Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng keo dán từ vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend của cao su nitril butandien và nhựa polyvinlclorinde với nanosilica

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2 KHOẢ HÓA HỌC = = = E O CO G 3 = = = HÀ T H Ị QUỲNH M AI NGHIÊN CỨU CHÉ TẠO VÀ ỨNG DỤNG KEO DÁN TỪ VẬT LIỆU CAO su NANOCOMPOZIT TRÊN C ơ SỞ BLEND CỦA CAO su NITRIL BUTADIEN VÀ NHựA POLYVINYLCLORIDE VỚI NANOSILICA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC • • • • C huyên ngàn h: H óa C ông n gh ệ - M ô i trư ờ n g Người hướng dẫn khoa học PGS.TS ĐỎ QUANG KHÁNG HÀ NỘI - 2015 Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng keo dán từ vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend của cao su nitril butađien và nhựa polyvinylcloride với nanosilica” em đã nhận được rất nhiều sự động viên và giúp đỡ của các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè. Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đỗ Quang Kháng đã tận tình quan tâm, giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ dạy em trong suốt thời gian nghiên cún đề tài. Em xin chân thành cảm ơn tập thể Phòng Công nghệ vật liệu Polime - viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tận tình chỉ dạy và trang bị cho em kiến thức trong suốt thời gian qua. Sau cùng em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ cổ vũ tinh thần để em hoàn thành tốt khóa luận này. Trong quá trình nghiên cún đề tài này, mặc dù đã rất cố gắng nhưng cũng không thể tránh khỏi nhũng thiếu xót. Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2015 Sinh viên Hà Thị Quỳnh Mai Hà Thị Quỳnh Mai K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC Lời cảm ơ n ................................................................................................................. Lời cam đoan............................................................................................................. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.................................................. DANH MỤC CÁC BẢN G ....................................................................................... DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................. MỞ Đ Ầ U ..................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN............................................................................. 3 1.1. Keo dán kĩ thuật................................................................................................ 3 1.1.1. Lịch sử phát triến của keo dán................................................................3 1.1.2. Những ưu điềm của keo d á n ...................................................................4 1.2. Giói thiệu chung về vật liệu nano và polyme nanocompozỉt.....................5 1.3. Phân loại và đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit.........................6 1.3.1. Phân loại vật liệu polyme nanocompozit............................................... 6 1.3.2. Đặc điếm của vật liệu polyme nanocompozỉt........................................7 1.4. ư u điếm của vật liệu polyme nanocompo/it................................................. 7 1.5. Phương pháp chế tạo vật liệu polyme nanocompozỉt................................. 8 1.5.1. Phương pháp trộn hợp............................................................................. 9 1.5.2. Phương pháp soỉ - g e l............................................................................ 9 1.5.3. Trùng hợp ỉn-situ.................................................................................... 10 1.6. Sơ lược về tình hình nghiên cứu vật liệu polyme nanocompozit..................10 1.7. Vật liệu polyme blend và polyme blend trên cơ sở cao su nitril butadỉen và poỉyvinylcloride......................................................................................... 