Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên cao su butadien phối hợp nanosilica và than đen (LV tốt nghiệp)

Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên cao su butadien phối hợp nanosilica và than đen (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên cao su butadien phối hợp nanosilica và than đen (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên cao su butadien phối hợp nanosilica và than đen (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên cao su butadien phối hợp nanosilica và than đen (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên cao su butadien phối hợp nanosilica và than đen (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên cao su butadien phối hợp nanosilica và than đen (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên cao su butadien phối hợp nanosilica và than đen (LV tốt nghiệp)Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên cao su butadien phối hợp nanosilica và than đen (LV tốt nghiệp)

Trang 1

TRUONG DAI HOC SU PHAM HA NOI 2 KHOA HOA HOC

===) ===

NGUYEN MINH TRANG

NGHIEN CUU CHE TAO VAT LIEU NANOCOMPOZIT TREN CO SO BLEND

CAO SU THIEN NHIEN/CAO SU BUTADIEN

PHOI HOP NANOSILICA VA THAN DEN

KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC

Chuyên ngành: Hóa hữu co

Người hướng dẫn khoa học

PGS TS ĐỖ QUANG KHÁNG

Trang 2

LOI CAM ON

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành của mình tới PGS.TS Đỗ Quang Kháng, Viện Hóa học — Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình

hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành khóa luận

Em xin cảm ơn TS Đỗ Trung Sĩ, ThS Lưu Đức Hùng cùng các anh chị - Phòng Công nghệ Vật liệu và Môi trường đã giúp đỡ, chỉ bảo và tạo điều kiện cho em trong thời gian qua

Nhân dịp này em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo là giáng viên khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tận tình chỉ dạy, trang bị cho em những kiến thức chuyên môn cần thiết trong quá trình học tập tại trường

Cuỗi cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè động viên khuyến khích em hoản thảnh tốt khóa luận nảy

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2016 Sinh viên

Trang 3

DANH MUC CAC BANG

Bang 1.1 Sản lượng cao su thiên nhiên trên thé giới những thập niên gần đây 8

Bang 1.2 Tính chất vật lý của CSTN <2 c2 cevrcxererkerreerxrrrreee 12 Bảng 1.3 Thành phần tiêu chuẩn để xác định tính chất cơ lý của CSTN 13

Bang 2.1 Thành phần nanosilica vả phụ gia trong mẫu CSTN 29

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của hệ lưu hóa tới tính chất cơ học của vật liệu cao su

nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/BR với nanosilica và CNÏT 33 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng than đen phối hợp tới tính chất cơ học của vật liệu cao su nanocompozIt trên cơ sở blend CSTN/BR với nanosilica và CNT 34 Bảng 3.3 Ảnh hướng của q trình biến tính băng D0I tới tính chất cơ học của vật liệu cao su cơmpozIt trên cơ sở CSTN/BR gia cường nanosilica, CNT và than đen 37

Trang 4

DANH MUC CAC HINH

Hình 1.1 Sơ đồ hình thành va phân loại vật liệu polyme blend 5

Hình 1.2 Cầu trúc của silica (S1O2) 2-2 2-55 s+Ss+EvEcEvEeESrkrxrxreerxrerreee 17

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý chung đề chế tạo vật liệu polyme nanocompozit 25 Hình 2.1 Hình dạng mẫu kéo ¿+ ¿- S2 SE 2 E23 EE2EEEEExeErvreerrrrere 30 Hình 3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng than đen đến độ bền kéo đứt của vật liệu cao su nanocompozit trén co sở blend CSTN/BR với nanosilica và CNT 35 Hình 3.2 Ảnh hưởng của hảm lượng than đen đến độ giãn dài khi đứt của vật liệu cao su nanocompozIt trên cơ sở blend CSTN/BR với nanosilica va CNT 35 Hình 3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng than đen đến độ giãn dư của vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/BR với nanosilica và CNT 35 Hình 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng than đen đến độ mài mòn của vật liệu cao su nanocompozIt trên cơ sở blend CSTN/BR với nanosilica và CNT 36 Hình 3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng than đen đến độ cứng của vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/BR với nanosilica và CNT 36 Hình 3.4 Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu CSTN/BR/nanosilica/CNT/

Trang 5

MUC LUC

MO DAU 1

PHAN 1 TONG QUAN eesccsssssssssssssssssnsssssssssessescesssssssssnsuusssssceccccssssssssnssuuusssssssesecsssssses 2

1.1 Vat ligu polyme nanocompozit va vat liéu polyme silica nanocompozit 2 1.1.1 Vật liệu polyme nanOCOTDOZIK 55c 1123311335111 55 1x 2 1.1.2 Vật liệu polyme nanos1lica nanOCOTTDOZIẲ - - s55 25 s2 +sss 3

1.2 Giới thiệu về cao su blend cs+c2c+cccxrrrrxrrrrrrrrrrirrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 5

1.2.1 Giới thiệu về cao su blend . + s se se se xe EeEeEeEeEvrveeevrrsrerrrres 5 1.2.2 Cao su thiên nhiên CSTN (natural rubber NR) cccc << << <5 7 1.2.3 Cao su ButadIen (Butadiene Rubber BR) ccccc << sss2 14 1.3 Silica Va MAaNOSiliCa 0n a 17

1.3.1 Giới thiệu về silica và nanosiliCa s5 5s se ca cEvEE SE e se ceeereresees 17

c2 0ó 0 8n 18

1.4 Phương pháp nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit 21

1.4.1 Các phương pháp biến tính silica - 5s + SE xeEvExvkersrerereered 21

1.4.2 Phương pháp chế tạo vật liệu polyme nanocompoZit - -s¿ 23 1.5 Tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozZit 25

PHAN 2 THUC NGHIEM TH HH He, 28

2.1 Vật liệu nghiÊn CỨU - 5 G5 3 19 3 vn ng ng ve 28 V8 ì()(9/: 580): 1)95 20183: 008 28 2.3 Phương pháp xác định một số tính chất của cao su -5- 5c: 29

2.3.1 Tính chất cơ hỌc - - 5s x2 tt tEEtErttrtrrrrrrtrrrrrrrrrrrrrrriie 29

2.3.2 Phương pháp xác định cấu trúc hình thái của vật liệu 32 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TA <- 32

Trang 6

3.1 Nghiên cứu phối hợp các chất độn nano với than đen trong vật liệu cao su I5;e8 ® 0/7012 33 3.1.1 Nghiên cứu tăng tính chất cơ lý của vật liệu bằng cách thay đơi hệ lưu hóa ¬ 33

3.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng than đen tới tính chất cơ học của vật liệu 34

3.1.3 Ảnh hưởng của quá trình biến tính băng phụ gia D01 tới tính chất cơ học

CỦa Vật ÌIỆU - - Ăn ng ng cv vớ 37

3.1.4 Ảnh hưởng của q trình biến tính tới tính chất nhiệt của vật liệu 38 3.1.5 Cầu trúc hình thái của vật liệu . 222 +s+S+EE+E+EEeEzrErszrxrerrxrrrreee 39

3.2 Xây dựng công nghệ dán, đắp lốp cũ từ vật liệu cao su nanocompozit CSTN/BR gia cường nanosilica, CNT, than đen . -.- 555552 s++sss2 40

3.2.1 Định lượng các thành phân - 222252 +S£EvEE£ESEEEESrErksrxreerxrerreee 40

3.2.2 Chế tạo bán thành phẩm cao su compozit trên cơ sở blend CSTN/BR, than

den, nanosilica va các phụ gia khác - - 5c S233 seervvrrrrse 41

3.2.3 Gia công, xử lý bề mặt lỐp CŨ 2 cv ve re rxrkersre re 41

3.2.4 Tạo hình lớp cao su để dán, đắp lỐp . 22+ cezcrxerreerxreereee 41 3.2.5 Hạ áp và tháo khuôn lẫy sản phẩm 22+ ceecrEerreerxrerreee 41 3.2.6 Kiểm tra chất lon ¡s8 (0111711077 — 42

KẾT LUẬN —"” TH 43

Trang 7

Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp

MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của nên công nghiệp hiện đại, đã kéo

theo sự phát triển không ngừng của các ngảnh khoa học công nghệ Trong đó,

vật liệu mới cũng là một đôi tượng quan trọng năm trong vòng xốy của sự phát triển khơng ngừng đó Đề đáp ứng những yêu cầu thực tế sản xuất, rút ngắn thời gian nghiên cứu, tận dụng những công nghệ và vật liệu sẵn có, dé tao ra vat liệu

mới có tính năng ưu việt thì nghiên cứu chế tạo vật liệu blend là một trong

những lựa chọn thích hợp nhất Việt Nam là một nước xuất khâu cao su thiên nhiên lớn, với tổng sản lượng cao su năm 2014 ước đạt 953.700 tắn tăng 2% so

với năm 2013 [20] Đây là nguồn nguyên liệu rất dồi dào giá thảnh rẻ và thân

thiện môi trường Để mở rộng ứng dụng cho cao su thiên nhiên một nguồn nguyên liệu giá rẻ, tận dụng được trang thiết bị và công nghệ sẵn có cũng như tăng giá trị xuất khẩu cho cao su thiên nhiên, đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở biend cao su thiên nhiên/cao su bufadien phối

hop nanosilica va than den” đã được lựa chọn nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài

