- NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU BLEND CSTN/NBR/CLAY NANOCOMPOZIT TRÊN. - Bảng 1.2: Thành phần hóa học của crep cao su thiên nhiên. - Bảng 1.3: Một số tính chất của cao su thiên nhiên. - Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozi. - Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu. - Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới độ dãn dư của vật liệu. - Hình 3.5: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/nanoclay 3% nanoclay. - Hình 3.6: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/nanoclay 5% nanoclay. - Hình 3.7: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/nanoclay 7% nanoclay. - Hình 3.8: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nanoclay và mẫu cao su blend CSTN/NBR chứa hàm lượng nanoclay khác nhau. - Hình 3.9 Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su blend CSTN/NBR. - Hình 3.10: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/5%nanoclay. - CSTN Cao su thiên nhiên. - EPDM Cao su etylen-propylendien đồng trùng hợp. - NBR Cao su nitril butadien. - CKH Cao su BN. - Khái niệm về vật liệu polyme nanocompozit và vật liệu cao su nanocompozit. - Phân loại và đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng. - Những ưu điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng. - Cao su và cao su blend. - Cao su thiên nhiên. - Cao su nitril butadien. - Cao su blend. - Tính chất của sét hữu cơ. - Phương pháp xác định cấu trúc hình thái của vật liệu. - Vật liệu cao su/clay nanocompozit là loại vật liệu mới có những tính năng cơ lý, kỹ thuật cao, khả năng bền nhiệt và chống cháy tốt, có tính chất che chắn (barie) tốt. - Vật liệu cao su/clay nanocompozit gồm pha nền là cao su hoặc cao su blend và pha gia cường là các hạt clay được tách lớp có kích thước nanomet [1].. - Cao su thiên nhiên (CSTN) có tính chất cơ học tốt nhưng khả năng bền dầu mỡ kém. - Trong khi đó, cao su nitril butadien (NBR) được biết đến với đặc tính vượt trội là khả năng bền dầu mỡ rất tốt. - Do vậy, vật liệu cao su blend CSTN/NBR vừa có tính chất cơ học tốt của CSTN vừa có khả năng bền dầu mỡ của cao su NBR [2]. - Ngoài ra, nanoclay còn đóng vai trò như chất trợ tương hợp trong cao su blend như CSTN/EPDM [6],... - Như vậy có thể thấy rằng, nanoclay có thể làm thay đổi cấu trúc và cải thiện mạnh mẽ tính năng cơ lý ký thuật cho vật liệu cao su, cao su blend.. - Mục tiêu của đề tài là chế tạo ra được vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/NBR gia cường nanoclay bằng phương pháp phân tán nanoclay thông qua masterbatch CSTN/nanoclay. - của vật liệu CSTN/NBR.. - Khái niệm về vật liệu polyme nanocompozit và vật liệu. - cao su nanocompozit. - Vật liệu polyme nanocompozit là loại vật liệu gồm pha nền (polyme) và pha gia cường ở các dạng khác nhau có kích thước cỡ nanomet (dưới 100 nm). - Mặt khác, như ta đã biết ca su là một loại polyme như vậy có thể hiểu rằng vật liệu cao su nanocompozit là một polyme nanocompozit nhưng có nền là cao su hoặc cao su blend. - Như vậy tất cả mọi đặc tính của cao su nanocompozit cũng giống như của polyme nanocompozit.. - Bảng 1.1 là quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng của vật liệu.. - Đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng. - Phương pháp sol–gel đã được ứng dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu lai vô cơ – hữu cơ. - Trên hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý chung chế tạo vật liệu polyme nanocompozit.. - Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit. - Cao su và cao su blend 1.2.1. - 1.2.1.