2.2.2. Phương pháp chế tạo vật liệu cao su nanocompozit
2.2.2.1. Chế tạo vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở cao su thiên nhiên với phụ gia nano gia nano
Chế tạo vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở CSTN với phụ gia nano, được thực hiện theo đơn phối liệu đưa ra trong bảng 2.1 dưới đây.
- Trên cơ sở đơn phối liệu với các thành phần đã biết, CSTN được cắt mạch sơ bộ trong máy trộn kín (Brabender - Đức) ở nhiệt độ 80oC, tốc độ trục quay là 50 v/ph, tiếp đến cho lần lượt với các phụ gia (axit stearic, phòng lão A và D, kẽm oxit, nanosilica); rồi tiếp đến bổ sung than đen (tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu cụ thể) và coumaron. Hỗn hợp phối trộn với thời gian khoảng 8-10 phút cho đồng đều. Để nhiệt độ giảm xuống dưới 50oC
- Cho lần lượt các chất xúc tiến, lưu huỳnh trộn tiếp trong máy trộn kín với thời gian 1 phút/phụ gia. Trộn tiếp trong thời gian khoảng 3-5 phút cho đồng đều (nhiệt độ khơng q 80oC). Sau đó để nguội, lấy ra dạng tấm và để ổn định 24 giờ. Cắt tạo hình sơ bộ và để vào khn ép lưu hóa ở điều kiện nhiệt độ 145oC, áp suất 6 kg/cm2 và thời gian 15 phút trên máy ép thủy lực của hãng Toyoseiki (Nhật Bản).
Bảng 2.1. Đơn phối liệu của cao su thiên nhiên với các phụ gia
2.2.2.2. Chế tạo vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên/ cao su butadien với phụ gia nano cao su butadien với phụ gia nano
Đơn phối liệu theo thành phần được trình bày trong bảng 2.2 dưới đây.
Bảng 2.2. Đơn phối liệu để chế tạo vật liệu blend của CSTN và BR
Chế tạo vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/BR: Trên cơ sở
đơn phối liệu từ các thành phần cần thiết (bảng 2.2), tỷ lệ CSTN/CSTH (cao su tổng hợp) được lựa chọn, với hàm lượng nanosilica và/hoặc than đen được đưa vào đơn
2.2.2.3. Chế tạo vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên/ cao su etylen propylen dien monome với phụ gia nano cao su etylen propylen dien monome với phụ gia nano
Đơn phối liệu theo thành phần được trình bày trong bảng 2.3 dưới đây.
+ Tiếp đến, cho lần lượt: Chất tương hợp VLP, cao su EPDM, axit stearic, rồi lần lượt đến các chất phòng lão 4020 và phòng lão TMQ, mỗi loại trộn đều trong 30 – 60 giây.
+ Cho tiếp nanosilica (NS) hoặc NS biến tính TESPT (NSTESPT) và tiếp tục trộn trong 30 giây.
+ Bổ sung bari sulfat (với phần nghiên cứu có sử dụng bari sulfat) và tiếp theo là than đen và trộn tiếp trong 30 giây cho các thành phần phân tán đồng đều.
+ Tiếp đó, thêm kẽm oxit, trộn tiếp tục trong 5 phút ở khoảng nhiệt độ này để các thành phần có thể phân tán đồng đều vào nhau.
+ Dừng máy, lấy hợp phần vật liệu ra khỏi máy, để nguội xuống dưới 50oC. Cắt hợp phần vật liệu ra thành các miếng nhỏ, cho vào máy trộn kín trộn tiếp ở nhiệt độ khơng q 80oC, tốc độ vịng quay 50 v/ph, cho các chất xúc tiến (DM, TMTD) rồi đến lưu huỳnh và cuối cùng là dicumyl peroxit vào trộn cho đều (khoảng 3 phút). (Lưu ý: khống chế không để nhiệt độ tăng quá 80oC)
+ Lấy vật liệu ra khỏi máy, cán xuất tấm dầy khoảng 3-5 mm (tùy chiều dầy khuôn ép mẫu). Để ổn định hợp phần vật liệu trong thời gian 24 giờ ở nhiệt độ không quá 30oC.