Chế tạo ra được vật liệu cao su nanocompozit co tính nang co lý, kỹ thuật

phù hợp, đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong thực tế Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng than đen tới các tính năng cơ lý của vật liệu nanocompozit trên co s6 CSTN/BR/nanosilica/CNT

- Nghiên cứu ảnh hưởng của q trình biến tính bằng phụ gia D0I tới tính chất

cơ lý của vật liệu nanocompozit trên cơ s6 CSTN/BR/nanosilica/CNT/Than den

- Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét

trường phát xạ Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu băng phương pháp

phân tích nhiệt trọng lượng

- Từ những kết quả nghiên cứu, đưa ra được thành phần đơn thích hợp đề chế

Trang 8

PHAN 1 TONG QUAN

1.1 Vat ligu polyme nanocompozit va vat liéu polyme silica nanocompozit 1.11 Vat liéu polyme nanocompozit

Vật liệu polyme nanocompozit là vật liệu có nền là polyme, copolyme hoặc polyme blend và cốt là các hạt hay sợi khoáng thiên nhiên hoặc tổng hợp có ít nhất một trong ba chiều có kích thước khoảng từ 1-100 nm (kích cỡ nanomet) [1] Vật liệu polyme nanocompozit kết hợp được cả ưu điểm của vật

liệu vơ cơ (như tính chất cứng, bền nhiệt, ) và ưu điểm của polyme hữu cơ (như

tính linh động, mềm dẻo, là chất điện môi và khả năng dé gia công ) Vật liệu nền sử dụng trong chế tạo polyme nanocompozit rất đa dạng, phong phú bao

gồm cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, thường là: nhựa polyetylen (PE), nhựa

polypropylen (PP), nhựa polyesfe, các loại cao su thiên nhiên, cao su butadien, Khoáng thiên nhiên: chủ yếu là đất sét-vốn là các hạt silica có câu tạo dạng lớp

như montmorillonit, vermicullit, bentonit kiềm tính cũng như các hạt graphit, Phan loại vat ligu nanocompozit

Dựa vào số chiều có kích thước nanomet của vật liệu gia cường Người ta chia làm ba loại polyme nanocompoZIt:

- Loai 1: Loai hat gia cường có cả ba chiều có kích thước nanomet, chúng là các hạt nano (S1O;, CaCOx, )

- Loại 2: Là loại gia cường có 2 chiều có kích cỡ nanomet, chiều thứ 3 có kích thước lớn hơn là ống nano hoặc sợi nano (ống cacbon nano, soi cacbon nano) - Loại 3: Loại gia cường chỉ có 1 chiều có kích thước cỡ nanomet dạng phiến, bản với chiều dày có kích thước cỡ nanomet, cịn chiều dài và chiều rộng có kích thước từ hàng trăm tới hàng ngàn nanomet Vật liệu dạng này thường có ngn là các loại khống sét (nanoclay, )[1,2]

Đặc điểm của vật liệu nanocompozit

- Với pha phân tán là các loại bột có kích thước nano rất nhỏ nên chúng phân tán rất tỐt vào trong polyme tạo ra các liên kết ở mức độ phân tử giữa các pha với

Trang 9

nhau cho nên cơ chế khác hắn với compozit thông thường Các phần tử nhỏ phân tán tốt vào các pha nên, dưới tác dụng của lực bên ngoài tác động vào nên sẽ chịu toàn bộ tải trọng, các phần tử nhỏ mịn phân tán đóng vai trị hãm lệch,

làm tăng độ bền của vật liệu đồng thời làm cho vật liệu cũng ôn định ở nhiệt độ

cao

- Do kích thước nhỏ ở mức độ phân tử nên khi kết hợp với các pha nền có thể tạo ra các liên kết vật lý nhưng có độ bên tương đương với liên kết hóa học, vì

thế cho phép tạo ra các vật liệu có tính chất mới, ví dụ như tạo ra các polyme

dẫn có nhiều ứng dụng trong thực tế

- Vật liệu gia cường có kích thước rất nhỏ nên có thể phân tán trong pha nền tạo ra câu trúc rất đặc, do đó có khả năng dùng làm vật liệu bảo vệ theo cơ chế che

chăn rất tốt [3]:

Ưu điểm của vật liệu nanocompozit

So với vật liệu polyme compozit truyền thống, vật liệu polyme nanocompozit có những ưu điểm chính sau:

- Vật liệu nano gia cường hiệu quả hơn bởi vì kích cỡ của nó nhỏ hơn dẫn đến

sự cải thiện đáng kế tính chất của nền điều này làm cho vật liệu polyme

nanocompozit nhẹ hơn, dễ gia công hơn vả giá thành thấp hơn

- Sự chuyển ứng suất từ nền sang chất độn hiệu quả hơn là do diện tích bề mặt

lớn và khả năng bám dính bề mặt phân cách pha tốt [3] 1.1.2 Vat ligu polyme nanosilica nanocompozit

Trang 10

nanosilica tối ưu dưới 10%, trong khi đó, đơi với một số cao su thì hàm lượng này có thể tới 15 - 20% hoặc cao hơn Riêng về độ dẻo, dai của vật liệu nanocompozit trên cơ sở polyme nền Độ cứng của vật liệu tăng không nhiều khi tăng hàm lượng nanosilica, trong khi microsilica thì tính chất này tăng mạnh khi tang ham luong silica [3]

- Tinh chất ma sát: Khác với vật liệu gia cường silica kích cỡ micro thông thường, vật liệu polyme s1lica nanocompoziIt có độ ma sát giảm, đặc biệt dưới tải trọng cao Mặt khác, cũng giống như micro silica, nanosilica làm tăng độ bền mài mòn cho vật liệu

- Tính chất nhiệt: Vật liệu polyme silica nanocompozit có khả năng 6n định nhiệt tốt hơn so với polyme nền tương ứng bởi nanosilica có độ bền nhiệt cao,

các hạt nanosilica phân tán vào nền đã che chắn, hạn chế tác động của nhiệt môi

trường vào các đại phân tử polyme Nhìn chung nhiệt độ thủy tính hóa của vật liệu tăng với sự tăng hàm lượng nanosilica Tuy nhiên, sự biến đổi này cũng có

nhiệt độ tới hạn của nó Trong khi đó các chất độn micro silica hầu như khơng có ảnh hưởng tới nhiệt độ thủy tinh hoa của vật liệu

- Tĩnh chất chống cháy: Sự có mặt của silica nói chung và nanosilica nói riêng đã làm tăng khả năng bền chông cháy cho vật liệu Thể hiện ở chỉ số oxy tới hạn cua polyme silica nanocompozit cao hon vat liệu polyme nền tương ứng

- Tinh chat quang học: Dù sự có mặt của nanosilica trong vật liệu có làm giảm độ trong suốt của vật liệu so với polyme nền tương ứng, song đây có thể coi như một trong những vật liệu gia cường giữ được độ trong của vật liệu cao Đặc biệt ở các hệ nanocompozit phân tán, nanosilica gia cường tốt Mức độ tương hợp của polyme nên và silica gia cường cảng cao, độ phân tán cảng tỉnh, độ trong vật liệu càng cao

- Độ thấm khí: Khác với vật liệu gia cường vô cơ khác, khi có mặt của

nanosilica làm tăng khả năng thầm khí của vật liệu Điêu này có thê được giải

Trang 11

thích do thê tích tự do của nanosilica lớn dẫn đến hiệu ứng làm tăng độ thắm khí của vật liệu [3]

1.2 Giới thiệu về cao su blend 1.2.1 Giới thiệu về cao su blend

1.2.1.1 Khái niệm và phân loại

Vật liệu tô hợp polyme (hay còn gọi là polyme blend) là loại vật liệu polyme được cấu thành từ hai hay nhiều polyme nhiệt dẻo với cao su để làm

tăng độ bền cơ lý hoặc hạ giá thành vật liệu [4] Giữa các polyme có thể tương

tác hoặc không tương tác vật lý với nhau

Sơ đồ chế tạo và phân loại các polyme blend nói chung và cao su blend nói riêng được thể hiện trên hình 1.1 đưới đây:

Polyme Copolyme (Polymer) (Copolymer)

Polyme blend (Polymer Blends)

Tuong hop Không tương hợp Dong thé Dị thể Làm tương hợp Vv Polyme blend di thé (Polymer Alloys)

Trang 12

Polyme blend có thể là hệ đồng thể hoặc dị thể Trong hệ đồng thể các polyme thành phần khơng cịn đặc tính riêng, còn trong polyme blend dị thé thi tính chất các polyme thành phần hầu như được giữ nguyên Polyme blend thường là loại vật liệu có nhiều pha trong đó có một pha liên tục gọi là pha nền và một hoặc nhiều pha phân tán (pha gián đoạn) hoặc tất cả các pha đều phân tán, mỗi pha được tạo nên bởi một pha thành phan

1.2.1.2 Những ưu điểm của vật liệu polyme blend

Trong khoa học vật liệu, việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu tơ hợp polyme

blend đóng một vai trò quan trọng Tốc độ tăng trưởng của các sản phẩm từ vật

liệu này tới hơn chục phần trăm mỗi năm Những ưu thế của vật liệu này là:

