CSTN/SBR/tro bay
3.3.1. Cấu trúc hình thái của CSTN/SBR/tro bay
Để đánh giá khả năng tương tác của tro bay với chất nền cao su, chúng tôi dùng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM). Các kết quả chụp bề mặt gãy của một số mẫu vật liệu tiêu biểu được trình bày dưới đây:
Hình 3.16: Ảnh SEM bề mặt mẫu vật liệu CSTN/SBR/FA3S-30
Từ các kết quả các ảnh SEM cho thấy ở cùng hàm lượng 30 pkl, đối với mẫu blend có tro bay chưa biến đổi bề mặt, các hạt tro bay nổi trên nền cao su, bề mặt tro bay trơn nhẵn dẫn đến tương tác giữa tro bay và nền cao su không tốt. Khi tro bay biến đổi bề mặt (FAs) bằng Si69, các hạt tro bay bị mờ đi nhất là ở viền xung quanh hạt tro bay điều này chứng tỏ tro bay được biến đổi bề mặt đã tương tác tốt với nền cao su. Do vậy ở hàm lượng tro bay biến đổi bề mặt, blend CSTN/SBR có tính chất cơ học tốt nhất. Tuy nhiên cũng là tro bay được biến đổi bề mặt, khi hàm lượng tro bay cao (60 pkl), trên bề mặt gãy của mẫu có một số hạt tro bay tương tác với nền cao su không tốt. Điều này có thể giải thích là một mặt do hàm lượng tro bay cao, mặt khác ở hàm lượng cao khi phối trộn các hạt tro bay va chạm với nhau và với nền cao su thì lớp silan trên bề mặt tro bay dễ bị tách ra dẫn đến tương tác giữa tro bay với nền cao su giảm.
3.3.2. Độ bền nhiệt của vật liệu CSTN/SBR/tro bay
Trên cơ sở các kết quả về tính lưu biến và tính chất cơ học của cao su blend CSTN/SBR với tro bay. Chúng tôi đã chọn một số mẫu tiêu biểu để đánh giá khả năng bền nhiệt của vật liệu, dưới đây là các kết quả nghiên cứu khả năng bền nhiệt của các mẫu vật liệu:
Hình 3.18: Biểu đồ TGA mẫu blend CSTN/SBR/FA-30
Hình 3.20: Biểu đồ TGA mẫu blend CSTN/SBR/FA5S-30
Bảng 3.3: Khả năng bền nhiệt của các mẫu CSTN/SBR có chứa tro bay
Tính chất Mẫu blend
Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất (°C)
Tổn hao khối lượng ở 480oC (%)
CSTN/SBR/FA-30 368,17 67,338
CSTN/SBR/FA3S-30 376,04 67,084
CSTN/SBR/FA5S-30 370,48 68,692
CSTN/SBR/FA3S-60 370,38 57,685
Kết quả trên hình 3.18, 3.19, 3.20 và bảng 3.3 cho thấy, khi tro bay được biến đổi bề mặt đã làm tăng độ bền nhiệt của vật liệu. Tro bay biến đổi bề mặt bằng 3% Si69, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của vật liệu tăng đáng kể (gần 8oC) so với tro bay không biến đổi. Khi nồng độ Si69 tăng (5%) thì độ bền nhiệt của vật liệu lại giảm. Điều này có thể giải thích do nồng độ Si69 cao, trong quá trình phối trộn một phần Si69 sẽ bị tách ra và nó đóng vai trò như chất hóa dẻo, dẫn đến làm giảm độ bền nhiệt của vật liệu.
Hàm lượng tro bay biến đổi bề mặt cũng ảnh hưởng đáng kể tới tính chất của vật liệu. Trên hình 3.19, 3.21 và bảng 3.3 cho thấy, tro bay được biến đổi bề mặt với hàm lượng 30 pkl tro bay cho độ bền nhiệt cao (376,04 oC), tuy nhiên khi hàm lượng tro bay là 60 pkl thì độ bền nhiệt lại giảm. Điều này có thể giải thích do hàm lượng tro bay cao đã giảm khả năng tương tác giữa tro bay với nền cao su, cấu trúc của vật liệu kém chặt chẽ dẫn đến độ bền nhiệt của vật liệu giảm.
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy rằng:
- Nồng độ silan Si69 dùng để biến đổi bề mặt tro bay là 3%, ở nồng độ này chất độn tro bay tương tác tốt với nền cao su dẫn đến tính chất cơ học của vật liệu tốt nhất. Với cùng hàm lượng tro bay là 30%, độ bền kéo đứt của blend CSTN/SBR/FA3S tăng 37,12% so với blend CSTN/SBR/FA. Tro bay biến đổi bề mặt 3% Si69 có thể làm chất gia cường cho cao su blend CSTN/SBR với hàm lượng dưới hoặc bằng 30 pkl.
- Đối với cao su blend CSTN/SBR (80/20), tro bay được biến đổi bề mặt bằng Si69 đã cải thiện được khả năng bền nhiệt của vật liệu so với tro bay không biến đổi bề mặt. Hàm lượng tro bay được biến đổi bề mặt cũng ảnh hưởng lớn tới khả năng bền nhiệt của vật liệu. Cao su blend CSTN/SBR chứa 30 pkl tro bay biến đổi 3% silan có độ bền nhiệt tốt nhất.