2.2.2.4. Chế tạo vật liệu cao su xốp trên cơ sở cao su thiên nhiên với phụ gia nano
Trước tiên, chúng tôi tiến hành lựa chọn các phụ gia tạo xốp phù hợp với đơn phối liệu cao su xốp trong bảng 2.4 dưới đây.
thực hiện chế tạo cũng cơ bản tương tự như trên, chỉ bổ sung thêm các phụ gia gia cường (tùy loại) vào cùng giai đoạn trộn các chất xúc tiến, lưu huỳnh...
Bảng 2.5. Đơn phối liệu cao su xốp từ CSTN gia cường thêm phụ gia nano
2.2.3. Một số phương pháp nghiên cứu khác
2.2.3.2. Phương pháp nghiên cứu tính chất nhiệt của vật liệu
2.2.3.3. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc của vật liệu nano
2.2.3.4. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu
- Khả năng bền kiềm (độ bền kiềm) của vật liệu được xác định theo TCVN 7544 : 2005. Môi trường thử là dung dịch NaOH 20%, thời gian thử 72 giờ, nhiệt độ thử 27 ± 2 oC. Sau đó tiến hành xác định và đánh giá mức độ thay đổi độ bền cơ học (độ cứng, độ bền kéo khi đứt, độ dãn dài khi đứt) và khối lượng của mẫu thử nghiệm sau khi ngâm trong dung dịch NaOH.
2.2.3.6. Xác định nhiệt độ bề mặt của vật liệu do chuyển động quay và ma sát
2.2.3.7. Phương pháp xác định độ dẫn nhiệt của vật liệu
2.2.3.8. Phương pháp xác định nhiệt độ phân hủy của chất tạo xốp
2.2.3.9. Phương pháp xác định cấu trúc cao su xốp bằng kính hiển vi quang học
2.2.3.10. Phương pháp xác định độ biến dạng dư sau nén của cao su xốp
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả nghiên cứu biến tính các phụ gia nano
3.1.1. Biến tính ống nano carbon
Chính vì vậy, để tăng khả năng phân tán CNT trong nền cao su và tăng cường tương tác giữa CNT với các đại phân tử cao su được tốt hơn, thường phải thực hiện biến tính bề mặt CNT bằng cách gắn một số nhóm chức có khả năng giúp CNT liên kết hoặc tương hợp tốt với nền cao su tương ứng [16, 130].
Trong nghiên cứu này, ống nano carbon được biến tính theo phản ứng este hóa Fischer được thực hiện theo các bước: bề mặt CNT được oxy hóa bởi hỗn hợp H2O2 và NH4OH (tỷ lệ 1:1) để gắn nhóm carboxyl (-COOH) và amin (-NH2), tiếp theo đó là q trình clo hóa sử dụng SOCl2 trong DMF, cuối cùng ghép polyetylenglycol (PEG) lên bề mặt trong hỗn hợp benzen/THF theo sơ đồ trong hình 2.1.
a) Phổ hồng ngoại FTIR
Khả năng gắn nhóm chức –COOH, –NH2 và PEG lên trên bề mặt CNT được đánh giá qua các kết quả phân tích phổ FTIR của mẫu CNT (hình 3.1), mẫu CNT- COOH (hình 3.2) và mẫu CNT-PEG (hình 3.3).
Từ phổ FTIR của mẫu CNT trong hình 3.1 cho thấy đã có sự xuất hiện các pic với cường độ mạnh tại số sóng 3341 và 3081 cm-1 được gán cho dao động hóa trị của liên kết νO-H nhóm carboxyl (O=C-OH và C-OH) và νC-H của hydrocarbon thơm, tương ứng. Ngoài ra, các pic ở số sóng 1643 và 1539 cm-1 được gán cho dao động hóa trị của liên kết νC=C liên hợp. Trong vùng số sóng từ 1200 đến 500 cm-1 xuất hiện
các pic với cường độ yếu hơn được gán cho dao động hóa trị νC-C, và điều này khá phù hợp với cấu trúc của CNT (cấu trúc graphit).