Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nano compozit trên cơ sở blend của cao su thiên nhiên với cao su nitril butadien và một số phụ gia nano (tóm tắt)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Hồ Thị Oanh NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CAO SU NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ BLEND CỦA CAO SU THIÊN NHIÊN VỚI CAO SU NITRIL BUTADIEN VÀ MỘT SỐ PHỤ GIA NANO LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 Luận văn hoàn thành tại: Phòng Công nghệ Vật liệu Môi trường – Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Quang Kháng – Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người phản biện khoa học: Phản biện 1: PGS.TS Bạch Trọng Phúc – Đại học Bách khoa Hà Nội Phản biện 2: PGS.TS Phạm Ngọc Lân – Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội KẾT LUẬN Bằng phương pháp trộn kín trạng thái nóng chảy tạo hệ vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/NBR với hạt nanosilica phân tán đồng cao su kích thước đa phần 100 nm Cũng phương pháp phân tán CNT-g-PVC đồng cao su kể Tuy nhiên, CNT không biến tính phân tán chúng không đồng Chính vậy, tính lý, kỹ thuật hệ vật liệu sở CSTN/NBR gia cường CNT chưa tăng cách thuyết phục kỳ vọng Từ kết nghiên cứu gia cường cho blend CSTN/NBR nanosilica cho thấy: Hàm lượng nanosilica tối ưu để gia cường cho cao su blend CSTN/NBR 7% Khi có thêm 5% tác nhân ghép nối silan Si69 (so với nanosilica hay 0,6% so với cao su), nanosilica phân tán đồng cao su với kích thước hạt nhỏ (dưới 60 nm) Chính vậy, tính chất học, khả bền nhiệt bền dầu mỡ vật liệu cao su CSTN/NBR/7nSiO2 nanocompozit cải thiện đáng kể Trên sở kết nghiên cứu gia cường cho blend CSTN/NBR CNT cho thấy, tính chất học vật liệu CSTN/NBR đạt giá trị lớn với hàm lượng CNT 4% Tuy nhiên, từ kết nghiên cứu cấu trúc hình thái rằng, phương pháp trộn hợp trạng thái nóng chảy, CNT phân tán chưa thật đồng cao su blend CSTN/NBR tính chất lý kỹ thuật hệ vật liệu chưa đạt kỳ vọng Vật liệu CSTN/NBR/nanosilica CSTN/NBR/CNT-g-PVC có tính lý, độ bền nhiệt khả bền dầu mỡ vượt trội so với vật liệu cao su blend sở CSTN/NBR vậy, có khả ứng dụng lĩnh vực kỹ thuật cao mà đặc biệt dùng chế tạo vật liệu cao su bền dầu mỡ bền nhiệt MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn Khoa học công nghệ nano lĩnh vực lên việc nghiên cứu phát triển vật liệu Vật liệu cao su nanocompozit kết hợp ưu điểm vật liệu vô (như tính chất cứng, bền nhiệt,…) ưu điểm polyme hữu (như tính linh động, mềm dẻo, chất điện môi khả dễ gia công…) Đặc tính riêng biệt vật liệu cao su nanocompozit kích thước nhỏ chất độn dẫn tới gia tăng mạnh mẽ diện tích bề mặt chung so với compozit truyền thống, đồng thời cải thiện tính chất lý vật liệu Cao su thiên nhiên (CSTN) có tính chất học tốt khả bền dầu Trong đó, cao su nitril butadien (NBR) biết đến với đặc tính vượt trội khả bền dầu mỡ tốt Do vậy, vật liệu cao su blend CSTN/NBR vừa có tính chất học tốt CSTN vừa có khả bền dầu mỡ cao su NBR Để tăng khả ứng dụng cho vật liệu cao su blend, vật liệu thường gia cường số chất độn gia cường than đen, silica, clay, Các chất độn nano, cải thiện đáng kể tính chất sản phẩm cao su Từ sở trên, chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu cao su nano compozit sở blend cao su thiên nhiên với cao su nitril butadien số phụ gia