Nghiên cứu nâng cao độ bền mài mòn cho vật liệu cao su thiên nhiên bằng nanosilica

Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS Đỗ Quang Kháng tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành khóa luận Em xin trân trọng cảm ơn phòng công nghệ vật liệu Polyme – Viện hóa học – Viện khoa học Công nghệ Việt Nam, khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập nghiên cứu Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, thầy cô bạn bè động viên, giúp đỡ em thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2013 Sinh viên Lê Thị Ngọc Quỳnh Lê Thị Ngọc Quỳnh K35C – Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học MỤC LỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu cao su thiên nhiên 1.1.1 Latex crếp cao su thiên nhiên 1.1.2 Thành phần, cấu tạo tính chất CSTN 1.1.3 Quá trình chế biến khả ứng dụng CSTN 1.1.4 Tình hình sản xuất chế biến CSTN 11 1.2 Một số biện pháp biến tính CSTN 12 1.2.1 Biến tính phương pháp hóa học 12 1.2.2 Nâng cao tính lý cho cao su cách cho chất độn hoạt tính 14 1.2.3 Biến tính CSTN nhựa nhiệt dẻo cao su tổng hợp khác 16 1.2.4 Biến tính cao su nanosilica 17 1.3 Giới thiệu silica 18 1.3.1 Cấu trúc silica 18 1.3.2 Tính chất vật lý 20 1.3.3 Tính chất hóa học 20 1.3.4 Tính chất hạt silica kích thước nano 20 1.3.5 Ứng dụng hạt nano silica 22 1.3.6 Các phương pháp chế tạo silica 23 1.3.7 Các phương pháp biến tính hạt silica 26 CHƯƠNG II: MỤC TIÊU, CHƯƠNG TRÌNH VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 Lê Thị Ngọc Quỳnh K35C – Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 30 2.2 Chương trình nghiên cứu 30 2.3 Vật liệu nghiên cứu 30 2.3.1 Cao su thiên nhiên 30 2.3.2 Nanosilica 31 2.3.3 Các phụ gia khác 31 2.4 Phương pháp nghiên cứu 31 2.4.1 Thành phần mẫu nghiên cứu 31 2.4.2 Chế tạo vật liệu 32 2.4.3 Chế tạo mẫu nghiên cứu 32 2.5 Khảo sát tính chất vật liệu 32 2.5.1 Tính chất lý 32 2.5.2 Đánh giá độ bền nhiệt vật liệu phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 33 2.6 Phân tích cấu trúc hình thái vật liệu 34 2.7 Đánh giá khả bền môi trường vật liệu 34 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới tính chất học vật liệu 36 3.2 Cấu trúc hình thái vật liệu 40 3.3 Ảnh hưởng trình biến tính tới khả bền nhiệt vật liệu 41 3.4 Độ bền môi trường vật liệu 46 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 Lê Thị Ngọc Quỳnh K35C – Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học CÁC CHỮ VIẾT TẮT CSTN Cao su thiên nhiên CTAB Cetyl trimetyl amonium bromua ENS Cao su epoxy hóa ML Độ nhớt Mooney NBR Cao su nitril PPy Poly pyrol PRI Chỉ số trì độ dẻo PVC Poly vinyl clorua SEM Kính hiển vi điện tử quét TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TEOS Tetraethyl orthos silicat TGA Phân tích nhiệt trọng lượng TMCS Trimetyl closilan Lê Thị Ngọc Quỳnh K35C – Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 1: Biểu đồ phân loại chất độn 18 Hình 2: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo đứt vật liệu CSTN/nanosilica 36 Hình 3: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ dãn dài đứt vật liệu CSTN/nanosilica 37 Hình 4: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ bền mài mòn vật liệu CSTN/nanoslica 37 Hình 5: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ cứng vật liệu CSTN/ Nanosilica 38 Hình 6: Ảnh SEM bề mặt gẫy mẫu vật liệu CSTN 3% nanosilica 40 Hình 7: Ảnh SEM bề mặt gẫy mẫu vật liệu CSTN 10% nanosilica 40 Hình 8: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu CSTN 42 Hình 9: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu CSTN/ 3% nanosilica 43 Hình 10: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu CSTN/ 10 % nanosilica 44 Bảng : Thành phần hóa học crếp cao su thiên nhiên Bảng : Thành phần tiêu chuẩn để xác định tính chất lý CSTN Bảng : Diện tích cao su sản lượng CSTN Việt Nam năm gần 12 Bảng 4: Một số chất liên kết silan dùng biến tính hóa học bề mặt hạt SiO2 29 Bảng 5: Ảnh hưởng hàm lượng Nanosilica tới tính chất lý vật liệu 38 Bảng 6: Kết phân tích TGA mẫu vật liệu sở CSTN 45 Bảng 7: Hệ số già hóa vật liệu 46 Lê Thị Ngọc Quỳnh K35C – Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học MỞ ĐẦU Cao su thiên nhiên (CSTN) polyme thiên nhiên tách từ nhựa cao su (Hevea Brasiliensis), có thành phần hóa học polyisopren Cây cao su phát lần vào cuối kỉ XVI Nam Mĩ Trong thời gian đó, thổ dân biết trích nhựa cao su để tẩm vào vải sợi làm dép rừng Những sản phẩm có thời gian sử dụng lâu sản phẩm thông thường, nhiều nhược điểm độ bền chưa ổn định, hay dính gây cảm giác khó chịu Do đó, CSTN chưa sử dụng rộng rãi Năm 1839, Saclo Guder (Chales Goodyear) phát minh trình lưu hóa cao su, chuyển cao su từ trạng thái chảy nhớt sang trạng thái đàn hồi bền vững cao su ứng dụng rộng rãi để sản xuất nhiều sản phẩm thông dụng Đến đầu kỉ XX với phát triển ngành hóa học đặc biệt đời thuyết cấu tạo polyme CSTN nghiên cứu cách kĩ lưỡng ứng dụng rộng rãi, sản lượng không ngừng tăng theo thời gian Tuy nhiên, nhiều tính kĩ thuật CSTN bị hạn chế bền dầu mỡ, môi trường… Silica chất phụ gia phổ biến nay, đặc biệt lĩnh vực kỹ thuật có độ bền lý cao, độ bền nhiệt cao, bề mặt riêng lớn, có khả gia cường cho nhiều loại vật liệu khác Đặc biệt công nghiệp cao su, silica ứng dụng rộng rãi làm chất độn gia cường cho sản phẩm cao su Tuy nhiên, nanosilica – loại vật liệu đời gần ứng dụng bước đầu hứa hẹn mang lại hiệu cao Riêng Việt Nam, năm qua có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo nanosilica, có số sở triển khai sản xuất quy mô Lê Thị Ngọc Quỳnh K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học nhỏ Tuy nhiên, việc ứng dụng nanosilica công nghiệp cao su nước ta chưa ý Xuất phát từ tình hình thực tế đó, chọn chủ đề “Nghiên cứu nâng cao độ bền mài mòn cho vật liệu cao su thiên nhiên nanosilica” để thực khóa luận tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu: “xác định hàm lượng tối ưu nanosilica để nâng cao tính lý độ bền mài mòn cho cao su thiên nhiên” Để thực mục tiêu trên, nội dung nghiên cứu để tài bao gồm: - Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nanosilica đến tính học độ bền mài mòn vật liệu - Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới cấu trúc hình thái, tính chất nhiệt vật liệu Từ kết nghiên cứu trên, chọn thành phần tối ưu nanosilica để nâng cao tính chất lý, kỹ thuật độ bền mài mòn cao su thiên nhiên Lê Thị Ngọc Quỳnh K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu cao su thiên nhiên 1.1.1 Latex crếp cao su thiên nhiên [1, 2] 1.1.1.1 Latex cao su thiên nhiên Latex