Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở trên, ba mẫu vật liệu M0, NS1-4, VS1-4 (không có sericit, được gia cường bằng S1n và S1tv 30 pkl) được chọn
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 52 - để khảo sát độ bền nhiệt bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA. Giản đồ nhiệt của ba loại vật liệu này được thể hiện trên các hình 7, 8 và 9.
Hình 7: Giản đồ TGA mẫu cao su không có
sericit
Hình 8: Giản đồ TGA mẫu cao su có mica
S1n-30
Hình 9: Giản đồ TGA mẫu cao su có mica S1tv-30
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 53 - Trên giản đồ TGA của hình 7 đã xuất hiện hai vùng phân huỷ mạnh nhất đặc trưng của CSTN ở 340,62 0
C và 492,71 0C, trong đó vùng nhiệt độ ban đầu là rất quan trọng. ở vùng nhiệt độ này khối lượng vật liệu đã suy giảm phần lớn (74,48%), nó đặc trưng cho độ bền nhiệt của vật liệu. Khi cao su được gia cường bằng sericit các vùng nhiệt độ này đã thay đổi.
Hình 8 là giản đồ TGA của mẫu cao su được gia cường bằng sericit nguyên thuỷ, không biến đổi bề mặt (S1n). Nhiệt độ phân huỷ mạnh nhất ban đầu đã tăng lên 7 0C, chứng tỏ khoáng sericit đã có tác dụng làm tăng độ bền nhiệt của cao su. Sự gia tăng này còn thể hiện mạnh hơn nhiều khi sử dụng khoáng sericit được sử lý bằng vinylsilan (S1tv). nhiệt độ phân huỷ cao nhất ban đầu của mẫu có S1tv đã tăng lên 24 0C, đạt nhiệt độ 364,71 0
C (hình 9). Khoáng sericit được sử lý bằng vinylsilan đã có tác dụng rất tốt như là chất gia cường cho vật liệu CSTN kể cả gia tăng độ bền nhiệt.
3.2.4. ảnh hưởng của bề mặt khoáng sericit đến cấu trúc hình thái của vật liệu
Cấu trúc hình thái của vật liệu CSTN được gia cường bằng các khoáng sericit đã được khảo sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên bề mặt gẫy của mẫu đo.
ảnh 1 và 2 là ảnh SEM của cao su có chứa sericit không biến đổi bề mặt.
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 54 - Sericit có cấu trúc dạng hình vảy ngay cả khi có kích thước rất nhỏ 5- 10 ỡm, chúng tồn tại tương đối độc lập, không thấy có liên kết với cao su.
Khi sericit được biến đổi bề mặt (ảnh 3, 4, 5, 6), phân bố của nó trong cao su đã đều đặn hơn và không thấy tách pha mạnh như các mẫu có sericit nguyên thuỷ. Đã có sự tương tác pha tốt hơn giữa sericit và cao su nhờ các nhóm chức trên bề mặt sericit làm cho sức căng bề mặt giữa hai pha giảm.
Các mẫu gia cường bằng sericit được sử lý bằng vinylsilan có cấu trúc đều đặn hơn nhiều so với khi sử lý bằng aminsilan (ảnh 5 và 6). ở đây đã thấy rõ sự kết dính của cao su lên bề mặt sericit. Sericit cần phải được biến đổi bề mặt để có được sự tương tác pha tốt nhất dẫn đến tính chất của vật liệu được gia tăng. ảnh 1: ảnh SEM mẫu cao su có sericit S1n-30 ảnh 2: ảnh SEM mẫu cao su có sericit S2n-30
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 55 - Trên các ảnh SEM này, sự khác biệt về tương tác với pha nền cao su của hai loại sericit S1 và S2 không thấy rõ. Tuy nhiên, độ mịn của chúng đã được thể hiện. Sericit loại S2 có kích thước và độ phân bố hạt nhỏ hơn so với sericit loại S1 (ảnh 5 và 6).
3.3. Tính chất của tổ hợp vật liệu CSTN/sericit
Từ các giá trị được trình bày trong bảng tính chất điện của vật liệu chúng ta thấy rằng, các mẫu vật liệu cao su sử dụng khoáng sericit S1tv có độ cách điện đạt yêu cầu. Tính chất cơ lý của các mẫu cao su này cũng rất cao. Thực hiện kiểm tra độ mài mòn và hệ số già hoá của ba loại sản phẩm cao sử dụng sericit S1tv, kết quả được trình bày trong bảng 11.
