Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit CSTN NBR tro bay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC  TRẦN THỊ TÂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT CSTN/NBR/TRO BAY TÓM TĂT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên nghành: Hóa Công nghệ Môi trường Người hướng dẫn khoa học TS NGÔ KẾ THẾ HÀ NỘI- 2011 Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu, số liệu trình bày khóa luận hoàn toàn trung thực không với kết tác giả khác Tác giả: Trần Thị Tâm Khóa Luận Tốt Nghiệp ii Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu LỜI CẢM ƠN Khóa luận thực Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Em xin chân thành cảm ơn TS.Ngô Kế Thế Viện Khoa học Vật liệuViện Khoa học Công nghệ Việt Nam nhiệt tình, tận tâm hướng dẫn em suốt trình thực khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy Phòng nghiên cứu Vật liệu polime compozit bảo giúp đỡ em thời gian qua Em xin cảm ơn thầy cô giáo khoa hóa học trường ĐHSP Hà Nội cung cấp cho em kiến thức trình học tập để em hoàn thành khóa luận Khóa luận thực thời gian ngắn nên không tránh khỏi số sai sót Vì vậy, em mong nhận góp ý, bảo thầy cô giáo bạn sinh viên Hà Nội ngày 15 tháng năm 2011 Sinh viên Trần Thị Tâm Khóa Luận Tốt Nghiệp iii Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tro bay 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Các đặc trưng tro bay 1.1.2.1 Thành phần hoá học tro bay 1.1.2.2 Hình thái học tro bay 1.1.2.3 Phân bố kích thước hạt tro bay 11 1.2.3.Một số ứng dụng tro bay 12 1.2 Cao su thiên nhiên 14 1.2.1 Lịch sử phát triển 14 1.2.2 Mủ cao su thiên nhiên ( latec) 15 1.2.3 Thành phần cấu tạo hóa học cao su thiên nhiên 16 1.2.4 Tính chất CSTN 18 1.2.5 Một số ứng dụng cao su thiên nhiên 19 1.3 Cao su Butadien Nitryl (NBR) 20 1.3.1 Giới thiệu cao su butadien nitryl 20 1.3.2 Phản ứng tổng hợp NBR 20 1.3.3 Tính chất lý NBR 22 1.3.4 Tính chất công nghệ NBR 22 1.3.5 Ứng dụng NBR 23 1.4 Tổng quan vật liệu Polime blend 23 1.4.1 Giới thiệu chung vật liệu polime blend 23 1.4.2 Một số khái niệm vật liệu polyme blend 23 1.4.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới tính chất vật liệu polyme blend 24 1.4.4 Cao su blend sở CSTN/NBR 26 1.5 Nghiên cứu ứng dụng tro bay lĩnh vực polime cao su 26 1.5.1 Trên giới 26 Khóa Luận Tốt Nghiệp iv Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu 1.5.2 Ở Việt Nam 28 Chương 2: THỰC NGHIỆM 30 2.1 Nguyên vật liệu 30 2.1.1 Cao su 30 2.1.2 Tro bay 31 2.1.3 Tác nhân ghép nối Silan 33 2.2 Phương pháp chế tạo mẫu nghiên cứu 33 2.3 Phương pháp xác định tính chất vật liệu 35 2.3.1 Cắt mẫu 35 2.3.2 Xác định độ bền kéo đứt 36 2.3.3 Xác định cấu trúc hình thái 37 2.3.4 Xác định độ bền nhiệt vật liệu 38 2.3.5 Khảo sát trình lưu hóa 38 2.3.6 Xác định độ bền dầu mỡ 39 2.3.7 Thử nghiệm môi trường 39 Chương 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 40 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng NBR đến tínnh chất CSTN 40 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng tro bay đến tính chất blend CSTN/NBR 42 3.3 Ảnh hưởng tro bay đến trình lưu hóa blend CSTN/NBR 43 3.4 Khảo sát tương tác pha vật liệu 46 3.5 Ảnh hưởng hàm lượng tro tới độ bền nhiệt vật liệu CSTN/NBR/tro bay 47 3.6 Độ bền môi trường vật liệu 49 3.6.1 Hệ số già hóa 49 3.6.2 Độ trương dầu diezel 50 3.7 Tỷ trọng độ cứng vật liệu CSTN/ tro bay 51 KẾT LUẬN 53 Khóa Luận Tốt Nghiệp v Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện ngành vật liệu polyme