PHẦN II THƢ̣C NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U
f. Phương pháp BET xác định diện tích bề mặt riêng của chất rắn
3.3. 2 Nghiên cứu chế tạo màng phủ polyacrylic nanocomposite
3.3.3. Khảo sát ảnh hƣởng của sét hữu cơ đến một số tính chất cơ lí của
cao su tƣ̣ nhiên.
a. Kết quả xác định tính chất cơ lí của cao su
+ Sự phân tán của sét hữu cơ trong cao su
Chúng tôi đã tiến hành ghi phổ nhiễu xạ XRD của các mẫu sét hữu cơ I - 28E, sét hữu cơ BT và các hỗn hợp chủ (gồm 20 % sét hữu cơ), Kết quả được cho ở hình 3.60 và hình 3.61:
Phở XRD của sét hữu cơ I-28E cho giá tri ̣ d001 = 26,24A0, ở góc 2θ = 3,40 khi trô ̣n vào cao su thì phổ XRD cho giá tri ̣ d 001 = 37,57A0 và góc 2θ dịch chuyển về phía góc nhỏ hơn (2θ = 2,40).
Hình 3.61. Phở XRD của sét hữu cơ BT và cao su chứa sét hữu cơ BT
Với phổ XRD của sét hữu cơ BT cho giá tri ̣ d001 = 38,610A0, ở góc 2θ = 2,80 khi trơ ̣n vào cao su thì phổ XRD cho giá tri ̣ d 001 = 40,650A0 và góc 2θ dịch chuyển về phía góc nhỏ hơn (2θ = 2,40
), điều đó chứng tỏ sét hữu cơ có cấu trúc lớp và khi sét hữu cơ đươ ̣c trơ ̣n vào cao su nó đã bị biến đổi cấu trúc lớp thành dạng xen lớp trong mạng nền cao su.
+ Ảnh hưởng của của p hương pháp đưa sét hữu cơ vào cao su đến tính chất cơ lý của cao su.
Trên cơ sở đơn pha chế hỗn hợp cao su cơ bản , chúng tôi đã tiến hành đưa sét hữu cơ BT vào cao su theo phương pháp trực tiếp và phương pháp sử du ̣ng chất dẫn. Các tính chất cơ lý của các mẫu được trình bày trong bảng 3.28:
Bảng 3.28. Ảnh hưởng của phương pháp đưa sét hữu cơ vào cao su đến tính chất cơ lý của cao su.
Chỉ tiêu kỹ thuật Tiêu chuẩn đo Đơn vị đo Tên mẫu A0 Att Acd Độ bền kéo TCVN 4509-88 Mpa 10,3 11,2 14,07 Độ dãn dài khi đứt TCVN 4509-88 % 525,67 528,35 535,11 Độ dãn dài dư TCVN 4509-88 % 25 25 23 Độ bền xé TCVN 1597-1 N/mm 18,39 20,53 21,8 Độ mài mòn DIN 35588 G 0,20 0,19 0,18
Độ cứng ASTM 2240A Shore A 49 52 59
Trong đó: Ao: Mẫu cơ bản
Att: Mẫu đưa sét hữu cơ vào theo phương pháp trực tiếp
Acd: Mẫu đưa sét hữu cơ vào theo phương pháp chất dẫn
0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 A0 Att Acd
Hình 3.62. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của phương pháp đưa sét hữu cơ vào cao su đến một số tính chất cơ lý của cao su.
Kết quả cho thấy các mẫu được thêm sét hữu cơ có các tính chất cơ lí được cải thiê ̣n đáng kể so với mẫu cơ bản , tính chịu mài mịn tăng lên , đơ ̣ bền kéo, đô ̣ cứng, đô ̣ dãn dài khi đứt…đều tăng.
Từ bảng 3.29 và hình 3.62 chúng ta cũng thấy phương pháp sử dụng chất dẫn để đưa sét hữu cơ vào cao su cho hiệu quả cao nhất . Vì vậy, trong các thí nghiê ̣m tiếp theo chúng tôi sẽ sử du ̣ng phương pháp này để đưa sét hữu cơ vào cao su.
+ Ảnh hưở ng của hàm lượng sét hữu cơ đến tính chất cơ lý của cao su.
Để xác đi ̣nh hàm lượng sét hữu cơ thích hợp trong phối liệu, chúng tôi đã thêm vào phối liệu cao su một lượng sét hữu cơ BT với hàm lượng thay đổi từ 0 - 7 phần khối lươ ̣ng so với 100 phần khối lượng (PKL) cao su. Các tính chất cơ lý của các mẫu đươ ̣c trình bày trong bảng 3.29:
Bảng 3.29. Ảnh hưởng của hàm lượng sét hữu cơ đến một số tính chất cơ lý của cao su
Ai: Mẫu đưa sét hữu cơ vào cao su theo phương pháp chất dẫn, với i là hàm lượng sét hữu cơ trên 100 PKL cao su.