nano” làm chủ đề cho luận văn thạc sĩ Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận án Mục tiêu nghiên cứu Đưa điều kiện thích hợp để chế tạo vật liệu cao su nano compozit sở blend cao su thiên nhiên với cao su nitril butadien gia cường nanosilica, ống nano carbon Nội dung nghiên cứu - Chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/NBR nanosilica - Chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/NBR ống nano carbon Bố cục luận án Luận án dày 75 trang với bảng 31 hình Kết cấu luận án: Lời mở đầu (2 trang), Chương Tổng quan (24 trang), Chương Vật liệu phương pháp nghiên cứu (5 trang), Chương Kết nghiên 24 cứu thảo luận (23 trang), Kết luận (2 trang), Phần Danh mục công trình khoa học công bố liên quan đến luận án (1 trang), Tài liệu tham khảo (6 trang) CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vật liệu polyme nanocompozit cao su nanocompozit Vật liệu polyme nanocompozit kết hợp ưu điểm vật liệu vô (như tính chất cứng, bền nhiệt,…) ưu điểm polyme hữu (như tính linh động, mềm dẻo, chất điện môi khả dễ gia công…) Hơn chúng có tính chất đặc biệt chất độn nano điều dẫn tới cải thiện tính chất lý vật liệu Một đặc tính riêng biệt vật liệu polyme nanocompozit kích thước nhỏ chất độn dẫn tới gia tăng mạnh mẽ diện tích bề mặt chung so với compozit truyền thống 1.2 Các phụ gia nano 1.2.1 Ống nano carbon - CNT có đường kính nhỏ khả hoạt động hóa học mạnh Song ảnh hưởng hiệu ứng kích thước hiệu ứng bề mặt vật liệu nano nên CNT dễ bị kết tụ - Phương pháp biến tính bề mặt CNT: Về mặt lý thuyết để biến tính vật liệu, dùng phương pháp cơ, lý, hóa tác động lên bề mặt vật liệu Nhưng chủ yếu tập trung vào việc xử lý hóa học bề mặt vật liệu CNT để gắn nhóm chức lên bề mặt CNT Việc xử lý hóa học hiểu đơn giản dùng tác nhân hóa học tác dụng lên nguyên tử carbon thành ống 1.2.2 Nanosilica - Chất độn gia cường có hiệu kích thước nhỏ, dễ phân tán vào vật liệu Nanosilica có tác dụng làm tăng khả tương hợp CSTN NBR - Tính ưa nước nhóm silanol bề mặt silica nhược điểm làm hạn chế khả ứng dụng silica, cần biến tính silica 1.3 Cao su thiên nhiên cao su nitril butadien 1.3.1 Cao su thiên nhiên (CSTN) Có độ đàn hồi tuyệt vời, tính chất học tốt dễ gia công, kháng lạnh tốt Hình 3.31: Giản đồ TGA mẫu vật liệu CSTN/NBR/3%CNT-g-PVC Nhận thấy rằng, khả bền nhiệt vật liệu CSTN/NBR chứa CNT (chưa biến tính biến tính) tăng lên so với mẫu CNT Điều giải thích, CNT có độ bền nhiệt cao, đưa vào cao su che chắn tác động nhiệt phần tử cao su, làm tăng khả ổn định nhiệt cho vật liệu Trong hai mẫu vật liệu chứa CNT mẫu chứa CNT-g-PVC có nhiệt độ bắt đầu phân hủy phân hủy mạnh cao so với mẫu chứa CNT Điều chứng tỏ CNT biến tính tương tác với cao su tốt CNT chưa biến tính Do vậy, cấu trúc vật liệu chặt chẽ hơn, dẫn đến nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt độ phân hủy mạnh cao so với mẫu blend chứa CNT chưa biến tính 23 số mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR, CSTN/NBR/CNT CSTN/NBR/CNT-g-PVC trình bày hình bảng sau Hình 3.29: Giản đồ TGA mẫu vật liệu CSTN/NBR Hình 3.30: Giản đồ TGA mẫu vật liệu CSTN/NBR/4%CNT 22 1.3.2 Cao su nitril butadien (NBR) - Khả chịu môi trường dầu mỡ, dung môi hữu - Ứng dụng màng bơm cao su nitrile kháng dầu, lớp lót đường ống, bọc trục, đế giày lớp lót thiết bị CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 