cao su thiên nhiên (hay gọi mủ cao su thiên nhiên) nhũ tương nước (được gọi serum) hạt nhũ tương cao su có chứa nhiều chất vô hữu với hàm lượng phần khô (DRC – khối lượng phần cao su khô 100 gram latex tách theo tiêu chuẩn định) trung bình từ 28 – 40% Latex cao su thiên nhiên lấy từ cách cạo vào lớp vỏ bên thu vào dụng cụ chứa  N hũ tương cao su latex Các hạt nhũ tương cao su latex tập hợp đại phân tử cao su có dạng hình cầu, hình bầu dục… kích thước nhỏ, khoảng từ 0,05 3μm Trong latex, hạt nhũ tương trạng thái chuyển động Hạt nhũ tương cao su latex có hai lớp, bên hydrocacbon, bên lớp hấp phụ mang điện tích âm làm nhiệm vụ bảo vệ latex không bị keo tụ  T hành phần hóa học latex Nước : 52,3 - 67% Chất nhựa : 3,4 - 1,0% Hydocacbon : 37,3 - 29,5% Protein : 2,7 - 0,9% Polysacarit : Chất khoáng : 0,2 - 0,4% 4,2 - 1,2% Như vậy, nước ra, thành phần latex CSTN hydrocacbon chiếm tới 90% pha phân tán Lê Thị Ngọc Quỳnh K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học 1.1.1.2 Crếp cao su thiên nhiên Crếp cao su thiên nhiên hay gọi cao su sống sản xuất từ latex chủ yếu hai phương pháp: - Keo tụ mủ cao su, rửa phần keo tụ nước mềm sấy đến độ ẩm cần thiết Sản xuất cao su sống phương pháp keo tụ cho sản phẩm có độ tinh khiết cao trình keo tụ, hầu hết hợp chất tan nước giữ lại phần nước thải (serum) - Cho bay nước khỏi mủ cao su, phương pháp cho sản phẩm chứa nhiều tạp chất Tùy theo phương pháp sản xuất, cao su thiên nhiên thương trường có tên thương mại khác Tất chia làm loại thương phẩm với 35 loại chất lượng khác 1.1.2 Thành phần, cấu tạo tính chất CSTN 1.1.2.1 Thành phần CSTN Thành phần hóa học CSTN gồm nhiều chất khác nhau: hydrocacbon (thành phần chủ yếu), chất trích ly axeton, độ ẩm, chất chứa nitơ mà chủ yếu protein chất khoáng Hàm lượng chất thay đổi phụ thuộc vào tuổi cây, cấu tạo thổ nhưỡng khí hậu nơi sinh trưởng mùa khai thác mủ, phương pháp sản xuất… [1, 2] Thành phần hóa học crếp cao su thiên nhiên (cao su sống) sản xuất phương pháp khác trình bày bảng - Hydrocacbon CSTN, chất khác nằm coi tạp chất, qua phân tích cho thấy polyisopren - Chất trích ly axeton CSTN có 51% axit béo (axit oleic, stearic, ), chất có khả xúc tiến cho phản ứng lưu hóa cao su Ngoài ra, axit béo tồn dạng este (khoảng 3%), glucoxit (7%), Lê Thị Ngọc Quỳnh K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học lại axit amin, hợp chất photpho hữu cơ, chất hữu kiềm tính,… Các chất có khả ổn định cho cao su Bảng : Thành phần hóa học crếp cao su thiên nhiên Loại cao su Thành phần Hong khói Crếp trắng Bay Hydrocacbon 93 - 95 93 - 95 85 - 90 Chất trích ly axeton 1,5 - 3,5 2,2 - 3,45 3,6 - 5,2 Chất chứa nitơ 2,2 - 3,5 2,4 - 3,8 4,2 - 4,3 Chất tan nước 0,3 - 0,85 0,2 - 0,4 5,5 - 5,72 Chất khoáng 0,2 - 0,85 0,16 - 0,85 1,5 - 1,8 Độ ẩm 0,2 - 0,9 0,2 - 0,9 1,0 - 2,5 - Các chất tan nước gồm gluxit mà chủ yếu 1- metyl inositol; 1,2- dimetyl inositol inositol,… Các chất có cao su sống với hàm lượng nhỏ Sự có mặt chất với hàm lượng cao làm tăng độ hút ẩm, vật liệu dễ bị loại vi khuẩn nấm mốc công - Các hợp chất chứa nitơ CSTN gồm chủ yếu protein axit amin với hàm lượng cao (2,2 - 3,8% tùy loại) Khối lượng phân tử trung bình protein khoảng 3400 Các protein có khả xúc tiến cho trình lưu hóa ổn định cho CSTN Tuy nhiên, có