13 1.7.1. Hiếu biết chung vềpolyme blend............................................................. 13 1.7.2. Cao su Nitrỉl Butadỉen...........................................................................15 Hà Thị Quỳnh Mai K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 1.7.2.1. Lịch sử phát triển của cao SU Nitril Butadien............................... 15 1.7.2.2. Đặc điểm cấu t ạ o .......................................................................... 16 1.7.2.3. Tính chất cơ lí và công nghệ......................................................... 17 1.7.3. Nhựa Polyvinylchloride......................................................................... 19 1.7.3.1. Lịch sử phát triển của nhựa P o ly v in y lch lo rid e ............................19 1.7.3.2. Đặc điểm cấu tạo........................................................................... 21 1.7.3.3. Tính chất cơ lí và công nghệ......................................................... 21 1.7.4. Vật liệu polyme blend trên cơ sở cao su nitrìl butadỉen và polyvinylcloride................................................................................................23 1.8. Vật liệu polyme silica nanocompozit ...........................................................24 1.9. Nhận xét chung.................................................................................................27 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u ..................28 2.1. Vật liệu nghiên c ứ u ........................................................................................ 28 2.2. Phương pháp nghiên cún................................................................................28 2.2.1. Chế tạo vật liệu nanocompozit và nanocompozit trên cơ sở blend của NBR/PVC với nanosiỉica.........................................................................28 2.2.2. Chế tạo chất kết dính từ vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend của NBR/PVC với nanosilica và nanosilica với than đen .......................... 39 2.2.3. Chế tạo chất kết dính từ vật liệu compozit trên cơ sở blend của NBR/PVC với nanosilica và nanosilica với than đen..................................39 2.2.4. Đảnh giả khả nãng bám dính của vật liệu kết dính trên cơ sở nanocompozit và nanocompozit trên cơ sở blend NBR/PVC với nanosilỉca và nanosìỉica+than đen lên mành polyeste................................30 CHƯƠNG 3: KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................32 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosỉlỉa đến khả năng kết dính của chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC lên mành polyeste....................... 32 3.2. Ảnh hưong của nanosilỉa phối họp với than đen đến khả năng kết Hà Thị Quỳnh Mai K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp dính của vật liệu lên mành polyester.........................................................35 3.3. Cấu trúc bề mặt bị bóc tách của mối d án....................................................38 3.4. Độ bền môi trường của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở blend của cao su nitril butadỉen và polyvinylcloride gia cưòng than đen và nanosỉlỉca........................................................................................................39 KẾT LUẬN.............................................................................................................. 41 TÀI LIỆU THAM K H ẢO .....................................................................................42 Hà Thị Quỳnh Mai K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIÉT TẮT NBR : Cao su nitril butadien PVC : Polyvinyl cloride TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam Xúc tiến DM : Disulfua benzothiazyl Xúc tiến D : Diphenyl guanidin Phòng lão A : Aldol-naphtyl-amin Phòng lão D : Phenyl-naphtyl-amin ASTM : Tiêu chuẩn của Mỹ ISO : Tiêu chuẩn quốc tế PSE : Polyeste CSTN : Cao su thiên nhiên Hà Thị Quỳnh Mai K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng ỉ. ì: Quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng........................................ 6 Bảng 1.2: Đặc trưng kĩ thuật một số loại cao su butadien nitril trên thương trường quốc t ế ...................................................................................... 