Nghiên cứu nâng cao tính năng cơ lý cho vật liệu cao su thiên nhiên bằng các chất độn hoạt tính

Trƣờng ĐH Sƣ phạm Hà Nội Vũ Thị Thuý Khoá luận tốt nghiệp Lớp: K32B SPHoá Trƣờng ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ - VŨ THỊ TH NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH NĂNG CƠ LÝ CHO VẬT LIỆU C KHỐ LUẬN TỐT NG Chun ngành: Hố cơng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ QUANG KHÁNG TS NGÔ KẾ THẾ HÀ NỘI – Vũ Thị Thuý Lớp: K32B SPHoá Trƣờng ĐH Sƣ phạm Hà Nội Vũ Thị Thuý Khoá luận tốt nghiệp Lớp: K32B SPHoá LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, lòng cảm ơn chân thành đến PGS TS Đỗ Quang Kháng TS Ngô Kế Thế anh phòng Cơng nghệ Polyme (Viện Hố học) phòng Nghiên cứu Vật liệu Polyme Composite (Viện Khoa học Vật liệu) tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện cho em hồn thành khố luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy tổ trƣởng tổ mơn Hố Cơng nghệ Mơi trƣờng thầy tồn khoa Hố - Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Hà Nội 2, gia đình bạn bè nhiệt tình động viên, dìu dắt hƣớng dẫn em suốt trình học nhƣ suốt thời gian làm khoá luận Hà Nội, tháng 05 năm 2010 Sinh viên thực Vũ Thị Thuý LỜI CAM ĐOAN Khoá luận tốt nghiệp đƣợc hoàn thành dƣới hƣớng dẫn PGS TS Đỗ Quang Kháng TS Ngô Kế Thế với cố gắng nỗ lực thân Trong trình nghiên cứu em có tham khảo số tài liệu Em xin cam đoan kết nghiên cứu đƣợc khố luận hồn tồn nghiên cứu thân không trùng với kết nghiên cứu tác giả khác đƣợc công bố Nếu sai em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm! Sinh viên thực Vũ Thị Thuý MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Cao su thiên nhiên 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Mủ cao su thiên nhiên (latec) 1.1.3 Thành phần, cấu tạo, tính chất cao su thiên nhiên 1.1.3.1 Thành phần 1.1.3.2 Cấu tạo 1.1.3.3 Tính chất 1.1.4 Phƣơng pháp chế biến cao su thiên nhiên 1.1.5 Tình hình sản xuất, chế biến CSTN giới 1.1.6 Tình hình sản xuất, chế biến CSTN nƣớc ta 11 1.2 Một số biện pháp biến tính cao su thiên nhiên .13 1.2.1 Biến tính phƣơng pháp hố học 13 1.2.1.1 Hố vòng cao su 13 1.2.1.2 Gắn nhóm phân cực vào mạch cao su 14 1.2.2 Biến tính cao su thiên nhiên nhựa nhiệt dẻo cao su tổng hợp khác .15 1.2.3 Biến tính cao su thiên nhiên chất độn hoạt tính 16 1.2.3.1 Lý thuyết chất độn 16 1.2.3.2 Lý thuyết tăng cường lực chất độn hoạt tính cao su .17 1.2.3.3 Tăng cường lực cao su thiên nhiên chất độn hoạt tính .19 PHẦN 2: CHƢƠNG TRÌNH, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Chƣơng trình nghiên cứu 27 2.2 Vật liệu nghiên cứu .27 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 29 2.3.1 Chế tạo mẫu 29 2.3.2 Chế tạo vật liệu tổ hợp máy cán trục 30 2.3.3 Chế tạo mẫu nghiên cứu 30 2.4 Khảo sát tính lý vật liệu 30 2.4.1 Phƣơng pháp xác định độ bền kéo đứt 31 2.4.2 Phƣơng pháp xác định độ giãn dài đứt 31 2.4.3 Phƣơng pháp xác định độ mài mòn 31 2.4.3 Phƣơng pháp xác định độ cứng 31 2.5 Nghiên cứu cấu trúc hình thái học vật liệu kính hiển vi điện tử quét 32 2.6 Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai .32 PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .33 3.1 Nghiên cứu nâng cao tính lý cho cao su thiên nhiên chất độn hoạt tính .33 3.1.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng than hoạt tính tới tính chất học vật liệu 33 3.1.