mặt chúng lại làm tăng khả hút ẩm làm giảm tính cách điện vật liệu - Các chất khoáng gồm oxit kim loại kiềm kiềm thổ Thành phần tro lại sau đốt cháy cao su 1.1.2.2 Cấu tạo CSTN Lê Thị Ngọc Quỳnh K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới tính chất học vật liệu Hàm lượng chất độn gia cường nói chung cho vào vật liệu có ảnh hưởng lớn tới tính lý vật liệu thu Khi tăng hàm lượng chất độn hoạt tính hợp phần cao su đến hàm lượng giới hạn tính chất vật liệu tăng lên Nếu tiếp tục tăng hàm lượng chất độn lên hợp phần cao su xuất hiện tượng giảm số tính chất độ bền kéo đứt, độ dãn dài tương đối, khả chống xé rách,…Như loại polyme loại chất độn tồn giới hạn tối ưu mà tính chất lý, tính kỹ thuật vật liệu tốt Để xác định hàm lượng nanosilica tối ưu, cố định thành phần khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nanosilica đến tính chất học vật liệu Những Độ bền kéo đứt (MPa) kết nghiên cứu trình bày hình bảng Hàm lượng nanosilica (%) Hình 2: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo đứt vật liệu CSTN/nanosilica Lê Thị Ngọc Quỳnh 38 K35C - Hóa Khóa luận tốt nghiệp đại học Độ dãn dài đứt (%) Trường ĐH sư phạm Hà Nội Hàm lượng nanosilica (%) Hình 3: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ dãn dài đứt Độ mài mòn ( cm3/1.61km ) vật liệu CSTN/nanosilica Hàm lượng nanosilica (%) Hình 4: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ bền mài mòn vật liệu CSTN/nanoslica Lê Thị Ngọc Quỳnh 39 K35C - Hóa Khóa luận tốt nghiệp đại học Độ cứng (Shore A) Trường ĐH sư phạm Hà Nội Hàm lượng nanosilica (%) Hình 5: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ cứng vật liệu CSTN/ Nanosilica Bảng 5: Ảnh hưởng hàm lượng Nanosilica tới tính chất lý vật liệu Tính chất Hàm lượng Độ bền kéo Độ dãn dài đứt (MPa) đứt (%) (cm3/1,61 km) Độ mài mòn Độ cứng (Shore A) Nanosilica % 13,2 716,8 1,075 42 14,94 731,8 1,046 42,8 16,72 742,7 1,027 43,0 13,61 743,0 1,029 43,5 12,70 766,3 1,032 43,8 10 11,05 749,7 1,035 44,2 Lê Thị Ngọc Quỳnh 40 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học Từ kết bảng cho thấy, tăng hàm lượng nanosilica đến 3% tính chất lý vật liệu tăng Khi hàm lượng nanosilica lớn 3% độ bền kéo đứt độ cứng lại giảm Độ bền mài mòn vật liệu không bị ảnh hưởng đáng kể hàm lượng nanosilica 3% Khi hàm lượng nanosilica vượt 3% độ bền mài mòn giảm nhanh chút không nhiều Giải thích: - Độ bền kéo đứt: Khi hàm lượng chất độn tăng, ban đầu phân tán tốt cao su Sau hàm lượng nanosilica tiếp tục tăng (hơn 3%) làm cho chúng tập hợp lại tạo thành pha riêng, kích thước chất độn hợp phần cao su thiên nhiên tăng lên làm giảm diện tích tiếp xúc cao su chất độn, làm giảm liên kết cao su chất độn độ bền kéo đứt vật liệu giảm - Độ cứng vật liệu ban đầu tăng silica phân tán cỡ nano tạo cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn, làm tăng độ cứng Khi hàm lượng tiếp tục tăng độ cứng tăng chậm lại nanosilica chất độn mềm tác giả Hua Zou ShiShan [16] đề cập Do tăng hàm lượng chất 5% làm cho độ cứng vật liệu tăng không nhiều - Độ bền mài mòn: Khi phối hợp với chất độn khác, silica thường làm tăng độ bền mài mòn cho vật liệu cao su Trong trường hợp này, có mặt silica độ bền mài mòn vật liệu có xu hướng tăng lên so với cao su không gia cường Đặc biệt hàm lượng 