quét
Hình 3.15 Hình thái cấu trúc của mẫu cao su 11%-silica ở các mức độ phóng đại khác nhau
Hình 3.16 Hình SEM mẫu cao su không độn sau khi lƣu hóa
Kết quả phân tích SEM cho thấy, với mẫu cao su không độn thì bề mặt đƣợc sắp xếp khá hỗn độn, không theo trật tự. Đối với mẫu cao su có độn, bề mặt vật
52
liệu khá chặt khít, sắp xếp theo chiều rất trật tự, các hạt silica phân bố rất đồng đều. Trên bề mặt có xuất một số vết lõm có thể là do trong quá trình kéo đứt khi tách ra 2 phần thì phần nhỏ còn lại bị kéo theo tạo ra lỗ rỗng. Điều này có thể giải thích, tác nhân liên kết không chỉ làm giảm sức cằng bề mặt giữa hai pha, còn làm tăng khả năng phân tán của chất độn vào trong pha nền. Ngoài ra, các chất xúc tiến và trợ xúc tiến còn tham gia vào quá trình lƣu hóa với CSTN nên khả năng liên kết giữa chất độn với chất nền đƣợc cải thiện, từ đó nâng cao tính chất của vật liệu.
53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Phần 1: Chiết tách silica từ tro trấu: Với tỉ lệ tro/NaOH là 1g/10 ml và quá trình hòa tan tro ở nhiệt độ hoàn lƣu của dung môi trong 2 giờ thì hiệu suất silica thu đƣợc sẽ cao hơn, cụ thể hiệu suất silica thu đƣợc 52.8%.
Phần 2:Phối trộn silica gel vào latex đậm đặc, đánh đông rồi cán trộn cao su: Với hàm lƣợng độn silica là 11% thì cho kết quả có cơ tính tốt nhất, độ cƣng Shore A tăng 25.91%, độ dãn dài giảm 13.77%, ứng suất kéo đứt tăng 9.98%, ứng suất định dãn 300% tăng 82.06%, độ bền xé tăng 40.96%, độ mài mòn giảm 13.36%, tất cả đều đƣợc so sánh với mẫu 0%-Si. Khi thay thế dung dịch silica gel bằng silica bột /than đen thì hầu hết tính tính chất cơ lí của mẫu silica gel đều nổi trội hơn hẳn.
Quá trình trung hòa tạo gel cần đƣợc tiến hành ở nhiều giá trị pH hơn để đánh giá khả năng tạo gel trong giai đoạn này.
Cần có những nghiên cứu sâu hơn về khả năng gia cƣờng của SiNP đối với vật liệu cao su nanocompozit nhƣ độ trƣơng, độ biến dạng dƣ,… Phƣơng pháp biến tính hóa học silica và silane Si69 trƣớc khi tiến hành trộn hỗn hợp để tăng hiệu quả của độn SiNP với cao su. Cũng nhƣ cần có những nghiên cứu về sử dụng các loại hợp chất silane khác nhƣ A-189, AEAPT…
54
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] L. V. Bình, "Khoa học và công nghệ vật liệu'', NXB Đại học Bách khoa, Hà
Nội, 2002.
[2] T. D. Nguyễn et al, "Ứng dụng nanosilica biến tính phenyl trietoxysilan làm
chất phụ gia cho lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn", 2015.
[3] Báo môi trƣờng và đô thị, "Than đá làm ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu như
thế nào?", 27/08/2018.
[4] Mônica Romero Santos Fernandes et al,"Rice husk ash as fller in tread
compounds to improve rolling resistance", no. Lanxess Elastômeros do Brasil
S.A., Duque de Caxias, RJ, Brazil., 2017.
[5] Yan Liu et al, "A sustainable route for the preparation of activated carbon and
silica from rice husk ash", no. College of Chemistry, Jilin University, Qianjin
Street, 2699, Changchun 130012, China, 2010.
[6] R. Nandanwar et al, "Synthensis and Properties of Silica Nanoparticiples by
Sol-Gel Method for the Application in Green Chemistry'', vol. 10, pp. 85 - 92,
2013.
[7] H. Chen, "Biogenic silica nanoparticles derived from rice husk biomass and
their applications.", no. Ph.D. Texas State University. Texas State., 2013.
[8] T. Phƣớc, "Cao su, chất độn nano dùng trong cao su''
http://lhhkhktbinhduong.vn/News/lc/3990/cao-su-chat-don-nano-dung-trong- cao-su,2019.
[9] Đ. Q. Kháng, "Cao su-Cao su blend và ứng dụng'', Nhà xuất bản Khoa học tự
nhiên và Công nghệ Hà Nội, 2012.
[10] Đ. Q. Kháng, "Vật liệu Polyme - Vật liệu Polymer tính nâng cao'', NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Hà Nội, 2013.
[11] V. H. Le et al, "Synthesis of silica nanoparticles from Vietnamese rice husk by
sol–gel method'', Nanoscal Res. Lett. SpringerOpen J., pp. 1 - 9, 2013.
[12] S. Tabata et al, "Hierarchical porous carbon from cell assemblies of rice husk
for in vivo application'', R. Soc. Chem, p. 137, 2010.