ảnh 5: ảnh SEM mẫu cao su có sericit S1tv-30 ảnh 6: ảnh SEM mẫu cao su có sericit S2tv-30
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 56 -
Bảng 11:Độ bền môi trường và mài mòn của tổ hợp CSTN/sericit
Như vậy khoáng sericit sử lý bằng vinylsilan đã được lựa chọn để làm chất gia cường cho cao su cách điện. Hàm lượng sericit sử dụng lớn hơn 20 pkl đảm bảo cho vật liệu có các tính chất theo yêu cầu của thảm cao su cách điện (bảng12).
Bảng 12:Tính chất của vật liệu cách điện từ CSTN/sericit
TT Tính chất của vật liệu Đơn vị Giá trị
Đăng ký Đạt được 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Độ bền kéo đứt Độ dãn dài khi đứt Độ biến dạng dư Độ cứng Độ bền mài mòn Điện áp đánh thủng, Eđt Điện trở khối, ủv Điện trở mặt, ủs Hệ số tổn hao, tgọ MPa % % Shore A g/40 m kV/cm Ù.cm Ù > 20 > 400 < 25 50-70 < 0,03 > 180 > 7. 1014 > 5. 1015 < 0,1. 10-2 > 23,95 > 600 < 25 > 55 < 0,025 > 181 > 3,56. 1015 > 9,16. 1015 ~ 8. 10-3 Mẫu
Sericit Hệ số già hoá Độ mài mòn
(%) Ký hiệu pkl Trong không
khí 70 0C Trong nước muối 10% VS1-2 VS1-3 VS1-4 S1tv 10 20 30 0,88 0,90 0,92 0,87 0,91 0,92 0,035 0,025 0,0237
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 57 - 10 Hệ số già hoá
- Trong không khí - Trong nước muối
> 0,90 > 0,90
> 0,9 > 0,91
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 58 -
Kết luận
Khoáng sericit đã được đề tài nghiên cứu sử dụng để gia cường cho vật liệu CSTN.
Sericit có thể trộn hợp tốt với cao su, dễ dàng hơn so với các bộn độn thông thường là SiO2 và Kaolin, đã giúp cho quá trình gia công chế tạo mẫu rút ngắn được thời gian, tăng hiệu quả kinh tế. Sericit đã làm giảm thời gian lưu hoá của CSTN, nhất là các sericit được biến đổi bề mặt bằng aminsilan.
Sericit đã có tác dụng gia tăng các tính chất cơ lý, độ bền nhiệt và tính chất điện của vật liệu nhất là các sericit được biến đổi bề mặt bằng hợp chất silan. Sericit biến đổi bằng vinylsilan đã tham gia vào quá trình lưu hoá cao su nên các tính chất của vật liệu được gia tăng mạnh nhất. Sericit biến đổi bằng aminsilan có các nhóm chức hoạt tính NH2 nên không phù hợp cho các vật liệu cách điện.
Độ bền nhiệt của CSTN gia cường bằng sericit biến đổi bề mặt bởi vinylsilan đã có độ bền nhiệt cao hơn hẳn so với các sản phẩm cao su không gia cường hoặc gia cường bằng sericit không biến đổi bề mặt.
Khoáng sericit sử lý bằng vinylsilan đã được lựa chọn để làm chất gia cường cho cao su cách điện. Hàm lượng sericit sử dụng lớn hơn 20 pkl đảm bảo cho vật liệu có các tính chất theo yêu cầu của đề tài.
Trên đây là những kết quả ban đầu mang tính định hướng cho nghiên cứu ứng dụng sericit để gia cường cho các vật liệu polyme compozit và cao su vào các mục đích khác nhau. Lĩnh vực này đã được nghiên cứu nhiều trên thế giới và ngày nay vẫn thấy nhiều nhà khoa học quan tâm. Trong điều kiện của
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 59 - nước ta, hy vọng giá thành của sản phẩm sẽ hạ nhiều khi dùng sericit thay thế các chất độn gia cường khác.
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 60 -
Tài liệu tham khảo
[1]. Rothon and Roger. “Particulate filler for Polymer”, 2002, Smithers Rapra.
[2]. C.R.G. Furtado, J.L. Leblanc, R.C.R. Nunes. European Polymer Journal 2000 (36), 1717-1723.
[3]. Trần Trọng Huệ, Kiều Quí Nam (2006), Sericit Mineralization in Vietnam and its Economic Significance, Institute of Geology, VAST, Hoang Quoc Viet, Cau Giay, Hanoi.
[4]. Krishna G. Bhattacharyya. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 1993, 63, 289-306.
[5]. Peter Herder, Lena Vagberg and Per Stenius. Colloid and Surfaces, 1988, 34, 117-132.