Vật liệu nghiên cứu - Cao su thiên nhiên (CSTN) loại SVR-3L (Công ty cao su Đồng Nai) - Cao su nitril butadien (NBR) Kosyl – KNB35L (Hàn Quốc) - Ống nano carbon (CNT) hãng Nanocyl S.A (Bỉ) - Nanosilica Reolosil (Akpa, Thổ Nhĩ Kỳ) - Tác nhân ghép nối silan Si69 bis-(3-trietoxysilyl propyl) tetrasulphit (TESPT) hỗn hợp dung môi toluen isooctan (50:50) (Trung Quốc) - Các chất phụ gia gồm: Lưu huỳnh, oxit kẽm, axit stearic, xúc tiến DM, xúc tiến CZ, phòng lão D - Hóa chất khác CHCl3, NaOH, AlCl3, THF, axeton hóa chất thông dụng Trung Quốc, bột PVC-S Việt Nam 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Biến tính phụ gia nano 2.2.1.1 Phối trộn nanosilica với Si69 - Cân nanosilica (7% so với cao su) Si69 (lượng Si69 thay đổi từ 0-15% so với nanosilica), hỗn hợp nghiền trộn cối sứ 2.2.1.2 Biến tính CNT polyvinylchloride (PVC) - Cân 0,2g CNT 0,5g PVC cho vào bình cầu cổ có sẵn 30ml CHCl3 khan, bình cầu nối với ống đựng CaCl2 khan ống dẫn khí khác nhúng dung dịch NaOH 10% để loại bỏ HCl sinh trình phản ứng Thêm từ từ 0,5g AlCl3 thời gian 1giờ, đồng thời khuấy trộn môi trường nitơ 60oC 30 Sau làm nguội đến nhiệt độ phòng hỗn hợp sản phẩm CNT-PVC khuấy rung siêu âm dung môi tetrahydrofuran (THF) 10 phút, lọc rửa nhiều lần axeton ete dầu hỏa, sấy 60oC 10 2.2.2 Chế tạo mẫu cao su nanocompozit Trên sở đơn phối trộn từ cao su blend CSTN/NBR có tỷ lệ 80/20 với phụ gia cố định, ảnh hưởng hàm lượng phụ gia nano tới tính chất vật liệu khảo sát Thành phần mẫu trình bày bảng sau: Bảng 2.1: Thành phần mẫu vật liệu cao su nanocompozit Hàm lượng Thành phần Pkl-phần khối lượng CSTN 80 NBR 20 Kẽm oxit 4,5 Phòng lão D 0,6 Axit stearic 1,0 Xúc tiến D 0,2 Xúc tiến DM 0,4 Lưu huỳnh 2,0 Nanosilica (hoặc CNT) Thay đổi 2.3 Phương pháp xác định số tính chất học vật liệu a Tính chất học: Độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt theo tiêu chuẩn TCVN 4509 : 2006 Độ cứng xác định theo tiêu chuẩn TCVN 1595-1:2007 Độ mài mòn xác định phương pháp AKRON, theo tiêu chuẩn TCVN 1594-87 b Xác định khả lưu hóa vật liệu: Quá trình lưu hóa vật liệu khảo sát theo tính chất lưu biến thiết bị đo lưu biến hãng EKTRON c Phương pháp xác định cấu trúc hình thái vật liệu: phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) thực thiết bị JSM6490 (JEOL-Nhật Bản) d Đánh giá khả bền nhiệt vật liệu: Khả bền nhiệt mẫu vật liệu cao su cao su blend đánh giá phương pháp nhiệt trọng lượng (TGA) thực thiết bị Labsys TG hãng Setaram (Pháp) e Đánh giá độ bền môi trường: Thông qua hệ số già hóa khả bền dầu mỡ vật liệu Hình 3.27: Ảnh FESEM mẫu CSTN/NBR/6%CNT Hình 3.28: Ảnh FESEM mẫu CSTN/NBR/3%CNT-g-PVC 3.2.4 Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu Khả bền nhiệt vật liệu đánh giá phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Kết phân tích TGA 21 Chương - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/NBR nanosilica 3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới tính chất học vật liệu Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới tính chất học vật liệu mô tả hình Hình 3.25: Ảnh FESEM mẫu CSTN/NBR/3%CNT Hình 3.1: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt vật liệu Hình 3.26: Ảnh FESEM mẫu CSTN/NBR/4%CNT Hình 3.2: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ cứng độ dãn dư vật liệu 20 Hình 3.3: Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ mài mòn vật liệu Nhận thấy rằng, hàm lượng nanosilica tăng lên, độ bền kéo đứt, độ dãn dài đứt độ bền mài mòn vật liệu tăng lên hàm lượng nanosilica tăng tới 7% Sau đó, hàm lượng nanosilica tiếp tục tăng, độ bền kéo đứt, độ dãn dài đứt vật liệu độ bền mài mòn vật liệu lại có xu hướng giảm xuống Riêng độ cứng vật liệu tăng lên liên tục với tốc độ chậm Điều giải thích nanosilica loại gia cường cho vật liệu polyme nói chung cao su nói riêng Khi có mặt vật liệu này, chúng phân tán vật liệu, tạo thành màng lưới riêng, đan xen màng lưới polyme làm tăng tính chất học vật liệu Riêng độ cứng vật liệu tăng không nhiều nanosilica chất độn “mềm” nên không làm tăng nhiều độ cứng vật liệu [8] Căn kết thu được, chọn hàm lượng nanosilica biến tính blend CSTN/NBR 7% để tiến hành khảo sát 3.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng Si69 tới tính chất học vật liệu Để nâng cao khả tương hợp nanosilica với chất cao su làm tăng mức độ phân tán cho chất độn, nanosilica biến tính với tác nhân ghép nối silan Si69 Các hình trình bày ảnh hưởng hàm lượng tác nhân Si69 (so với nanosilica) tới tính học vật liệu blend CSTN/NBR Nhận thấy rằng, cần lượng nhỏ CNT (chưa biến tính biến tính) làm tăng đáng kể tính chất học blend CSTN/NBR Khi hàm lượng CNT CNT-g-PVC tăng lên, tính chất học (độ bền kéo đứt, độ dãn dài đứt) vật liệu tăng lên đạt giá trị lớn với hàm lượng CNT 4% CNT-g-PVC 3% Điều giải thích hàm lượng này, số lượng phần tử CNT CNT-g-PVC đạt mức tối ưu để gia cường cho vật liệu, chúng xếp theo trật tự định sợi tạo liên kết bề mặt tốt với phân tử cao su Khi hàm lượng CNT vượt 4% CNT-g-PVC 3% ống carbon nano xếp theo nhiều hướng khác tạo thành ống dài dẫn đến móc nối ống làm cho phân tán trở nên khó khăn dẫn đến kết tụ làm giảm tính chất học vật liệu Riêng độ cứng vật liệu tăng dần với tăng hàm lượng CNT Riêng CNT-g-PVC cải thiện tính chất học vật liệu rõ ràng so với CNT không biến tính Điều giải thích PVC tương hợp tốt với NBR [7] nên có mặt đoạn mạch PVC bề mặt giúp cho CNT-g-PVC tương tác với cao su tốt Chính vậy, tính chất học vật liệu cải thiện tốt 3.2.3 Cấu trúc hình thái vật liệu Cấu trúc hình thái vật liệu nghiên cứu phương pháp kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM) Các hình ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu CSTN/NBR/CNT CSTN/NBR/CNT-g-PVC Từ ảnh FESEM cho thấy, mẫu CSTN/NBR/CNT (hình 3.25, hình 3.26, hình 3.27) ống nano carbon phân tán chưa thật đồng cao su khả tương tác chúng với cao su chưa thật tốt Trong mẫu CSTN/NBR/CNT-g-PVC (hình 3.28), ống carbon nano biến tính phân tán đồng chúng tương tác, bám dính tốt với cao su Chính vậy, tính chất học khả bền nhiệt mẫu CSTN/NBR chứa CNT-g-PVC cao so với mẫu chứa CNT Mặt khác ảnh FESEM cho thấy, đường kính ống CNT biến tính PVC lớn CNT không biến tính Điều khẳng định, PVC ghép lên bề mặt ống nano carbon 19 Hình 3.23: Ảnh hưởng hàm lượng chất gia cường tới độ cứng vật liệu Hình 3.4: Ảnh hưởng hàm lượng Si69 tới độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt vật liệu Hình 3.24: Ảnh hưởng hàm lượng chất gia cường tới độ mài mòn vật liệu Hình 3.5: Ảnh hưởng hàm lượng Si69 tới độ cứng độ dãn dư vật liệu 18 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng CNT biến tính chưa biến tính đến tính học vật liệu Kết khảo sát thu được trình bày