[13] S. Kumar et al, "Utilization of Rice Husk and Their Ash: A review'', Res. J.
Chem. Environ. Sci, pp. 126 - 129, 2013.
[14] Q.M.Do, "Kỹ thuật sản xuất vật liệu gốm sứ", ed: Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2012.
[15] R. K. Iler, "The Chemical of Silica Solubility, Polymerization, Colloid and
Surface Properties, and Biochemistry. Wiley-Interscience, New York", 1979.
[16] J. Kallas and D. M. Luohi-Kultanen, "Drug loading of mesoporous silicon
participle'', Lappeenranta University Technol, pp. 1 - 26, 2008.
[17] H. E. Bergna, "The colloid chemistry of silica", American Chemical Society, Washington, DC (United States)1994.
[18] N. Thuadaij et al, "Preparation of nanosilica powder from rice husk ash by
precipitation method", vol. 35, no. 1, pp. 206-211, 2008.
[19] I. I. Slowing et al, "Mesoporous Silica Nanoparticiples for Drug Felivery and
55
[20] J. Vivero-Escoto, "Silica Nanoparticiples Preparation, Properties and Uses''.
Nova Science Publishers, Inc., New York,2012.
[21] C. Bùi, H. Đặng Việt, and G. Phạm Thƣơng, "Sử dụng silica biến tính (3-
trietoxysilylpropyl) tetrasunfit (TESPT) làm chất độn gia cường cho hỗn hợp cao su thiên nhiên-butadien.", 2007.
[22] N. P. Trù, "Kĩ thuật chế biến và gia công cao su", 2013
[23] "Tính chất của than hoạt tính'', https://thanhoattinhkhumui.net/hieu-ve-than-
hoat-tinh/tinh-chat-cua-than-hoat-tinh.html, 2014.
[24] N. H. Trí, "Khoa học và kỹ thuật công nghệ cao su thiên nhiên'', Nhà xuất bản trẻ, Hà Nội, 2003.
[25] "Giáo trình công nghệ sản xuất chất dẻo và cao su, bộ môn công nghệ hóa
Polymer'', trƣờng Đại học Sƣ phạm kĩ thuật TPHCM, năm 2018 -2019.
[26] R. Zafarmehrabian, "The Effects of Silica/Carbon Black Ratio on the Dynamic
Properties of the Tread compounds in Truck Tires'', Department of Chemistry,
Tehran North Branch Islamic Azad University, Iran, vol. 9, no. 3, pp. 1102- 1112, 2012.
[27] L. N. Hải, " Nghiên cứu ứng dụng tro bay làm chất độn gia cường cho vật liệu
cao su và cao su blend", no. Luận án tiến sĩ hóa học, Viện hàn lâm khoa học và
công nghệ Việt Nam., 2015.
[28] N. T. Tuấn et al., "Tổng hợp hạt nano SiO2 từ tro vỏ trấu bằng phương pháp
kết tủa", pp. 120-124, 2014.
[29] Đ.T.T.Sơn, "Hướng dẫn thí nghiệm cao su''- Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM," 2005.
56
PHỤ LỤC
1.Bảng kết quả đo cơ tính mẫu cao su – silica (0%) Độ bền kéo
57 Độ bền xé
58 2.Kết quả đo cơ tính mẫu cao – silica (1%)
59 Độ bền xé
60 3.Kết quả đo cơ tính mẫu cao su – silica (4%)
61 Độ bền xé
62 4.Kết quả đo cơ tính mẫu cao su – silica (8%)
63 Độ bền xé
64 5.Kết quả đo cơ tính mẫu cao su – silica (11%)
Độ bền kéo
65 6.Các thành phần trong đơn pha chế:
Cao su NR (CSTN) là thành phần chính trong đơn pha chế là nguồn nguyên liệu dồi dào và giá thành rẻ.
66
Đơn dùng độn gia cƣờng silica đƣợc tổng hợp ở giai đoạn trƣớc và thay đổi hàm lƣợng để khảo sát ảnh hƣởng của nó đến cơ tính cao su.
Cao su thiên nhiên là hợp chất không phân cực còn silica là hợp chất phân cực có nhóm silanol (-OH) do đó khả năng tƣơng tác của polymer-độn silica rất thấp vì vậy ta dùng thêm tác nhân silane Si69 để giải quyết vấn đề này. Ngoài ra Si69 cũng là một chất trợ hóa dẻo trong đơn pha chế cùng với dầu DOP. Dầu hóa dẻo DOP giúp làm mềm cao su trong quá trình trộn và góp phần phân tán các phụ gia khác.
Acid stearic đƣợc sử dụng trong đơn pha chế với tác dụng làm chất tăng hoạt khi tác dụng với ZnO, đồng thời đóng vai trò là chất hóa dẻo cao su.
CBS là chất xúc tiến trung bình giúp quá trình lƣu hóa xảy ra ổn định.
Cao su thiên nhiên lƣu hóa có tính chất cơ học tốt, đặc biệt bền kéo xé tốt nhƣng tính kháng lão hóa kém vì vậy ta cần bổ sung trong đơn pha chế chất phòng lão TMQ và 6PPD với hàm lƣợng nhỏ.