phát triển cách nhanh chóng mạnh mẽ, vật liệu polyme ngày đóng góp vai trò quan trọng tất lĩnh vực đời sống xã hội người Bên cạnh ưu điểm nhẹ, rẻ, bền, có khả đàn hồi, dễ gia công, đẹp, vật liệu polyme có nhược điểm bền nhiệt kém, dễ bị oxy hóa, khả chịu thời tiết thấp, hạn chế mặt học Vì để khắc phục nhược điểm mở rộng phạm vi sử dụng loại vật liệu polyme, người ta phối hợp loại vật liệu polyme với Tạo vật liệu gọi polyme blend Cao su loại vật liệu sử dụng nhiều có hiệu việc chế tạo vật liệu polyme blend cách phối kết hợp với cao su tổng hợp nhựa nhiệt dẻo Hiện có nhiều công trình, đề tài nghiên cứu chế tạo blend sở cao su ứng dụng rộng rãi Cùng với việc biến đổi tính cao su tổ hợp blend chất độn gia cường ngày trọng Tro bay sản phẩm phụ trình đốt cháy than đá nhà máy nhiệt điện sử dụng bột than đá Tro bay vốn phế thải gây nên tình trạng ô nhiễm môi trường Ở nước ta, việc sử dụng tro bay hạn chế, ứng dụng số nghành, chủ yếu sản xuất vật liệu xây dựng Tro bay có cấu trúc dặc biệt, hạt hình cầu chứa bên vi hạt cầu có thành phần chủ yếu oxit silic oxit nhôm, tỷ trọng thấp Tro bay sử dụng phù hợp làm chất độn gia cường cho vật liệu từ cao su Từ lý trên, đề tài “ Nghiên cứu chế tạo vật liệu Compozit Khóa Luận Tốt Nghiệp Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu CSTN/NBR/tro bay” nghiên cứu khả ứng dụng tro bay để làm chất độn gia cường cho tổ hợp blend CSTN/NBR nhằm chế tạo vật liệu – vât liệu cao su nhẹ bền môi trường đồng thời tận dụng lượng tro bay phế thải, nâng cao số tính lý cho vật liệu cao su đồng thời hạ giá thành sản phẩm Đây vấn đề có ý nghĩa quan trọng khoa học, đời sống kỹ thuật Muc đích nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng tro bay chất độn gia cường cho tổ hợp blend CSTN/NBR (cao su thiên nhiên/ cao su butadien nitryl) để chế tạo cao su nhẹ bền môi trường Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu khả trộn hợp tro bay với blend CSTN/NBR - Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng tro bay đến tính chất vật liệu - Nghiên cứu ảnh hưởng loại tro bay biến đổi hợp chất silan nồng độ khác đến tính chất khả trộn hợp vật liệu - Nghiên cứu cấu trúc hình thái độ bền nhiệt vật liệu Khóa Luận Tốt Nghiệp Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Khoáng tro bay 1.1.1 Lịch sử phát triển [1] Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai diễn vào cuối kỷ 19 gia tăng trình sử dụng than đá làm nhiên liệu cho nhiều ngành công nghiệp Ban đầu, viên than đá có kích thước từ 70 đến 100 mm cung cấp cho lò đốt cố định hay di động Phế thải chủ yếu thu gom từ đáy lò có chứa dung lượng lớn than chưa cháy Có khoảng 10% lượng tro thoát theo khí ống khói gây ô nhiễm không khí Cuối năm 1920 đầu ngững năm 1930, than đá nghiền mịn sử dụng lò đốt hình trụ thẳng đứng Phế thải trình đốt cháy than đá từ lò đốt trở nên mịn nhiều Lượng tro thu gom đáy lò giảm đáng kể từ 20% đến 30% tổng lượng tro hạt tro mịn với khí ống khói thoát khí Ngay từ buổi đầu có vài phương pháp sử dụng để tách loại gần hoàn toàn lượng tro bay thoát từ khí ống khói Tro bay với lượng tro thu đáy lò đốt thu gom vào hồ chứa Người ta sớm nhận vấn đề nảy sinh chi phí đất đai vấn đề ô nhiễm nước ô nhiễm không khí, phương pháp vận chuyển cất trữ có hiệu đề Các nhà nghiên cứu thường không thỏa mãn với việc phải lãng phí loại vật liệu cho dù vật liệu phế thải hay sản phẩm phụ sử dụng Tro bay sử dụng chất độn pozzolan sau nhà khoa học nghiên cứu chứng minh phần tro bay tro pozzolan thực sử dụng để sản