hình Hình 3.6: Ảnh hưởng hàm lượng Si69 tới độ mài mòn vật liệu Hình 3.21: Ảnh hưởng hàm lượng chất gia cường tới độ bền kéo đứt vật liệu Kết cho thấy, độ bền kéo đứt độ cứng blend tăng hàm lượng Si69 tăng đạt giá trị cực đại hàm lượng 5% Si69 (so với nanosilica hay 0,6% so với cao su) Điều giải thích, Si69 kết hợp với bề mặt chất gia cường nanosilica, mặt khác, nhóm chức hữu Si69 phản ứng với liên kết đôi mạch cao su, dẫn đến hình thành cầu nối phân tử chất gia cường với phân tử cao su, nâng cao khả gia cường cho chất gia cường 3.1.3 Cấu trúc hình thái vật liệu Cấu trúc hình thái vật liệu nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM) Các hình ảnh chụp FESEM bề mặt cắt số mẫu vật liệu cao su compozit sở blend CSTN/NBR với 3% nanosilica, 7% nanosilica, 10% nanosilica 7% nanosilica biến tính 5% Si69 Hình 3.22: Ảnh hưởng hàm lượng chất gia cường tới độ dãn dài đứt vật liệu 17 khối lượng Điều giải thích PVC bền nhiệt thấp (nếu chất ổn định, khoảng 150oC PVC bị phân hủy tới khoảng 380oC bị phân hủy hoàn toàn Từ kết phân tích nhiệt trọng lượng mẫu CNT (chưa biến tính biến tính) xác định hàm lượng PVC ghép lên bề mặt CNT khoảng 23% khối lượng Hình 3.7: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu blend CSTN/NBR với hàm lượng 3% nanosilica Hình 3.19: Ảnh TEM CNT Hình 3.20: Ảnh TEM CNT-g-PVC Cấu trúc hình thái CNT-g-PVC quan sát rõ ràng qua hình ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) CNT-g-PVC có đường kính cỡ 25nm, lớn đường kính CNT ban đầu (10-15 nm), điều minh chứng PVC ghép lên bề mặt ống CNT 16 Hình 3.8: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu blend CSTN/NBR với hàm lượng 7% nanosilica Hình 3.17: Giản đồ TGA CNT Hình 3.9: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu blend CSTN/NBR với hàm lượng 10% nanosilica Hình 3.10: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu blend CSTN/NBR với hàm lượng 7% nanosilica biến tính 5% Si69 Hình 3.18: Giản đồ TGA CNT-PVC Kết cho thấy, khoảng 500oC mẫu CNT bắt đầu bị phân hủy phân hủy mạnh 577oC Trong đó, mẫu CNT-g-PVC nhiệt độ bắt đầu phân hủy khoảng 170oC phân hủy mạnh khoảng 318oC Quá trình phân hủy, khối lượng kéo dài đến khoảng 400oC dừng lại khoảng 450oC lại tiếp tục giảm khối lượng tốc độ khối lượng mạnh 634oC Bên cạnh đó, tổn hao khối lượng mẫu CNT đến 400oC khoảng 1,21%, mẫu CNT ghép PVC 24,28% 10 15 Kết cho thấy, độ trương mẫu vật liệu sở blend CSTN/NBR tăng mạnh sau ngâm hỗn hợp dung môi, sau tăng chậm đạt cân sau 48 Khi có thêm 7% nanosilica, độ trương vật liệu giảm đáng kể, có thêm 5% tác nhân ghép nối silan Si69 Điều minh chứng tác nhân ghép nối silan Si69 tạo cầu nối chất độn cao su, dẫn đến vật liệu có cấu trúc chặt chẽ cản trở xâm nhập dung môi (giảm độ trương) đồng nghĩa với việc làm tăng khả bền dầu mỡ cho vật liệu 3.2 Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/NBR ống nano carbon 3.2.1 Biến tính CNT polyvinylchloride Cấu trúc CNT gồm nhiều nguyên tử carbon (C) nguyên tử Csp2 lại tham gia liên kết với nguyên tử Csp3 gần giống với vòng benzen Dưới điều kiện thích hợp có mặt xúc tác axit Lewis phản ứng Electrophin xảy dễ dàng Vì vậy, việc thực phản ứng polyvinylcloride với CNT có AlCl3 khan làm chất xúc tác theo chế sau: Từ hình cho thấy, hàm lượng nanosilica thấp (từ 3% đến 7%) hạt nanosilica phân tán cao su đồng đều, kích cỡ hạt nhỏ 100 nm (hình 3.7 3.8) Chính lý mà tính học vật liệu tăng lên Khi hàm lượng nanosilica tăng lên tới 10% bề mặt cắt vật liệu xuất tập hợp hạt cỡ gần µm phân bố nanosilica cao su không đồng (hình 3.9), làm giảm tính chất học vật liệu Ảnh FESEM mẫu vật liệu CSTN/NBR/7% nanosilica nanocompozit có thêm 5% tác nhân ghép nối silan Si69 (so với nanosilica) cho thấy, hạt nanosilica phân tán cao su đồng hơn, kích thước hạt nhỏ (cỡ 60 nm) tương tác chất độn cao su tốt (hình 3.10) 3.1.4 Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu Kết nghiên cứu trình bày hình bảng Hình 3.15: Sơ đồ phản ứng ghép PVC lên bề mặt CNT Hàm lượng PVC ghép lên bề mặt CNT xác định phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Kết phân tích TGA trình bày hình bảng sau Hình 3.11: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su blend CSTN/NBR 14 11 Hình 3.12: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/7% nanosilica mạnh từ 281,5°C lên 298,3°C nhiệt độ phân hủy mạnh tăng từ 372,2°C lên 375,3°C Đối với mẫu vật liệu blend CSTN/NBR không gia cường, xuất pic nhiệt độ phân hủy mạnh thứ 434°C (ứng với nhiệt độ phân hủy mạnh NBR) Trong mẫu blend gia cường 7% nanosilica, pic xuất không rõ Bên cạnh đó, tổn hao khối lượng đến 600°C vật liệu giảm từ 92,62 xuống 85,38% Điều giải thích, mặt nanosilica chất độn vô cơ, có khả bền nhiệt cao Khi đưa vào phân tán cao su có tác dụng che chắn tác động nhiệt cản trở trình phân hủy nhiệt cao su Mặt khác, giống nanoclay, nanosilica (chưa biến tính) có tác dụng làm tăng khả tương hợp CSTN NBR, nhiệt độ phân hủy mạnh hai cấu tử tiến lại gần gần hòa vào Chính vậy, với hàm lượng nanosilica tác nhân ghép nối silan Si69 thích hợp làm tăng khả bền nhiệt tương hợp cho vật liệu 3.1.5 Nghiên cứu khả bền dầu mỡ vật liệu Để đánh giá đầy đủ hiệu gia cường nanosilica, tiếp tục nghiên cứu khả bền dầu mỡ thông qua đánh giá độ trương vật liệu hỗn hợp dung môi toluen isooctan (50:50) Hình 3.14 kết đo độ trương dung môi vật liệu theo TCVN 2752:2008 Hình 3.13: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/7% nanosilica bt 5% Si69 Nhận thấy rằng, nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt độ phân hủy mạnh (tương ứng với trình phân hủy CSTN) vật liệu tăng có 7% nanosilica mẫu có thêm tác nhân ghép nối silan Si69 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy vật liệu tăng Hình 3.14: Độ trương mẫu vật liệu sở CSTN/NBR hỗn hợp dung môi toluen isooctan 12 13 [...]... ghép nối silan Si69 đã tạo cầu nối giữa chất độn và cao su, dẫn đến vật liệu có cấu trúc chặt chẽ đã cản trở sự xâm nhập của dung môi (giảm độ trương) đồng nghĩa với việc làm tăng khả năng bền dầu mỡ cho vật liệu 3.2 Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend của CSTN/NBR và ống nano carbon 3.2.1 Biến tính CNT bằng polyvinylchloride Cấu trúc của CNT gồm nhiều nguyên... 