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 (luận văn thạc sĩ)

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 (luận văn thạc sĩ)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 (luận văn thạc sĩ)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 (luận văn thạc sĩ)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 (luận văn thạc sĩ)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 (luận văn thạc sĩ)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 (luận văn thạc sĩ)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 (luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG 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 Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: 60440114 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ QUANG KHÁNG Hà Nội - 2015 i MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng - TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu vật liệu polyme nanocompozit cao su nanocompozit 1.1.1 Phân loại đặc điểm vật liệu cao su nanocompozit 1.1.2 Ưu điểm vật liệu cao su nanocompozit 1.1.3 Phương pháp chế tạo 1.2 Các phụ gia nano 1.2.1 Ống nano carbon 1.2.2 Nanosilica 11 1.3 Cao su thiên nhiên cao su nitril butadien 15 1.3.1 Cao su thiên nhiên 15 1.3.2 Cao su nitril butadien 19 1.4 Một số loại vật liệu polyme nanocompozit điển hình 21 1.4.1 Vật liệu polyme ống carbon nanocompozit 21 1.4.2 Vật liệu polyme silica nanocompozit 24 1.5 Tình hình nghiên cứu vật liệu polyme nanocompozit 27 Chƣơng - MỤC TIÊU, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 32 2.2 Thiết bị hoá chất sử dụng nghiên cứu 32 2.2.1 Thiết bị 32 2.2.2 Hoá chất, vật liệu 32 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 33 2.3.1 Biến tính phụ gia nano 33 2.3.1.1 Phối trộn nanosilica với Si69 33 2.3.1.2 Biến tính CNT polyvinylchloride (PVC) 33 2.3.2 Chế tạo mẫu cao su nanocompozit 33 2.4 Phƣơng pháp xác định số tính chất học vật liệu 34 2.4.1 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt 34 2.4.2 Phương pháp xác định độ dãn dài đứt 35 2.4.3 Phương pháp xác định độ dãn dài dư 35 ii 2.4.4 Phương pháp xác định độ cứng vật liệu 36 2.4.5 Phương pháp xác định độ mài mòn 36 2.5 Nghiên cứu khả bền dầu mỡ, dung môi vật liệu 36 2.6 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu b ng nh hiển vi điện tử quét trƣờng phát xạ 37 2.7 Nghiên cứu độ bền nhiệt vật liệu b ng phƣơng pháp phân t ch nhiệt trọng lƣợng 37 Chƣơng - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Nghiên cứu chế tạo t nh chất vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/NBR nanosilica .38 3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới tính chất học vật liệu 38 3.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng Si69 tới tính chất học vật liệu 40 3.1.3 Cấu trúc hình thái vật liệu 43 3.1.4 Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu 45 3.1.5 Nghiên cứu khả bền dầu mỡ vật liệu 48 3.2 Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/NBR ống nano carbon 48 3.2.1 Biến tính CNT polyvinylchloride 49 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng CNT biến tính chưa biến tính đến tính học vật liệu 53 3.2.3 Cấu trúc hình thái vật liệu 56 3.2.4 Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu 58 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN .Error! Bookmark not defined iii MỞ ĐẦU Khoa học công nghệ nano lĩnh vực lên việc nghiên cứu phát triển vật liệu Đây lĩnh vực rộng mẻ giới nói chung Việt Nam nói riêng Với nhiều tính chất ưu việt, vật liệu polyme nanocompozit thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học 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] Vật liệu cao su nanocompozit gồm có pha cao su hay cao su blend chất độn gia cường 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 [6] Để tăng khả ứng dụng cho vật liệu cao su cao su blend, vật liệu thường gia cường số chất độn gia cường than đen, silica, clay, [39] Khả gia cường chất độn cho cao su phụ thuộc vào kích thước hạt, hình dạng, phân tán khả tương tác với cao su [24,30] Các chất độn nano có kích thước từ 1-100 nm, cải thiện đáng kể tính chất học sản phẩm cao su Với diện tích bề mặt lớn, hạt nano tương tác tốt với đại phân tử cao su, dẫn đến nâng cao hiệu gia cường Do vậy, hạt nano quan trọng để gia cường cho vật liệu cao su [34] Nanosilica có tác dụng gia cường tốt so với silica thông thường chúng có khả phân tán tốt cao su Tuy nhiên, chúng lại có xu hướng kết tụ lượng bề mặt cao hình thành liên kết hydro liên phân tử thơng qua nhóm hydroxyl (silanol) bề mặt [3] Điều dẫn đến tương tác mạnh chất độn với chất độn mà không thuận lợi cho hiệu gia cường Vấn đề khắc phục thơng qua biến tính bề mặt hạt silica Tác nhân ghép nối silan tác nhân sử dụng thông dụng để biến tính bề mặt nanosilica [3,41] Bên cạnh đó, ống nano carbon (carbon nanotube-CNT) loại chất gia cường tốt cho polyme CNT có tính linh hoạt cao, tỷ trọng thấp bề mặt riêng lớn [27], điều góp phần tạo nên vật liệu cao su nanocompozit có ưu điểm vượt trội 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 nghiên cứu luận văn xác định điều kiện thích hợp để chế tạo loại vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/NBR gia cường nanosilica gia cường CNT Chƣơng - TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu vật liệu polyme nanocompozit cao su nanocompozit Cũng giống vật liệu polyme compozit, vật liệu polyme nanocompozit loại vật liệu gồm pha (polyme) pha gia cường dạng khác Tuy nhiên, điều khác biệt pha gia cường có kích thước cỡ nanomet (dưới 100 nm) Như hiểu, vật liệu polyme nanocompozit vật liệu có polyme, copolyme polyme blend cốt hạt hay sợi khống thiên nhiên tổng hợp có chiều có kích thước khoảng 1-100 nm (kích cỡ nanomet) Do vậy, vật liệu cao su nanocompozit trường hợp polyme nanocompozit có cao su cao su blend Vì vậy, cao su nanocompozit có tất đặc tính chung polyme nanocompozit [6,7] 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 (xem bảng 1) [10] Vật liệu sử dụng chế tạo polyme nanocompozit đa dạng, phong phú bao gồm nhựa nhiệt dẻo nhựa nhiệt rắn, thường là: nhựa polyetylen (PE), nhựa polypropylen (PP), nhựa polyeste, loại cao su, Bảng 1.1: Mối quan hệ kích thước hạt bề mặt riêng Bề mặt riêng [cm2/g] Đường kính hạt cm mm 3.10 100 µm 3.102 10 µm 3.103 µm 3.104 100 nm 3.105 10 nm 3.106 nm 3.107 Khoáng thiên nhiên: chủ yếu đất sét – vốn hạt silica có cấu tạo dạng lớp montmorillonit, vermicullit, bentonit kiềm tính hạt graphit,… Các chất gia cường nhân tạo: tinh thể silica, CdS, PbS, CaCO3,… hay ống carbon nano, sợi carbon nano,… 1.1.1 Phân loại đặc điểm vật liệu cao su nanocompozit 1.1.1.1 Phân loại Polyme nanocompozit nói chung hay cao su nanocompozit nói riêng phân loại dựa vào số chiều có kích thước nanomet vật liệu gia cường [7]: - Loại 1: Là loại hạt có ba chiều có kích thước nanomet, chúng hạt nano (SiO2, CaCO3,…) - Loại 2: Là loại hạt có hai chiều có kích thước nanomet, chiều thứ ba có kích thước lớn hơn, thường ống nano sợi nano (thường ống, sợi nano carbon) dùng làm phụ gia nano tạo cho polyme nanocompozit có tính chất đặc biệt - Loại 3: Là loại có chiều có kích thước cỡ nanomet Nó dạng phiến, với chiều dày có kích thước cỡ nanomet cịn chiều dài chiều rộng có kích thước từ hàng trăm đến hàng ngàn nanomet Vật liệu dạng thường có nguồn gốc loại khoáng sét, graphen,… 1.1.1.2 Đặc điểm vật liệu polyme nanocompozit - Với pha phân tán loại bột có kích thước nano nhỏ nên chúng phân tán tốt vào polyme, tạo liên kết mức độ phân tử pha với chế khác hẳn với compozit thông thường Các phần tử nhỏ phân tán tốt vào pha nền, tác dụng