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng sợi vơ phối hợp tới tính chất học vật liệu 37 3.1.3 Ảnh hƣởng chất phụ gia tăng phân tán tới tính chất vật liệu 40 3.1.3.3 .3 Ảnh hưởng tới khả bền nhiệt vật liệu Để tiếp tục đánh giá tác động q trình biến tính tới tính chất vật liệu từ CSTN, chúng tơi tiếp tục tiến hành nghiên cứu trình phân huỷ nhiệt số mẫu vật liệu tiêu biểu phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai Hình dƣới biểu đồ phân tích nhiệt vi sai số mẫu vật liệu tiêu biểu kết phân tích đƣợc trình bày bảng Hình 17: Biểu đồ phân tích nhiệt vi sai số mẫu vật liệu tiêu biểu: 1) CSTN/25%THT 2) CSTN/25%THT/2%SVC 3) CSTN/25%THT/2%SVC/2%TPT Bảng 9: Nhiệt độ bắt đầu phân huỷ nhiệt độ phân huỷ mạnh vật liệu Nhiệt độ Bắt đầu phân huỷ Phân huỷ mạnh 0 Mẫu CSTN(có phụ gia, không độn) [ C] 265 [ C] 285 CSTN/25%THT 350 378 CSTN/25%THT/2%SVC 350 399 CSTN/25%THT/2%SVC/2%TPT 360 427 Nhận thấy, mẫu vật liệu CSTN phụ gia chƣa có chất độn hoạt tính, nhiệt độ phân huỷ mạnh thấp (285 C) Thêm 25% THT, 0 nhiệt độ bắt đầu phân huỷ (350 C) nhiệt độ phân huỷ mạnh (378 C) tăng nhanh Đặc biệt, phối hợp thêm với 2% SVC làm tăng nhiệt bắt đầu phân huỷ, nhiệt phân huỷ mạnh lên hàng chục C Có thể giải thích ngun nhân tăng chất độn vô có độ bền nhiệt cao CSTN, mặt khác chất độn có tƣơng tác đƣợc phân tán tốt CSTN Khi sử dụng phối hợp chất độn với nhau, hiệu tăng lên nhiều chất độn tạo thành mạng lƣới riêng, đan xen vào đan xen vào vật liệu CSTN Lúc này, số mạng lƣới bền nhiệt cao (mạng lƣới THT mạng lƣới SVC) đan xen với mạng lƣới CSTN, mà chúng chiếm ƣu làm tăng khả bền nhiệt vật liệu Khi sử dụng thêm phụ gia làm tăng phân tán, nhiệt độ bắt đầu phân huỷ nhiệt độ phân huỷ mạnh tăng đáng kể nguyên nhân hiệu ứng làm tăng độ linh động cho cấu tử vật liệu, tạo điều kiện cho cấu trúc vật liệu chặt chẽ bền vững với tác động nhiệt độ Tóm lại, chất độn vơ hoạt tính có khả làm tăng đáng kể độ bền nhiệt vật liệu sở CSTN Nhất sử dụng phối hợp loại độn hoạt tính cho vật liệu CSTN với hàm lƣợng thích hợp mang lại hiệu ứng tốt PHẦN KẾT LUẬN Vấn đề nghiên cứu biến tính CSTN, nhằm nâng cao tính chất lý, mở rộng phạm vi ứng dụng CSTN để chế tạo sản phẩm từ vật liệu CSTN đặc biệt sản phẩm cao su kỹ thuật phục vụ nhu cầu nƣớc xuất Từ kết thu đƣợc nghiên cứu, rút kết luận sau: Các chất độn hoạt tính sử dụng trộn hợp với CSTN có phụ gia làm tăng tính lý cho vật liệu Đối với loại độn có hiệu mạnh hàm lƣợng định (hàm lƣợng tối ƣu) Đối với THT hàm lƣợng tối ƣu 25% (so với hàm lƣợng CSTN) Tại hàm lƣợng THT biến tính vật liệu có độ bền mài mòn, độ bền kéo đứt độ dãn dài tƣơng đối đứt tốt Khi phối hợp chất độn với làm tăng đáng kể tính lý cho vật liệu so với độn riêng rẽ chất Vật liệu CSTN độn phối hợp 25% THT với SVC hàm lƣợng sợi vơ tối ƣu 2% Tính chất lý vật liệu độn phối hợp tốt nhiều so với độn THT riêng rẽ Khi dùng thêm lƣợng nhỏ chất phụ gia làm tăng độ phân tán (khoảng 2%) cấu trúc hình thái học vật liệu thay đổi theo hƣớng tích cực (bề mặt gẫy vật liệu mịn đặn hơn) dẫn đến làm tăng tính lý tăng độ bền nhiệt vật liệu Những kết thu đƣợc nghiên cứu trên, lần khẳng định việc sử dụng cách hợp lý loại chất độn hoạt tính đƣa vào hợp phần cao su làm tăng độ bền mài mòn, độ bền kéo đứt nhƣ độ bền nhiệt vật liệu CSTN TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Việt Bắc (1998), Nghiên cứu triển khai ứng dụng cao su thiên nhiên làm vật liệu compozit, Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nƣớc KHCN – 03.03, tr.8 -12 2.Nguyễn Việt Bắc (2001), “Những xu hướng phát triển sản phẩm cao su blend cao su đến năm 2010”, Tuyển tập báo cáo Hội thảo vật liệu polymer compozit, Chƣơng trình KHCN 03 “Cơng nghệ Vật liệu”, tr 1-6 Trần Thị Thuý Hoa (2008), “Hiện trạng triển vọng nhu cầu cao su”, Tuyển tập báo cáo Hội thảo: “Phát triển bền vững ngành cao su Việt Nam thời kỳ hội nhập kinh tế quốc tế” 4.Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Văn Khôi, Đỗ Trƣờng Thiện, Hồng Kim Oanh (1995), “Điều chế cao su có nhóm –OH cuối mạch”, Tạp chí Hố học, 33 (2), tr 48-50 5.Đỗ Quang Kháng, Đỗ Trƣờng Thiện, Nguyễn Văn Khôi (1995), “Vật liệu tổ hợp polyme ứng dụng”, Tạp chí Hoạt động Khoa học, (10), tr 37-41 Lê Đức Lƣu (2008), “Hiện trạng định hướng phát triển cao su đến 2020”, Tuyển tập báo cáo Hội thảo: “Phát triển bền vững ngành cao su Việt Nam thời kỳ hội nhập kinh tế quốc tế” 7.Nguyễn Trí Ngọc (2008), “Phát triển cao su Việt Nam giai đoạn 1996 – 2007 định hướng thời gian tới”, Tuyển tập báo cáo Hội thảo: “Phát triển bền vững ngành cao su Việt Nam thời kỳ hội nhập kinh tế quốc tế” Phạm Hữu Lý (1993), Tính trộn hợp tính tương hợp - Những vấn đề nghiên cứu quan trọng vật liệu blend cao su – polyme, Tổng luận phân tích, Trung tâm Thơng tin tƣ liệu - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Phạm Hữu Lý, Đặng Văn Luyến (1989), “Nghiên cứu cao su thiên nhiên lỏng quang phổ hồng ngoại tử ngoại”, Tạp chí hố học, 27 (3), tr.14 10.Võ Phiên, Lê Xn Hiền, Phạm Ngọc Lân (1982), “Cao su vòng ứng dụng chúng”, Tạp chí Hố học, 20 (4), tr 11-14 11.Trần Thanh Sơn (1999), Báo cáo định hướng phát triển sản phẩm cao su Việt Nam đến 2010, Chƣơng trình Kỹ thuật, Kinh tế Cơng nghệ vật liệu 12.Đinh Gia Thành, Nguyễn Văn Khôi (1999), “Phân huỷ quang hố cao su latex”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 37 (6), tr 39-43 13 Đỗ Trƣờng Thiện, Nguyễn Văn Khôi (1995), “Tổ hợp vật liệu từ cao su thiên nhiên với nhựa cardanol”, Tạp chí Hố học, 33 (3), tr 36-38 14.Nguyễn Việt Triều, Lê Xuân Hiền (1998), “Nghiên cứu chế tạo chất tạo màng sở cao su thiên nhiên dầu đậu acrylat hoá”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Hố học tồn quốc lần thứ 3, Hội Hoá học Việt Nam, T.1, tr 308-311 15.Ngô Phú Trù (1995), Kỹ thuật chế biến gia công cao su, Đại học Bách khoa Hà Nội 16.www.thinhphatgroup.com.vn 17.www.tinkinhte.com/nd5/detail/cong-nghiep/hoa-chat-nhua-cao-su/dientich-cao-su-se-dat-tren-700000-ha/80528.136146.html Tiếng Anh 18 Bhaumik, T.K; Bhowmick, A.K; Gupta, B.R (1987), Plast Rubber process Appl, (1), p.43-50 19 C M Blow; C Hepburn (1987): Rubber technology and manufacture, second edition, London-Boston-Durban-Singapore-Sydney-Toronto-Wellington 20 Burfield, D.R (1984), “Epoxidation of NR latices methods of preparation and properties of modified rubbers”, J Appl Polym Sci, 29, p 1661-1673 21 Chairrer, J.M (1990), Polymeric materials and processing, Hanser Publishers Munich – Vienne – NewYork 22 Sheldon, R P (1982), “Composite polymer material”, Applied science Publishers Ltd London – NewYork, p 151-177 ... thành phần chất độn hợp lý để nâng cao tính lý cho cao su thiên nhiên để mở rộng phạm vi ứng dụng, hạ giá thành cho sản phẩm cao su Đối tƣợng nghiên cứu Vật liệu cao su thiên nhiên số chất độn gia... THẢO LUẬN .33 3.1 Nghiên cứu nâng cao tính lý cho cao su thiên nhiên chất độn hoạt tính .33 3.1.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng than hoạt tính tới tính chất học vật liệu 33 3.1.2... Biến tính cao su thiên nhiên chất độn hoạt tính 16 1.2.3.1 Lý thuyết chất độn 16 1.2.3.2 Lý thuyết tăng cường lực chất độn hoạt tính cao su .17 1.2.3.3 Tăng cường lực cao su