3.7 và 3.8) Chính vì lý do này mà tính năng cơ học của vật liệu tăng lên Khi hàm lượng nanosilica tăng lên tới 10% thì trên bề mặt cắt của vật liệu xuất hiện các tập hợp hạt cỡ gần 1 µm và sự phân bố nanosilica trong nền cao su cũng không đồng đều (hình 3.9), làm giảm tính chất cơ học vật liệu Ảnh FESEM mẫu vật liệu CSTN/NBR/7% nanosilica nanocompozit có thêm 5% tác nhân ghép nối silan Si69 (so với nanosilica)... mẫu blend gia cường 7% nanosilica, pic này xuất hiện không rõ Bên cạnh đó, tổn hao khối lượng đến 600°C của vật liệu cũng giảm từ 92,62 xuống còn 85,38% Điều này có thể giải thích, một mặt do nanosilica là chất độn vô cơ, có khả năng bền nhiệt cao Khi đưa vào phân tán đều trong nền cao su có tác dụng che chắn tác động của nhiệt và cản trở quá trình phân hủy nhiệt của cao su Mặt khác, cũng giống như nanoclay,... trong các hình và bảng sau Hình 3.11: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su blend CSTN/NBR 14 11 Hình 3.12: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/7% nanosilica mạnh từ 281,5°C lên 298,3°C và nhiệt độ phân hủy mạnh đầu tiên tăng từ 372,2°C lên 375,3°C Đối với mẫu vật liệu blend CSTN/NBR không gia cường, xuất hiện pic nhiệt độ phân hủy mạnh thứ 2 ở 434°C (ứng với nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của NBR) Trong... như nanoclay, nanosilica (chưa và đã biến tính) còn có tác dụng làm tăng khả năng tương hợp giữa CSTN và NBR, do vậy nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của hai cấu tử đã tiến lại gần nhau và gần như hòa vào nhau Chính vì vậy, với hàm lượng nanosilica và tác nhân ghép nối silan Si69 thích hợp đã làm tăng khả năng bền nhiệt và tương hợp cho vật liệu 3.1.5 Nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ của vật liệu Để đánh giá... đầy đủ hiệu quả gia cường của nanosilica, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ thông qua đánh giá độ trương của vật liệu trong hỗn hợp dung môi toluen và isooctan (50:50) Hình 3.14 là kết quả đo độ trương trong dung môi của vật liệu theo TCVN 2752:2008 Hình 3.13: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/7% nanosilica bt 5% Si69 Nhận thấy rằng, nhiệt độ bắt đầu phân hủy và nhiệt độ phân... nhiệt độ bắt đầu phân hủy và nhiệt độ phân hủy mạnh đầu tiên (tương ứng với quá trình phân hủy của CSTN) của vật liệu đều tăng khi có 7% nanosilica và nhất là mẫu có thêm tác nhân ghép nối silan Si69 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy của vật liệu tăng Hình 3.14: Độ trương của các mẫu vật liệu trên cơ sở CSTN/NBR trong hỗn hợp dung môi toluen và isooctan 12 13 ... có thêm 5% tác nhân ghép nối silan Si69 (so với nanosilica) cho thấy, các hạt nanosilica phân tán trong nền cao su đồng đều hơn, kích thước hạt nhỏ hơn (cỡ 60 nm) và tương tác giữa chất độn và nền cao su tốt hơn (hình 3.10) 3.1.4 Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu Kết quả nghiên cứu được trình bày trong các hình và bảng dưới đây Hình 3.15: Sơ đồ phản ứng ghép PVC lên bề mặt CNT Hàm lượng PVC... lượng và tốc độ mất khối lượng mạnh nhất ở 634oC Bên cạnh đó, tổn hao khối lượng của mẫu CNT đến 400oC là khoảng 1,21%, trong khi đó ở mẫu CNT ghép PVC đã mất 24,28% 10 15 Kết quả trên cho thấy, độ trương của các mẫu vật liệu trên cơ sở blend CSTN/NBR đều tăng mạnh sau 6 giờ ngâm trong hỗn hợp dung môi, sau đó tăng chậm và đạt cân bằng sau 48 giờ Khi có thêm 7% nanosilica, độ trương của vật liệu giảm... lại tham gia liên kết với 2 nguyên tử Csp3 gần giống với vòng benzen Dưới điều kiện thích hợp có mặt xúc tác axit Lewis phản ứng thế Electrophin xảy ra dễ dàng Vì vậy, việc thực hiện phản ứng giữa polyvinylcloride với CNT có AlCl3 khan làm chất xúc tác có thể theo cơ chế như sau: Từ những hình trên cho thấy, khi hàm lượng nanosilica thấp (từ 3% đến 7%) các hạt nanosilica phân tán trong nền cao su khá