Cuối cùng là S là chất tạo liên kết ngang trong quá trình lƣu hóa cao su. 7.Phƣơng pháp phân tích[29]
Đo thời gian lƣu hóa
Máy lƣu biến kế (Rheometer) dùng để vẽ đƣờng cong lƣu hóa cho biết đặc điểm của quá trình lƣu hóa, từ đó xác định đƣợc thời gian tiền lƣu hóa, thời gian lƣu hóa tối ƣu, khả năng kháng lão hóa ở nhiệt độ cao của cao su.
Phƣơng pháp phân tích cơ lí
Máy đo cƣờng lực vạn năng (Dynamometer) dùng để xác định tính chất cơ lý của mẫu cao su lƣu hóa. Các tính chất cơ lý thông dụng là modun 100%, modun 300%, độ kháng đứt, độ kháng xé, độ chịu nén…
Máy gồm hệ thống hai ngàm kẹp mẫu có thể di chuyển theo phƣơng thẳng đứng để thực hiện tác dụng kéo dãn hoặc nén ép mẫu. Vận tốc kéo theo quy định thƣờng đƣợc chọn là 500 ± 50mm/phút. Mẫu đo thông dụng có dạng quả tạ và ba mẫu có dạng cánh bƣớm.
Độ bền kéo đứt và độ dãn dài đƣợc đo theo tiêu chuẩn: ASTM D412 Độ bền xé đƣợc đo theo tiêu chuẩn: ASTM D624
Các công thức tính toán kết quả:
Tiết diện mẫu quả tạ: S= e*w (mm2)
67
Ứng suất định dãn 300% (modul 300%): M300= F300/S (kgf/mm2)
Ứng suất kháng đứt (Độ kháng đứt): Fđứt/S (kgf/mm2)
Độ kháng xé: Fxé/bề dày e (kgf/mm)
Đo độ mài mòn cao su
Máy đo độ mài mòn Akron dùng để đo độ mài mòn của cao su lƣu hóa. Mẫu bánh xe mài mòn có bề dày 12,7mm, đƣờng kính 63,5mm, có lỗ ở tâm đƣờng kính 12,7mm và phải đƣợc cắt bỏ các phần cao su thừa khi ép khuôn. Mẫu
bánh xe phải đƣợc giữ ở nhiệt độ 200C trong khoảng ít nhất 12 giờ trƣớc khi
tiến hành đo. Độ mài mòn Akron của mẫu là thể tích cm3 của bánh xe mẫu bị mất đi sau khi di chuyển.
Độ mài mòn đƣợc đo theo tiêu chuẩn: TCVN 1594-87. Tỷ trọng d cho bởi: ( ) a a c o P d P P g Trong đó:
Pa: Khối lƣợng mẫu trong không khí (g).
Pc: Khối lƣợng mẫu trong nƣớc (g).
g0: Gia trọng ( Trọng lƣợng cân 2g giúp mẫu chìm trong nƣớc).
Độ mài mòn cho bởi:
3250 o M M V d Trong đó: V: Độ mài mòn (cm3 /1.61km)
M0: Khối lƣợng mẫu trƣớc khi đo
M3250: Khối lƣợng mẫu sau khi mài mòn 3250 vòng
d: Tỷ trọng hoặc trọng lƣợng riêng (g/cm3)
68
Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscope (SEM): là loại kính
hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh có độ phân giải cao của bề mặt mẫu.Loại hiển vi này có nhiều chức năng nhờ khả năng phóng đại và tạo ảnh rất rõ nét, chi tiết. Hiển vi điện tử quét SEM đƣợc sử dụng để nghiên cứu bề mặt vật liệu cho phép xác định kích thƣớc và hình dạng của vật liệu.
Xác định khả năng kháng lão hóa nhiệt cao su
Mục đích để khảo sát khả năng kháng lão hóa của một số chất phòng lão thuộc 2 nhóm phenol và amin.
Thí nghiệm sẽ tạo một sự hủy hoại có kiểm soát trong một thời gian xác định lên trên các mẫu thử đã xác định tính chất cơ lí trƣớc. Sau đó ghi nhận tính chất cơ lí và ghi nhận sự thay đổi. Các mẫu thử sẽ đƣợc sấy trong không khí nóng và không có tác dụng của ánh sáng.
Đặt nhóm mẫu vào tủ sấy để gây sự lão hóa bằng không khí nóng ở nhiệt độ
70oC trong 72 giờ. Mẫu phải treo thẳng đứng trong tủ sấy, không chạm vào
nhau, cũng không chạm vào vách buồng sấy. Lấy mẫu ra đặt trên mặt phẳng để cho nguội đến nhiệt độ phòng. Để yên mẫu trong khoảng 16 – 96 giờ trƣớc khi đo lực kéo đứt. đem so sánh ứng suất kháng đứt với nhóm mẫu chƣa lão hóa. Tính hệ số kháng lão hóa: (%) sau truoc.100 truoc U U HSKLH U Trong đó:
Utruoc: Ứng suất kháng đứt trƣớc lão hóa (N/mm2)