xuất loại bê tông bền tiết kiệm chi phí Trong tài liệu xuất trước đó, tác giả đồng ý với đề nghị Khóa Luận Tốt Nghiệp Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu Davis (1937) nhóm ông Berkeley cho có tương tự tro núi lửa tro bay ảnh hưởng chúng sử dụng pozzolan hay chất phụ gia cho bê tông Tro bay, giống tro núi lửa, tạo núi lửa nhân tạo loại nhỏ, từ lò đốt nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu than đá Tro núi lửa vâtl liệu nhân tạo hay tự nhiên tương tự khác sử dụng để tạo loại vật liệu kết dính cách trộn hợp với vôi từ lâu Người La Mã, Trung quốc, Ấn Độ sử dụng tro núi lửa gạch nung nghiền mịn để tạo loại vữa có độ gắn kết cao để xây dựng công trình kỷ niệm từ xa xưa tồn Tro bay tạo thành mịn, hạt giống thủy tinh hình cầu chiếm phần lớn thu gom hệ thống thu gom bụi từ khí thải nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch Nhìn chung mịn xi măng Pooc Lăng Thành phần hóa học chủ yếu tro bay oxit silic, oxit nhôm oxit sắt hay canxi Do độ mịn khả phản ứng pozzolanic trạng thái kết dính tự nhiên mình, tro bay sử dụng rộng rãi định rõ vật liệu khoáng trộn lẫn xi măng bê tông Tro bay sử dụng thành công nhiều ứng dụng khác xây dựng kỹ thuật vật liệu đặc trưng khác 1.1.2 Các đặc trưng tro bay 1.1.2.1 Thành phần hóa học tro bay Tro nhà máy nhiệt điện gồm sản phẩm tạo thành từ trình phân hủy biến đổi chất khoáng có than đá [2] Thông thường, tro đáy lò chiếm khoảng 25% tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải Hầu hết loại tro bay hợp chất silicat bao gồm oxít kim loại SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chiếm phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, có Khóa Luận Tốt Nghiệp Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu số kim loại nặng Cd, Ba, Pb, Cu, Zn, Cơ chế biến đổi thành phần vật chất than đá thành tro bay mô tả sau [3]: Hình 1.1: Cơ chế biến đổi vật chất khoáng than đá Thành phần hóa học tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử dụng để đốt điều kiện đốt cháy nhà máy nhiệt điện a- Các oxít kim loại Tùy thuộc vào loại nhiên liệu mà thành phần hóa học tro bay thu khác Các nhà khoa học Ba Lan tiến hành nghiên cứu thành phần hóa học tro bay với hai nguồn nguyên liệu sử dụng nhà máy nhiệt điện nước than nâu than đen [4]: Bảng 1.1: Thành phần hóa học mẫu tro bay Ba Lan Loại tro bay Thành phần (%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaO - ZS-14 54.1 28.5 5.5 1.1 1.9 1.8 - ZS-17 41.3 24.1 7.1 1.0 2.0 2.7 - ZS-13 27.4 6.6 3.8 1.0 8.2 34.5 - ZS-16 47.3 31.4 7.7 1.6 1.9 1.7 Than đen Than nâu Khóa Luận Tốt Nghiệp Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu NBR Độ bền kéo đứt giảm từ 19,1 MPa đến 2,3 MPa hàm lượng NBR tăng đến 80 pkl Với hàm lượng 30 pkl NBR, độ bền kéo đứt đủ lớn để sử dụng vào mục đích kỹ thuật, làm đế giày 200 180 pkl NBR 160 Độ trương (%) 20 pkl NBR 140 30 pkl NBR 120 40 pkl NBR 50 pkl NBR 100 70 pkl NBR 80 80 pkl NBR 60 40 20 0 10 20 30 40 50 Thời gian (h) Hình 3.1: Ảnh hưởng hàm lượng NBR CSTN đến độ trương vật liệu Độ trương dầu vật liệu CSTN/NBR thể hình 3.1.Thời gian đầu độ trương tăng nhanh sau giảm dần gần đạt cân sau 42 ngâm mẫu Độ trương dầu vật liệu giảm đáng kể có cao su NBR, giảm từ 180% xuống 108% có thêm 20 pkl NBR 25% có thêm 80 pkl NBR Ở thấy rằng, hàm lượng NBR CSTN 30% độ trương dầu vật liệu ½ so với CSTN ban đầu Khóa Luận Tốt Nghiệp 41 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu Để khảo sát ảnh hưởng tro bay đến tính chất vật liệu CSTN/NBR, chọn