- Lắp được khoảng trông về tính chất cơng nghệ cũng như kinh tế giữa các loại

nhựa nhiệt dẻo Người ta có thể tối ưu hóa về mặt giá thành và tính chất của vật

liệu sử dụng Quá trình nghiên cứu và chế tạo sản phẩm mới trên cơ sở vật liệu

tổ hợp polyme nhanh hơn nhiều so với sản phẩm từ vật liệu mới khác vì nó được

chế tạo trên cơ sở vật liệu và công nghệ có sẵn

- Tao kha nang phối hợp các tính chất mà một loại vật liệu khó hoặc khơng đạt

được Do đó đáp ứng được nhiều yêu cầu kĩ thuật cao của hầu hết khắp các lĩnh vực khoa học và kinh tế

- Những kiến thức rộng rãi về cẫu trúc, sự tương hợp phát triển rất nhanh trong những năm gần đây tạo cơ sở cho việc phát triển vật liệu này

1.2.1.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu blend Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme

Theo phương pháp này thì các polyme thành phần phải hòa tan tốt trong

cùng một dung môi hoặc tan tốt trong các dung mơi có khả năng trộn lẫn vào

nhau Để các polyme trong dung dịch phân tán tốt vào nhau cần phải khuấy chúng ở nhiệt độ cao kẻm theo quá trình gia nhiệt trong thời gian khả dài Sau khi thu được màng polyme blend cần phải đuôi hết dung môi bằng phương pháp

Trang 13

sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp để tránh rạn nứt bề mặt màng và tránh hiện

tượng màng bị phân hủy nhiệt hay phân hủy oxy hóa nhiệt [6] Chế tạo polyme blend từ hỗn hợp các latex polyme

Đa số các sản phẩm polyme trùng hợp bằng phương pháp nhũ tương tồn tại dưới dạng latex với môi trường phân tán là nước Quá trình trộn các latex dễ dang và polyme blend thu được các hạt phân bô đồng đều vào nhau Phương pháp này có nhược điểm là: khó tách hết các chất nhũ hóa, các phụ gia cũng như nước ra khỏi polyme blend, chính vì vậy các tính chất cơ, lý, hóa, nhiệt, điện của polyme giảm đi [6]

Chế tạo polyme blend ở trạng thải nóng chảy

Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy là phương pháp kết hợp đông thời các yếu tô cơ nhiệt, cơ hóa và các tác động cưỡng bức lên các polyme thành phần, phụ gia, trên máy gia công nhựa nhiệt dẻo để trộn hợp chúng với nhau (như máy trộn kin, may dun, )

1.2.2 Cao su thién nhién CSTN (natural rubber NR) Lịch sử phát triển

Cao su thiên nhiên (CSTN) được loài người phát hiện và sử dụng vào nửa

cuối thế kỉ XVI ở Nam Mỹ Vào thời gian này những thô dân ở đây chỉ biết trích

cây lẫy nhựa rồi tắm vào sợi làm giầy dép đi rừng, leo núi Những chiếc giày làm bằng vải tâm nhựa cây có thời gian sử dụng lâu hơn nhưng nó dính vảo chân gây cảm giác khó chịu Thoạt đầu thô dân chỉ biết lấy đất cát rắc vào giây để

chống dính, về sau họ có nhận xét là lấy đất ở khu vực có núi lửa hoạt động vừa

chống dính tốt, vừa tăng thời gian sử dụng của giầy [7]

Cao su thiên nhiên (CSTN) là hợp chất cao phân tử trong nhựa cây cao su, đặc biết nhất là loại cây Hevea Brasiliensis, được phát hiện và ứng dụng lần đầu

tiên vào cuối thế kỉ 16 tại Nam Mĩ, vảo năm 1875, nhà hóa học người Pháp

Trang 14

hướng trở về dạng cũ, do đó sinh ra tính đàn hồi Đến năm 1839 khi Chales

Goodyear phát minh ra quá trình lưu hóa thì vật liệu này được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và kỹ thuật

Trong những năm gần đây, mặc dù đã tổng hợp được nhiều loại cao su nhưng sản lượng cao su thiên nhiên vẫn tăng đáng kể

Bảng 1.1 Sản lượng cao su thiên nhiên trên thể giới những thập niên gần đây

Năm Sản lượng (triệu tắn) tiên Phụ

(triệu tần) 1980 3,845 2,760 1985 4,300 4,350 1990 5,108 5,723 1995 5,922 5,790 2000 6,566 6,450 2007 9,725 9,719 2010 10,600 13,300

Ngành cao su xuất hiện ở Việt Nam từ khá sớm từ trước 1975 va phát

triên mạnh khi Việt Nam tham gia vào nền kinh tế thị trường Theo báo cáo

cua BO NN&PTNT, thang 3 nam 2016 xuất khẩu cao su ước dat 87 nghìn tan

voi gia tri dat 99 trigu USD, dua khối lượng xuất khẩu cao su 3 tháng đầu năm

2016 đạt 233 nghìn tấn với 263 triệu USD, tăng 19,2% về khối lượng nhưng giảm 6,1% về giá trị so với cùng kỳ năm 2015 [8]

Giá cao su xuất khẩu bình quan 2 thang đầu năm 2016 đạt 1119,96

USD/tấn, giảm 21,31% so với cùng kỳ năm 2015 Trung Quốc và Ấn Độ là 2 thị

trường tiêu thụ cao su lớn nhất của Việt Nam trong 2 tháng đầu năm 2016, chiếm 59,60% thị phân Hai tháng dau nim 2016, gia tri xuất khâu cao su trong ở hai thị trường nảy đều giảm so với cùng kỳ năm 2015, mức giảm lần lượt là: 3,99% và 31,56%

Trang 15

Ở chiều ngược lại, ước tính khối lượng nhập khẩu cao su trong tháng

3/2016 đạt 37 nghìn tấn với giá trị đạt 52 triệu USD, đưa khối lượng nhập khẩu

mặt hàng này 3 tháng đầu năm 2016 đạt 91 nghìn tấn với giá trị đạt 131 triệu USD, tăng 4,1% về khối lượng nhưng vẫn giảm 13,7% về giá trị so với cùng kỳ năm 2015

Thị trường nhập khẩu cao su chủ yếu trong 2 tháng đầu năm 2016 từ các nước như Hàn Quốc (chiếm 21,8%), Nhật Bản (15,5%) và Campuchia (12,4%) Ba thị trường có giá trị tăng mạnh nhất so với cùng kỳ năm 2015 là Hoa kỳ (tăng

29,4%), Trung Quốc (tăng 19,7%) và Malaixia (tăng 13,5%), còn lại các thị

trường khác đều có giá trị giảm so với cùng kỳ năm 2015 [8] Mu cao su thién nhién (Latex)

Mu cao su thién nhién la dạng nhũ tương của nước của các hạt cao su VỚI hàm lượng phân khô ban đầu từ 28% - 40% Các hạt cao su nảy vô cùng nhỏ bé và có hình dạng quả trứng gà, kích thước hạt vào khoảng 0.051m đến 3m

lgam mủ cao su với hàm lượng phần khô khoảng 40% chứa 5.101 hạt với

đường kính trung bình khoảng 0.26:m Tất cả các hạt nảy luôn nằm ở trạng thái chuyên động Browner

Cau tao hat latex

Hạt latex có cầu tạo 2 lớp, lớp trong cùng là cacbuahidro, vỏ bọc ngoài là lớp hấp phụ bảo vệ latex không bị keo tụ Thành phần chủ yếu của lớp hấp phụ là các hợp chất chứa nitơ thiên nhiên, các chất béo và muối xà phòng của các axit béo

Các latex mang điện tích âm Giá trị điện tích phụ thuộc vào nồng độ mủ cao su, trị số pH của môi trường và dao động từ - 40/v đến - 110/¿v Khối lượng riêng của latex phụ thuộc vào nông độ (hàm lượng phần khô) pha cao su

trong nó (khối lượng riêng pha cao su là 914 kg/mỷ, khối lượng riêng mơi trường

nhũ hóa là 1020 kg/m?)

Trang 16

- Ti trong : Ti trong cua latex ước định là 0,97 Đó là két quả từ tỉ trọng cao su là 0,92 và serum là 1,02 Sở dĩ serum có tỉ trọng hơi cao hơn nước là do nó chứa

những chất hịa tan

- Độ nhớt: Khó xác định trị số tuyệt đôi Độ nhớt latex thuộc các “clones” khác nhau nhưng có cùng hàm lượng cao su khô lại có thể có độ nhớt khác nhau Tổng quát, độ nhớt latex tươi có 35% cao su từ 12-15 centipoises, của latex đã đậm đặc hóa là từ 40-120 centipoIses

- SỨc căng mặt ngoài: Sức căng mặt ngoài của một latex từ 30-40% cao su là khoảng 38 - 40 dynes/cm? ( lipit và dẫn xuất lipit là tác nhân ảnh hưởng đến sức căng mặt ngoài latex, nhất là các savon axit béo)

- pH: Trị số pH của latex có ảnh hướng quan trọng tới độ ỗn định latex Latex tươi vừa chảy khỏi cây cao su có pH bằng hoặc thấp hơn 7, sau vài giờ pH xuống gần 6 do hoạt tính của vi khuẩn và latex sẽ bị đông lại Trong quá trình keo tụ, pha cao su liên kết lại với nhau rồi tách dần khỏi nhũ tương nước và nỗi lên bể mặt chứa

