Trong nghiên cứu này, EPDM được biến tính bằng nanosilica và nanosilica đã được hoạt hóa bề mặt bằng Si69. Các tính chất của vật liệu được khảo sát là: tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, hình thái bề mặt và độ trong của vật liệu.
a cường thích hợp 30 pkl, nanosilica tồn chủ yếu dạng tập hợp hạt có kích thước 200÷500 nm có tập hợp có kích thước tới µm trường hợp nanosilica chưa biến tính biến tính Tuy nhiên, nanosilica biến tính, tập hợp hạt phân bố kích thước gần Si69 làm giảm tương tác hạt Khi tăng hàm lượng nanosilica lên 35 pkl, tạo tập hợp rõ ràng, có tập hợp có kích thước tới µm có khác biệt kích thước vật liệu chứa nanosilica chưa biến tính nanosilica biến tính Với vật liệu sử dụng nanosilica chưa biến tính, kích thước tập hợp hạt lớn hơn, dải phân bố kích thước rộng so với nanosilica biến tính Kết tương tự cơng bố tác giả khác [10] 3.3 Ảnh hưởng nanosilica đến tính chất nhiệt vật liệu Kết phân tích nhiệt trọng lượng mẫu vật liệu EPDM, EPDM với nanosilica biến tính chưa biến tính biểu thị hình 4, DTG/%/phút TG/% 100 -2 80 -4 -6 Tổn hao khối lượng : -99.96% 60 -8 -10 40 -12 -14 20 -16 -18 368.15 oC, -17.86 %/phuùt 100 200 300 400 500 -20 700 600 Nhiệt độ /oC Hình Giản đồ TGA mẫu EPDM DTG/%/phút TG/% 100 -2 80 -4 -6 Toån hao khối lượng: -81.40 % 60 -8 -10 40 -12 -14 20 375.66 oC, -13.66 %/phuùt 100 200 -16 300 400 500 600 700 Nhiệt độ/oC Hình Giản đồ TGA mẫu EPDM/30 pkl nanosilica chưa biến tính 94 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018 LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Những kết phân tích tập hợp bảng DTG/%/phuùt TG/% 100 Từ giản đồ phân tích nhiệt nhận thấy, vật -2 80 liệu cao su có nanosilica chưa biến tính biến -4 Tổn hao khối lượng: -77.61 % 60 tính, nhiệt độ bắt đầu phân hủy vật liệu tăng (tăng -6 -8 5,120C 10,050C) so với cao su EPDM khơng -10 40 có chất gia cường Nhiệt độ phân hủy mạnh -12 20 380.5 oC, -12.78 %/phút 100 200 300 400 Nhiệt độ /oC 500 600 -14 vật liệu tăng (tăng tương ứng 7,510C -16 700 11,590C) Tốc độ phân hủy nhiệt vật liệu giảm đáng kể (tương ứng 23,51% 28,44%), đồng Hình Giản đồ TGA mẫu EPDM/30 pkl thời tổn hao khối lượng đến 6000C vật liệu nanosilica biến tính Si69 giảm (tương ứng 18,56% 22,35%) Bảng Kết phân tích TGA mẫu vật liệu EPDM, EPDM với nanosilica biến tính chưa biến tính Nhiệt độ bắt đầu phân hủy (oC) Nhiệt độ phân hủy mạnh (oC) Tổn hao khối lượng đến 600oC (%) Tốc độ phân hủy nhiệt (%/phút) EPDM 255,28 368,15 99,96 17,86 EPDM/30 pkl nanosilica 260,40 375,66 81,40 13,66 EPDM/30 pkl nanosilica biến tính 265,33 380,5 77,61 12,78 Mẫu vật liệu Kết giải thích sau: nanosilica chất độn vơ có khả bền nhiệt cao, mặt khác có mặt nanosilica hàm lượng thích hợp, vật liệu có cấu trúc chặt chẽ Do vậy, đưa vào cao su làm tăng khả bền nhiệt cho vật liệu So sánh ảnh hưởng nanosilica chưa biến tính nanosilica biến tính Si69 hàm lượng gia cường 30 pkl tới tính chất nhiệt thấy: nanosilica biến tính, giá trị nhiệt độ bắt đầu phân hủy cao 2,390C, nhiệt độ phân hủy mạnh cao 4,080C tổn hao khối lượng 3,79%, tốc độ phân hủy nhiệt chậm 0,88%/phút Như vậy, thấy biến tính, nanosilica có hiệu việc nâng cao độ bền nhiệt vật liệu Kết giải thích nanosilica biến tính phân tán đồng cao su, kích thước nhỏ hơn, tác nhân Si69 tạo cầu nối nanosilica cao su làm tăng mật độ liên kết mạng lưới, giúp cấu trúc vật liệu chặt chẽ nên nhiệt độ phân hủy nhiệt cao 3.4 Đánh giá độ vật liệu Tương tự mục trên, độ vật liệu đánh giá thơng qua độ truyền qua ánh sáng vùng nhìn thấy (400-700 nm) qua vật liệu Bảng độ truyền qua số ánh sáng có bước sóng vùng nhìn thấy sau qua vật liệu EPDM gốc vật liệu EPDM/nanosilica Từ kết thấy: So với vật liệu EPDM gốc, mẫu EPDM/nanosilica có độ truyền qua từ 81% đến 84%; cịn mẫu EPDM/nanosilica biến tính Si69 có độ truyền qua từ 84% đến khoảng 88% Độ vật liệu bị ảnh hưởng kích thước hạt nanosilica phân tán cao su Nanosilica phân tán nhỏ, vật liệu ngược lại hạt phân tán có kích thước lớn, vật liệu có dạng mờ đục ngà [14] Vật liệu thu có độ tốt chứng minh hạt nanosilica phân tán kích thước nanomet cao su So với vật liệu cao su mẫu, vật liệu thu có độ tốt từ 1,3 đến 2,9 lần Bên cạnh đó, vật liệu EPDM/nanosilica lưu hóa DCP nên loại bỏ màu vàng nhược điểm cao su lưu hóa lưu huỳnh Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018 95 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Bảng Độ truyền qua mẫu vật liệu EPDM, EPDM với nanosilica biến tính chưa biến tính Bước sóng 420 nm 500 nm 600 nm 700 nm Mẫu cao su đối chứng 0,158 0,290 0.345 0.440 EPDM gốc 0,552 0,609 0,656 0,665 EPDM/nanosilica chưa biến tính 0,444 0,500 0,538 0,558 EPDM/nanosilica biến tính Si69 0,464 0,520 0,543 0,585 Vật liệu KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu cho thấy: - Vật liệu EPDM/silica nanocompozit chế tạo từ cao su EPDM nanosilica có tính chất học thay đổi theo hàm lượng nanosilica đạt giá trị cao 30 pkl Khi độ bền kéo đứt tăng lên 515%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy đạt 260,400C (tăng 5,120C), nhiệt độ phân hủy mạnh đạt 375,660C (tăng 7,510C) Nanosilica phân tán vật liệu cao su dạng tập hợp, có kích thước lớn 100 nm Khi hàm lượng nanosilica vượt hàm lượng tối ưu, tập hợp nanosilica có kích thước lớn hơn, đến kích thước micromet - Khi sử dụng nanosilica biến tính hàm lượng, vật liệu có cấu trúc đặn hơn, tập hợp hạt nanosilica có kích thước nhỏ hơn, dải phân bố kích thước hẹp Nhờ vậy, hiệu gia cường tăng lên rõ rệt (ở hàm lượng nanosilica biến tính 30 pkl, độ bền kéo tăng lên 21,1%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng 4,930C, nhiệt độ phân hủy mạnh tăng 4,080C, tốc độ phân hủy nhiệt chậm 0,88%/phút so với EPDM sử dụng nanosilica khơng biến tính hàm lượng) Multifunctional Nanocomposites Incorporated with Poly(MA-alt-α-olefin)-g-APTS-SiO2 NPs and PP-g-MA by Reactive Extrusion Nanotechnology Polymer-Plastics Technology and Engineering, Taylor&Francis [3] Hidayatullah KHAN, Muhammad AMIN, Muhammad ALI, Muhammad IQBAL, Muhammad YASIN (2017) Effect of micro/nano-SiO2 on mechanical, thermal, and electrical properties of silicone rubber, epoxy, and EPDM composites for outdoor electrical insulations Turk J Elec Eng & Comp Sci, 25, 1426–1435 [4] Neelesh Ashok, Meera Balachandran, Falix Lawrence (2018) Organo-modified layered silicate nanocomposites of EPDM–chlorobutyl rubber blends for enhanced performance in γ radiation and hydrocarbon environmen Journal of Composite Material, Vol 52 (23), 3219-3231 [5] Đỗ Quang Kháng (2013) Nghiên cứu vật liệu công nghệ chế tạo cao su để sản xuất giầy chất lượng cao cho tiêu dùng xuất Báo cáo tổng kết đề tài cấp thành phố, Hà Nội [6] A.E.M Reuvekamp, S.C Debnath, J.V Ten Brinke, J.W.M Noorbermeer, P.J Van Swaaij (2004) Effect of zinc oxide on the reaction of the TESPT silane coupling agent with silica and rubber Rubber Chemistry and Technology, 77, 34-49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [7] Hans-Detlef Luginsland, Joachim Fröhlich, and - Vật liệu tạo thành có độ tốt, đảm bảo yêu cầu để chế tạo sản phẩm cao su có độ cao [1] Muhammad Ali, Muhammad Ahmad Choudhry (2017) Preparation and characterization of EPDM-silica nano/micro composites for high voltage insulation applications Materials SciencePoland, 33(1), pp 213-219 [2] Zakir M O Rzayev, Bayram Ali Gửỗmen, Deniz Demircan, and Günay Kibarer (2017) EPDM Elastomer and Biothermoplastic Polyesterbased Silicate-layered EPDM Elastomer and Biothermoplastic Polyester-based Silicate-layered André Wehmeier (2002) Influence of Different Silanes on the Reinforcement of Silica-Filled Rubber Compounds Rubber Chemistry and Technology, 75(4), 563-579 [8] A Ansarifar, F Saeed, S Ostad Movahed, L Wang, K AnsarYasin, S Hameed (2013) Using sunfur-bearing silane to improve rubber formulations for potential use in industrial rubber articles J of Adhension Sci and Technol, 27(4), 371-384 96 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018 LIÊN NGÀNH HĨA HỌC - CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM [9] Chenchy J Lin, W L Hergenrother, E Alexanian, [12] Hồng Thị Hịa, Chu Anh Vân, Lương Như Hải, and G G A Bưhm (2002) On the Filler Flocculation Ngơ Kế Thế, Đỗ Quang Kháng (2014) Nghiên in Silica-Filled Rubbers Part I Quantifying and cứu biến tính silica bis (3-trietoxysilylpropyl) Tracking the Filler Flocculation and Polymer- tetrasulphit (TESPT) ứng dụng nâng cao tính Filler Interactions in the Unvulcanized Rubber lý kỹ thuật cho cao su thiên nhiên Tạp Compounds Rubber Chem and Technol., 75(5), 865-890 [10] T.H Mokhothu, A.S Luyt, M Messori (2014) Reinforcement of EPDM rubber with in situ generated silica particles in the presence of a coupling agent via a sol–gel route Polymer Testing, 33,97–106 [11] Thabang H Mokhothu, Davide Morselli, Federica chí Hóa học, 52(6A), 10– 14 [13] T.H Mokhothu, A.S Luyt, M Messori (2013) Preparation and characterization of EPDM/silica nanocomposites prepared through non-hydrolytic sol-gel method in the absence and presence of a coupling agent Composites Part A: Appl Sci and Manufac., 8-15 Bondioli, Adriaan S Luyt, Massimo Messori [14] A Bandyopadhyay, M Maiti, A K Bhowmick (2013) Preparation and characterization of EPDM (2006) Synthesis, characterisation and properties rubber modified with in situ generated silica J of clay and silica based rubber nanocomposites Appl Polym Sci., 128(4) 2525-2532 Mater Sci and Techno., 22(17), 818-828 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018 97 ... đưa vào cao su làm tăng khả bền nhiệt cho vật liệu So sánh ảnh hưởng nanosilica chưa biến tính nanosilica biến tính Si69 hàm lượng gia cường 30 pkl tới tính chất nhiệt thấy: nanosilica biến tính, ... bền nhiệt vật liệu Kết giải thích nanosilica biến tính phân tán đồng cao su, kích thước nhỏ hơn, tác nhân Si69 tạo cầu nối nanosilica cao su làm tăng mật độ liên kết mạng lưới, giúp cấu trúc vật... EPDM /nanosilica biến tính Si69 0,464 0,520 0,543 0,585 Vật liệu KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu cho thấy: - Vật liệu EPDM/silica nanocompozit chế tạo từ cao su EPDM nanosilica có tính chất học thay đổi