tỷ lệ CSTN/NBR=80/20 70/30 để so sánh với loại vật liệu thành phần ban đầu CSTN NBR 3.2 Ảnh hưởng tro bay đến tính chất blend CSTN/NBR Bảng 3.2: Ảnh hưởng tro bay đến tính chất lý vật liệu Mẫu nghiên cứu TT Hàm lượng Tro bay (pkl) Tính chất lý  (MPa)  (%) Eđh (Ncm-2) CSTN 30 20,4 738 4,3 NBR 30 3,4 430 12,6 CSTN/NBR/FA 30 19,8 650 5,6 30 15,0 648 5,5 50 13,9 550 5,8 80/20/30 CSTN/NBR/FA 70/30/30 CSTN/NBR/FA 80/20/50 Chúng sử dụng 30 pkl tro bay để gia cường cho vật liệu CSTN blend CSTN/NBR tỷ lệ lựa chọn 70/30 80/20 Tro bay biến đổi bề mặt sulfidosilan (ký hiệu thương mại Si69) dung dịch 4% Ở thấy rằng, hàm lượng NBR tăng độ bền kéo đứt độ dãn dài vật liệu giảm Tuy nhiên độ bền kéo đứt lớn mẫu tro bay tương ứng, độ dãn dài lại giảm tương ứng Điều chứng tỏ tro bay có tác dụng gia tăng độ tương hợp pha vật liệu, dẫn đến độ bền kéo đứt tăng Độ dãn dài giảm mômen đàn Khóa Luận Tốt Nghiệp 42 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu hồi tăng có thêm chất độn, vật liệu cứng đàn hồi so với CSTN ban đầu Để giảm giá thành sản phẩm, hàm lượng tro bay tăng lên tới 50 pkl mẫu số Với thành phần CSTN/NBR=80/20 độn thêm 50 pkl tro bay, vật liệu có độ bền kéo đứt  14 MPa Giá trị đảm bảo cho vật liệu có độ bền cần thiết sử dụng để chế tạo số sản phẩm kỹ thuật Phần đề tài nghiên cứu trình lưu hóa vật liệu thiết bị Rheometer 3.3 Ảnh hưởng tro bay đến trình lưu hóa blend CSTN/NBR Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng tro bay đến trình lưu hóa với mẫu blend có hàm lượng tro bay biến đổi bistriethoxysilylpropyltetrasulfidosilane 10, 30 50 pkl Kết thể bảng 3.3 hình 3.2 đến 3.4 Bảng 3.3: Khả lưu hóa vật liệu Mẫu nghiên cứu CSTN/NBR/FA Hàm lượng tro bay (pkl) Mmin Mmax TC90 (kgf.cm) (kgf.cm) (phút – giây) 10 9.45 18.82 11-07 30 10.35 18.15 10-33 50 11.16 18.91 8-39 80/20/10 CSTN/NBR/FA 80/20/30 CSTN/NBR/FA 80/20/50 Ở thấy rằng, tăng hàm lượng tro bay từ 10 đến 50 pkl thời gian lưu hóa 90% (TC90) giảm rõ rệt Tro bay có tác dụng giảm thời gian lưu hóa tổ hợp blend CSTN/NBR/FA, Điều phù hợp với kết luận trên, Khóa Luận Tốt Nghiệp 43 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu tro đổi bề mặt với Si69 làm ảnh hưởng tới trình lưu hóa Giá trị Mmin tăng theo chiều tăng hàm lượng tro bay từ 10 đến 50% Tro đổi bề mặt Si69 khả tăng tương hợp cho CSTN với NBR Với giá trị momen xoắn cực đại, nhận thấy giá trị thay đồi không nhiều tăng hàm lượng tro bay, chứng tỏ độ bền vật liệu sau trình lưu hóa bị ảnh hưởng hàm lượng tro bay, Tuy nhiên hàm lượng 50% tro bay, mô men cực đại có giá trị cao 18,91 MPa Đề tài chọn hàm lượng tro bay để nghiên cứu xác định số tính chất vật liệu blend CSTN/NBR/FA với mục đích giảm giá thành sản phẩm Hình 3.2: Blend CSTN/NBR chứa 10% tro đổi bề mặt Khóa Luận Tốt Nghiệp 44 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu Hình 3.3: Blend CSTN/NBR chứa 30% tro đổi bề mặt Hình 3.4: Blend CSTN/NBR chứa 50% tro đổi bề mặt Khóa Luận Tốt Nghiệp 45 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu 3.4 Khảo sát tương tác pha vật liệu Cấu trúc hình thái vật liệu cao su gia cường tro bay khảo sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) bề mặt gẫy mẫu đo Các mẫu vật liệu CSTN gia cường với hàm lượng tro bay 50% chưa biến đổi bề mặt có biến đổi bề mặt tác nhân ghép nối Hình 3.5 cho biết cấu trúc hình thái vật liệu cao su thiên nhiên có chứa tro bay chưa biến đổi bề mặt: Hình3.5.: Ảnh SEM vật liệu CSTN chứa 50% tro bay chưa biến đổi bề mặt Có thể dễ dàng quan sát thấy