19 Bảng 3.Ỉ: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo bóc và kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC/nanosilica lên vải mành polyeste.....................................33 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica phối họp với than đen tới độ bền kéo bóc và kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC/nanosilica và các phụ gia lên vải mành polyeste.. 36 Bảng 3.3: Hệ số già hóa của mối dán bằng vật liệu kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC và các phụ g ia ................................................................... 40 Hà Thị Quỳnh Mai K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình ỉ. ì: Sơ đồ nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit.... 10 Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo bóc của mối dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC/nanosilica và các chất phụ gia trên vải mành polyeste............................................ 34 Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC/nanosilica và các chất phụ gia trên vải mành polyeste............................................ 34 Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica phối hợp tới độ bền kéo bóc của mối dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC/nanosilica và các phụ gia lên vải mành polyeste......................................................37 Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica phối họp tới độ bền kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC/nanosilica và các phụ gia lên vải mành polyeste............37 Hình 3.5: Ảnh bề mặt bị bóc tách của mối dán mành polyeste bằng chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC gia cường nanosilica, than đen và các phụ gia...................................................................................................39 Hà Thị Quỳnh Mai K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của các nghành công nghiệp hiện đại đã dẫn đến các nhu cầu to lớn về sử dụng các vật liệu mới có những tính chất đặc biệt mà các vật liệu truyền thống (kim loại, gốm ...) đứng riêng rẽ không đáp ứng được. Nhiều vật liệu mới đã ra đời, đáp ứng nhu cầu của con người. Trong đó có vật liệu polyme nanocompozit ra đời từ vài chục năm gần đây đã đáp ứng được những yêu cầu đó. Vật liệu polyme nanocompozit là một loại vật liệu mới kết hợp được un điểm của vật liệu vô cơ (độ cứng, bền nhiệt,...) và ưu điểm của polyme hữu cơ (như tính linh động, mềm dẻo, là chất điện môi và dễ gia công...). Hơn nữa, chúng còn có những tính chất đặc biệt của chất độn nano dẫn tới gia tăng mạnh mẽ diện tích bề mặt chung khi so với các compozit truyền thống. Vật liệu nền sử dụng trong chế tạo polyme nanocompozit rất đa dạng, gồm cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn. Chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đòi hỏi kĩ thuật cao như kĩ thuật điện, điện tử, trong công nghiệp chế tạo máy và máy chính xác, trong công nghiệp hóa chất, đặc biệt là trong công nghiệp hàng không vũ trụ. Với nhũng tính chất vượt trội và khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như vậy vật liệu polyme nanocompozit sẽ là một vật liệu của tương lai. Ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng loại vật liệu polyme nanocompozit và đã mang lại những hiệu quả kinh tế và xã hội đáng kể. Căn cứ những kết quả nghiên cứu chế tạo chất kết dính, bảo vệ úng dụng trong chế tạo ống mềm từ vải polyeste, cho thấy rằng, chất kết dính trên cơ sở blend của cao su nitril butadien (NBR) và Polyvinylchloride (PVC) có khả năng bám dính tốt với vải mành polyeste, giá thành hạ (vì PVC rẻ hơn nhiều so với NBR). Do vậy, em tiếp tục nghiên cún nâng cao chất lượng loại chất kết dính này. Hà Thị Quỳnh Mai 1 K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Mặt khác, cũng từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, chất kết dính này có khả năng bám dính khá tốt với vải mành polyeste, tại các bề mặt phá hủy, chủ yếu là vật liệu kết dính. Tuy nhiên vật liệu polyme nanocompozit 3 cấu tử trên cơ sở cao su nitril butadien (NBR), nhựa polyvinylcloride (PVC) với nanosilica chưa có tác giả nào nghiên cứu. Vì vậy, em xin chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và úng dụng keo dán từ vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend của cao su nitrìl butadien và nhựa polyvinylcloride với nanosilica” đ ế thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Mục tiêu nghiên cứĩt của đề tài : Chế tạo ra được chất kết dính từ vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend của cao su nitril butadien và nhựa polyvinylcloride với nanosilica có khả năng bám dính tốt trên vải nền polyeste. Đe thực hiện mục tiêu trên, những nội dung nghiên cún sau đây sẽ được thực hiện: - Tìm hiểu tổng quan chung về keo dán kĩ thuật, về vật liệu cao su nanocompozit và nanocompozit trên cơ sở blend NBR/PVC với nanosilica. - Nghiên cún ảnh hưởng của hàm lượng nanosilia đến khả năng kết dính của chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC lên mành polyeste - Nghiên cún ảnh hưởng của nanosilia phối hợp với than đen đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyester - Nghiên cứu cấu trúc bề mặt bị bóc tách của mối dán - Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu Từ những nghiên cún trên, tìm ra đơn pha chế phù họp cho chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở blend của NBR/PVC. Hà Thị Quỳnh Mai 2 K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN 1.1. Keo dán kĩ thuật 1.1.1. Lịch sử phát triển của keo dán Lịch sử phát triển của keo dán gắn liền với lịch sử phát triển của nền văn minh nhân loại. Ngay từ thời cổ đại, con người đã biết sử dụng keo trong các công trình kiến trúc, xây dựng hay trong trang trí, hội họa. Trong nền văn minh Hi Lạp cổ đại, người ta dùng keo để gắn những tấm tranh hoành tráng trong lâu đài chờ thần Knosos trên đảo Cret từ cách đây trên 5000 năm. Người Trung Quốc và La Mã cổ đại đã biết dùng keo từ nhựa cây và sáp ong đế trám kín chiếc thuyền của họ. Tuy nhiên, cho đến đầu thế kỉ XX, các keo dán chủ yếu được sử dụng đều có nguồn gốc tự nhiên như keo từ động vật (keo xương, da, keo cazein-arabic, nhựa, sáp cây...) hay các keo gốc khoáng chất như nhựa than đá, nhựa đường. Những biến đổi mạnh mẽ về kĩ thuật công nghệ và các thành tựu vĩ đại, sâu sắc trong các nghiên cún lí thuyết về vật lí, hóa học, sinh học, toán học.. .đã đưa đến những đổi thay có tính chất cách mạng trong lĩnh vực vật liệu. Hàng loạt vật liệu mới ra đời, có tính năng ưu việt hơn hẳn, vượt xa các vật liệu có sẵn trong tự nhiên về độ bền chắc, khả năng chịu nhiệt, chịu ứng xuất, đã cho phép chế tạo những máy móc trang bị, phương tiện kĩ thuật mới và làm đảo lộn nếp sinh hoạt truyền thống của con người. Phần lớn các thiết bị, vật liệu chúng ta quên dùng ngày nay chỉ mới ra đời trong vòng vài chục năm qua (ví dụ: sợi tổng hợp, cao su tổng họp, tivi màu, điện thoại viễn liên, điện thoại di động, máy bay phản lực,...) Các tiến bộ đó đã xảy ra trên cơ sở cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật trong thế kỉ XX, thể hiện qua các đặc tính sau đây: - Nông nghiệp không còn là cơ sở của nền kinh tế nữa. Nhiều quốc gia có số dân làm nông nghiệp chỉ còn dưới 5% (Mỹ 4%, Anh quốc 3%). Hà Thị Quỳnh Mai 3 K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp - Mức tiêu thụ năng lượng (chỉ tiêu về sức mạnh công