[6]. Industrial Grade, C. A> S>, 12001/26/2. Sericit 2000.
[7]. H. S. Katz and J. V. Milewske, “Handbook of fillers for plastics”, 1987, New York, Van Nostrand.
[8]. J. Luss, R. T. Woodhams and M. Xanthos: Polym. Eng. Sci., 1973, 13, 139.
[9]. S. E. Tausz and C. E. Chaffey, J. Appl. Polym. Sci., 1982, 27, 4493. [10]. K. Okuno and R. T. Woodhams, Polym. Eng. Sci., 1975, 15, 308.
[11]. C. Busign, C. M. Martines and R. T. Woodhams, Polym. Eng. Sci., 1983, 23, 766.
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 61 - [13]. C. Busign, R. Lahtinen, C. M. Martines, G. Thomas and R. T. Woohams, Polym. Eng. Sci., 1984, 24, 169.
[14]. P. L. Fernando, Polym. Eng. Sci., 1988, 28, 806.
[15]. T. Vu-Khanh, B. Sanschgrin and B. Fisa, Polym. Compos., 1985,5, 249. [16]. D. L. Faulkner, J. Appl. Polym. Sci., 1988, 36, 467.
[17]. T. Vu-Khanh and B. Fisa, Polym Compos., 1986, 7, 219. [18]. M. R. Piggott, J. Mayer. Sci., 1973, 8, 1373
[19]. M. S. Boara and C. E. Chapffey, Polym. Eng. Sci., 1977, 17, 715.
[20]. A. Sodergard, K. Ekman, B. Stenlund and A. Lassas, J. Appl. Polym. Sci., 1996, 59, 1709-1714.
[21]. Xiadong Zhou, Ruohua, Quangfang Lin. Journal of Materials Science, 2006, 41, 7879-7885.
[22]. Dipak Baral, P. P. De, Golok B. Nando. Polymer Degradation and Stability, 1999, 65, 47-51.
[23]. Daniel F. Castro et. al. Journal of Applied Polymer Science, 2003, 90, 2156-2162.
[24]. S. Debnath, S. K. De, D. Khastgir. Journal ò Materials Science, 1987, 22, 4453-4459.
[25]. Đỗ Quang Kháng, Ngô Kế Thế, Lương Như Hải và cộng sự, Hội nghị hoá học toàn quốc lần thứ IV, Hà nội, 10. 2003, Tr. 10-15. Báo cáo khoa học, Viện KH Vật liệu, 2004.
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 62 - khả năng bảo vệ cho hệ sơn dùng ở môi trường ẩm và xâm thực cao, Viện Khoa học Vật liệu, 2-2008.
[27]. K. Okuno and R. T. Woodhams, Polym. Eng. Sci., 1975, 15, 308. [28]. T. Vu-Khanh and B. Fisa, Polym Compos., 1986, 7, 219.
M. R. Piggott, J. Mayer. Sci., 1973, 8, 1373. [29]. M. R. Piggott, J. Mayer. Sci., 1973, 8, 1373.
[30]. M. S. Boara and C. E. Chapffey, Polym. Eng. Sci., 1977, 17, 715.
[31]. A. Sodergard, K. Ekman, B. Stenlund and A. Lassas, J. Appl. Polym. Sci., 1996, 59, 1709-1714.
[32]. Pushpa Bajaj, N. K. Jha and A. Kumar, J. Appl. Polym. Sci., 1988, 56, 1339-1347.
[33]. A Guide to Silane Solutions from Dow Corning, Dow Corning.
[34]. E. Kiss and C-G. Golander. Colloids and Surfaces, 1990, 49, 335-342. [35]. Hydrophobicity, hydrophilicity and silane surface modification. 2006, Gelest, Inc.
[36]. B. D. Favis, Blandchard, J. Leonard and R.E. Prud’homme. Journal of Applied Polymer Science, 1983, 28, 1235-1244.
[37]. B. D. Favis, M. Leclerc and R.E. Prud’homme. Journal of Applied Polymer Science, 1983, 28, 3565-3572.
Khoá Luận Tốt Nghiệp Phan Thị Huệ K31D Hoá - 63 - [39]. Nguyễn Việt Bắc (1998), Nghiên cứu và triển khai ứng dụng cao su
thiên nhiên làm vật liệu compozit, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nước KHCN - 03.03, tr. 8-12.
[40]. Võ Phiên, Lê Xuân Hiền, Phạm Ngọc Lân (1982), “Cao su vòng và ứng dụng của chúng”, Tạp chí Hoá học, 20 (4), tr. 11-14.