khả tương tác pha hạt chất độn tro bay với chất cao su Các hạt chất độn gần bị tách pha bề mặt gẫy vật liệu Hình 3.6 biểu diễn cấu trúc hình thái vật liệu cao su thiên nhiên có chứa tro bay biến đổi bề mặt hợp chất silan loại BisTriethoxysilylpropyltetrasulfidosilane (Si69) Khóa Luận Tốt Nghiệp 46 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu Hình3.6: Ảnh SEM vật liệu CSTN chứa 50% tro bay biến đổi bề mặt Rõ ràng khả tương tác pha tro bay với chất cao su cải thiện rõ rệt chất độn biến đổi bề mặt tác nhân ghép nối Không tham gia vào trình lưu hóa, hợp chất silan chứa nhóm hữu làm giảm sức cằng bề mặt hai pha làm khả phân tán chất độn vào pha tốt hơn, khả liên kết chất độn với chất cải thiện, từ nâng cáo tính chất vật liệu 3.5 Ảnh hưởng hàm lượng tro bay tới độ bền nhiệt vật liệu CSTN/NBR/tro bay Trên giản đồ TGA mẫu vật liệu blend CSTN/NBR có chứa tro bay biến đổi bề mặt dung dịch 4% Si69 xuất vùng phân huỷ mạnh đặc trưng cao su khoảng 388,95 0C 716,43 C, vùng nhiệt độ ban đầu quan trọng Khóa Luận Tốt Nghiệp 47 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Figure: Viện Khoa Học Vật Liệu Experiment:CS Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Argon 19/08/2010 Procedure: 30 > 800C (10 C.min-1) (Zone 2) Labsys TG Mass (mg): 11.61 TG/% HeatFlow/µV 100 d TG/% /min Exo Peak :716.43 °C 80 10 -20 60 Peak :388.95 °C 40 Peak :629.12 °C 20 -40 -10 -20 -60 -40 -20 Mass variation : -80.83 % -60 -80 -80 -30 Mass variation : -18.41 % -100 100 200 300 400 500 600 700 Furnace temperature /°C Hình 3.7: Giản đồ phân tích nhiệt blend CSTN/NBR Hình 3.7 giản đồ phân tích nhiệt blend CSTN/NBR tro bay Ở vùng nhiệt độ từ 300 đến 500 0C, khối lượng vật liệu suy giảm phần lớn, đặc trưng cho độ bền nhiệt vật liệu Trong vùng nhiệt độ hình 3.7, thấy xuất nhiệt độ phân hủy mạnh 388,95 0C, điều chứng tỏ pha CSTN NBR tương hợp tốt vào Hai nhiệt độ phân hủy đặc trưng cho pha thành phần tiến gần lại chập làm Đề tài khảo sát ảnh hưởng hàm lượng tro bay hàm lượng silan Si69 đến độ bền nhiệt vật liệu Bảng 3.4 trình bày nhiệt độ phân hủy mạnh vùng phân hủy mẫu blend CSTN/NBR có chứa tro bay hàm lượng khác Các mẫu tro bay biến đổi với 4% hợp chất silan có nhóm sunfit Khóa Luận Tốt Nghiệp 48 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu Bảng 3.4 Độ bền nhiệt mẫu CSTN có chứa tro bay hàm lượng khác Hàm lượng tro bay (%) Nhiệt độ phân hủy (°C) 388,95 390,13 391,61 390,67 390,59 80,83 80,07 70,23 68,05 58,90 Khối lượng suy giảm (%) 10 20 30 50 Giống hầu hết chất độn, tro bay làm tăng nhiệt phân hủy vật liệu cao su Ở khoảng nồng độ đầu tăng hàm lượng tro bay nhiệt độ phân hủy có xu hướng tăng lên, đạt giá trị lớn 20% hàm lượng tro bay Trên hàm lượng này, nhiệt độ phân hủy mẫu vật liệu cao su lại có chiều hướng giảm xuống Nhiệt độ phân hủy mẫu vật liệu CSTN đạt giá trị lớn 20% tro bay giải thích hàm lượng tro bay phân bố đồng vật liệu, có liên kết chặt chẽ với chất tạo thành cấu trúc bền vũng vật liệu, mà nhiệt độ phân hủy lớn so với hàm lượng khác Điều hoàn toàn phù hợp đo tính chất lý mẫu vật liệu có chứa tro bay mà độ bền kéo đứt mẫu vật liệu cao su thiên nhiên có chứa tro bay đạt giá trị lớn khoảng nồng độ 20-30% 3.6 Độ bền môi trường vật liệu CSTN/NBR/tro bay 3.6.1 Hệ số già hóa Từ kết nghiên cứu, mẫu blend CSTN/NBR/tro đổi 4% Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulfit thử nghiệm để xác định độ bền môi trường vật liệu Khóa Luận Tốt Nghiệp 49 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu Bảng 