệu blend đợc quyết định bởi sự tơng hợp của các polyme thành phần Các kết quả nghiên cứu chỉ ra sự tơng hợp của các polyme phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Bản chất hoá học và cấu trúc phân tử của các polyme

độ gia công thích hợp cho từng loại vật liệu blend cụ thể.[21]

1.3 3.1 Sử dụng các chất tơng hợp là polyme

a Thêm vào các copolyme khối và copolyme ghép

Nói chung các copolyme khối (A- -b B) có cấu trúc mạch thẳng và copolyme ghép (A-g-B) đợc sử dụng làm chất tơng hợp cho polyme blend là một trong những hớng đã đợc nghiên cứu nhiều và ứng dụng rộng rãi, có hiệu quả tốt Trong copolyme sử dụng hoặc phải có một khối hoặc một nhánh

có khả năng tơng hợp tốt với một polyme, và nhánh hoặc khối kia phải có khả năng tơng hợp tốt với polyme còn lại của hệ Nh vậy copolyme là chất

tơng hợp cho polyme blend A/B phải có dạng A-g-B hoặc A- -b B để tạo ra hệ: A/A- - g B/B hoặc A/A- b - B/B

Ví dụ: Polyme blend PE/PS: chất tơng hợp là: PS- g-PF ; HPB - – P - b Polyme blend PET/PS: chất tơng hợp là PS- -b PCL

b Thêm vào polyme có khả năng phản ứng với polyme thành phần của hệ

Polyme đa vào có khả năng trộn lẫn tốt với polyme thứ nhất và có nhóm chức phản ứng đợc với polyme thứ hai tạo thành copolyme khối hoặc copolyme ghép theo phơng pháp in - situ

Ví dụ: - Polyme blend PPO/ PBT, chất tơng hợp là: PPO Epoxy cuối - mạch

- Polyme blend: PPO/PBT, chất tơng hợp là: PPO - AM

1.3.3.2 Sử dụng các chất tơng hợp là hợp chất thấp phân tử

Đây là phơng pháp tạo ra chất tơng hợp ngay trong quá trình blend hoá Tuỳ thuộc vào bản chất của các hợp chất thấp phân tử mà chất tơng hợp

đợc tạo thành là copolyme khối hay copolyme ghép

a Đa vào các peroxit

Dới tác dụng của nhiệt (do quá trình gia công, chế tạo blend), peroxit phân huỷ thành gốc tự do, các gốc tự do này có khả năng phản ứng với hai polyme thành phần để tạo thành copolyme nhánh Đây là biện pháp khá đơn giản về mặt công nghệ, song cơ chế động học phản ứng rất phức tạp, cần nghiên cứu thêm

b Đa vào tác nhân hai nhóm chức

Do có hai nhóm chức nên các hợp chất này có thể tơng tác với các nhòm chức cuối mạch của hai polyme thành phần để tạo copolyme khối Tuỳ thuộc vào nhóm chức cuối mạch của các polyme thành phần mà hai nhóm chức của tác nhân đa vào có thể giống hoặc khác nhau

Ví dụ: Polyme blend PPO/PA, chất tơng hợp là M.A

c Đa vào các tác nhân gồm peroxit và hợp chất đa chức

Đây là phơng pháp kết hợp của hai phơng pháp nêu trên Vai trò của peroxit là hoạt hoá phản úng của một polyme với ít nhất một nhóm chức của hợp chất đa chức Tiếp đến là phản ứng giữa nhóm chức còn lại với polyme thứ hai để tạo thành copolyme ghép [2,7 ,21]

1.3.3 3 ứng dụng các blend trên cơ sở các polyme có phản ứng chuyển vị

Khi hai hay nhiều polyme trùng ngng đợc trộn hợp với nhau ở trạng thái nóng chảy, có một vài phản ứng chuẩn bị xẩy ra Mức độ của các phản ứng phụ thuộc: chủng loại, hàm lợng các nhóm chức, nhiệt độ, độ ẩm, thời gian và xúc tác phản ứng của quá trình cộng hợp Các phản ủng này tạo thành các copolyme là chất tơng hợp cho quá trình blend hoá

1.3.3.5 Thêm vào hệ các chất khâu mạch chọn lọc

Trong phơng pháp này chất đa vào chỉ tham gia phản ứng với một polyme thành phần Phản ứng khâu mạch diễn ra trong quá trình blend hoá (lu hoá động) nên cho kết quả tốt hơn Phơng pháp lu hoá động thờng

