Từ hình 3.4 cho thấy khi tăng thời gian khuấy trộn từ 1h – 5h giá trị d001 tăng lên và đạt cực đại ở 39,031 Å; sau đó giá trị này thay đổi khơng đáng kể.
Vì vậy lựa chọn thời gian phù hợp cho quá trình điều chế sét hữu cơ là 5h. Sản phẩm sét hữu cơ tổng hợp được nghiên cứu cấu trúc và hình thái học bằng phổ hấp thụ hồng ngoại và ảnh SEM, kết quả được trình bày trên hình 3.5 và hình 3.6.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trên các phổ IR của các mẫu đều xuất hiện các vùng phổ đặc trưng cho dao động của nhóm OH trong mạng tinh thể: 3627 ÷ 3457 cm-1
(dao động hóa trị); 462÷520 cm-1 (dao động biến dạng). Các vùng phổ khác đặc trưng cho bentonit như: của liên kết Si - O trong tứ diện: 1037÷1040 cm-1 (dao động hóa trị), của liên kết Al - O trong bát diện ở vùng tần số 915 cm-1
.
Trên phổ của sét hữu cơ xuất hiện nhóm phổ ở vùng tần số 2919 cm-1 và 2850 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm CH3 và CH2 của gốc ankyl,
nhóm phổ ở vùng 1469 cm-1
đặc trưng cho liên kết C-N của nhóm amin bậc 4. Các kết quả cho thấy đã có sự xuất hiện của thành phần hữu cơ trong khoáng sét chứng tỏ mạch ankyl đã được chèn vào giữa các lớp sét làm cho khoảng cách cơ bản được tăng lên, điều này phù hợp với các kết quả ghi trên giản đồ XRD.
Kết quả chụp ảnh SEM của mẫu bentonit (a) và sét hữu cơ (b) được trình bày trên hình 3.6.
(a) (b)
Hình 3.6. Ảnh SEM của mẫu bentonit (a) và sét hữu cơ (b)
Kết quả cho thấy ở cùng một bước sóng quét bề mặt mẫu, mẫu sét hữu cơ thu được đều có cấu trúc lớp và có độ xốp khá cao, điều đó thuận lợi cho việc sử dụng để đưa vào polyme trong q trình tổng hợp vật liệu nanocompozit.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2. Nghiên cứu khả năng gia cƣờng của sét hữu cơ đến tính chất cơ lý của CSTN
3.2.1. Nghiên cứu phương pháp phân tán sét hữu cơ vào nền cao su
3.2.1.1. Ảnh hưởng của phương pháp phân tán sét hữu cơ đến tính chất cơ lý của
vật liệu
Cao su thiên nhiên có khối lượng phân tử trung bình khá cao (cỡ 106
), các mạch phân tử của chúng dài ln có xu hướng kết cuộn lại với nhau để tạo gel. Đặc tính này đã cản trở quá trình xâm nhập các phân tử CSTN vào khoảng trống của sét hữu cơ để chèn lớp hoặc phân tách các lớp, tạo hiệu ứng nano.
Đề tài đã tiến hành nghiên cứu phương pháp phân tán sét hữu cơ vào hợp phần CSTN để có hiệu quả cao nhất. Hai phương pháp khối và dung dịch đã được khảo sát. Phương pháp khối được thực hiện trực tiếp trên máy cán hai trục CSTN/sét hữu cơ với hàm lượng 100/5 pkl. Phương pháp dung dịch được thực hiện trong dung dịch CSTN, sét hữu cơ với hàm lượng cao (CSTN/sét hữu = 100/25 pkl) được phân tán bằng khuấy cơ học ở tốc độ cao. Bằng cách này, hỗn hợp chủ được tạo thành. Tổ hợp CSTN/sét hữu cơ được phối trộn với các phụ gia trên máy cán hai
trục, lưu hóa trong khn trên máy ép thủy lực ở 145±50C trong 25 phút dưới áp
suất 250kg/cm2 .
Khả năng gia cường cho CSTN của sét hữu cơ bằng 2 phương pháp phân tán đã được khảo sát thơng qua các tính chất cơ lý của vật liệu lưu hóa, thể hiện trên bảng 3.4.