Hiện tượng keo tụ latex thường do axit gây nên Trong môi trường axit, lon

H' rất linh động do có lực điện tích đã tịnh tiến đến bê mặt hạt latex, tach day

lớp vỏ bảo vệ ra khỏi lớp bề mặt cacbuahidro làm pha cacbuahidro tiếp xúc lại với nhau, dính vào nhau và xuất hiện keo tụ Để ngăn chặn hiện tượng này, khi khai thác mủ thường sử dụng các chất ôn định pH môi trường, là amoniac 0,5% duy trì pH môi trường từ 10 — 11

- Tính dẫn điện: Năm 1940, Van Gils người đầu tiên chứng minh độ dẫn điện của latex biến đôi nghịch theo hàm lượng cao su

Thanh phan cia latex

Latex là một loại chất lỏng phức hợp, có thành phần và tính chất khác biệt nhau tùy theo loại Theo nguyên tắc, ta có thể nói đó là một trạng thái nhũ tương của các hạt tử cao su hay thể giao trạng trong một serum lỏng Tùy theo tuổi của cây, khí hậu, thơ nhưỡng nơi cao su phát triển, mùa thu hoạch, latex có chứa:

Trang 17

- Dạng dung dịch: Nước, muỗi khoáng, axit, muối hữu cơ, gluxit, hop chat

phenolic, ankaloit 6 trang thai ty do hay trạng thái dung dịch muối - Dang dung dich gia: CAc protein, phytosterol, chat mau tannin, enzyme - Dạng nhũ tương: Các amidon, lipit, tinh dầu, nhựa, sáp, polyterpenic Xu lý cao su thiên nhiên

Latex được lấy từ cây bằng cách cạo vào lớp vỏ bên trong (cạo mủ) và thu được latex trong chén Cạo mủ là rạch cạo một đường trên vỏ thân cây nhằm cắt đứt các mạch latex để latex cao su chảy ra Phương pháp thu hoạch nảy áp dụng cho cây cao su Hevea Brasiliensis vì latex của cây này có độ nhớt thấp và do cây có hệ thông latex thuộc loại mạch phân nhánh và tương giao với nhau Cây cao su này lại có khả năng tái tạo latex nhanh chóng và có thể khai thác được suốt cả năm Mủ cao su thiên nhiên chứa nhiều nước Để giảm giá thành vận chuyên và thuận tiện cho quá trình sử dụng latex, người ta tiễn hành cô đặc latex bằng Các phương pháp:

+ Phương pháp li tâm

+ Phương pháp bay hơi tự nhiên + Phương pháp trích ly

+ Phương pháp chưng cắt điện giải

Sau khi xử lý latex xong, có thể sản xuất cao su theo 3 phương pháp chính: + Phương pháp sản xuất crếp hong khói

+ Phương pháp sản xuất crếp trăng

+ Phương pháp sản xuất theo tiêu chuẩn Malaysia Thành phần và cấu tạo của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên có dạng cis-1,4- polyisoprene, khối lượng phân tử

khoảng 200.000- 500.000 [9]

Trang 18

Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CH; H CH; H *—c CH; CH» ad’ N N N N —cH/ Hy coc cH CH— cHẾ H

Ngoài các mắt xịch isoprene 1,4 c¡s, đồng phân trong cao su thiên nhiên cịn có khoảng 2% mặt xích tham gia vào hình thành mạch đại phân tử ở vi tri 3,4 Ngồi ra nó còn chứa một lượng nhỏ thành phân phi cao su rất quan trọng Trong số đó, quan trọng nhất là protein, đường và axit béo là những chất chống oxi hóa và chất trợ xúc tiến Còn những thành phân vi lượng hiện hữu bao gồm K, Mg, P, Cu, Fe có thể đóng vai trị như những chất xúc tác cho q trình oxI hóa Cao su thiên nhiên có thể ở dạng hạt (cao su bột) và chủng loại có đầu Tính chất cơ lý, tính năng kĩ thuật của cao su thiên nhiên được xác định bằng mạch cacbuahidro tạo thành từ các mắt xích isopenten

Tỉnh chất vật lý của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể Vận tốc kết tinh lớn nhất được xác định ở nhiệt độ -25°C Bảng 1.2 Tỉnh chất vật lý của CSTN

Khôi lượng riêng (kg/m?) 913

Nhiệt độ thủy tinh hoa T, (°C) -70

Hăng sô giãn nở thé tich (dm3/°C) 656.10”

Nhiệt dẫn riêng (w/m.°K) 0.14

Nhiệt dung riêng (KJ/Kg.°K) 1.88

Nửa chu kì kết tinh ở -25°C (giờ) 2-4

Thâm thâu điện môi ở tân sô dao động

1000hec/giây “ˆ

Tage tên thất điện môi 1.6 107

Điện trở riêng (0.m) 3.1012 — 5.10

Trang 19

Tỉnh chất cơ lý của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên bị epoxy hóa 50% mol thì có khả năng kháng dầu tốt,

chỉ kém cao su nitril một chút Cao su thiên nhiên kết tinh khi bị kéo căng dẫn đến các hợp chất của nó thê hiện độ bền kéo và bên xé tốt Mặc dù quá trình kết tinh có thê xáy ra ở nhiệt độ thấp, quá trình phỗi trộn làm giảm đáng kế khuynh hướng này và thực sự nó có thể ngăn ngừa hữu hiệu việc kết tinh bằng cách sử

dụng hàm lượng lưu huỳnh cao hơn 2,5 phr để lưu hóa hỗn hợp

Bảng 1.3 Thành phân tiêu chuẩn để xác định tính chất cơ lý của CSTN

STT Thành phân Hàm lượng (PKL) 1 CSTN 100 2 Luu huynh 3,0

3 Xúc tiên lưu hóa 0,7

4 ZnO 5,0

5 Axit Stearic 0,5

Do mach chính của cao su thiên nhiên chưa bão hòa (còn lại nhiêu liên kết đơi), nó cùng với những cao su chưa bão hòa khác, rất dễ bị tấn công bởi oxi, ozone và ánh sáng, vì vậy cần bảo vệ những hợp chất này khỏi các tác nhân trên

Cao su thiên nhiên không kháng được dầu, và bịtrương nở bởi

hydrocacbon thơm, hydrocacbon béo, hydrocacbon halogen hóa Nó kháng được

nhiều chất vô cơ nhưng không chịu được các axit có tính oxI hóa và chịu được

có giới hạn các axit vô cơ Nói chung, nó khơng thích hợp sử dụng với các chất lỏng hữu cơ, ngoại trừ các loại rượu có khối lượng phân tử thấp

Cao su thiên nhiên có thể tạo được liên kết ngang bằng việc sử dụng lưu huỳnh, các hệ cho lưu huỳnh, peoxtt, 1sox1anat lưu hóa, và bởi bức xạ; việc sử

dụng lưu huỳnh là một phương pháp phổ biến nhất Việc lưu hóa bằng lưu

Trang 20

là hệ thống lưu hóa truyền thống Hỗn hợp cao su lưu hóa ở nhiệt độ 143 + 2°C

trong thời gian lưu hóa là 20 — 30 phút

Cao su thiên nhiên có thể tạo ra nhựa nhiệt dẻo cứng với khả năng chịu

hóa chất cực tốt khi lưu hóa với hơn 30 phr lưu huỳnh Sản phẩm gọi là cao su cứng Đề cho việc gia công dễ dàng thì cao su thiên nhiên cần phải được cán dẻo

ở một mức độ nào đó (giảm khơi lượng phân tử), đối với loại có độ nhớt ôn định

và loại có dầu về căn bản giảm được sự cán dẻo này

Chất hóa dẻo thường được dùng để phá vỡ cao su dễ hơn trong quá trình

trộn, nếu cho một lượng lớn hơn 0,6 phr có thé lam cho tính chất vật lý bị giảm

Ứng dụng của cao su thiên nhiên

Ứng dụng của cao su thiên nhiên rất đa dạng và thực sự không thể nói hết

trong một bản tóm tắt Ứng dụng của cao su rat da dạng, được sử dụng trong lốp xe, trụ giảm sốc (giảm chan), đệm làm kín, vật cách điện, khớp nỗi, gối cầu, gôi

chân trong các tòa nhà, giày dép, ống, băng tải, tắm thảm lót và nhiều ứng dụng đúc khuôn khác Latex và các dung dịch được sử dụng để sản xuất chất kết dính, mặt dưới thảm, xốp đệm ghế, bao tay, bao cao su và các thiết bị y tế như ống thông đường tiểu Cao su thiên nhiên cũng thường xuyên được sử dụng trong pha trộn với những chất đản hồi khác

1.2.3 Cao su Butadien (Butadiene Rubbcr BR) Lịch sử phát triển

Cao su polybutadien được sản xuất tại Âu Châu vào đầu năm 1930 nhưng

cho đến năm 1950 mới được sản xuất lớn ở Mỹ nhờ sự khám phá ra các chất xúc

tác hữu cơ kim loại Mười năm gần đây polybutadien polyme hóa đã được sử dụng cho các hỗn hợp làm lốp xe và các hỗn hợp khác, do đó polybutdadien đã chiếm hàng thứ hai sau SBR trong các loại cao su tông hợp Năm 1932: Liên Xô (cũ) tông hợp được polybutadien với muối natri kim loại Cũng trong năm này, người Đức cũng tổng hợp được loại cao su nảy với muối Kali Năm 1940: Polybutadien dạng nhũ được sản xuất ở Mỹ Năm 1950: Sản xuất dung dịch

Trang 21

polybutadien và được tung ra thị trường với khôi lượng lớn và với các xúc tác từ Titan, Coban và Niken BR hàm lượng c¡s cao được sản xuất nhiều hơn BR hàm lượng trung bình