đợc sử dụng để tăng khả năng tơng hợp của các polyme trong blend có cao

su là thành phần chính với nhựa nhiệt dẻo

1.3.3.6 Gắn vào polyme thành phần các nhóm chức có tơng tác đặc biệt

Các tơng tác đặc biệt đợc đa vào polyme blend bằng cách biến tính hoá học các polyme thành phần với các nhóm chức thích hợp Các tơng tác

đặc biệt đó sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trộn hợp các polyme thành

phần tốt hơn (thay đổi entapy trộn hợp, giảm sức căng bề mặt và tăng diện tích

bề mặt tiếp xúc giữa các pha .)

1.3.3.7 Thêm vào hệ các ionome

Ionome là các đoạn polyme mang một lợng nhỏ các nhóm ion Ví dụ,

đa vào polyme blend PE/PA ionome trên cơ sở Etylen axit metacrylic- Ionome này có khả năng trộn lẫn với PE và tơng tác với nhóm phân cực của

PA làm cho PE và PA dễ dàng tơng hợp với nhau hơn

1.3.3.8 Thêm vào polyme thứ ba trộn lẫn (một phần) với tất cả các pha

Khi đa vào hệ polyme (ví dụ polyme C) có khả năng trộn lẫn hoàn toàn hoặc một phần với hai polyme thành phần (A và B), C đợc xem nh

"dung môi” chung cho cả hai polyme A và B đây là phơng pháp tiện lợi để chế tạo các polyme blend có tính chất mong muốn

1 3.9 3 Tạo các mạng lới đan xen nhau

Đây là phơng pháp mới, trong đó hai polyme đợc tìm cách kết hợp với nhau trong một mạng lới đan xen nhau để tạo ra một hệ bền vững Tuy nhiên sản phẩm thu đợc từ phơng pháp này rất khó tái sinh

1.3.3.10 Phơng pháp hỗn hợp tăng cờng tơng hợp các polyme

a Phơng pháp sử dụng dung môi chung

Hai polyme không có khả năng trộn lẫn đợc hoà tan vào một dung môi chung ở nhiệt độ, áp suất thờng hoặc nhiệt độ, áp suất cao Sau khi hoà tan hoàn toàn, nhờ khuấy liên tục dung dịch polyme, tiến hành loại bỏ dung môi bằng cách sấy khô hoặc thăng hoa và thu đợc polyme blend giả đồng thể Kỹ thuật này tạo ra một vùng bề mặt rất rộng cho tơng tác polyme/polyme tạo thành polyme blend có chất lợng cao hơn so với phơng pháp tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy.[22]

b Thêm vào các chất độn hoạt tính

Trong phơng pháp này, chất độn hoạt tính đóng vai trò nh là chất tơng hợp (cấu tử thứ ba) giữa hai polyme Điều kiện tiên quyết của các chất

độ hoạt tính là nó phải nằm ở bề mặt phân chia hai pha Nh vậy mức độ tăng khả năng tơng hợp phụ thuộc vào tơng tác giữa chất độn với các polyme thành phần Các tơng tác này làm giảm thông số tơng tác giữa các polyme với nhau và do đó tăng khả năng tơng hợp của chúng.[7]

1.3.4 Các phơng pháp chế tạo vật liệu polyme blend

Quá trình chế tạo blend có thể tiến hành bằng các phơng pháp sau:

+ Bốc hơi hoặc kết tủa từ hỗn hợp dung dịch polyme

+ Trộn hợp các polyme thành phần (thờng là các polyme nhựa nhiệt dẻo) trên các thiết bị gia công chất dẻo và cao su nh máy cán, máy trộn, máy

đùn

+ Làm đông hỗn hợp polyme

+ Trùng hợp monome này trong polyme khác

Trong đó, các phơng pháp chế tạo blend từ dung dịch và ở trạng thái nóng chảy trên các thiết bị gia công chất dẻo đợc sử dụng phổ biến hơn cả vì

dễ thao tác và có hiệu quả kinh tế cao.[21]

1.3 4 1.Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme

Để có thể chế tạo đợc polyme blend từ phơng pháp này, một đòi hỏi rất quan trọng là các polyme phải cùng tan tốt trong một dung môi hoặc tan tốt trong các dung môi có khả năng trộn lẫn tốt với nhau Để các polyme trong dung dịch phân tán tốt vào nhau cần phải khuấy chúng ở tốc độ rất cao trong một thời gian khá dài Trong nhiều trờng hợp, quá trình khuấy trộn dung dịch còn kèm theo cả quá trình gia nhiệt để tăng tính trộn hợp Sau khi thu đợc màng polyme blend, cần đuổi hết dung môi bằng phơng pháp sấy ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp, tránh bị rạn nút bề mặt màng, bị nhiệt phân huỷ hay bị

ôxy hoá nhiệt

1.3.4.2 Chế tạo blend ở trạng thái nóng chảy

Phơng pháp chế tạo vật liệu blend ở trạng thái nóng chảy trên máy gia công nhựa nhiệt dẻo nh máy cán, máy đùn, máy trộn là phơng pháp kết

hợp đồng thời các yếu tố cơ, lý, hoá, nhiệt và tác động cỡng bức lên các polyme thành phần, các chất phụ gia, trộn lẫn và blend hoá chúng với nhau

Để thu đợc các polyme blend có tính chất mong muốn phải tối u hoá các thông số công nghệ: Thời gian sấy, nhiệt độ các vùng của xylanh, áp suất phun, áp suất đùn .và tỷ lệ các polyme thành phần cũng nh các phụ gia Tuy nhiên do các polyme khác nhau về bản chất, cấu tạo, cấu trúc hoá học, nhiệt độ chảy mềm, chỉ số chảy và có xu hớng tự tách pha nên sản phẩm bao giờ cũng tồn tại “ứng suất d” trống lại sự cỡng bức chúng “ứng suất d” này làm cho trạng thái và cấu trúc của vật liệu polyme blend cha ổn định tức thời nên cần có một thời gian để "tự điều chỉnh" Điều đó ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm Nói chung vật liệu polyme blend có “ứng suất d” nhỏ và các tính chất tốt khi các polyme thành phần có khả năng trộn hợp và tơng hợp tốt với nhau

+ Lấp đợc khoảng trống về tính chất công nghệ cũng nh kinh tế giữa các loại polyme thành phần Ngời ta có thể tối u hóa đợc về mặt giá thành

và tính chất của vật liệu sử dụng

+ Tạo khả năng phối hợp các tính chất mà một loại vật liệu khó hoặc không thể đạt đợc Do vậy đáp ứng những yêu cầu cao của hầu hết các lĩnh vực khoa học và đời sống, kinh tế

+ Quá trình nghiên cứu chế tạo một sản phẩm mới trên cơ sở vật liệu tổ hợp polyme nhanh hơn nhiều so với sản phẩm từ vật liệu mới khác vì nó đợc chế tạo trên cơ sở vật liệu và công nghệ sẵn có

+ Những kiến thức rộng rãi về cấu trúc, sự tơng hợp cùng với công nghệ tiên tiến phát triển rất nhanh trong những năm gần đây sẽ là cơ sờ cho việc phát triển loại vật liệu này.[7]

1 6 3 Một số Blend thông dụng

1.3.6.1 Blend trên cơ sở cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp

Blend hoá cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp là công nghệ phổ biến trong công nghiệp gia công cao su để chế tạo các vật liệu đáp ứng các mục

đích sử dụng khác nhau Tổ hợp cao su thiên nhiên với một hay nhiều cao su tổng hợp khác cho phép nâng cao một số tính chất cơ lý, tạo thuận lợi cho quá trình gia công và hạ giá thành sản phẩm Nhiều sản phẩm cao su trong thực tế

đợc cấu tạo từ vật liệu blend trong toàn bộ hoặc từng phần của nó Ví dụ điển hình là các loại lốp xe, sản phẩm này đợc cấu tạo bởi nhiều phần có tính chất cơ lý khác nhau, và hầu hết mỗi phần đều đợc tạo thành từ blend trên cơ sở cao su thiên nhiên với cao su tổng hợp.[15,16]

1.3.6.2 Blend trên cơ sở cao su thiên nhiên và cao su EPDM

Gần đõy, xu hướng nghiờn cứu ra cỏc loại vật liệu mới bằng phương phỏp trộn hợp cỏc polyme khỏc nhau là một hướng nghiờn cứu rất quan trọng

và cú triển vọng lớn Trong đú việc chế tạo ra blend EPDM/CSTN là một hướng đang thu hỳt sự quan tõm nhằm chế tạo ra một loại cao su mới cú thể kết hợp được cỏc tớnh chất của EPDM như chịu nhiệt, chịu ozon, chịu thời tiết và tớnh năng cơ lý cao của CSTN.Tuy nhiờn CSTN và EPDM khụng tương hợp với nhau hoàn toàn nờn khi trộn hợp không tạo ra sản phẩm có tính

polyme trong đó có EPDM và CSTN bằng cách sử dụng một loại chất thứ ba gọi là chất trợ tương hợp:

- S H El Sabbagh (Ai cập) đã nghiên cứu khả năng tương hợp của CSTN và EPDM Trong nghiên cứu của mình ông đã sử dụng bức xạ năng lượng cao (tia γ), các copolymer ghép MAH-g-EPDM, cao su butadiene styrene, polyvinyl clorua… làm chất trợ tương hợp Kết quả chạy DSC và chụp SEM cho thấy khi thêm một lượng nhỏ các chất trên vào, kích thước của pha phân tán giảm xuống, khả năng tương hợp cũng như các tính chất cơ lý của polyme blend tăng lên rõ rệt

Tập thể tác giả Xueliang Jiang, Yong Zhang, Yinxi Zhang (Trung Quốc) cũng đã nghiên cứu về động học quá trình lưu hóa blend PP/MAH-g-EPDM/epoxy Kết quả phân tích cấu trúc blend cho thấy các phân tử MAH-g-EPDM có vai trò liên kết với cả Epoxy và PP, làm tăng mức độ liên kết trên bề mặt phân chia pha Do đó các tính chất như độ bền kéo, modun uốn, độ bền va đập tăng và khả năng ổn định nhiệt của blend cũng tốt hơn của PP và Epoxy.[19]

- Ngoài ra còn rất nhiều công trình nghiên cứu khác trên thế giới về vai trò của chất trợ tương hợp trong polyme blend và quá trình blend hóa các polyme Các kết quả đều cho thấy các loại blend nếu sử dụng chất trợ tương hợp thích hợp thì không những cải thiện được khả năng tương hợp mà còn nâng cao được các tính chất cơ lý và tính công nghệ của vật liệu.[20]

Ở Việt Nam cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về polyme blend:

- Tập thể tác giả Thái Hoàng, Đỗ Quang Thẩm, Phan Anh Tùng (Viện kỹ thuật Nhiệt đới) đã nghiên cứu tính chất và cấu trúc của polyme blend PP/PA có mặt chất tương hợp PP-g-MA Kết quả cho thấy chất tương hợp PP-g-MA góp phần giảm lượng PA trích ly khỏi polyme blend,

tăng sự bám dính giữa hai pha PP và PA, nâng cao độ bền ơ lý của cpolyme blend PP/PA Ngoài ra nó còn làm giảm kích thước pha phân tán PA và giúp cho pha này phân tán đồng đều hơn trong pha liên tục

PP

- Tập thể tác giả Đỗ Quang Kháng, Lương Như Hải, Lê Cao Khải đã nghiên cứu phương pháp biến tính Polypropylen bằng cao su etylen-propylen-dien đồng trùng hợp Kết quả cho thấy: biến tính PP bằng EPDM làm giảm hầu hết các tính năng cơ lý nhưng lại làm tăng độ mềm dẻo cho vật liệu Các chất tương hợp đã làm thay đổi cấu trúc hình thái của vật liệu blend PP/EPDM Vật liệu có cấu trúc đều đặn hơn

và chặt chẽ hơn do đó làm tăng độ bền nhiệt và tính chất cơ lý của vật liệu Vật liệu PP biến tính EPDM có mặt chất trợ tương hợp cho độ bền môi trường, nhất là độ bền bức xạ tử ngoại vượt trội so với PP không biến tính.[5]

- Ngoài ra cũng còn nhiều các công trình nghiên cứu trong nước khác về polyme blend Nhận thấy lợi ích từ việc chế tạo ra các loại vật liệu mới bằng phương pháp trộn hợp các polyme khác nhau và các công trình nghiên cứu đã được công bố, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu phương pháp đưa silica vào cao su EPDM thông qua việc sử dụng masterbatch CSTN-silica biến tính và sử dụng chất trợ tương hợp là cao su clopren.[6]