0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 A0 A3 A4 A5
Hình 3.63. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của hàm lượng sét hữu cơ đến một số tính chất cơ lý của cao su.
Từ bảng 3.30 và hình 3.63 có thể thấy hầu hết các tính chất cơ lý được khảo sát đều được cải thiện khi các mẫu có chứa sét hữu cơ. Các mẫu từ A1 đến A4 có các tính chất cơ lý tăng dần và tốt nhất ở mẫu A 4 tương ứ ng với hàm lươ ̣ng sét hữu cơ BT là 4 phần khối lượng , chứng tỏ sét hữu cơ đã phân tán tốt trong cao su và thể hiê ̣n được vai trò của chất gia cường trong cao su. Với các mẫu A5 và A7 thì các tính chất cơ lý la ̣i có xu hướng giảm dần , điều này có thể là do lượ ng sét hữu cơ nhiều quá nên ngoài một phần sét hữu cơ thể hiê ̣n vai trò gia cường thì lượng sét hữu cơ còn lại trở thành chất độn làm giảm tính chất của cao su .
+ Ảnh hưởng của hàm lượng Than hoạt tính (HAF) và sét hữu cơ BT đến tính chất cơ lý của cao su.
Để xác đi ̣nh hàm lượng than hoa ̣t tính thích hợp trong phối liệu , chúng tơi đã tiến hành đưa than hoa ̣t tính với hàm lượng thay đổi từ 20 - 50 phần khối lượng so với 100 PKL cao su và hàm lượng sét hữu cơ là 4 PKL. Các tính chất cơ lý của các mẫu đươ ̣c trình bày trong bảng 3.30:
Bảng 3.30: Tính chất của cao su lưu hóa dùng than HAF và sét hữu cơ BT.
A040: Mẫu cơ bản với hàm lượng than là 40 PKL trên 100 PKL cao su
A‟440: Mẫu với hàm lượng sét hữu cơ I.28E là 4 PKL, hàm lượng than là 40 PKL trên 100 PKL cao su
A4i: Mẫu với hàm lượng sét hữu cơ BT là 4 PKL và hàm lượng than là i (với i
0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4
A040 A430 A440 A'440
Hình 3.64. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của hàm lượng sét hữu cơ BT và than HAF đến một số tính chất cơ lý của cao su.
Kết quả cho thấy các mẫu có chứa sét hữu cơ BT và than HAF thể hiê ̣n các tính chất cơ lý tốt hơn nhiều so với mẫu chỉ chứa than HAF . Vớ i hàm lươ ̣ng tha n HAF tăng từ 20 - 40 PKL thì các tính chất cơ lí của mẫu tăng dần , khi hàm lượng than HAF > 40PKL thì đô ̣ bền cơ lí của các mẫu có xu hướng giảm dần , điều đó có lẽ là do hàm lượng than quá lớn sẽ có nhiều điểm chỉ có th an tâ ̣p hợp la ̣i với nhau và không thể hiện được vai trò của chất gia cường mà ngược lại cịn làm giảm tính chất của mẫu cao su.
Như vâ ̣y, hàm lượng than HAF thích hợp nhất thể hiện qua các tính chất cơ lý của mẫu A440 và A‟440 tương ứ ng với 40 PKL than HAF.
b. Kết luận về ảnh hưởng của sét hữu cơ đến các tình chất của cao su tự nhiên
Qua nghiên cứu cho thấy phương pháp sử du ̣ng chất dẫn là phương pháp thích hơ ̣p nhất để đưa sét hữu cơ vào cao su . Đã xác đi ̣nh được hàm lượng sét hữu cơ thích hợp khi đưa vào cao su là 4 PKL/100PKL cao su . Với hàm lượng sét hữu cơ như trên các tính chất cơ lý của cao su tăng ma ̣nh, thể hiê ̣n ở mẫu A4.
Khi sử du ̣ng kết hợp với than đen thì sét hữu cơ cải thiện được rất nhiều tính chất cơ lý điều này được thể hiê ̣n qua kết quả đo các mẫu A 440 và A‟440 (tương ứ ng với 40 PKL than HAF), Như vâ ̣y hàm lượng than HAF tốt nhất là 40 PKL so với 100 PKL cao su.