Cao su Polybutadien BR là loại cao su tổng hợp cũng được sử dụng phố biến tại Việt Nam Đây là nguyên liệu có nhiều ưu điểm trong việc lập đơn pha chế cao su kháng mài mòn, và cũng là sự lựa chọn cho các trường hợp cần độ

đàn hồi tốt

Đặc điểm cau tạo

—CH,— CH=CH —CH, —CH2—_ cr —— rà CHa

Polybutadien được sản xuất từ sự polyme hóa trong dung dịch, và một đặc trưng nổi bật quan trọng về chất lượng của loại polyme tông hợp nảy là ham lượng các dạng c¡s - 1,4 và cis - 1,2 vinyl trong cao su [10]

Polyme có hàm lugng dang cis - 1,4 cao ( >90% ) có nhiệt độ thủy tinh hóa khoang - 90°C, do d6 tinh uén dẻo ở nhiệt độ thấp chỉ thua phenyl silicon Polyme này có tính đàn hồi và tính chịu mài mịn tất tốt, tuy nhiên vì có tính đàn hồi cao nên khả năng bám mặt đường 4m ướt của lốp xe kém, do đó mà loại cao

su này hạn chế sử dụng riêng lẻ trong hỗn hợp Nếu hàm lượng c¡s - 1,4 giảm

Trang 22

Việc sử dụng các peptiser để cắt mạch, giúp cho việc gia công dễ dàng

hơn Do có nhóm khơng bão hịa trên mạch chính, nên cần phải có chất bảo vệ

dé chéng lai su oxi hoa, tia UV, va ozon Cao su butadien khang dau yéu va không kháng được các hợp chất hydrocacbon thơm, hydrocacbon béo và hydrocacbon có nhóm halogen Polybutadien là một hợp chất có thể được lưu hóa bằng hệ thống lưu huỳnh, hệ thống chất cho lưu huỳnh vả hệ thống peoxit

So với cao su thiên nhiên thì cần giảm lượng lưu huỳnh xuống và tăng lượng chất xúc tiến lên Việc lưu hóa băng hệ thống peoxit mang lại hiệu quả cao, tạo nên một số lượng lớn các liên kết ngang nhờ gốc tự do, điều này làm cho tính đàn hồi của cao su cao, tính chất này được ứng dụng để sản xuất loại bóng siêu đàn hồi Các hợp chất của loại polyme nảy chỉ cho tính chất tốt nhất

khi sử dụng chất độn và dầu với hàm lượng cao [10]

Tỉnh chất cơ lý của cao su butadien

+ Polybutadien khó sơ luyện, khó định hình, khó đùn so với cao su SBR

+ Khi tăng nhiệt độ lên qué 100°F, polybutadien trở nên khô nhắm không bám trục cán, kém dính và võng xuống do đó khó cán luyện

+ Cao su polybutadien có khả năng ngậm chất độn rất cao mà không giảm tính năng cơ lý của thành phẩm

+ Cao su BR phối hợp với các loại cao su khác để tăng tính kháng mỏi một, kháng mòn, kháng nứt

+ Với mức chất độn bằng nhau, sản phẩm BR cho sức kháng xé, sức kháng hút nước vả độ kháng mòn thấp hơn cao su thiên nhiên và cao su SBR

+ Vì tính thấm khí cao nên điện trở và tính kháng điện của BR gần giống cao su thiên nhiên

+ Cao su BR dùng trong băng tải phối hợp với cao su thiên nhiên để cải thiện tính cắt, tính xé rách, tính kháng mịn, kháng nhiệt tốt và tính kháng uốn khúc đập nứt tốt

Trang 23

Ứng dụng

Sử dụng làm cao su mặt lốp xe khi trộn với các cao su khác để cải thiện tính kháng mịn và chống nứt, phần lớn là sử dụng kết hợp với các loại polyme khác như cao su thiên nhiên, cao su Styren Butadien, ở đây polybutadien có tác dụng làm giảm nhiệt nội sinh và cải thiện tính chịu mài mịn của hỗn hợp cao su Sức bám mặt đường ẩm ướt của hỗn hợp BR/cao su thiên nhiên hoặc BR/SBR

tốt hơn so với hỗn hợp chỉ dùng BR

Ở các ứng dụng khác, cao su butadien được sử dụng trong hỗn hợp cao su,

nhằm mục đích tăng tính chịu mài mịn và độ uốn dẻo ở nhiệt độ thấp của sản

phẩm, ví dụ như giày, băng tải, dây đai [10] 1.3 Silica và nanosilica

1.3.1 Giới thiệu về silica và nanosilica

Nano silica 1a loai silica vô định hình Trong đó cầu hình tứ diện SiO, két bó lại với nhau tạo thành các hạt nhỏ có kích thước cỡ nm (1 -50nm)) Bé mat cua silica có chứa nhiều các nhóm siloxan (=Si—O-Si=) với nguyên tử oxi trên bề

mặt Trên hình 1.2 là câu trúc của silica vơ định hình [11]

ae , ie | ¿ a 3 a "x4 » sự ee 3 s bự «a2 2 O O O O ae 3p wv wp ev WS 3 $ ;d ó 3 › $ ” | XS / + ar FS ae -.3 Cr SY toms x + - nt a ee S Si—O—si PC It Se ý X tự ng 1 uF < Pa oe Ps oe "ức kế ) 4 O O = J + Ca a t >s2 v >2 „o9 h ) O O O >2 4

Hinh 1.2 Cau tric cua silica (SiO4)

Trang 24

thời, trong cầu trúc của silica chứa liên kết Si—O với năng lượng liên kết rất lớn nên hạt silica có độ cứng rất cao Do đó khả năng chống mài mòn và cảo Xước

của vật liệu polyme khi gia cường bằng silica tốt hơn rất nhiều Ngoài ra nhờ

liên kết Si—O bền vững làm cho khả năng chịu nhiệt rất cao Do đó còn làm tăng kha năng chịu nhiệt, tính ơn định nhiệt cho vật liệu polyme compozit Silica là hợp chất trơ về mặt hóa học, do đó cịn làm tăng khả năng kháng hóa chất rất tốt cho các ứng dụng liên quan đến các môi trường hóa chất như axit (trừ axit HF) hoặc môi trường bazơ Đặc biệt silica còn có khả năng dẫn điện nên được sử dụng trong lĩnh vực vật liệu dẫn, bán dẫn [11]

Silica có diện tích bề mặt riêng lớn, tùy thuộc vào kích thước hạt, phương pháp điều chế, diện tích bề mặt riêng của silica có giá trị trong khoảng từ 50 — 600 m?/g Do do kha nang hut 4m rat lớn được sử dụng trong các lĩnh vực hút

âm, làm khô, chất hấp phụ Silica được sử dụng rộng rãi làm chất độn cho các

ứng dụng trong các lĩnh vực: công nghệ giấy, in, công nghệ sơn, cao su,

Mặt khác, silica là hợp chất không độc hại nên còn được sử dụng trong

công nghiệp bao bì, thực phẩm, y té [11]

1.3.2 Tinh chat ciia silica

Tinh chat vat by

Silic đioxit tính thể nóng chảy ở 173°C, sôi ở 2230°C, không tan trong nước Trong tự nhiên, silic đioxit tỉnh thê chủ yếu tồn tại ở dạng khoáng vật

thạch anh, là tinh thể lớn, không màu, trong suốt Cát là silic đioxit có nhiều tạp chất Khi nóng chảy, SiO; chuyển thành chất lỏng không màu, làm lạnh chất

lỏng này ta thu được khối SiO; vơ định hình trong suốt như thủy tinh [12] Tính chất hóa học

Trong các loại axit, S1O; chỉ tác dụng với HE:

S1O; + 4HF — SIFa + 2H;O

Silica tan trong kiềm hoặc trong muối cacbonat của kim loại kiềm nóng chảy tạo thành silicat:

Trang 25

SiO, + 2NaOH — Na;S1O: + HạO S102 + 2Na2CO3— Na2Si03 + CO2

NazSiO; trông bề ngoài giống thủy tỉnh, tan được trong nước nên gọi là thủy tinh lóng Khi nung SiO; với than cốc theo tỉ lệ xác định trong lò điện ở

khoảng 2000 - 2500°C thu được silic cacbua SiC có cấu trúc tinh thé giéng kim

cuong, rat cứng và bền, chịu được nhiệt độ cao, được dùng làm chất mài, vật liệu chịu lửa, chất bán dẫn trong chế tạo compozit va trong luyện kim [12]

Tính chất của các hạt silica với kích thước nano

Bè mặt silica nhẵn có diện tích lớn, do đó khả năng tiếp xúc vật lý với

polyme nền lớn Silica có thể tồn tại ở nhiều dạng, mỗi dạng thể hiện tính chất

vật lý và hóa học khác nhau S1lica không thể hút nước nếu bê mặt của nó có các

nhóm siloxan (-Si-O-Si-), khả năng hút nước của nó chỉ thể hiện khi bề mặt có

nhóm silanol (SiOH) Sự có mặt của hai nhóm nảy ảnh hưởng đến tính chất của bề mặt silica và ứng dụng của nó Silica kị nước có thể được chuyền thành silica ưa nước bằng phản ứng hydroxyl hóa nhóm siloxan thành silanol Phản ứng này có thể làm ngược lại, silica ưa nước có thể chuyến thành silica kị nước bằng phản ứng đề hydroxyl hóa hoặc đun nóng ở nhiệt độ > 3000°C Bề mặt của silica trung bình có 5 - 6 nhóm silanol trên 1nm nên nó có tính ưa nước, các nhóm sIlloxan cịn lại khơng tham gia phản ứng