1.4 C¬ chÕ t¨ng cêng lùc cho cao su

Để giải thích cho hiện tượng gia cường bằng chất độn hoạt tính nhiều tác giả đã xây dựng các học thuyết và cơ chế động học và mạng lưới phân tử

1.4.1 Thuyết động học của Smallwood và Guth

Đây là lý thuyết xây dựng sớm nhất nghiên cứu về hiện tượng gia cường cao su Tác giả thiết lập mối quan hệ giữa nồng độ thể tích chất độn

với giá trị gia tăng độ cứng Smallwood cho rằng mođun của hỗn hợp gia cường bằng chất độn kích thước lớn với hàmlượng nhỏ được xác định theo công thức sau:

E = E0 ( 1 + 2,5 Φ ) Trong đó E: Mođun đàn hồi của hỗn hợp tại vùng biến dạng đàn hồi tuyến tính

E0: Mođun đàn hồi khi hỗn hợp không chứa chất độn

Φ: Phần thể tích chất độn

Công thức này được Guth phát triển cho trường hợp khi nồng độ chất độn lớn đến 0,3 phần thể tích.:

E = E0 ( 1 + 2,5 Φ + 14,1 Φ 2) Biểu thức Guth được dùng để giải thích sự phụ thuộc nồng độ chất độn lên tính chất cơ học như độ cứng, mođun nén, mođun đàn hồi, mođun tích lũy tại độ biến dạng thấp

1.4.2 Lý thuyết biên độ - biến dạng của Mullins

Để giải thích ứng xử của vật liệu elastome gia cường bằng chất độn hoạt tính tại độ biến dạng lớn Mullins và Tobin, Blancharch và Pakinson, F Bueche và các tác giả khác đã phát triển biểu thức sự phụ thuộc độ dãn dàihiệu dụng lên nồng độ thể tích:

) 1, 14 5

, 2 1

1.5 Chất độn gia cườ ng

1.5.1 Than đen

Một khỏi niệm gần như đó ăn sõu vào suy nghĩ của mọi người là lốp ụ

tụ thỡ màu đen Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc sử dụng than đen trong cụng nghệ cao su Thực tế là trong suốt hai thế kỷ qua than đen được coi là chất độn tăng cường lực và làm tăngtuổi thọ tốt nhất cho hợp phần cao

su sử dụng chế tạo lốp xe

Than đen là sản phẩm của phản ứng khụng hoàn toàn khi đốt chỏy sản phẩm phõn đoạn nặng dầu mỏ Than đen cú thể được sản xuất theo ba phương phỏp:

• Phương phỏp mỏng: Đi từ nguyờn liệu là khớ tự nhiờn tạo nờn loại than gọi là than mỏng

• Phương phỏp lũ: Sử dụng nguyờn liệu đầu là hydrocacbon thơmphõn đoạn cuối Đõy là phương phỏp được sử dụng phổ biến nhất, hầu hết cỏc loại than sử dụng trong cụng nghiệp cao su ngày nay được sản xuất theo phương phỏp này

• Phương phỏp nhiệt phõn:

Khả năng gia cường tớnh chất của than đen: Trờn bề mặt của than đen

cú rất nhiều điểm hoạt động, đú cú thể là cỏc lỗ vi xốp hay cỏc nhúm chức hoạt động húa học Đặc điểm này làm tăng cường khả năng tương tỏc của chỳng với phõn tử elastome và cỏc thành phần khỏc.[1,9]

Cỏc đặc điểm của than đen ảnh hưởng đến khả năng gia cường của chỳng gồm:

1 Kớch thước hạt: Thụng thương kớch thước hạt càng nhỏ quỏ trỡnh phõn

tỏn hạt vào nền cao su diễn ra càng khú khăn nhưng tớnh chất cao su tốt lờn Cao su sau khi lưu húa sẽ cứng hơn, độ bền kộo và độ bền mài mũn cao hơn nhưng độ đàn hồi kộm hơn và nhiệt sinh ra lớn hơn so với loại

than đen có kích thước hạt lớn hơn Đó là do để phân tán các hạt kích thước nhỏ quá trình trộn hợp phải phá vỡ được cấu trúc của hạt, khi cấu trúc đã được phá vỡ các hạt với kích thước nhỏ len lỏi vào giữa các mạch đại phân tử tạo liên kết vật lý và hóa học với chúng làm tính chất hỗn hợp cao hơn.