nghiệp và sức sống của xã hội) tăng vọt. Suốt thời gian 18,5 thế kỉ, đến 1850, toàn thế giới tiêu thụ ước tính 16,5 tỷ tấn than quy ước, trong một thế kỷ đến 1950 mức năng lượng tiêu thụ đạt 33 tỷ tấn, còn từ 1950 trở đi ước tính mức tiêu thụ năng lượng sẽ là 330 tỷ tấn trong một thế kỷ trên toàn thế giới, dẫn đến nguy cơ sinh quyển nóng dần lên và hàng loạt nguy cơ ô nhiễm khác. Mối quan hệ con người và tự nhiên bị đảo lộn một cách khác thường. - Khoa học trở thành lực lượng sản xuất trục tiếp. Do nhu cầu phát triển của khoa học - công nghệ, do yêu cầu của xã hội và các quy trình đào tạo, huấn luyện tối ưu, chất lượng lao động ngày càng cao. Kỹ thuật keo dán đã ra đời và phát triển trong bối cảnh đó, đáp ứng những nhu cầu và thành tựu của khoa học - công nghệ hiện đại, đó là: - Sử dụng triệt để và có hiệu quả cao các nguồn tài nguyên, những nguyên vật liệu sẵn có. - Chế tạo ra các sản phẩm mới có nhiều un thế, vượt xa các sản phẩm tương tự của tự nhiên. - Tạo ra các phương pháp công nghệ mới trong sản xuất có hiệu quả cao hơn, tiết kiệm hơn, cho sản phẩm chất lượng tốt hơn [ 1 0 ]. 1.1.2. Những ưu điếm của keo dán Khi dùng keo có thể đạt được nhiều lợi thế về công nghệ và chất lượng sản phẩm trong khai thác, sử dụng: - Keo có thể gắn kết các vật liệu không thể gắn hay khó gắnliền bằng kĩ thuật khác (bột mịn, bột gỗ, kết cấu ngoắt nghoéo, phức tạp). - Cho phép tạo mối dán bền chắc giữa các vật liệu khác bản chất mà không gây ra ăn mòn, phá hủy lẫn nhau. Hà Thị Quỳnh Mai 4 K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp - Đe tạo nên bề mặt hay chu vi nhẵn, bóng, giảm được ma sát, chống tiêu hao nhiên liệu, tăng được tốc độ làm việc (cánh quay, thân máy bay, khớp nối, tiếp điểm...) - Đảm bảo chuyển ứng xuất đều, phân bố tải trọng tốt hơn kĩ thuật hàn, tán ri vê, ghép cơ học.. .tăng tuổi thọ và độ tin cậy trong làm việc. - Cho phép chế tạo các vật liệu compozit có tính năng biến thiên trong giới hạn rất rộng, đáp ứng các đòi hỏi đa dạng của kĩ thuật hiện đại (các kết cấu tấm ép nhiều lớp, vật liệu cốt sợi, cốt bột độn gia cường, cốt tổ ong) chịu lực tốt, chịu mệt mỏi và uốn vặn cao. - Mối dán cho phép giảm bót rung lắc khi hoạt động trong chế độ ứng xuất động, tăng tuổi thọ của vật liệu khi bị rung xóc thường xuyên. - vết dán có độ kín khít cao, chống rò rỉ, thấm dầu, thấm khí, bảo vệ tốt hơn phương pháp gia công cơ khí (ở thùng dầu, sải cánh, cabin...). - Phương pháp dán làm giảm đáng kể trọng lượng sản phẩm, hạ giá thành gia công và chi phí khai thác cho phép sản xuất hàng loạt thuận lợi (kĩ thuật dán bằng keo màng, keo nóng chảy thuận lợi hơn hẳn tán rivê) [ 1 0 ]. 1.2. Giới thiệu chung về vật liệu nano và polyme nanocompozit Vật liệu nano là nói đến các vật liệu có một trong ba chiều có kích thước từ 1 đến dưới 100 nm. Do có kích thước như vậy, bản thân chúng thể hiện nhiều tính năng đặc biệt mà một trong đó là tạo nên vật liệu nanocompozit. Khi vật liệu nano phân tán trong nền polyme với kích cỡ trên sẽ tạo thành vật liệu polyme nanocompozit. Như vậy, cũng giống như vật liệu polyme compozit, vật liệu polyme nanocompozit cũng là loại vật liệu gồm pha nền (polyme) và pha gia cường ở các dạng khác nhau. Tuy nhiên, điều khác biệt ở đây là pha gia cường có kích thước cỡ nanomet (dưới 100 nm). Như vậy có thể hiểu, vật ỉiệu polyme nanocompozit là vật liệu có nền là polyme, copolyme hoặc polyme blend Hà Thị Quỳnh Mai 5 K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp và cốt là các hạt hay sợi khoảng thiên nhiên hoặc tống hợp có ít nhất một trong 3 chiều có kích thước trong khoảng 1-100 nm (kích cỡ nanomet). Vật liệu polyme nanocompozit kết hợp được cả ưu điếm của vật liệu vô cơ (như tính chất cứng, bền nhiệt,...) và ưu điểm của polyme hữu cơ (như tính linh động, mềm dẻo, là chất điện môi và khả năng dễ gia công...). Hơn nữa chúng cũng có những tính chất đặc biệt của chất độn nano điều này dẫn tới sự cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu. Một đặc tính riêng biệt của vật liệu polyme nanocompozit đó là kích thước nhỏ của chất độn dẫn tới sự gia tăng mạnh mẽ diện tích bề mặt chung khi so sánh với các compozit truyền thống (xem bảng 1.1) [11]. Diện tích bề mặt chung này tạo ra một tỷ lệ thể tích đáng kể của polyme có bề mặt chung với những tính chất khác biệt so với các polyme khối ngay cả khi ở tải trọng thấp. Vật liệu nền sử dụng trong chế tạo polyme nanocompozit rất đa dạng, phong phú bao gồm cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, thường là: nhựa polyetylen (PE), nhựa polypropylen (PP), nhựa polyeste, các loại cao su,... Bảng 1.1: Quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng Bề mặt riêng [cm2/g] Đường kính hạt 1 cm 3 1 mm 3.10 100 |um зло2 10 |um зло3 1 |am зло4 100 nm зло5 10 nm зло6 1 nm зло7 Hà Thị Quỳnh Mai 6 K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Khoáng thiên nhiên: chủ yếu là đất sét - vốn là các hạt silica có cấu tạo dạng lóp như montmorillonit, vermicullit, bentonit kiềm tính cũng như các hạt graphit,.... Các chất gia cường nhân tạo: các tinh thể như silica, CdS, PbS, CaCƠ 3,... hay ống carbon nano, sợi carbon nano,.... 1.3. Phân loại và đặc điểm của vật liệu polyme nanocompo/it 1.3.1. Phân loại Ba loại polyme nanocompozit được phân biệt dựa vào số chiều có kích thước nanomet của vật liệu gia cường: - Loại 1: Là loại hạt có cả ba chiều có kích thước nanomet, chúng là các hạt nano (SÍƠ2, CaCƠ 3,...)- Loại 2: Là loại hạt có hai chiều có kích thước nanomet, chiều thứ ba có kích thước lớn hơn, thường là ống nano hoặc sợi nano (thường là ống, sợi carbon nano) và được dùng làm phụ gia nano tạo cho polyme nanocompozit có các tính chất đặc biệt. - Loại 3: Là loại chỉ có một chiều có kích thước cỡ nanomet. Nó ở dạng phiến, bản với chiều dày có kích thước cỡ nanomet còn chiều dài và chiều rộng có kích thước từ hàng trăm đến hàng ngàn nanomet. Vật liệu dạng này thường có nguồn gốc là các loại khoáng sét. 1.3.2. Đặc điềm của vật liệu polyme nanocompozit - Pha phân tán là các loại bột có kích thước nano rất nhỏ nên chúng phân tán rất tốt vào trong polyme, tạo ra các liên kết ở mức độ phân tủ’ giữa các pha với nhau cho nên cơ chế khác hẳn với compozit thông thường. Các phần tủ' nhỏ phân tán tốt vào các pha nền, dưới tác dụng của lực bên ngoài tác động vào nền sẽ chịu toàn bộ tải trọng, các phần tô nhỏ mịn phân tán đóng vai trò hãm lệch, làm tăng độ bền của vật liệu đồng thời làm cho vật liệu cũng ổn định ở nhiệt độ cao. Hà Thị Quỳnh Mai 7 K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp - Do kích thước nhỏ ở mức độ phân tử nên khi kết họp với các pha nền có thể tạo ra các liên kết vật lý nhưng có độ bền tương đương với liên kết hóa học về mặt vị trí, vì thế cho phép tạo ra các vật liệu có nhiều tính chất mới, ví dụ như tạo các polyme dẫn có rất nhiều ứng dụng trong thực tế. - Vật liệu gia cường có kích thước rất nhỏ nên có thể phân tán trong pha nền tạo ra cấu trúc rất đặc, do đó có khả năng dùng làm vật liệu bảo vệ theo cơ chế che chắn (barie) rất tốt. 1.4. Ư’u điếm của vật liệu polyme nanocompo/it So với vật liệu polyme compozit truyền thống, vật liệu polyme nanocompozit có những ưu điểm chính như sau: - Do kích thước cực nhỏ cỡ nanomet của vật liệu gia cường nên chỉ cần một lượng nhỏ của nó cũng đã cải thiện đáng kể tính chất nền và làm cho vật liệu polyme nanocompozit nhẹ hơn, dễ gia công thành sản phẩm hơn so với vật liệu polyme compozit. - Sự chuyển ứng suất từ nền sang chất độn hiệu quả hơn do diện tích bề mặt lớn và khả năng bám dính bề mặt phân cách pha tốt. - So với vật liệu polyme compozit truyền thống, vật liệu polyme nanocompozit thân thiện với môi trường hơn do có khả năng tái chế (đối với loại nhựa nền nhiệt dẻo) hay có khả năng tự phân hủy trong môi trường (vật liệu polyme clay nanocompozit),... Tuy nhiên, cho tới nay, công nghệ phân tán phụ gia nano còn khá phức tạp. Điều này sẽ sớm được khắc phục vì các nghiên cún về công nghệ chế tạo vật liệu polyme nanocompozit đang được đặc biệt quan tâm. 1.5. Phương pháp chế tạo vật liệu polyme nanocompozit Polyme nanocompozit có thể được chế tạo theo một số phương pháp tùy theo cách thức kết họp giữa hai pha vô cơ và hữu cơ. Cho tới nay, người ta đưa ra 3 phương pháp chính để chế tạo polyme nanocompozit, tuỳ theo nguyên liệu Hà Thị Quỳnh Mai 8 K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp ban đầu và kỹ thuật gia công: phương pháp trộn họp (nóng chảy, trong dung dịch,...), phương pháp sol-gel và phương pháp trùng hợp in-situ. 1.5.1. Phương pháp trộn hợp Phương pháp này chỉ đơn giản là phối trộn các vật liệu gia cường nano vào trong nền polyme. Quá trình phối trộn có thể thực hiện trong dung dịch hay ở trạng thái nóng chảy. Khó khăn lớn nhất trong quá trình trộn hợp là phân tán các phần tử nano vào trong nền polyme một cách hiệu quả. 1.5.2. Phương pháp sol - gel Phương pháp sol-gel dựa trên quá trình thủy phân và trùng ngưng các phân tử alcoxide kim loại có công thức M(OR)4, dẫn đến việc hình thành polyme có mạng liên kết M-O-M, ví dụ như Si-O-Si. Phương pháp sol-gel cho phép đưa phân tử hữu cơ R ’ có dạng R ’ n M(OR)4-n vào trong mạnh vô cơ để tạo ra vật liệu hũu cơ-vô cơ lai tạo có kích thước nano. Có hai loại nanocompozit lai tạo được chế tạo bằng phương pháp sol- gel. Sự phân chia chúng dựa vào bản chất của bề mặt ranh giới giữa thành phần hữu cơ và vô cơ: * Nhóm 1: Các thành phần hữu cơ và vô cơ trong polyme nanocompozit không có liên kết đồng hóa trị. Ờ loại vật liệu này, tương tác giữa các thành phần dựa trên lực tương tác hydro, lực tĩnh điện và lực Van-der-Waals. * Nhóm 2: Thành phần hữu cơ và vô cơ trong vật liệu được liên kết với nhau bằng liên kết hóa học. Phương pháp sol-gel đã được ứng dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu lai vô cơ - hữu cơ. Ưu điếm chính của phương pháp này là điều kiện phản ứng êm dịu: nhiệt độ và áp suất tương đối thấp. Trong trường hợp polyme nanocompozit, mục tiêu của phương pháp là tiến hành phản ứng sol-gel với sự có mặt của polyme và polyme chứa các nhóm chức để nâng cao khả năng liên kết với pha vô cơ. Hà Thị Quỳnh Mai 9 K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Quá trình sol-gel gồm 2 bước: - Thuỷ phân alkoxide kim loại; - Quá trình đa tụ. Điểm đặc biệt của phương pháp ở chỗ mạng lưới oxide được tạo thành từ alkoxide cơ kim ngay trong nền hữu cơ. Phương pháp thường hay sử dụng với chất gia cường là nanosilica. 1.5.3. Trùng họp ỉn-sỉtu Phương pháp này có ưu điểm dễ chế tạo, nhanh và tính chất sản phẩm tốt. Quá trình trùng hợp in-situ trải qua ba bước: đầu tiên các phụ gia nano được xử lý bởi chất biến tính bề mặt thích họp và sau đó được phân tán vào monome rồi tiến hành trùng hợp trong dung dịch hoặc trong khối để tạo polyme nanocompozit. Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý chung chế tạo vật liệu polyme nanocompozit. Hat nano Trùng hợp in-situ Monome 00 C bó Ồ JQ -4— » C -C'3 ọ co [...]... trạng thái nóng chảy đã chế tạo ra được vật liệu nanocompozit dạng xen lớp Với hàm lượng 3% clay, vật liệu CSTN clay nanocompozit có tính chất cơ học cao và độ bền nhiệt cao hơn hẳn CSTN [4] Tiếp đó, Đào Thế Minh, Hoàng Tuấn Hung, cũng chế tạo ra vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend cao su nitril/ nhựa polyvinylcloride và nanoclay Bên cạnh đó, tại Trung tâm Nghiên CÚ11 Vật liệu polyme (Trường... kết tốt với nhau hơn Đối với các hệ nanocompozit trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo và nanosilica thường có hàm lượng nanosilica tối ưu dưới 1 0 %, trong khi đó, đối với một số cao su thì hàm lượng này có thể tới 15-20% hoặc cao hơn Riêng về độ dẻo, dai của vật liệu nanocompozit trên cơ sở polyme và nanosilica có ưu thế hơn vật liệu polyme nền Độ cứng của vật liệu tăng không nhiều khi