lực bên tác động vào chịu toàn tải trọng, phần tử nhỏ mịn phân tán đóng vai trị hãm lệch, làm tăng độ bền vật liệu đồng thời làm cho vật liệu ổn định nhiệt độ cao [8] - Do kích thước nhỏ mức độ phân tử nên kết hợp với pha tạo liên kết vật lý có độ bền tương đương với liên kết hóa học, cho phép tạo vật liệu có nhiều tính chất mới, ví dụ tạo polyme dẫn có nhiều ứng dụng thực tế - Vật liệu gia cường có kích thước nhỏ nên phân tán pha tạo cấu trúc đặc, có khả dùng làm vật liệu bảo vệ theo chế che chắn (barie) tốt 1.1.2 Ưu điểm vật liệu polyme nanocompozit cao su nanocompozit So với vật liệu polyme compozit truyền thống, vật liệu polyme nanocompozit có ưu điểm sau [7]: - Vật liệu nano gia cường hiệu kích cỡ nhỏ dẫn tới cải thiện đáng kể tính chất (chỉ với lượng nhỏ vật liệu gia cường) điều làm cho vật liệu polyme nanocompozit nhẹ hơn, dễ gia công - Sự chuyển ứng suất từ sang chất độn hiệu diện tích bề mặt lớn khả tương tác tốt pha 1.1.3 Phương pháp chế tạo Polyme nanocompozit hay cao su nanocompozit chế tạo theo số phương pháp tùy theo cách thức kết hợp hai pha vô hữu Cho tới nay, người ta đưa phương pháp để chế tạo polyme nanocompozit, tuỳ theo nguyên liệu ban đầu kỹ thuật gia công: phương pháp trộn hợp (nóng chảy dung dịch,…), phương pháp sol-gel phương pháp trùng hợp in-situ [1, 6, 7, 35] 1.1.3.1 Phương pháp trộn hợp Phương pháp đơn giản phối trộn vật liệu gia cường nano vào polyme Q trình phối trộn thực dung dịch trạng thái nóng chảy Khó khăn lớn trình trộn hợp phân tán phần tử nano vào polyme cho hiệu 1.1.3.2 Phương pháp sol – gel Phương pháp sol-gel dựa trình thủy phân trùng ngưng phân tử alcoxide kim loại có cơng thức M(OR)4, dẫn đến việc hình thành polyme có mạng liên kết M-O-M, ví dụ Si-O-Si Phương pháp sol-gel cho phép đưa phân tử hữu R’ có dạng R’n M(OR)4-n vào mạnh vô để tạo vật liệu hữu cơ-vơ lai tạo có kích thước nano Có hai loại nanocompozit lai tạo chế tạo phương pháp sol- gel Sự phân chia chúng dựa vào chất bề mặt ranh giới thành phần hữu vơ cơ: * Nhóm 1: Các thành phần hữu vô polyme nanocompozit khơng có liên kết đồng hóa trị Ở loại vật liệu này, tương tác thành phần dựa lực tương tác hydro, lực tĩnh điện lực Van-der-Waals * Nhóm 2: Thành phần hữu vơ vật liệu liên kết với liên kết hóa học Phương pháp sol–gel ứng dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu lai vô – hữu Ưu điểm phương pháp điều kiện phản ứng êm dịu: nhiệt độ áp suất tương đối thấp Trong trường hợp polyme nanocompozit, mục tiêu phương pháp tiến hành phản ứng sol–gel với có mặt polyme polyme chứa nhóm chức để nâng cao khả liên kết với pha vơ Q trình sol–gel gồm bước: - Thuỷ phân alkoxide kim loại; - Quá trình đa tụ Điểm đặc biệt phương pháp chỗ mạng lưới oxide tạo thành từ alkoxide kim hữu Phương pháp thường hay sử dụng với chất gia cường nanosilica 1.1.3.3 Trùng hợp in-situ Phương pháp có ưu điểm dễ chế tạo, nhanh tính chất sản phẩm tốt Q trình trùng hợp in-situ trải qua ba bước: phụ gia nano xử lý chất biến tính bề mặt thích hợp sau phân tán vào monome tiến hành trùng hợp dung dịch khối để tạo polyme nanocompozit Sơ đồ nguyên lý chung chế tạo vật liệu polyme nanocompozit Polyme Trùng hợp in-situ Polyme nanocompozit Sol - gel Monome Sol - gel Trộn thơng thường Hạt nano Tiền chất nano Hình 1.1: Nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit Những nội dung tác giả Đỗ Quang Kháng tập hợp trình bày đầy đủ tài liệu [7] 1.2 Các phụ gia nano 1.2.1 Ống nano carbon Ống nano carbon (carbon nanotube - CNT) cấu trúc dạng chuỗi phân tử nhỏ bé fulleren Trong nguyên tử carbon xếp với dạng hình cạnh ống có kích thước nhỏ, đường kính ống nano carbon có kích thước từ vài A0 đến hàng chục nanomet, song có chiều dài cỡ vài micromet Có thể đơn giản hóa coi CNT có dạng hình trụ trục gồm ống rỗng tạo thành từ graphen quanh trục đóng lại hai đầu bán fulleren Hình 1.2: Cơ chế cuộn hình thành CNT từ graphen Bản chất liên kết ống CNT giải thích hóa học lượng tử, cụ thể xen phủ obital Trạng thái lai hóa nguyên tử carbon CNT sp2, Hình 3.16: Sự phân tán CNT (a) CNT-g-PVC (b) THF 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 3.17: Giản đồ TGA CNT 50 Hình 3.18: Giản đồ TGA CNT-PVC Kết phân tích đánh giá tập hợp bảng 3.2 Bảng 3.2: Kết phân tích nhiệt trọng lượng CNT CNT-g-PVC Nhiệt đô bắt Nhiệt độ phân Tổn hao khối Nhiệt độ phân đầu phân hủy hủy mạnh lượng đến hủy mạnh (oC) (oC) 400oC (%) (oC) CNT 500 577 1,21 - CNT-g-PVC 170 318 24,28 634 Mẫu vật liệu Kết bảng 3.2 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% khối lượng Điều giải thích PVC bền nhiệt thấp (nếu khơng có chất ổn định, khoảng 150oC PVC bị phân hủy tới khoảng 380oC bị phân hủy hồn tồn Từ kết phân 51 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 3.19: Ảnh TEM CNT b Hình 3.20: Ảnh TEM CNT-g-PVC 52 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 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng CNT biến tính chưa biến tính đến tính học vật liệu Để xác định hàm lượng CNT tối ưu cho cao su blend CSTN/NBR (80/20), thành phần khác điều kiện công nghệ cố định, khảo sát ảnh hưởng hàm lượng CNT (chưa biến tính biến tính) đến tính chất học vật liệu Kết khảo sát thu được trình bày hình Hình 3.21: Ảnh hưởng hàm lượng chất gia cường tới độ bền kéo đứt vật liệu 53 Hình 3.22: Ảnh hưởng hàm lượng chất gia cường tới độ dãn dài đứt vật liệu Hình 3.23: Ảnh hưởng hàm lượng chất gia cường tới độ cứng vật liệu 54 Hình 3.24: Ảnh hưởng hàm lượng chất gia cường tới độ mài mòn vật liệu 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 [8] 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 khơng 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 55 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 cịn cho thấy, đường kính ống CNT biến tính PVC lớn CNT khơng biến tính Điều khẳng định, PVC ghép lên bề mặt ống nano carbon Hình 3.25: Ảnh FESEM mẫu CSTN/NBR/3%CNT 56 Hình 3.26: Ảnh FESEM mẫu CSTN/NBR/4%CNT Hình 3.27: Ảnh FESEM mẫu CSTN/NBR/6%CNT 57 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 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 58 Hình 3.30: Giản đồ TGA mẫu vật liệu CSTN/NBR/4%CNT Hình 3.31: Giản đồ TGA mẫu vật liệu CSTN/NBR/3%CNT-g-PVC 59 Bảng 3.3 : Kết phân tích TGA mẫu vật liệu cao su blend Nhiệt độ bắt đầu phân hủy (oC) 317 Nhiệt độ phân hủy mạnh (oC) 373,5 Tổn hao khối lượng đến 600oC (%) 93,9 CSTN/NBR/4%CNT 328 374,5 91,2 CSTN/NBR/3%CNT-g-PVC 331 374,8 93,9 Mẫu vật liệu CSTN/NBR Nhận thấy rằng, khả bền nhiệt vật liệu CSTN/NBR chứa CNT (chưa biến tính biến tính) tăng lên so với mẫu khơng có 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 60 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 khơng biến tính phân tán chúng khơng 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% Ở hàm lượng này, tính chất học vật liệu đạt giá trị cao (độ bền kéo đứt tăng khoảng 25%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng 12,5C) 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 (độ bền kéo đứt tăng thêm 11%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng thêm 4C) 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% Ở hàm lượng này, độ bền kéo đứt vật liệu tăng 39%, độ bền mài mòn tăng y%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng 11oC, Trong hệ CSTN/NBR/CNT-g-PVC giá trị lớn đạt hàm lượng CNT-g-PVC 3% Tại hàm lượng này, độ bền kéo đứt vật liệu tăng 49%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng 14oC, 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 61 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 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt La Văn Bình (2002), Khoa học công nghệ vật liệu, NXB Đại học Bách khoa, Hà Nội Bùi Chương, Đặng Việt Hưng, Phạm Thương Giang (2007), “Sử dụng silica biến tính (3 – trietoxysilylpropyl) tetrasunfit (TESPT) làm chất độn gia cường cho hỗn hợp cao su tự nhiên – Butadien”, Tạp chí hóa học, T.45, N4, tr.67-71 Nguyễn Thùy Dương, Nguyễn Anh Sơn, Trịnh Anh Trúc, Tô Thị Xuân Hằng (2015), “Ứng dụng nanosilica biến tính phenyl trietoxysilan làm chất phụ gia cho lớp phủ bảo vệ chống ăn mịn”, Tạp chí hóa học, 53(1), tr.95 – 100 Nguyễn Đình Hồng (2011), Nghiên cứu cấu trúc ống nano carbon tác động loại xạ lượng cao định hướng ứng dụng môi trường vũ trụ, Luận văn Thạc sĩ trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN Đặng Việt Hưng (2010), Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit sở cao su thiên nhiên chất độn nano, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, ĐHBK Hà Nội Đỗ Quang Kháng (2012), Cao su-Cao su blend ứng dụng, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội Đỗ Quang Kháng (2013), Vật liệu polyme - vật liệu polyme tính cao, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội Đỗ Quang Kháng, Đỗ Trường Thiện, Nguyễn Văn Khôi (1995), “Vật liệu tổ hợp polyme - ưu điểm ứng dụng”, Tạp chí hoạt động khoa học, 10, tr.37 - 41 Phan Ngọc Minh (2010), Tổng hợp, nghiên cứu tính chất ứng dụng vật liệu ống bon nano đơn tường, đa tường, Báo cáo tổng kết nhiệm vụ hợp tác quốc tế khoa học cơng nghệ Việt nam- Cộng hịa Pháp 10 Nguyễn Đức Nghĩa (2009), Polyme chức vật liệu lai cấu trúc nano, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội, tr 111- 138 11 Nguyễn Thị Thái (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng chất độn gia cường 63 carbon (carbon nanotube, carbon black) lên tính chất cấu trúc vật liệu polyme hỗn hợp sở CSTN, SBR, BR, EPDM polypropylen, Luận án Tiến sỹ Hóa học, Hà Nội 12 Nguyễn Thị Thái, Nguyễn Quang(2010), “Nghiên cứu khảo sát tính chất vật liệu polyme tổ hợp sở cao su thiên nhiên polypropylen, cao su styren butadien gia cường carbon nanotube tác dụng điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam”, Tạp chí Hóa học, 48 (4A), tr 429-433 13 Nguyễn Thị Thái, Nguyễn Quang, Trần Văn Sung (2009), “Nghiên cứu hiệu ứng gia cường carbon nano tube vật liệu polyme tổ hợp sở cao su thiên nhiên/styren butadien cao su thiên nhiên/polypropylene”, Tạp chí Hóa học, 47 (1), tr 54-60 14 Lê Văn Thụ (2011), Chế tạo, nghiên cứu tính chất khả chống đạn vật liệu tổ hợp sợi carbon, ống carbon nano với sợi tổng hợp, Luận án Tiến sỹ Hóa học, Hà Nội 15 Nguyễn Hữu Trí (2003), Khoa học kỹ thuật công nghệ cao su thiên nhiên, Nhà xuất trẻ, Hà Nội 16 Ngô Phú Trù (2003), Kỹ thuật chế biến gia công cao su, NXB Đại Học Bách Khoa, Hà Nội 17 Nguyễn Phi Trung, Hoàng Thị Ngọc Lân (2005), “Nghiên cứu tính chất blen sở polyvinylclorua, cao su butadien acrylonitryl cao su tự nhiên”, Tạp chí Hóa học, 3(1), tr 42 - 45 Tiếng Anh 18 A Das,, K.W Sto ăckelhuber, R Jurk, M Saphiannikova, J Fritzsche, H Lorenz,M Kluăppel, G Heinrich (2008), Modified and unmodified multiwalled carbon nanotubes in high performance solution-styrene-butadiene and butadiene rubber blends”, Polymer, 49, pp 5276-5283 19 Andrew Ciesielski (1999), An Introduction to Rubber Technology, Rapra Technology Limited, United Kingdom 64 ... 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 nghiên cứu luận văn xác định điều kiện thích hợp để chế tạo. .. loại vật liệu 31 Chƣơng - MỤC TIÊU, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 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. .. thái vật liệu 43 3.1.4 Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu 45 3.1.5 Nghiên cứu khả bền dầu mỡ vật liệu 48 3.2 Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu cao su nanocompozit sở blend