3% nanosilica độ bền mài mòn vật liệu đạt giá trị cao (độ mài mòn đạt giá trị thấp nhất) Từ kết nghiên cứu tính chất học cho thấy hàm lượng silica biến tính CSTN khoảng 3% có hiệu tốt Lê Thị Ngọc Quỳnh 41 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học 3.2 Cấu trúc hình thái vật liệu Cấu trúc hình thái vật liệu nghiên cứu phương pháp kính hiển vi điện tử quét Các hình ảnh chụp bề mặt gẫy số mẫu vật liệu sở CSTN phụ gia có nanosilica Hình 6: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu CSTN/ 3% nanosilica Lê Thị Ngọc Quỳnh 42 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học Hình 7: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu CSTN/ 10% nanosilica Nhận thấy rằng: Ở mẫu vật liệu CSTN/ 3% nanosilica hạt độn phân tán đặn vật liệu Trong đó, mẫu vật liệu CSTN/ 10% nanosilica phân tán không đặn, chí có chỗ hạt tập hợp hạt có kích thước tới 2-3m Chính vậy, mẫu có 10% nanosilica tính chất học vật liệu giảm rõ rệt so với mẫu có 3% nanosilica 3.3 Ảnh hưởng trình biến tính tới khả bền nhiệt vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng trình biến tính tới khả bền nhiệt vật liệu, nghiên cứu độ bền nhiệt vật liệu phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Dưới giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN CSTN/nano - SiO2 Lê Thị Ngọc Quỳnh 43 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học Hình 8: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu CSTN Lê Thị Ngọc Quỳnh 44 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học Hình 9: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu CSTN/ 3% nanosilica Lê Thị Ngọc Quỳnh 45 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học Hình 10: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu CSTN/ 10 % nanosilica Từ kết phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) mẫu vật liệu thu số liệu bảng đây: Lê Thị Ngọc Quỳnh 46 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học Bảng 6: Kết phân tích TGA mẫu vật liệu sở CSTN Mẫu CSTN phụ gia Nhiệt độ Nhiệt độ Tốc độ tổn hao Tổn hao khối bắt đầu phân huỷ khối lượng cực lượng đến phân huỷ mạnh đại 500oC (oC) (oC) (mg/phút) (%) 258,00 452,60 0,74 35,20 284,00 464,80 0,68 34,60 260,00 462,50 0,76 35,55 CSTN/3 % nanosilica phụ gia CSTN/10 % nanosilica phụ gia Từ kết phân tích TGA thấy mẫu vật liệu sở CSTN phụ gia có nhiệt độ bắt đầu phân hủy 268oC, nhiệt độ phân hủy mạnh 452,6oC Trong mẫu có 3% nanosilica nhiệt độ bắt đầu phân hủy 284oC nhiệt độ phân hủy mạnh tăng lên tới 464, 80oC Mặt khác, tốc độ khối lượng cực đại mẫu có nanosilica tổn hao khối lượng tới 500oC giảm mạnh Bên cạnh đó, mẫu vật liệu biến tính 10% nanosilica nhiệt độ bắt đầu phân hủy phân hủy mạnh lại giảm xuống (thấp so với hàm lượng 3% nanosilica cao mẫu CSTN phụ gia chút) tương ứng với 260oCvà 462,5oC Riêng tốc độ tổn hao khối lượng khối lượng tới 500oC cao mẫu có 3% nanosilica Điều giải thích, có mặt nanosilica-loại vật liệu bền nhiệt so với CSTN, hàm lượng 3% Lê Thị Ngọc Quỳnh 47 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học nanosilia, hạt nanosilica phân tán đặn CSTN, tạo vật liệu có cấu trúc bền vững dẫn đến làm tăng mạnh độ bền nhiệt cho vật liệu Tuy nhiên hàm lượng nanosilica cao, hạt nanosilica kết tụ lại thành pha riêng, phá