Theo chúng tơi hiện tượng các tính chất cơ lí của cao su được cải thiện đáng kể khi thêm sét hữu cơ vào thành phần phối liệu có thể là do, khi sét hữu cơ được phối trộn vào cao su chúng bị tách thành các lớp (cho sản phẩm polymer-clay nanocomposite dạng tách lớp), các lớp sét hữu cơ hữu cơ phân tán trong cao su theo mọi hướng và được bao bọc lại bằng một lớp cao su dày mỏng khác nhau. Các lớp sét hữu cơ hữu cơ liên kết với nhau và tạo thành mạng lưới đồng thời quá trình trộn hợp đã xé tách cacbua hydro của cao su ra mọi hướng để tạo thành mạng lưới cacbua hydro mới. Hai mạng lưới này đan xen nhau, móc xích vào nhau (do sét hữu cơ có các đuôi ưa hữu cơ hường vào chất nền polyme) và tạo thành một cấu trúc polyme- sét hữu cơ hữu cơ liên tục (các đuôi ưa hữu cơ của sét hữu cơ tạo liên kết với chất nền) giúp cho độ bền cơ lý của vật liệu tăng lên.
Các kết quả ghi phổ XRD và đo tính chất cơ lý của các mẫu A 440 và A‟440 cũng cho thấy chất lươ ̣ng của sét hữu cơ BT và sét hữu cơ I- 28E là tương đương nhau . Kết quả này cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu trước đó (xem trang 43), kết quả thu được cũng chỉ ra rằng khả năng nghiên cứu và chế tạo sét hữu cơ từ
bentonite Bình Thuâ ̣n là rất khả thi nếu được sự quan tâm đúng mức của các cơ quan chức năng và các nhà khoa ho ̣c.
KẾT LUẬN
1. Đã tiến hành làm giàu MMT từ nguồn khống bentonite Bình Thuận bằng phương pháp thuỷ cyclone kết hợp với hoạt hóa bằng axit HCl và đưa ra được quy trình cơng nghệ làm giàu MMT từ bentonite Bình Thuận với các thơng số sau:
- Tuyển thuỷ cyclone trên máy tuyển “Mozley” C155 với điều kiện: kích thước hạt quặng <100 m, nồng độ huyền phù nguyên liệu: 10%, kích thước van tháo phần sản phẩm hạt mịn 3,0mm; kích thước van tháo phần thơ: 3,2mm; áp lực: 55at.
- Sản phẩm sau tuyển thuỷ cyclone được xử lý bằng dung dịch axit HCl nồng độ 5%, tỷ lệ rắn/lỏng = 1/7,5; thời gian xử lý 30 phút. Bentonite thu được có chất lượng tốt có thể làm nguyên liệu để điều chế sét hữu cơ (bentonite có hàm lượng MMT > 90%, kích thước hạt < 10 m, dung lượng trao đổi cation > 110 mlđlg/100g) với hiê ̣u xuất thu hồi sản phẩm đa ̣t 21,5% so với khối lượng ban đầu.
2. Đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình điều chế sét hữu cơ từ nguồn nguyên liệu đầu là bentonite BT90 và bentonite Prolabo của Pháp với các tác nhân hữu cơ là các muối amoni hữu cơ khác nhau, cụ thể là:
Đã xác định được ảnh hưởng của các yếu tố: tỷ lệ A/B, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng và pH dung dịch đến các giá trị d001 và hàm lươ ̣ng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ từ đó xác định được các điều kiện thực nghiệm thích hợp để điều chế sét hữu cơ đối với từng loại muối amoni hữu cơ như sau:
Muối Tỷ lệ A/B Nhiệt độ (0C) Thời gian (h) pH
CTAB 110 mmol/100g sét 600 - 700C 5 9
NDHAC 250 mmol/100g sét ~600C 3 9
ODAC 250 mmol/100g sét ~600C 3 8-9
DAC 250 mmol/100g sét ~600C 3 8-9
Kết quả thực nghiệm cho thấy: Amin có bậc càng cao và mạch hữu cơ càng dài thì khả năng tạo sét hữu cơ có d001 và hàm lươ ̣ng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ càng lớn. Cation amoni hữu cơ thâm nhập vào bentonite theo hai cơ chế là cơ chế hấp phụ và cơ chế trao đổi
3. Đã xây dựng được quy trình điều chế sét hữu cơ từ bentonite BT90 và các muối amoni hữu cơ khác nhau. Với CTAB ở quy mô khảo sát trong phịng thí nghiệm: thể tích thiết bị là 10 lít và thu được khoảng 125 gam sét hữu cơ/mẻ, lượng bentonite sử du ̣ng cho mỡi lần thí nghiệm là 100g, pH = 9, nhiê ̣t đô ̣ 600C, thờ i gian phản ứng 5h, mẫu sét hữu cơ tạo thành có chất lượng tốt với các giá trị d 001 = 3,7 - 4nm và hàm lươ ̣ng cation amoni hữu cơ trong sét hữu cơ cao ~32 %.
4. Bước đầu nghiên cứu sử dụng sét hữu cơ BT điều chế được để chế tạo màng phủ polyurethane nanocomposite và màng phủ polyacrylic nanocomposite. Kết quả cho thấy, chỉ với 1% sét hữu cơ nhiều tính năng cơ lí của màng phủ polyurethane nanocomposite được tăng cườ ng vươ ̣t trô ̣i.