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển cao su thiên nhiên. - Cao su thiên nhiên (CSTN) là một polyme thiên nhiên được tách ra từ nhựa cây cao su (Hevea Brasiliensis), có thành phần hóa học là polyisopren.. - Trải qua hàng ngàn năm lịch sử cây cao su đã được trồng nhiều trên thế giới. - Thành phần hóa học của crep cao su thiên nhiên (cao su sống ) được sản xuất bằng phương pháp khác nhau:. - Chất trích ly bằng axeton trong CSTN có 51% là các axit béo (axit oleic, axit stearic…) các chất này có khả năng xúc tiến cho phản ứng lưu hóa cao su. - glucoxit (7%) còn lại là amin, các hợp chất photpho hữu cơ, các chất hữu cơ kiềm tính… Các chất này có khả năng ổn định cho cao su.. - Bảng 1.2: Thành phần hóa học của crep cao su thiên nhiên.. - Cấu tạo của cao su thiên nhiên. - Bảng 1.3: Một số tính chất của cao su thiên nhiên.. - Khi cho các chất này trong dung dịch cao su thường làm xuất hiện kết tủa cao su.. - Tính chất cơ lý của CSTN được xác định theo tính chất của cao su lưu hóa tiêu chuẩn.. - Một đặc tính quan trọng của CSTN là không độc, đây cũng là ưu điểm nổi trội của loại vật liệu này so với nhiều loại cao su tổng hợp khác.. - Mặt khác, CSTN có khả năng phối trộn với các loại chất độn cũng như các phụ gia sử dụng trong công nghệ cao su cả trong máy luyện kín hay máy luyện hở [13].. - Latex cao su thiên nhiên. - Latex cao su thiên nhiên (hay còn gọi là mủ cao su thiên nhiên) là nhũ tương trong nước (được gọi là serum) của các hạt nhũ tương có chứa nhiều chất vô cơ và hữu cơ với hàm lượng phần khô (DRC là khối lượng phần cao su khô trong 100 gam latex được tách ra theo tiêu chuẩn nhất định ) trung bình từ 28-40%. - Cao su nitril butadien công nghiệp ra đời năm 1937 ở cộng hòa liên bang Đức. - Ngày nay, cao su nitril butadien trở thành một trong những cao su được sử dụng nhiều nhất.. - Dựa vào đặc điểm này ta có thể dễ dàng phân biệt được loại cao su và hàm lượng nhóm nitril có trong cao su.. - Tính chất cơ lý, tính chất công nghệ của cao su phụ thuộc vào hàm lượng nhóm nitril trong nó.. - Khả năng chịu môi trường giàu mỡ, dung môi hữu cơ tăng cùng với hàm lượng nhóm acrylonitril tham gia vào phản ứng tạo mạch phân tử cao su. - Do liên kết C≡N trong cao su có độ phân cực lớn (σ + ở nguyên tử cacbon và σ - ở nguyên tử nito) nên tác dụng tương hỗ giữa các đoạn mạch phân tử có chứa nhóm -CN tăng. - Vì thế, cùng với hàm lượng nitril tăng khả năng chịu dầu mỡ của cao su tăng.. - Vật liệu tổ hợp polyme (hay còn gọi là polyme blend) là loại vật liệu được cấu thành từ hai hoặc nhiều polyme nhiệt dẻo với cao su để tăng độ bền cơ lý hoặc giá thành vật liệu. - Sơ đồ chế tạo và phân loại các polyme blend nói chung và cao su blend nói riêng được thể hiện qua hình 1.3 sau:. - Ưu điểm của vật liệu polyme blend. - Vật liệu polyme blend ra đời đã lấp được khoảng trống về tính chất công nghệ và giá thành giữa các loại cao su và polyme thành phần. - Qua đó người ta có thể tối ưu hóa về mặt giá thành và tính chất của vật liệu sử dụng.. - Quá trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm trên cơ sở cao su blend thường nhanh hơn nhiều so với nghiên cứu chế tạo sản phẩm từ vật liệu mới khác vì người ta có thể sử dụng những vật liệu với những tính chất đã biết và công. - cation hữu cơ (nm) 2. - Vật