vỡ hệ cân tương tác vật liệu CSTN hạt nano gia cường Dẫn đến làm giảm tính chất học làm giảm độ bền nhiệt vật liệu Từ kết lần khẳng định hàm lượng nanosica 3% không làm tăng mạnh độ bền mài mòn cho vật liệu CSTN mà làm tăng hầu hết tính chất học độ bền nhiệt cho vật liệu 3.4 Độ bền môi trường vật liệu Độ bền môi trường vật liệu xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2229 - 77 70oC thời gian 96 môi trường không khí nước muối 10% Những kết nghiên cứu thu được trình bày bảng đây: Bảng 7: Hệ số già hóa vật liệu Mẫu vật liệu CSTN phụ gia CSTN/3% nanosilica phụ gia Hệ số già hóa Hệ số già hóa không khí nước muối 0,88 0,85 0,93 0,89 Nhận thấy rằng: vật liệu CSTN gia cường 3% nanosilica có độ bền môi trường cao so với CSTN không gia cường Điều giải thích có mặt 3% nanosilica, vật liệu có cấu trúc đặn chặt chẽ (nhờ hiệu ứng nano) Nhờ hạn chế xâm nhập tác nhân xâm thực oxy, nhiệt độ, Do vật liệu bền vững với môi trường Lê Thị Ngọc Quỳnh 48 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thu cho thấy rằng: - Hàm lượng nanosilica tối ưu dùng để biến tính CSTN 3% Tại hàm lượng này, hạt nanosilica phân bố CSTN khoảng vài chục nano mét Nhờ vậy, tính chất học vật liệu đạt giá trị cao (độ bền kéo đứt tăng gần 27%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng thêm 24oC, tổn hao khối lượng 400oC giảm 9%) độ bền mài mòn tăng mạnh so với mẫu nanosilica - Vật liệu CSTN gia cường 3% nanosilica có độ bền môi trường tốt so với CSTN phụ gia nanosilica hiệu ứng nano làm cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ - Phương pháp cán trộn trực tiếp CSTN với nanosilica tạo vật liệu có cấu trúc chưa thật đồng (thể qua cấu trúc hình thái) tính chất lý, kỹ thuật cật liệu tăng chưa nhiều Để tạo được vật liệu có tính lý, kỹ thuật tốt cần phải nghiên cứu phương pháp khác trộn kín, trộn qua dung môi Với kết thu định hướng khẳng định: với nanosilica chế tạo Viện Hóa Học công nghiệp Việt Nam có khả ứng dụng để nâng cao tính lý độ bền mài mòn cho CSTN Việt Nam Lê Thị Ngọc Quỳnh 49 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Trí: Khoa học kỹ thuật công nghệ cao su thiên nhiên, in lần thứ có sửa chữa, bổ sung, Nhà xuất trẻ (2003) Ngô Phú Trù: Kỹ thuật chế biến gia công cao su, Trường đại học Bách khoa Hà Nội (1995) Limper, Barth, Grajewski: technologie der Kautschukverabeitung, Carl Hanser Verlag Muenchen - Wien, 1989 Đỗ Quang Kháng, Cao su - cao su blend ứng dụng, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội, 2012 Thị trường cao su tăng trưởng năm 2013, http://www.baomoi.com/thi - truong - cao - su - se - tang - truong - nam - 2013/50/11026103.epi Việt Nam xuất cao su đứng thứ tư giới, http://hanoimoi.com.vn/tin - tuc/kinh - te/568151/viet - nam - xuat khau - cao - su - dung - thu - tu - the - gioi/ Đề tài tình hình sản xuất cao su Việt Nam, http://luanvan.co/luan van/de - tai - tinh - hinh - san - xuat - cao - su - o - viet - nam - 14635/ Cao su thiên nhiên năm 2013 tăng diện tích, sản lượng lượng xuất khẩu, http://thitruongcaosu.net/2013/01/03/cao - su - thien - nhien nam - 2013 - tang - dien - tich - san - luong - va - luong - xuat - khau/ Võ Phiên, Lê Xuân Hiền, Phạm Ngọc Lân, Cao su vòng ứng dụng chúng, Tạp chí Hóa học, 20(4), tr.11 – 14, 1982 10.Nguyễn Minh Tuấn, Nghiên cứu tính toán kết cấu vỏ compozit Luận án tiến sĩ, Chuyên ngành Cơ học ứng dụng, học viện KTQS, 1998 Lê Thị Ngọc Quỳnh 50 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đại học 11 Nguyễn Việt Bắc, Nghiên cứu triển khai ứng dụng cao su thiên nhiên làm vật liệu compozit, Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước KHCN - 03.03, tr.8-12, 1998 12 Nguyễn Văn Khôi, Đỗ Quang Kháng, Maleic hóa cao su thiên nhiên crêp cắt mạch, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 35(6), tr.27 - 30, 1997 13 Đỗ Quang Kháng, Lương Như Hải, Phạm Anh Dũng đồng tác giả, chế tạo ứng dụng cao su blend - hướng nghiên cứu có hiệu cao để nâng cao tính lý, kỹ thuật, mở rộng khả ứng dụng cho vật liệu, cao su thiên nhiên, tuyển tập báo cáo hội thảo “Đánh giá tác động hội nhập sau hai năm gia nhập WTO ngành kinh tế Việt Nam - ngành cao su” Hà Nội 23/12/2008 14 Silic dioxit, http://vi.wikipedia.org/wiki/silic_dioxit 15 Hoàng Nhâm, Hóa học vô tập 2, NXB Giáo dục Hà Nội, trang 134, (2002) 16 Hua Zou, Shishan Wu, Jian Shen, Polymer/Silica Nanocomposites: Preparation, Characterization, Properties, and Applications, Chem Rev, Vol,108, 3893 - 3957, (2008) 17 T Jesionnowski, J.Zurawska, A.Krysztafkiewicz, Surface properties and dispersion behavior of percititates silicas, Journal of materials science, Vol.37, 1621 - 1633, (2008) 18 La Văn Bình, Khoa học công nghệ vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2002) 19 Đặng Xuân Hoàng, Phương pháp sol – gel tạo hạt mịn SiO2 từ thủy tinh lỏng axit sunfuric, Luận văn thạc sỹ khoa học, chuyên ngành Công nghệ Hóa học, Trường Đại học bách khoa Hà Nội (2007) Lê Thị Ngọc Quỳnh 51 K35C - Hóa Trường ĐH sư phạm Hà Nội 20 Sol - gel methods, Khóa luận tốt nghiệp đại học http://cheminfo.chemi.muni.cz/materials/ Inorgmater/ sol - gel Pdf Lê Thị Ngọc Quỳnh 52 K35C - Hóa [...]... hợp cho vật liệu polyme blend trên cơ sở CSTN 1.2.2 Nâng cao tính năng cơ lý cho cao su bằng cách cho chất độn hoạt tính Đối với hợp phần cao su khi đưa một chất trộn vào, độ bền kéo đứt và một vài tính chất cơ lý cao su lưu hóa ở trạng thái đàn hồi tăng một cách đáng kể Các chất độn làm tăng tính năng cơ lý cho cao su, tăng tính năng sử dụng cho vật liệu được gọi là các chất độn tăng cường (chất độn... TIÊU, CHƯƠNG TRÌNH VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Xác định được hàm lượng tối ưu của nanosilica để nâng cao tính năng cơ lý và độ bền mài mòn cho cao su thiên nhiên 2.2 Chương trình nghiên cứu Sử dụng phương pháp cán trộn trực tiếp trên máy cán hai trục để chế tạo vật liệu Thay đổi hàm lượng của nanosilica: 0, 1, 3, 5, 7, 10 PKL so với CSTN trong hợp phần cao su, khảo sát các... tạo cơ sở cho việc phát triển loại vật liệu này Chính vì thế để nâng cao tính năng cơ lý, mở rộng khả năng ứng dụng cho CSTN người ta thường biến tính bằng cao su tổng hợp, hoặc nhựa dẻo tạo ra vật liệu cao su blend Nhiều vật liệu cao su blend đã được chế tạo và ứng dụng rộng rãi như cao su blend của CSTN/SBR làm các loại lốp xe cộ, blend CSTN/ cao su nitrile (NBR) chế tạo các sản phẩm cao su bền như... trong hợp phần cao su, khảo sát các tính năng cơ lý của vật liệu tạo thành để tìm ra hàm lượng tối ưu của nanosilica dùng biến tính CSTN Nghiên cứu cấu trúc, độ bền nhiệt , độ bền môi trường của vật liệu Từ những kết quả nghiên cứu ở trên, chọn ra thành phần tối ưu của silica để nâng cao tính chất cơ lý, kỹ thuật và độ bền mài mòn của cao su thiên nhiên Lê Thị Ngọc Quỳnh 31 K35C - Hóa ... phẩm dẻo như đế giày, các loại cao su kĩ thuật, dây cáp và các loại lốp Đưa 20 - 50% khối lượng bột mịn SiO2 vào cao su thiên nhiên hay cao su tổng hợp giúp cải thiện độ dai, độ cứng, độ bền xé của các sản phẩm cao su Khả năng tăng cường của bột mịn SiO2 cũng vượt hơn hẳn các chất độn tự nhiên và khác với muội than, nó cho phép tạo ra những sản phẩm cao su trắng và cao su màu Với công nghệ dây cáp,... thích hợp cho từng loại cao su để đạt được lực tác dụng giữa than và lực cao su lớn nhất  L ý thuyết tăng cường lực của chất độn hoạt tính đối với cao su: Trong các trường hợp cụ thể mức độ tăng cường lực cho cao su bằng chất độn hoạt tính có thể giải thích bằng tác động yếu tố này hoặc tác động yếu tố khác trên cơ sở năng lượng liên kết nội, liên kết ngoại của polyme và chất độn Khi nghiên cứu ảnh... của hệ cao su - chất độn làm giảm độ bền kéo đứt, độ bền xé rách của vật liệu Theo Alexandrop Lazunkin thì cơ chế tăng cường cho lực polyme bằng chất độn hoạt tính là quá trình san bằng ứng su t trong polyme Trong hợp phần cao su, sự kết bó giữa các cấu trúc đại phân tử thường không chặt chẽ nên cấu trúc cao su tồn tại nhưng “khuyết tật” Khi có lực tác dụng thì sự hình thành các ứng su t khuyết tật khác... sản lượng CSTN trên thế giới Những năm gần đây thị trường cao su có biến động do khủng hoảng về kinh tế nhưng dự báo đây vẫn là một ngành công nghiệp đầy tiềm năng Thị trường cao su thế giới năm 2012 tiếp tục dư cung Năm 2012, tổng sản lượng cao su thiên nhiên thế giới đạt 11,4 triệu tấn tăng 3,97% so với năm 2011 Tuy nhiên, tiêu thụ cao su thiên nhiên toàn cầu năm Lê Thị Ngọc Quỳnh 11 K35C - Hóa Trường... tính) các chất độn không làm thay đổi tính chất cơ lý của cao su được gọi là chất độn trơ.Tác dụng tăng cường của chất độn phụ thuộc vào bản chất hóa học của bản than nó và polyme, vào đặc trưng tương tác lẫn nhau của vật liệu polyme với chất độn Mặt khác mức độ tăng cường lực cho cao su còn phụ thuộc vào hàm lượng chất độn có trong thành phần, kích thước và hình dáng hình học của chất độn và nhiều yếu... chất độn hoạt tính: - Chất độn vô cơ hoạt tính: Các chất sử dụng nhiều trong công nghệ gia công cao su là: bột nhẹ, cao lanh, SiO2,… Trong các chất độn này SiO2 là chất độn tăng cường hiệu quả nhất - Các chất độn hữu cơ hoạt tính: Các chất độn hữu cơ hoạt tính là các chất hữu cơ có kích thước hạt nhỏ khi đưa nó vào thành phần của hợp phần cao su các tính chất cơ lý của cao su tốt hơn Các chất độn hữu ... độ bền mài mòn cho vật liệu cao su Trong trường hợp này, có mặt silica độ bền mài mòn vật liệu có xu hướng tăng lên so với cao su không gia cường Đặc biệt hàm lượng 3% nanosilica độ bền mài mòn. .. 1.1 Tổng quan vật liệu cao su thiên nhiên 1.1.1 Latex crếp cao su thiên nhiên [1, 2] 1.1.1.1 Latex cao su thiên nhiên Latex cao su thiên nhiên (hay gọi mủ cao su thiên nhiên) nhũ tương nước (được... TRÌNH VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Xác định hàm lượng tối ưu nanosilica để nâng cao tính lý độ bền mài mòn cho cao su thiên nhiên 2.2 Chương trình nghiên cứu Sử