3.5: Hệ số già hóa vật liệu blend CSTN/NBR/tro bay HÖ sè giµ ho¸ Trong kh«ng khÝ Mẫu Trong n­íc muèi Kd Kd CSTN/NBR 0,80 0,82 CSTN/NBR/FAn (80/20/30) 0,86 0,83 CSTN/NBR/FAt (80/20/30) 0,92 0,91 Trên bảng 3.5 trình bày kết thử nghiệm thu theo tiêu chuẩn TCVN 2229 - 77 (nhiệt độ thử 700C, thời gian thử 72 môi trường không khí nước muối 10%) Từ kết nhận thấy rằng, mẫu blend CSTN/NBR phụ gia có độ bền môi trường thấp nhất, có thêm tro bay khả ổn định không khí tăng lên nước muối tăng chút Khi mẫu cao su có chứa tro bay biến đổi bề mặt Si69 hệ số già hoá không khí nước muối tăng lên đáng kể Vì tro bay biến đổi bề mặt, khả phân tán chất độn tốt hơn, cấu trúc vật liệu trở nên đồng đều, chặt chẽ bền vững có liên kết chất độn với chất cao su thông qua hợp chất silan Điều làm cho khả bền với tác động nhiệt độ, ôxy không khí nước muối vật liệu tăng lên 3.6.2 Độ trương dầu diezel Với tro đổi silan 4%, đề tài khảo sát khả bền dầu vật liệu blend gia tăng hàm lượng tro bay từ 10-40 pkl (hình 3.8) Ở Khóa Luận Tốt Nghiệp 50 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu thấy độ trương dầu diezel giảm dần tăng hàm lượng tro bay Sau 48 ngâm mẫu, độ trương thấp mẫu có 50% tro bay vào khoảng 100% 350 300 CSTN Độ trương (%) Blend-tro bay 10 pkl 250 Blend-tro bay 20 pkl Blend-tro bay 30 pkl 200 Blend-tro bay 50 pkl 150 100 50 15 22 29 36 43 50 Thời gian (giờ) Hình 3.8: Độ trương dầu diezel vật liệu CSTN blend CSTN/NBR/tro đổi 2% Si69 3.7 Tỷ trọng độ cứng vật liệu CSTN/tro bay Dựa kết đo tỷ trọng mẫu vật liệu cao su thiên nhiên chứa tro bay nhận thấy hầu hết mẫu vật liệu có tỷ trọng < 1,2 Như việc sử dụng tro bay làm chất độn cho cao su thiên nhiên khoảng nồng độ đến 50 pkl không làm ảnh hưởng đáng kể đến tỷ trọng vật liệu blend CSTN/NBR, sản phẩm hoàn toàn có khả ứng dụng cho sản phẩm thực tế loại đế giầy Khóa Luận Tốt Nghiệp 51 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu Bảng 3.6 : Tỷ trọng mẫu vật liệu CSTN có chứa tro bay Mẫu cao su chứa tro bay Hàm lượng tro bay (pkl) D (g/cm3) Độ cứng (Shore A) M0 0,99 42 M1 10 1,027 43 M2 20 1,059 45 M3 30 1,110 46 M4 50 1,195 49 Độ cứng vật liệu CSTN tăng theo chiều tăng hàm lượng tro bay, từ 42 shore A đến 49 Shore A Các giá trị không cao, cần thiết phải gia tăng chất độn có độ cứng cao TiO2 than đen Khóa Luận Tốt Nghiệp 52 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu KẾT LUẬN Tro bay sản phẩm phụ trình đốt than đá Thu hồi sử dụng tro bay mục đích khác vừa có tính kinh tế, vừa có ý nghĩa bảo vệ môi trường Vật liệu sở cao su thiên nhiên cao su nitril sử dụng tro bay làm chất độn có độ bền nhiệt cao so với so với mẫu vật liệu không chứa tro bay Độ bền nhiệt vật liệu có giá trị cực đại hàm lượng 20% tro bay làm (nhiệt độ phân hủy mạnh tăng gần 4°C) Hợp chất silan có tác dụng tăng khả tương tác pha cao su thiên nhiên cao su nitril giúp cho cấu trúc vật liệu trở nên đồng Không làm gia tăng độ bền nhiệt, tro bay làm tăng độ bền môi trường vật liệu đặc biệt với mẫu tro bay được biến đổi bề mặt hợp chất silan Hệ số già hóa vật liệu không khí tăng từ 0,80 lên đến 0,91 mẫu chứa 20% tro bay xử lý bề mặt Trong nước muối, hệ số già hóa vật liệu tăng từ 0,82 lên đến 0,92 với mẫu vật liệu chứa 20% tro bay xử lý bề mặt Trong nghiên cứu này, tro bay có tác dụng gia cường cho vật liệu blend CSTN/NBR Với hàm lượng 30 pkl, vật liệu blend có tính chất lý đủ lớn để sử dụng nhiều mục đích kỹ thuật dân dụng Tro bay làm giảm độ trương dầu blend CSTN/NBR Khóa Luận Tốt Nghiệp 53 