Với màng phủ polyacrylic nanocomposite độ bền va đập tăng gần gấp 2 lần, độ bền cào xước tăng 2,5 lần chỉ với 2-3% sét hữu cơ được gia cường.
5. Đã khảo sát ảnh hưởng của sản phẩm sét hữu cơ BT điều chế đươ ̣c và sét hữu cơ I - 28E (Mỹ) đến một số tính chất cơ lí của cao su tự nhiên . Các kết quả thực nghiệm cho thấy, phương pháp sử du ̣ng chất dẫn là thích hợp nhất để đưa sét hữu cơ vào cao su , hàm lượng sét hữu cơ tối ưu khi đưa vào cao su là 4 PKL/100PKL cao su. Khi sử du ̣ng sét hữu cơ kết hơ ̣p với than hoa ̣t tính (HAF) thì tính chất cơ lý của cao su được cải thiê ̣n nhiều hơn , hàm lượng than HAF tốt nhất là 40 PKL. Các kết quả cũng cho thấy chất lượng của sét hữu cơ BT là tương đương với sét hữu cơ I- 28E trong ứng dụng vào cao su tự nhiên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tiếng Việt
1. Nguyễn Tuấn Anh, Hoàng Nam (2003), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay đến tính chất của cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp”, Tạp chí hố học,
41(4), tr. 58-60.
2. Nguyễn Văn Bình (1999), “Hoạt tính xúc tác của bentonite Thuận Hải đã được biến tính trong phản ứng chuyển hóa một số hợp chất hữu cơ”, Luận án tiến sĩ
Hóa học, Trung tâm khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ quốc gia, Hà Nội.
3. Cao Anh Dũng và cộng sự (2005), “Một số kết quả nghiên cứu tổng hợp sét
hữu cơ từ sét Bình Thuận để sử dụng cho ngành dầu khí”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN “30 năm dầu khí Việt Nam cơ hội mới thách thức mới”.
4. Bùi Chương, Trần Hải Ninh, Đặng Việt Hưng, Nguyễn Minh Thu (2006),
“Vật liệu Polyme - Clay nanocompozit và một số tính chất của chúng”, Tuyển tập
các báo cáo khoa học Hội nghị Khoa học Công nghệ nano và ứng dụng trong quân sự, Hà Nội.
5. Đỗ Quang Kháng, Lương Như Hải, Vũ Ngọc Phan, Nguyễn Đức Chùy, Hồ Thị Hoài Thu (2006), “Một số kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su thiên nhiên
- clay nanocomposite”, Tuyển tập các báo cáo khoa học Hội nghị Khoa học Công nghệ nano và ứng dụng trong quân sự, Hà Nội.
6. Thân Văn Liên và cộng sự (2005), “Làm giàu, làm sạch và hoạt hóa bentonite Di linh - Lâm Đồng và Tuy Phong - Bình Thuận”, Hội nghị Khoa học và
cơng nghệ hạt nhân tồn quốc lần thứ VI. Đà lạt.
7. Thân Văn Liên và cộng sự (2009), “Nghiên cứu công nghệ chế tạo montmorillonite (MMT) từ nguồn khoáng thiên nhiên làm nguyên liệu cho nanoclay”, Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài KHCN cấp Nhà nước mã số KC02-
06/06/10. Hà Nội.
8. Thân Văn Liên và cộng sự (2005), “Nghiên cứu qui trình xử lý, hoạt hoá bentonite Việt Nam để sản xuất bentonite xốp”, Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài
hợp tác theo Nghị định thư với Hàn Quốc, Hà Nội.
9. Đào Thế Minh , Vũ Hải Long (2005), “Chế tạo polyme nanocomposite trên cơ sở Polyetylen biến tính bằng si licon và nanoclay. Tạp chí hố học, 43(2), tr. 207- 209.
10. Đào Thế Minh , Hoàng Tuấn Hưng, Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Văn Hội (2006), “Chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở cao su blend nhiệt dẻo polyvininyl/ cao su nitril - butadien và clay hữu cơ bằng phương pháp lưu hóa
động”, Tuyển tập các báo cáo khoa học Hội nghị Khoa học Công nghệ nano và ứng
dụng trong quân sự, Hà Nội.
11. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), “Hóa học nano cơng nghệ nền và vật liệu nguồn”, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, pp 349-384.
12. Kiều Quý Nam (1991), “Khống sét Tây Ngun - Đặc tính và khả năng sử dụng”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị địa chất Đông Dương lần thứ II, Hà Nội.
13. Phan Thanh Sơn Nam, Vương Quang Thạo (2008), “Nghiên cứu sử dụng bentonite Bình Thuận biến tính làm xúc tác cho phản ứng ghép đổi Heck giữa