Cấu trúc của nanosilica là mạng 3 chiều Do có nhóm silanol va siloxan trên bề mặt nên các hạt silica có khả năng hút nước Bề mặt silica được đặc trung boi ba dang silanol: silanol ty do, silanol liên kết hidro với nhóm bên cạnh và silanol ghép đơi Các nhóm silica trên bề mặt các phần tử kề nhau tập hợp lại

với nhau bằng liên kết hidro Liên kết này giúp cho các phân tử silica tập hợp lại

với nhau cả khi pha trộn mạnh dù khơng có phản ứng với polyme nên Các nhóm silanol hoạt động trên bề mặt silica có nhiệm vụ kết tụ các phần tử lại VỚI

nhau Chính tính ưa nước của nhóm silanol trên bề mặt silica là nhược điểm làm

Trang 26

tính, mức độ phân tán của nanosilica trong pha hữu cơ tăng lên, do đó độ bền của các sản phẩm polyme tăng lên đáng kẻ

Ứng dụng nanosilica

SiO; có nhiều ứng dụng trong thực tế Tùy theo chất lượng cụ thể mà nó được sử dụng trong công nghiệp và đời sống Ứng dụng đầu tiên và lâu đời nhất của bột SiO; mịn là làm chất gia cường hay chất làm tăng cường trong các sản phẩm cao su chất dẻo như để giày, các loại cao su kỹ thuật, dây cáp và các loại

lốp Đưa 20-50% khối lượng bột mịn S1O; vào cao su thiên nhiên hay cao su

tong hợp giúp cải thiện độ dai, độ cứng, độ bền xé của sản phẩm cao su Khả năng tăng cường của bột mịn SiO; cũng vượt hơn hắn các chất độn tự nhiên và khác với muội than, nó cho phép tạo ra những sản phẩm cao su trắng vả cao su mảu Với công nghệ dây cáp, bột này được sử dụng chủ yếu làm vỏ bọc đặc biệt

cho các loại cáp dùng ngoài trời, trên cao, độ bền ma sát và độ bền xé lớn của vỏ

cáp giúp bảo vệ phần lõi cáp khỏi mài mòn vả va đập Trong các sản phẩm nhựa

chịu nhiệt, bột mịn SiO¿ được sử dụng như tác nhân chống trượt để tránh hiện

tượng trượt phim trong máy ảnh hay cải thiện cơ tính của PVC Bot min SiO, ngày cảng được sử dụng nhiều làm trắng trong kem đánh răng bởi khả năng làm sạch rất tốt mà gần như không gây xước Bột SiO› được ứng dụng phố biến trong sản xuất sơn và vecni Trong công nghiệp giấy, bột mịn SiO¿ được sử dụng trong các sản phẩm giấy đặc biệt (có độ chìm màu lớn vả tương phản tốt khi in) Ở đây, hạt SiO¿ đã lấp đầy vào các lỗ xốp trên giấy và tạo ra bề mặt

nhãn Ngoài các ứng dụng kế trên, bột mịn SiO; còn được ứng dung lam chất

tăng độ bền kết cấu trong nhựa, trong chat loc va 6n dinh bia, trong phan tich

mau

Phương pháp chế tạo nanosilica

Silica hay silic đioxit là hợp chất cực kì phong phú trong tự nhiên Tuy nhiên, nó không tổn tại ở dạng riêng biệt (SiOz) mà luôn tồn tại ở cầu trúc tứ diện S1Ö¿ với tâm là nguyên tử S1 ở các dạng quặng (khoáng) như cát, sỏi, thạch

Trang 27

anh hoặc ở các dạng hợp chất như tetraetyloctosilicat (TEOS), SiCl¿, Do

vay, dé thu duoc silica tinh khiét ta phải tiến hành điều chế từ các hợp chất có

chứa silic Có hai phương pháp điều chế hạt silica kích thước nano được sử dụng khá phô biến là phương pháp khô (sử dụng pha khí) và phương pháp ướt

- Phương pháp khô

Phương pháp khô được tiến bằng cách nung các hợp chất chứa silic như TEOS, CH;S¡C]; và SiCL¿ Ở nhiệt độ 1000 - 1200°C trong môi trường chứa O;

và H; tinh khiết Bằng cách điều chỉnh nhiệt độ, thời gian nung ta có thể kiểm

sốt được kích thước của sản phẩm theo ý muốn

2CH;51IC]; + 5O; + 2H; —› 251O; + 6HCI + 2CO; + 2HạO SICH + 2Hạ + O¿ — S1O; + 4H;

Phương pháp này đơn giản được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp để sản xuất nanosilica Bằng cách thay đổi nồng độ chất phản ứng hoặc không chế thời gian và nhiệt độ cho ra sản phẩm “khói” SiO; có kích thước hạt khoảng rộng từ l0Ũnm-2um

- Phương pháp ưới

Phương pháp ướt được tiến hành bằng phương pháp kết tủa khi cho hợp chất chứa silic tác dụng với H;S5Ơ Sau khi lọc bỏ kết tủa nhiều lần ta thu được

SiO; tinh khiết, sẵy khô ta thu được hạt có kích thước từ 10-30nm

1.4 Phương pháp nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit

1.4.1 Các phương pháp biễn tính silica

Hiện nay, các polyme blend đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Tuy nhiên, chúng còn tồn tại một số hạn chế như modul đàn hồi

thấp, độ bền kéo đứt thấp, kém bền nhiệt, tính chất che chắn không cao, không

bền với nhiều dung môi hữu cơ

Trang 28

nano với các đại phân tử polyme nên hình thái cấu trúc của polyme bị thay đôi Cac hat nano co thé cai thiện rõ rệt một số thuộc tính lý hóa của polyme Tuy nhiên, để các hạt nano có thể mang lại những hiệu quả như trên, chúng ta phải phân tán đồng đều vào polyme nền Do các hạt nano có khả năng kết tụ với nhau vì năng lượng bề mặt lớn nên cần phả tìm biện pháp tăng sự phân tán của các hạt nano nhằm cải thiện sự tương tác giữa phụ gia nano và polyme Sự phân tán tốt của hạt nano trong polyme nền có thê đạt được bằng cách thay đối tính chất hóa học bề mặt của các hạt nano hoặc các phương pháp vật lý như quá trình trộn năng lượng cao và xử lý siêu âm Sự khác nhau lớn về tính chất của polyme và silica thường là do sự phân cách pha Hơn nữa, phản ứng vả tương tác bề mặt giữa hai pha của nanocompozit là nhân tô quyết định đến tính chất của vật liệu

sau này Có nhiều phương pháp đã được sử dụng nhằm nâng cao tính tương

thích giữa polyme (kỊ nước) và nanosilica (ưa nước) Phương pháp hay sử dụng

nhất là biến tính silica trước khi cho phân tán trong polyme nền Có hai phương pháp thường được sử dụng để biến tính silica là phương pháp vật lý và phương

pháp hóa học

Phương pháp vật lý

Dựa vào các lực vật lý yếu như lực Vandevan, lực tương tác tĩnh điện dé tạo ra lớp che chăn bề mặt silica Thực hiện bằng cách hap phụ lên bề mặt silica các đại phân tử hoặc các chất hoạt động bề mặt Nguyên tắc của việc xử lý bề mặt là sự hút bám của các nhóm thế có cực của hợp chất hoạt động bề mặt lên

bề mặt silica bằng tương tác tĩnh điện Một chất hoạt động bề mặt có thể làm

giảm xu hướng kết tụ của các hạt silica bằng cách làm giảm lực vật lý và dễ dàng kết hợp với polyme nên Tuy nhiên phương pháp biến tính nảy thường it được sử dụng

Phương pháp hóa học

Là phương pháp biến tính silica dựa trên phản ứng của nhóm silanol trên bề mặt silica và nhóm chức của các hợp chất hữu cơ thích hợp (thường dùng

Trang 29

nhất là các hợp chất silian), hình thành nên những liên kết hóa học bền vững như liên kết đồng hóa trị, liên kết ion giữa nhóm chức của bề mặt silica và nhóm chức của chất dung để biến tính

1.4.2 Phương pháp chế tạo vật liệu polyme nanocompozff

Polyme nanocompozit được chế tạo theo ba phương pháp chính tùy theo nguyên liệu ban đầu và kĩ thuật gia công: phương pháp trộn hợp (nóng chảy, trong dung dịch, ), phương pháp sol - gel và phương pháp tring hop insitu [3] Phương pháp trộn hợp