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu TÀI LIỆU THAM KHẢO Ramesh C Joshi, Rajinder P Lohtia Fly ash in conrete, Gordon and Breach Science, 1997 Faribor Goodarzi Fuel, No 85, 2006, 1418- 1427 Arin Yilmaz and Nurhay Degirmenci Waste Management, 2008 Z Sabak, A Stanczyk and M.Kramer-Wachowiak Powder Techonology, vol, 145, 2004, 82- 87 Baogua Ma et al Environment International, vol 25, No 4,1999, 423- 432 Sidney Diamond Cement and Concrete Research, vol 16, 1986, 569-579 Henry A.Foner et al Fuel, vol 78, 1999, 215- 223 Richard A Kruger, Mark Hovy and David Wardle The use of fly ash fillers in rubber, 1999 International Ash Utilization Stmposium, University of Kentucky, 1999 European Coal Combustion Products Association, www.ecoba.com 10 Henry A.Foner et al Fuel, vol 78, 1999, 215- 223 11 G Skodras et al Fuel, No 85, 2006; 1418-1427 12 Ngô Phú Trù, Kỹ thuật chế biến gia công cao su,1995, Đại học Bách khoa 13 O Figovsky, D Beilin, N.Bank, J Poltapov, V.Chernysher Cement and Concerte Compostes, Vol 18(6), 1996, 437- 444 14 N.A.N Alkadasi, D G Hundiwale, U R Kapadi Poly Plast Technol and Engin, Vol 45, 2006, 415-420 Khóa Luận Tốt Nghiệp 54 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Viện Khoa Học Vật Liệu 15 O figovsky, D Beilin, N Bank, J Poltapov, V Chernysher Cement and Concrete Compostes, Vol 18(6), 1996, 437- 444 16 G Hundi Wale, U.R.Kapadi, M C Desai, A.G Patil, S H Bidkar New economical filler for elastomer composite, Polymer- Plastics Technology and Engineering, Vol 43(3), 615- 630 17 R R Menon, T A Sonia, J D Sudha Joural of Applied Polymer Science, Vol 102, No 5, 2006, 4801- 4808 18 S Thongsang and N Sombatsompop Antec, 2005, 3278- 3282 19 T Matsugana, J K Kim, S Hardcastle, P K Rohatgi Materials Science and Engineering, A Structural Material, Vol 325(1- 2), 2002, 333- 343 20 Ngô Kế Thế, Nguyễn Việt Dũng, Tạp chí Hóa học, T.48 (4A), Tr 475479, 2010 21 Ngô Kế Thế, Nguyễn Việt Dũng, Nguyễn Văn Thủy, Đỗ Quang Kháng, Lương Như Hải, Nguyễn Quang khải, Tạp chí Hóa học, T.48 (4A), Tr 312318, 2010 Khóa Luận Tốt Nghiệp 55 Trần Thị Tâm [...]... và Công nghệ Việt Nam mới phê duyệt một đề tài nghiên cứu ứng dụng tro bay để chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo PE và PP và EVA Viện Khoa học Vật liệu đã nghiên cứu sử dụng tro bay để chế tạo vật liệu compozit CSTN/ tro bay thấy rằng, tro bay có tác dụng gia cường cho cao su [20] Tính chất cơ của vật liệu đạt giá trị cực đại ở 30 pkl tro bay chưa biến đổi và đã biến đổi bề mặt bằng hợp... hóa được về mặt giá thành sản phẩm NBR là một trong những loại cao su tổng hợp được nghiên cứu rộng rãi để chế tạo ra vật liệu polyme blend Một trong những loại polyme hay được kết hợp với NBR để chế tạo ta vật liệu blend là CSTN Chakrit Sirisinha và các cộng sự đã nghiên cứu chế tạo blend NBR /CSTN và nhận thấy rằng ở thành phần NBR /CSTN = 80/20, độ bền dầu của vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc... pha CSTN phân tán càng nhỏ trong pha NBR, sự có mặt của chất độn là than đen tốt hơn là silic Trần Vĩnh Diệu, Ngô Kế Thế, Đỗ Quang Kháng đã nghiên cứu chế tạo ra vật liệu blend NBR với CSTN, sản phẩm chế tạo ra được ứng dụng làm đế giày, ủng hoặc sản phẩm chịu dầu mỡ 1.5 Nghiên cứu ứng dụng tro bay trong lĩnh vực polime và cao su 1.5.1.Trên thế giới Một trong những ứng dụng rất có hữu ích của tro bay. .. bền xé của vật liệu CSTN/ tro bay tăng lên đáng kể [19] Năm 1999 đã diễn ra hội nghị quốc tế về ứng dụng tro bay ( international Ash