1.2. Phụ gia nano trong chế tạo vật liệu cao su nanocompozit
1.2.4. Các hạt nano dạng cầu
Phụ gia nano đồng chiều, nghĩa là, có cả ba chiều đều ở cỡ nanomet là phụ gia nano dạng cầu thường được tạo ra bằng quá trình sol-gel [42, 43]. Trong quá trình sol-gel các vật liệu lai hữu cơ và/hoặc vơ cơ có thể được tạo thành thơng qua quá trình ngưng tụ giữa tiền polyme được chức hóa và alkoxit kim loại, dẫn đến việc tạo ra liên kết hóa học giữa tiền polyme và phụ gia vơ cơ. Vì vậy, việc trộn các hạt phụ gia vào polyme thơng qua q trình sol-gel tránh được sự kết tụ phụ gia và tăng mức độ phân tán của phụ gia trong nền cao su hay tương tác giữa phụ gia và đại phân tử cao su. Peng và cộng sự [44] đã tổng hợp các hạt nanosilica khơng biến tính bề mặt và có biến tính bề mặt bằng phản ứng Stoiber (xem sơ đồ hình 1.16).
Hình 1.16. Tổng hợp và cấu trúc của nanosilica “thơng minh” [44]
(a) khơng biến tính và (b) biến tính. Trong đó TEOS là tetraethoxysilane và PTMS là phenyl trimethoxy silane
Hình 1.17. Ảnh TEM các hạt nanosilica [45]
Mục đích của việc biến tính bề mặt phụ gia là nhằm tăng cường tương tác với nền polyme thông qua liên kết hydro với khu vực hoạt động của nền polyme. Rất
nhiều polyme có nhóm chức đã được đưa vào q trình sol-gel dẫn tới một vật liệu có độ đồng đều cao do có tương tác tốt giữa polyme và phụ gia [46, 47]. Kickelbic [48] đã nghiên cứu rộng về khái niệm đằng sau việc kết hợp các khối đơn vị vô cơ vào polyme hữu cơ. Silica, TiO2, ZnO, CaSO4, CaCO3, ZnFe2O4,… là những phụ gia nano vô cơ dạng cầu được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực polyme [49-51], trong đó nanosilica là phụ gia gia cường được ứng dụng nhiều nhất trong cao su.
Bề mặt nanosilica được biến tính hóa học với các nhóm chức hữu cơ là một bước quan trọng để điều chế vật liệu nanocompozit polyme-silica. Chính xác hơn, các biến tính bề mặt đã được báo cáo để tăng cường ái lực giữa các pha hữu cơ và vô cơ, đồng thời cải thiện sự phân tán của các hạt nanosilica vào nền polyme [52, 53]
su là rất tốt, đã giúp tăng được các đặc tính của cao su thành phẩm [54-56]. Hình 1.18 đưa ra phản ứng silan hóa sơ cấp và thứ cấp trong hệ silica/TESPT.
Trong một cơng trình của Pham và cộng sự [53] đã tiến hành biến tính bề mặt trên các hạt keo silica kích thước 30 nm sử dụng 3-aminopropyltrimethoxysilan (APTS) và 3-aminopropyldimethylmethoxysilan (APMS) trong điều kiện có nước. Sự kết tụ không thuận nghịch của các hạt nano silica ở dạng keo có thể được kiểm soát bằng cách giữ cho tỷ lệ trimethoxysilan/ silica thấp, trong khi trộn và phản ứng hai chất này từ từ hoặc sử dụng monomethoxysilan như một tác nhân biến tính bề mặt aminosilan. Những nghiên cứu này chỉ ra rằng, để biến tính bề mặt hiệu quả bằng cách sử dụng các tác nhân kết nối silan, cần dung dịch silan có nồng độ thấp và thời gian phản ứng lâu hơn.