Phương pháp nảy chỉ đơn giản là phối trộn các vật liệu gia cường nano vào trong nên polyme Quá trình phối trộn có thể thực hiện trong dung dich hay ở trạng thái nóng chảy Phương pháp nóng chảy thường được sử dụng nhiều nhất do tính hiệu quả cao, tính khả thi và tính thân thiện với môi trường Dễ thực hiện trong thiết bị gia công của nhà máy như máy trộn kín hay máy cán ép Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là trong sản phẩm tạo thảnh thường có hiện tượng các hạt nano tích tụ lại với nhau và làm giảm tính chất của sản phẩm Phương pháp trộn dung dịch được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu polyme

nanocompozit Day là quá trình chế biến ở dạng bột lỏng nhằm mang lại sự hòa

trộn tốt ở cấp độ phân tử Phương pháp trộn dung dịch đã cải thiện được nhược điểm của phương pháp trộn nóng chảy vì ở đây polyme và các hạt nano đã được hòa tan trong dung mơi Vẫn đề cịn lại chỉ phụ thuộc vào dung môi và khả năng hồi phục của polyme vả các hạt nano Phương pháp này không giới hạn, dạng của dung dịch có thé bao gôm các hạt nhựa mủ hoặc dạng nhũ tương Sau khi khuấy trộn đều polyme và nano, sản phẩm được đô ra khuôn và tiến hành quá trình bay hơi dung môi [3]

Phuong phap sol-gel

Trang 30

phân tử hữu cơ R? có dạng '4 vào trong mạng vô co dé tao ra -(RMOR), - n 1a vật liệu hữu cơ - vô cơ lai tạo có kích thước nano Có hai loại nanocompozit lai tạo được chế tạo bằng phương pháp sol - gel Sự phân chia chúng dựa vào bản chất của bề mặt ranh giới giữa thành phần hữu cơ và vơ cơ

Nhóm 1: Các thành phần hữu cơ và vô cơ trong polyme nanocompozit không có liên kết đồng hóa trị Ở loại vật liệu này, tương tác giữa các thành phần dựa trên lực tương tác hydro, lực tĩnh điện và lực Van-der-Waals

Nhóm 2: Thành phần hữu cơ và vô cơ trong vật liệu liên kết với nhau

bằng liên kết hóa học Phương pháp sol - gel đã được ứng dụng rộng rãi để chế

tạo vật liệu lai vô cơ - hữu cơ

Ưu điểm chính của phương pháp này là điều kiện phản ứng êm dịu: nhiệt độ và áp suất tương đối thấp Mục tiêu của phương pháp lả tiến hành phản ứng

sol-gel với sự có mặt của polyme và polyme chứa các nhóm chức để nâng cao khá năng liên kết với pha vơ cơ Q trình sol-gel gồm hai bước:

+ Thuy phan alkoxide kim loại + Qua trinh da tu

Điểm đặc biệt của phương pháp ở chỗ mạng lưới oxide được tạo thành từ

alkoxide cơ kim ngay trong nền hữu cơ Phương pháp thường hay sử dụng với chất gia cường là nanosilica

Phương pháp trùng hợp in-situ

Phương pháp này có ưu điểm là dễ chế tạo, nhanh và tính chất sản phẩm

t6t Qua trinh tring hop in-situ trải qua ba bước: đầu tiên các phụ gia nano được

xử lý bởi chất biến tính bề mặt thích hợp và sau đó được phân tán vào monome rồi tiến hành trùng hợp trong dung dịch hoặc trong khối để tạo polyme nanocompozit Trên hình 1.3 là sơ đồ nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit

Trang 31

Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Trùng hợp 1m - situ | Hạt nano Monome Trộn hợp dung dịch hoặc nóng chảy eg © em B œ E8- JoS

Polyme | Tiền chất nano

Sol- gel

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit 1.5 Tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit

Với tiềm năng to lớn của công nghệ nano, các quốc gia trên thế giới không ngừng đưa ra các chiến lược nhằm chú trọng đầu tư vảo nghiên cứu và phát triển công nghệ nano Các nước trên thế giới cũng đưa ra những kế hoạch

dai han và những khoản đầu tư lớn cho việc nghiên cứu và phát triển đầu tư

công nghệ nano ứng đụng cho các ngành khác nhau Tại Việt Nam, trong “Chiến lược phát triển Khoa học và Công nghệ Việt Nam đến năm 2010” đã xác định công nghệ vật liệu nano là một trong những hướng công nghệ trọng điểm phục vụ phát triển kinh tế - xã hội Trong đó đã nêu rõ những hướng chính như: “Nghiên cứu ứng dụng để sản xuất nanocompozit nền polyme và nền kim loại sử dụng trong các ngành kinh tế kỹ thuật, xúc tác cấu trúc nano trong lĩnh vực dầu khí và xử lý môi trường Nghiên cứu cơ bản định hướng ứng dụng trong một số hướng cơng nghệ nano có khả năng ứng dụng cao ở Việt Nam ”

Trang 32

việc nghiên cứu ứng dụng phụ gia nano trong công nghiệp gia công các sản phẩm cao su đã có một số kết quả bước đầu Cho tới nay, trên các tạp chí khoa

học chuyên ngành của Việt Nam mới thấy một vài công bố của nhóm tác giả

thuộc Trung tâm Khoa học và Công nghệ quốc gia nay là Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam như nhóm tác giả Đỗ Quang Kháng, Lương Như Hải, Vũ Ngọc Phan, Hồ Thị Hoài Thu đã nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su thiên nhiên clay nanocompozit và chỉ ra rằng, băng phương pháp trộn kín ở trạng thái nóng chảy đã chế tạo ra được vật liệu nanocompozit dạng xen lớp Với ham lugng 3% clay, vat ligu CSTN clay nanocompozit co tinh chat co hoc cao

và độ bên nhiệt cao hơn hắn CSTN

Tiếp đó, Đào Thế Minh, Hoàng Tuấn Hưng, cũng chế tạo ra vật liệu cao su nanocompozIt trên cơ sở blend cao su mitril/nhựa polyvinylclorua va nanoclay Bên cạnh đó, tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu polyme (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội), các tác giả Đặng Việt Hưng, Bùi Chương, Phạm Thuong Giang đã nghiên cứu sử dung silica biến tính trietoxysilylpropyltetrasulfur (TESPT) va silan 3-metacryloxypropyl trimetoxy (MPTS) làm chất độn cho hỗn hợp cao su thiên nhiên, butadien Cũng nhóm tác giả này đã nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở CSTN với nanosilica và cho thấy, băng cách trộn hợp nóng chảy đã phân tán được silica biến tính bằng MPTS trong nền cao su thiên nhiên tới kích thước 1 pm Kích thước trung bình của tập hợp hạt silica tới 10 um Tiếp tục nghiên cứu chế tạo vật liệu bằng phương pháp phối trộn huyền phù silica trong nước với latex cao su thiên nhiên đã tạo ra nanocompozit có kích thước hạt silica phần tắn trong khoảng 30-100 nm Với phương pháp này đã tao ra chat chu (master batch) với hàm lượng silica 30 trong cao su thiên nhiên tới 40% Từ đây đã đưa ra cơ chế hình thành nanocompozit của silica trên nền cao su thiên nhiên [13- 15] Đáng kế nhất về hướng nghiên cứu triển khai này là một số luận án tiến sỹ gần đây tại các cơ sở đào tạo Trong Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Quốc

Trang 33

gia Hà Nội, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, Các cơng trình

nghiên cứu nỗi bật trong những năm gần đây: Nguyễn Đình Đức và các cộng sự [16,17]

Riêng đối với hệ CSTN/BR trên thế giới đã có rất nhiều cơng trình nghiên

cứu, điển hình như nghiên cứu của Mahdi Abdollahi (cùng các cộng sự) về cầu

trúc, tính chất của hệ NR/BR trộn hop sodium-montmorillonite nanocomposites

[18], cac bai dang trén tap chi Journal of Materials Engineering and

Performance [19] Tuy nhién, viéc ché tao dé trién khai ứng dụng vật liệu

Trang 34

PHAN 2 THUC NGHIEM

2.1 Vật liệu nghiên cứu Nanosilica

- Nanosilica là loại Reolosil của cơng ty hóa chất Akpa ( Thố Nhĩ Kỳ) có các chỉ

tiêu sau: Diện tích bề mặt riêng : 200 + 20 m?/g: cỡ hạt: 12 — 50 nm; khối lượng riêng đồ đồng : 50g/lít, độ tỉnh khiết SiO; (%): 99,8: chỉ số màu (%): 97; diện tích bề mặt BET (m?/g): 160 + 2; độ thắm dau (ml/g): 2,6; chỉ số pH: 6,5-7,0

Cao su và phụ gia cao su

1 CSTN (CSTN) loại SVR-3L của Công ty cao su Đồng Nai

2 Cao su butadiene (BR) là loại BROI của công ty BST Elastomers Co.Ltd

(Thái Lan)

3 Các loại phụ gia

+ Lưu huỳnh của hãng Sae Kwang Chemical IND.Co.Ltd ( Hàn Quốc) + Xúc tiễn lưu hóa M và DM ( Trung Quốc)

+ Chất phòng lão D + Than đen loại N330

+ Axit stearic cla PT OrindoFine Chemical (Indonesia) + CNT ctia hang Nanocyl S.A (Vuong quéc Bi)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Chế tạo vật liệu nanocompozit CSTN/BR/nanosilica gom 3 bước:

- Bước 1: Trên cơ sở đơn pha chế cơ bản của các cao su thiên nhiên blend CSTN/BR (tỉ lệ 75/25) được phối trộn với nanosilica và CNT Hỗn hợp vật liệu gôm CSTN, BR, nanosilica và các phụ gia (ngoại trừ lưu huỳnh vả xúc tiến) được phối trộn trong máy trộn kín thí nghiệm Brabender (CHLB Đức) ở 80°C trong thời gian 8 phút, lấy ra để nguội dưới 50°C

- Bước 2: Cho tiếp xúc tiến và và lưu huỳnh rồi trộn đều trên máy cán hai trục

Sau khi các câu tử hòa trộn đông đều, xuât tâm

Trang 35

- Bước 3: Cắt và cho hợp phần vật liệu vào khn ép, lưu hóa ở áp suất ókg/cm?

và nhiệt độ 145 + 2°C, thời gian 1ó phút trên máy ép thí nghiệm của hãng Toyosieki (Nhat Ban)

Từ các kết quả khảo sát tính chất cơ học của các mẫu vật liệu có ham lượng than đen khác nhau, chọn ra hàm lượng than đen thích hợp Thành phần đơn pha chế được trình bày trong bảng sau:

Bảng 2.1 Thành phần nanosilica và phụ gia trong mẫu CSTN

Mẫu Mo | Mi | M2 | Ms | Ma | Ms | Me | M7 | Ms Thanh phan CSTN 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 BR 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 ZnO 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 Phòng lão D 2 | 2 12 12 1212121212 Axit stearic 2 | 2 |2 12 12 |2 121212 Xúc tiến DM 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 Xúc tiễn D 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 Luu huynh 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 Nanosilica 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 CNT 2 | 2 12 12 1212121212 Than đen 0 5 10 | 15 | 20 | 25 30 | 35 | 40

2.3 Phương pháp xác định một số tính chất của cao su

2.3.1 Tính chất cơ học

Phương pháp xác định độ bền kéo đứt

+ Độ bằn kéo đứt được xác định theo tiêu chuân TCVN 4509 - 2006

Trang 36

+ Tốc độ mẫu của tải trọng 150 (mm/ph)

——¬l —” l1 — T 3 a — Hình 2.1 Hình dạng mẫu kéo Độ bên kéo đứt của mẫu được tính theo công thức:

F Sa=5 5 Trong đó: Sa : Độ bền kéo đứt (MPa) E : Lực kéo đứt mẫu (N) b : Bềrộng mẫu (cm)

h : Chiều dày mẫu trước khi kéo (cm)

Lượng mẫu tối thiểu cho một lần đo là 5 mẫu

Phương pháp xác định độ giãn dài khi đút

+ Phép đo được thực hiện trên máy đo tính chất kéo của hãng Gester (Trung Quốc)

Độ giãn dài khi đứt của mẫu được xác định theo tiêu chuẩn ISO 37 - 94

Mẫu đo giãn dài như hình 2.1 Độ giãn dài được tính theo cơng thức: 11-lo

lo `

D= 100%

Trong do:

D : D6 gian dai khi dut

1, : Chiéu dải giữa 2 điểm đánh dấu trên mẫu thử trước khi kéo (mm)

l, : Chiều dài giữa 2 điểm đánh dấu trên mẫu thử ngay khi đứt (mm)

Số lượng mẫu cho số liệu tối thiểu 5 mẫu

Phương pháp xác định độ giãn dự sau khi đút

Trang 37

+ Phép đo được thực hiện trên máy đo tính chất kéo của hãng Gester (Trung Quốc)

Độ giãn dư sau khi đứt của mẫu được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 1595- 2006 Mẫu đo giãn dài như hình 2.1 Độ giãn dư sau khi đứt được tính theo cơng thức:

12-11

Dea = —— - 100%

Trong do:

Daa : Độ giãn dài khi đứt

ly : Chiều dài giữa 2 điểm đánh dấu trên mẫu thử trước khi kéo (cm) li : chiéu dai gitta 2 diém đánh dấu trên mẫu thử sau khi đứt 3 phút (cm)

Số lượng mẫu cho số liệu tôi thiểu 5 mẫu Phương pháp xác định độ cứng

Xác định độ cứng theo tiêu chuẩn TCVN 1595 - 1 : 2007 của Việt Nam

Mẫu đo có hình dạng khối chữ nhật Kích thước mẫu cho phép đo ở 3 điểm

Khoảng cách vng góc từ điểm đó ra cạnh mẫu không nhỏ hơn 13mm Chiều dày mẫu thử 6 + 3mm

Phép đo thực hiện trên đồng hồ đo độ cứng (Shore A) TECLOCK ký hiệu

Jis Kó301A của Nhật Bản Mẫu thử hình khối chữ nhật kích thước của mẫu phải cho phép đo các ở điểm khác nhau có chiều dày > 6mm Khoảng cách giữa các

điểm đo không nhỏ hơn 3 mm và từ điểm đo tới cạnh của mẫu không nhỏ hơn

13 mm Tiến hành đo: lau sạch bề mặt mẫu, đặt mẫu lên mặt phăng nằm ngang

Dùng tay ấn mạnh đồng hồ đo xuống mẫu Đọc và ghi giá trị hiện trên đồng hồ hiển thị sau 3 giây

Phương pháp xác định độ mài mòn

Trang 38

tinh bang cm?/1,61 km theo céng thức:

V- ==

Trong đó:

m, — : Khối lượng mẫu trước khi mài mòn (g)

mạ : Khối lượng mẫu sau khi mài mòn (ø)

d : Tỷ trọng của vật liệu thử g/cmỶ

2.3.2 Phương pháp xác định cấu trúc hình thái của vật liệu

Cấu trúc hình thái được xác định bằng phương pháp hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM) thực hiện trên máy S-4800 của hãng Hitachi (Nhat Bản), viện Khoa học vật liệu

2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt trong lugng TGA

Khả năng bền nhiệt của các mẫu vật liệu được đánh giá bằng phương pháp nhiệt trọng lượng (TGA) thực hiện trên máy phân tích nhiệt Netzsch SFA

490 PC/PG (CHLB Đức) của Viện hóa học — Vật liệu, Viện Khoa học công nghệ Quân sự với tốc độ nâng nhiệt là 10°C/phút, khoảng nhiệt độ nghiên cứu từ

25 — 800°C, trong môi trường không khi

Trang 39

PHAN 3 KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Nghiên cứu phối hợp các chất độn nano với than đen trong vật liệu cao su blend CSTN/BR

3.1.1 Nghiên cứu tăng tính chất cơ lý của vật liệu bằng cách thay đối hệ lưu

hóa

Từ những kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy rằng, với đơn pha chế cơ bán sử dụng hệ lưu hóa là lưu huỳnh thì tính chất cơ lý của vật liệu CSTN/BR gia cường 12% Nanosilica/2% CNT chưa cao Do vậy, để tăng cường tính năng cơ lý, đặc biệt là độ bền mài mòn của vật liệu, chúng tôi sử dụng hệ lưu hóa phơi hop polysunfit (PS) và lưu huỳnh theo tỷ lệ polysunfit/lưu huynh (6S) theo tỷ lệ: 5 phr /2 phr (so với cao su)

Bên cạnh đó, hệ lưu hóa dicumin peoxit (DCP) với tỷ lệ 5% cũng được sử dụng (trường hợp dùng DCP khơng có các loại xúc tiến lưu hóa và có thêm 5% PEG) Những kết quả nghiên cứu thu được, được thê hiện trong bảng dưới đây:

Bang 3.1 Anh hưởng của hệ lưu hóa tới tinh chất cơ học của vật liệu cao su

nanocompozit trén co’ so blend CSTN/BR/12%Nanosilica/2% CNT

Độ bên kéo | Độ dãn

Chất lưuhóa | khi đứt | dài khi

(MPa) đứt (3%) Độ dẫn | Độ mài mòn | Độ cứng dư (%) | (cm?/1,61km) | (ShoreA) DCP (5 phr) 16,20 555 14,5 0,802 61,2 S (2,5 phr) 19,71 576 12,4 0,684 59,4 PS/S (5/2 phr) 23,13 603 12,5 0,405 60,3

Trang 40

Trường DHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp

hóa phối hợp PS/S theo tỷ lệ 5phr/2phr (so với cao su) độ bền kéo, độ bền mài

mòn của vật liệu được cải thiện mạnh mẽ

Từ những kết quả nghiên cứu này, hệ lưu hóa PS/S theo tỷ lệ trên được sử

dụng cho nghiên cứu phối hợp gia cường phụ gia nano với than đen để nâng cao tính năng cơ lý, kỹ thuật cho vật liệu

3.1.2 Ảnh hướng của hàm lượng than đen tới tính chất cơ học của vật liệu Để khảo sát ánh hưởng của hàm lượng than đen đến tính chất cơ học của của

vật liệu CSTN/BR gia cường 12% nanosilica/2% CNT, các yếu tố về công nghệ

cũng như các thành phân khác được cô định, chỉ thay đôi hàm lượng than đen Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng than đen phối hợp tới tỉnh chất cơ học của vật ligu cao su nanocompozit trén co so’ blend CSTN/BR/12%Nanosilica/2% CNT

Ham ` Độ bên kéo | Độ dẫn lượng Độ dẫn | Độ mài mòn Độ cứng

khi đứt dài khi

than đen dư (%) | (cm?/1,6lkm)| (ShoreA)

(MPa) đứt (%) (%) 0 23,13 603 12,5 0,405 60,3 5 23,75 585 12,6 0,393 60,8 10 24,44 574 12,8 0,372 61,3 15 25,08 558 13,1 0,345 61,9 20 25,65 545 13,2 0,326 62,5 25 26,17 534 13,3 0,295 63,1 30 26,01 516 13,8 0,319 63,5 35 25,07 495 14,3 0,343 64,2 40 23,51 475 14,8 0,342 64,8

Định dạng
Số trang	43
Dung lượng	7,72 MB