Utilization Symposium) tại vương quốc Anh Nhiều công trình đã công bố kết quả nghiên cứu ứng dụng rất đa dạng tro bay vào trong công nghiệp, chủ yếu làm phụ gia cho các vật liệu xi măng, cao su và nhựa tổng hợp Nhóm nghiên cứu của Nam phi đã sử dụng hai loại tro bay thương... dụng tro bay Hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong tro bay phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng của chúng có trong nguyên liệu ban đầu Dựa trên kết quả nghiên cứu các mẫu tro bay thu được từ 7 nhà máy nhiệt điện khác nhau ở Canada [2], các nhà nghiên cứu nước này đã cho biết hàm lượng của các kim loại nặng như As, Cd, Hg, Mo, Ni hay Pb trong tro bay có sự liên quan với hàm lượng lưu huỳnh có trong nguyên liệu. .. trình nghiên cứu chế tạo một sản phẩm mới trên cơ sở vật liệu tổ hợp polyme nhanh hơn nhiều so với tổng hợp một sản phẩm polyme mới, vì nó được chế tạo trên cơ sở vật liệu và công nghệ sẵn có Những kiến thức rộng rãi về cấu trúc, sự tương hợp, phát triển rất nhanh trong những năm gần đây tạo cơ sở cho việc phát triển loại vật liệu này 1.4.2 Một số khái niệm về vật liệu polyme blend Vật liệu tổ hợp polyme... tương hợp Dị thể Chất làm tương hợp Vật liệu tổ hợp dị thể (Polymer alloy) Khóa Luận Tốt Nghiệp 25 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Viện Khoa Học Vật Liệu 1.4.4 Cao su blend trên cơ sở CSTN/ NBR Để tận dụng được những ưu thế của các loại vật liệu, trong những năm gần đây, người ta đã nghiên cứu chế tạo và ứng dụng các loại vật liệu cao su blend bởi loại vật liệu này có thể phối hợp được những... Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Viện Khoa Học Vật Liệu dụng tro bay làm chất độn nhẹ cho bê tông, làm chất kêt dính thay cho xi măng Trong lĩnh vực cao su và chất dẻo, nước ta chưa thấy có công trình nghiên cứu nào sử dụng tro bay Lý do chính của sự thiếu vắng các công trình nghiên cứu về lĩnh vực này là công nghệ chế tạo và xử lý tro bay từ khí thải các nhà máy nhiệt điện mới chỉ bắt đầu... đã nghiên cứu tác dụng của tro bay trong tổ hợp cao su butadien Tác giả nhận thấy rằng, khi có mặt của CaCO3 và bột tale tro bay có tác dụng gia cường tốt hơn cho cao su butadien Tổ hợp vật liệu này có đọ bền kéo đứt lớn nhất ở hàm lượng tro bay 35% và độ dãn dài khi đứt lớn nhất ở hàm lượng tro bay 38% [17] Khi tro Khóa Luận Tốt Nghiệp 27 Trần Thị Tâm Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Viện Khoa Học Vật. .. to và nhỏ Tro bay có kích thước hạt nằm trong khoảng 10m (hình 1.3) rất phù hợp để làm chất độn, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cao su và chất dẻo Các hạt tro bay được chia ra làm hai dạng: dạng đặc và dạng rỗng Thông thường, các hạt tro bay đặc có dạng hình cầu, rắn chắc; các hạt tro bay rỗng có dạng hình cầu rỗng bên trong với tỷ trọng thấp hơn 1.0 g.cm-3 Một trong các dạng tro bay thường ... tài nghiên cứu ứng dụng tro bay để chế tạo vật liệu compozit sở nhựa nhiệt dẻo PE PP EVA Viện Khoa học Vật liệu nghiên cứu sử dụng tro bay để chế tạo vật liệu compozit CSTN/ tro bay thấy rằng, tro. .. rãi để chế tạo vật liệu polyme blend Một loại polyme hay kết hợp với NBR để chế tạo ta vật liệu blend CSTN Chakrit Sirisinha cộng nghiên cứu chế tạo blend NBR /CSTN nhận thấy thành phần NBR /CSTN. .. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu khả trộn hợp tro bay với blend CSTN/ NBR - Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng tro bay đến tính chất vật liệu - Nghiên cứu ảnh hưởng loại tro bay biến đổi hợp chất silan