Bảng 3.4. Tính chất cơ lý của vật liệu CSTN/sét hữu cơ chế tạo bằng phƣơng pháp khối và dung dịch :
Phƣơng pháp chế tạo Độ bền kéo đứt ( MPa) Độ giãn dài (%) Mô đun đàn hồi N/m2
Mẫu trắng 19,324 701,337 4,198
Phương pháp khối 20,588 607,538 5,762
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Ở đây nhận thấy rằng, khi có sét hữu cơ độ bền kéo đứt của vật liệu cao su lưu hóa đều được cải thiện. Tuy nhiên cán trộn trực tiếp bằng phương pháp khối độ bền kéo đứt của vật liệu tăng không nhiều (từ 19,324 MPa lên 20,588 MPa), trong khi đó phương pháp dung dịch đã làm tăng đáng kể tính chất của vật liệu (từ 19,324 MPa lên 23,507 MPa). Độ giãn dài của vật liệu giảm, trong khi đó mơ đun đàn hồi tăng khi vật liệu được gia cường bằng sét hữu cơ. Điều này là phù hợp và chứng tỏ vật liệu cao su lưu hóa đã cứng hơn, tạo được mạch ngang nhiều hơn do hiệu ứng nano của sét hữu cơ.
Trong dung dịch, CSTN và sét hữu cơ trương nở, các phân tử CSTN tách xa nhau, dễ dàng xâm nhập vào khoảng trống giữa các lớp sét. Phương pháp phân tán sét hữu cơ trong dung dịch bằng khuấy cơ học có hiệu quả hơn so với phương pháp khối. Đề tài đã tiến hành nghiên cứu tăng cường khả năng phân tán sét hữu cơ trong dung dịch bằng khuấy cơ học kết hợp với rung siêu âm. Các tính chất cơ lý của vật liệu cao su lưu hóa được thể hiện trên bảng 3.5.
Bảng 3.5. Tính chất cơ lý của vật liệu CSTN/sét hữu cơ chế tạo trong dung dịch bằng khuấy cơ học và kết hợp với rung siêu âm :
Phƣơng pháp chế tạo Độ bền kéo đứt ( MPa) Độ giãn dài khi đứt (%) Mô đun đàn hồi N/m2
Mẫu trắng 19,324 701,337 4,198
Mẫu khuấy trộn 4giờ 23,507 605,231 5,664
Mẫu khuấy trộn 4giờ, kết
hợp rung siêu âm 2 giờ 26,888 632,651 6,840
Ở đây nhận thấy rằng, mẫu CSTN cán trộn với hỗn hợp chủ ban đầu được khuấy trộn 4giờ kết hợp với rung siêu âm 2 giờ có tính chất cơ lý tăng mạnh khi so sánh với mẫu CSTN ban đầu, độ bền kéo đứt tăng từ 19,234MPa lên 26,888 MPa. Độ giãn dài khi đứt giảm từ 701,337% xuống 632,651% trong khi mô đun đàn hồi tăng từ 4,198 N/m2
lên 6,840 N/m2. Điều này chứng tỏ ảnh hưởng của sét hữu cơ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nhau, làm giảm khả năng duỗi dài và trượt của các phân tử cao su, làm cho độ giãn dài khi đứt giảm xuống.
Kết hợp rung siêu âm với khuấy trộn đã làm cho sét hữu cơ phân tán tốt hơn nên tính chất cơ lý của vật liệu đã được gia tăng đáng kể. Phương pháp phân tán sét hữu cơ trong dung dịch nhờ khuấy trộn 4 giờ, kết hợp với rung siêu âm 2 giờ đã được đề tài lựa chọn để nghiên cứu các nội dung tiếp theo.
3.2.1.2. Ảnh hưởng của phương pháp phân tán sét hữu cơ đến khả năng chèn lớp
Phổ nhiễu xạ tia X đã được sử dụng để xác định khả năng chèn lớp của CSTN vào không gian mạng sét hữu cơ.
Đã tiến hành chụp XRD của hỗn hợp chủ CSTN/sét hữu cơ (P-DMDOA) khuấy trộn 4h và rung siêu âm 2h. Kết quả được thể hiện ở hình dưới.
Mau P1,0-c18-60-65C
File: Thanh NCS mau P1,0-c18-60-65C.raw - Type: Locked Coupled - Start: 1.000 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.008 ° - Step time: 0.8 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 4 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.50
L in (C p s ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2-Theta - Scale 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 d=39. 031 d=19. 208 d=12. 880