tăng hàm lượng nanosilica, ... mỡ và môi trường cao, bền chống cháy Tùy theo tỷ lệ NBR/PVC mà vật liệu có thế là nhựa nhiệt dẻo hay cao su, cao su nhiệt dẻo [4],[7],[ 8 ] Và cũng chính vì vậy mà ngay trong nước cũng có những nghiên cứu, ứng dụng có hiệu quả loại vật liệu này trong chế tạo các loại gioăng đệm cho máy biến thế, đệm chống va đập cầu cảng Mặc dù vậy, cho tới nay những nghiên cún chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme blend. .. blend trên cơ sở NBR và PVC vẫn đang được các tác giả trong và ngoài nước quan tâm đặc biệt [2],[19] 1.8 Vật liệu polyme silica nanocompo/it Vật liệu polyme silica nanocompozit là một trong nhũng vật liệu nanocompozit được chú ý bởi các tính năng đặc biệt của nó Dưới đây là một số phương pháp chế tạo và tính chất của vật liệu silica nanocompozit [5],[11],[ 19] - Phương pháp chế tạo polyme sỉlica nanocompozit. .. chung về vật liệu nano và polyme nanocompozit Vật liệu nano là nói đến các vật liệu có một trong ba chiều có kích thước từ 1 đến dưới 100 nm Do có kích thước như vậy, bản thân chúng thể hiện nhiều tính năng đặc biệt mà một trong đó là tạo nên vật liệu nanocompozit Khi vật liệu nano phân tán trong nền polyme với kích cỡ trên sẽ tạo thành vật liệu polyme nanocompozit Như vậy, cũng giống như vật liệu polyme... đã nghiên cứu sử dụng silica biến tính trietoxysilylpropyltetrasulfur (TESPT) và silan 3-metacryloxypropyl trimetoxy (MPTS) làm chất độn cho hỗn hợp cao su thiên nhiên, butadien Cũng nhóm tác giả này đã nghiên círu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở cao su thiên nhiên với nanosilica và cho thấy, bằng cách trộn hợp nóng chảy đã phân tán được silica biến tính bằng MPTS trong nền cao su thiên... dừng lại ở kết quả nghiên círu, chưa có triển khai tiếp tục ở quy mô lớn hơn vào thực tế 1.7 Vật liệu polyme blend và polyme blend trên cơ sở cao su nitril butadien và polyvinylcloride 1.7.1 Hiêu biết chung về polyme blend Polyme blend là một hỗn họp của ít nhất hai polyme hoặc copolyme [17] Song cũng có tác giả định nghĩa cụ thể hơn Vật liệu polyme blend là vật liệu được cấu thành từ hai hay nhiều... chảy: Sự có mặt của silica nói chung và nanosilica nói riêng đã làm tăng khả năng bền chống cháy cho vật liệu Thể hiện ở chỉ số oxy tới hạn của polyme silica nanocompozit cao hơn vật liệu polyme nền tương ứng + Tính chất quang học: Dù sự có mặt của nanosilica trong vật liệu có làm giảm độ trong su t của vật liệu so với polyme nền tương ứng, song đây có thể coi như một trong những vật liệu gia cường... được độ trong của vật liệu cao Đặc biệt ở các hệ nanocompozit phân tán nanosilica gia cường tốt Mức độ tương hợp của polyme nền và silica gia cường càng cao, độ phân tán càng tinh, độ trong vật liệu càng cao + Độ thấm khứ Khác với các vật liệu gia cường vô cơ khác, khi có mặt của nanosilica làm tăng khả năng thấm khí của vật liệu Điều này có thể được giải thích do thể tích tự do của nanosilica lớn,... cứ tình hình thực tế, nanosilica là loại có giá thành hạ, sẵn có trên thị trường và nhiều đơn vị trong nước đã chế tạo được Chúng tôi chọn nanosilica để biến tính vật liệu kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC Hà Thị Quỳnh Mai 27 K37B-Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 2.1 .Vật liệu nghiên cứu - Cao su NBR sử dụng là KOSYN - KNB ... CẢM ƠN Trong trình thực đề tài: Nghiên cứu chế tạo ứng dụng keo dán từ vật liệu cao su nanocompozit sở blend cao su nitril butađien nhựa polyvinylcloride với nanosilica em nhận nhiều động viên... Chế tạo chất kết dính từ vật liệu nanocompozit sở blend NBR/PVC với nanosilica nanosilica với than đen 39 2.2.3 Chế tạo chất kết dính từ vật liệu compozit sở blend NBR/PVC với nanosilica nanosilica... (NBR), nhựa polyvinylcloride (PVC) với nanosilica chưa có tác giả nghiên cứu Vì vậy, em xin chọn đề tài: Nghiên cứu chế tạo úng dụng keo dán từ vật liệu cao su nanocompozit sở blend cao su nitrìl