2 Cấu trúc hạt: Tùy theo loại than đen sử dụng và phương pháp phân tán

chúng trong hỗn hợp cao su mà cấu trúc tạo thành ở dạng ặc khít hay ®rỗng và thô ráp Khi cấu trúc của than đen ặc khít tính chất gia cường ®tốt hơn so với cấu trúc lỏng lẻo

Tùy thuộc vào tính chất sản phẩm yêu cầu mà sử dụng các loại than đen với kích thước hạt và cấu trúc hạt của chúng Các thành phần cấu tạo lốp xe

có yêu cầu tính chất khác nhau nên lựa chän các loại than đen khác nhau Bảng 1.4 liệt kê các tính chất cần có, kích thước và cấu trúc của loại than sử dụng.[1]

Nhiệt phát sinh

Độ cứng

Độ bền xé

Độ biến dạng đàn hồi

Kích thước hạt

Cấu trúc hạt

Lớp

nm

Lỏng, thụ Lớp

Lớn 40 – 50 nm

Lỏng lộo

1.5.2 Chất độn Silica

1.5.2.1 Định nghĩa, phõn loại và phương phỏp tổng hợp SiO 2

Silica là chất độn tăng cường trong đơn cao su, cú tỏc dụng tăng cường cỏc tớnh chất cơ lý của cao su như tớnh chịu mài mũn, chống lóo húa, tăng độ bền, khi hàm lượng độn tăng thỡ độ cứng của cao su sẽ tăng lờn, cũn độ bền của cao su tăng đến một giới hạn sau đú sẽ giảm dần

Silica kết tủa dạng vụ định hỡnh và điều chế từ phản ứng của dung dịch silicat natri với axit sunfuric hoặc hỗn hợp của cacbon dioxyt và axit clohydric Cỏc hạt silica tạo thành ban đầu là cỏc hạt cơ bản, cỏc hạt này kết

tụ thành những tập hợp, sau đú silica kết tụ sẽ được lọc và rửa hết Na2SO4, NaCl… sau đú sấy khụ và nghiền ớch thước của hạt silica cơ bản là 10 ữ K30nm, cũn dạng tập hợp là 30 ữ 150nm

Silica tồn tại cả ở dạng tinh thể và vụ định hỡnh nhưng trong cụng nghiệp người ta thường sử dụng dạng vụ định hỡnh

Cỏc hạt silica cơ bản cú dạng hỡnh cầu, cỏc hạt silica cơ bản sẽ kết gắn thành bú hoặc chuỗi tạo mạng lưới và trở nờn chặt khớt tạo nờn dạng tập hợp của silica.[13]

Hình : 1.3 Cấu trúc của hạt silica

Trên bề mặt của silica có chứa các nhóm silanol với mật độ khoảng 4,6 nhóm OH/nm2

Các đặc trưng tính chất của silica được thể hiện qua kích thước hạt, diện tích bề mặt, cấu trúc và mức độ hoạt động bề mặt của hạt chất độn

Kích thước hạt silica ảnh hưởng lín tới khả năng tăng cường lùc cho cao su Với các hạt có kích thước lớn (>10 m) ít có khả năng tăng cường cho µcao su do khả năng tương tác kém Các hạt silica có kích thước từ 1-10 µm có tác dụng không lớn tới tính chất của cao su Chất độn silica bán tăng cường nằm trong dải kích thước 0,1µm ÷ 1µm khi trộn hợp với cao su sẽ làm tăng

độ bền và mođun cho hợp phần cao su đó Còn với kích hạt từ 0,001µm ÷ 0,1µm sẽ cải thiện đáng kể tính chất của hợp phần cao su

Diện tích bề mặt tỉ lệ nghịch với kích thước hạt silica, khi kích thước hạt nhỏ thì sẽ có diện tích bề mặt lớn Diện tích bề mặt tăng sẽ làm tăng khả năng tương tác của chất độn với cao su, do đó làm tăng khả năng gia cường của chất độn cho cao su

Cấu trúc của hạt silica là yếu tố đặc trưng quyết định khả năng gia cường của chúng Hình dạng ban đầu của hạt silica thương mại có ảnh hưởng