- Chế độ lưu hóa tối ưu cho hệ cao su blend CSTN/SBR/FA3S-30 là: thời gian lưu hóa trong 20 phút (mẫu có chiều dày 2 mm) và nhiệt độ ở 140 oC.
Vật liệu cao su blend CSTN/SBR chứa 30 pkl tro bay biến đổi 3% silan đáp ứng được yêu cầu chế tạo các sản phẩm cao su kỹ thuật nói chung và đế giầy bền mài mòn nói riêng.
Tài liệu tham khảo Tiếng Việt:
1. Ngô Duy Cường, Hóa học các hợp chất cao phân tử, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2003.
2. Trần Kim Liên, Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend bền môi trường và dầu mỡ, Luận án tiến sĩ hóa học, 2012.
3. Ngô Kế Thế, Nghiên cứu khả năng gia cường của tro bay biến đổi bề mặt cho vật liệu cao su thiên nhiên, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, 2012.
4. Ngô Phú Trù, Chế biến và gia công cao su, NXB Đại học Bách khoa Hà Nội, trang 24 ÷ 42, 1995.
5. Đỗ Quang Kháng, Cao su – cao su blend và ứng dụng, NXB KHTN&CN, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, 2012.
6. Đỗ Quang Kháng, Đỗ Trường Thiện, Nguyễn Văn Khôi, Vật liệu tổ hợp polyme – Những ưu điểm và ứng dụng, Tạp chí hoạt động khoa học, 10, 37 – 41, 1995.
7. http://d.violet.vn/uploads/resources/50/892938/preview.swf
Tiếng Anh
8. A. R. R. Menon, T. A. Sonia, J. D. Sudha. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 102, No. 5, 4801-4808, 2006.
9. American Coal Ash Association. www.acaa-usa.org.
10. Baogua Ma et al. Environment International, vol. 25, No. 4, 423-432, 1999.
11. C.R.G. Furtado, J.L. Leblanc, R.C.R. Nunes. European Polymer Journal, (36), 1717-1723, 2000.
12. D. G. Hundiwale, U. R. Kapadi, M. C. Desai, A. G. Patil, S. H. Bidkar. New economical filler for elastomer composites, Polymer-Plastics Technology and Enngineering, Vol. 43 (3), 615-630, 2004.
13. European Coal Combustion Products Association , www.ecoba.com
14. Fariborz Goodarzi. Fuel, No. 85, 1418-1427, 2006. 15. Fly Ash in China. www.albertachina.com.
16.G. Skodras et al. Fuel Processing Technology, vol 88, 77-85, 2007.
17. Guhanathan S, Saroja Devi m. Composites Interfaces, Vol. 11, No. 1, 43- 66, 2004.
18. Henry A. Foner et al. Fuel, vol 78, 215-223, 1999.
19. M. Hossain, M. Sadeq, L. Funk and R. Maag. Proceedings of the 10th Annual Conference on Hazardous Waste Research, 188-197.
20. N. A. N. Alkadasi, D. G. Hundiwale, U. R. Kapadi. Poly. Plast. Technol. and Engin., Vol. 45, 415 – 420, 2006.
21. N. A. N. Alkadasi, D. G. Hundiwale, U. R. Kapadi. Poly. Plast. Technol. and Engin., Vol. 45, 415-420, 2006.
22. Nabil A. N. Aldakasi, D. G. Hundiwale and U. R. Kapadi. Journal of Scientific and Industrial Research, Vol. 63, 287-292, 2004.
23. O. Figovsky, D. Beilin, N. Bank, J. Poltapov, V. Chernyshev. Cement and Concrete Compostes, Vol. 18 (6), 437-444, 1996.
24. Railroad grade crossing surfaces, Comprehensive procurement guideline program 2002, www.epa.gov.cpg.
25. Ramesh C. Joshi, Rajinder P. Lohtia. Fly ash in concrete, Gordon and Breach Science, 1997.
27. Richard A. Kruger, Mark Hovy and David Wardle. The use of fly ash fillers in rubber, 1999 International Ash Utilization Symposium, University of Kentucky, 1999.
28. Rothon and Roger. “Particulate filler for Polymer”, Smithers Rapra, 2002.
29. S. S. Potgieter-Vermaak et al. Fuel, No. 84, 2295-2300, 2005. 30. S. Thongsang and N. Sombatsompop. Antec, 3278-3282, 2005.
31. Sidney Diamond. Cement and concrete Research, vol. 16, 569-579, 1986. 32. Sudheen Anantharaman. A Thesis Presented in Partial Fulfillment of the
Requirements for the Degree Master of Science, Arizona State American, May 2008.
33. T. Chaowasakoo, N. Sombatsompop. Composites Science and Technology, No. 67, 2282-2291, 2007.
34. T. Matsugana, J. K. Kim, S. Hardcastle, P. K. Rohatgi. Materials Science and Engineering, A, Structural Material, Vol. 325 (1-2), 333-343, 2002. 35. Yang Yu-Fen et al. Journal of Hazardous Materials B133, 276-282, 2006. 36. Z. Sarbak, A. Stanczyk and M. Kramer-Wachowiak. Powder Technology,