liệu cao su blend trên cơ sở CSTN với NBR có nhiều ưu điểm như tính năng cơ lý kỹ thuật cao, đặc biệt là khả năng bền dầu mỡ hơn hẳn CSTN. - Chính vì vậy, vật liệu cao su clay nanocompozit cũng được chú ý nghiên cứu nhiều cả ở trong và ngoài nước. - Đến năm 2010 đã có một cuốn sách về cao su nanocompozit được xuất bản. - Trong đó có riêng một chương viết về vật liệu cao su/clay nanocompozit. - Cho đến năm 2013 một cuốn sách về vật liệu cao su thiên nhiên compozit và nanocompozit được xuất bản.. - Cao su thiên nhiên (CSTN) SVR 3L và latex cao su thiên nhiên của công ty cao su Đồng Nai.. - Cao su nitril butadien (NBR) là loại Kosyl – KNB35L của Hàn Quốc.. - Độ cứng cao su được xác định theo tiêu chuẩn TCVN ISO . - Độ mài mòn của vật liệu được xác định theo TCVN 1594 – 87.. - d: Tỷ trọng của vật liệu thử g/ cm 3. - Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nanoclay tới tính chất cơ học của vật Tính chất của vật liệu cao su nanocompozit không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố như bản chất vật liệu, phụ gia sử dụng, điều kiện phối trộn và công nghệ gia công mà còn phụ thuộc rất nhiều vào hàm lượng chất gia cường. - Trong phần này, các thành phần khác cũng như điều kiện công nghệ được cố định, chỉ khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nanoclay tới tính chất cơ học của vật liệu cao su blend CSTN/NBR . - Điều này có thể giải thích ở hàm lượng nanoclay lớn, các tấm nanoclay có xu hướng kết khối tạo các pha riêng làm giảm khả năng tương tác giữa nanoclay và nền cao su. - Cấu trúc của vật liệu cao su CSTN/NBR/clay nanocompozit được xác định bằng phương pháp kính hiển điện tử quét trường phát xạ (FESEM) và nhiễu xạ tia X. - Hình 3.7: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu cao su. - mật độ phân bố các tấm nanoclay trong nền cao su blend ít hơn và chưa được đồng đều. - Hình 3.8 là giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nanoclay và mẫu cao su blend CSTN/NBR chứa 3%. - Như vậy, việc chế tạo cao su/clay nanocompozit thông qua CSTN/clay masterbatch bằng phương pháp latex, đã phân tán rất tốt nanoclay trong nền cao su blend. - Chính vì vậy, với hàm lượng 5% nanoclay, vật liệu CSTN/NBR/5%nanoclay có tính chất cơ học cao hơn hẳn so với vật liệu cao su blend không gia cường.. - Độ bền nhiệt của vật liệu được đánh giá bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). - Chính vì vậy, với hàm lượng nanoclay thích hợp đã làm tăng khả năng bền nhiệt của vật liệu.. - Bằng phương pháp cán trộn ở trạng thái nóng chảy, thông qua masterbatch CSTN/nanoclay (chế tạo bằng phương pháp trộn hợp trong dung dịch nanoclay với latex CSTN) đã chế tạo được vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend của CSTN/NBR gia cường nanoclay ở dạng tách lớp.. - Hàm lượng nanoclay thích hợp để gia cường cho cao su blend CSTN/NBR là 5%. - Ở hàm lượng này, nanoclay đã làm tăng khả năng tương hợp cho CSTN với NBR, nhờ vậy vật liệu có các tính chất cơ lý tăng mạnh (độ bền kéo đứt tăng 36,5%, độ dãn dài khi đứt tăng 16,3% và nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng 12,2 o C) so với mẫu cao su blend CSTN/NBR tương ứng không gia cường.. - Đỗ Quang Kháng, Cao su-Cao su blend và ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Hà Nội (2012).. - Nguyễn Hữu Trí, Khoa học và kỹ thuật công nghệ cao su thiên nhiên, NXB Trẻ/ Hà Nội, 2003.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt