Nghiên cứu phối hợp phụ gia nano để nâng cao tính năng cơ lý, kỹ thuật cho vật liệu cao su thiên nhiên và một số blend của nó

3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng EPDM đến tính chất cơ lý của vật liệu blend CSTN/EPDM 88

3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ lý của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/EPDM 90

3.4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng than đen phối hợp tới tính chất cơ lý của vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/EPDM 91

3.4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bari sulfat phối hợp tới tính chất cơ lý của vật liệu CSTN/EPDM/NS/CB/BS 93

3.4.5. Nghiên cứu một số tính chất của vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/EPDM 95

3.4.5.1. Nghiên cứu độ bền kiềm của vật liệu 95

3.4.5.2. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu 96

3.4.5.3. Nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu 98

3.4.5.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình biến tính tới hiện tượng sinh nhiệt do chuyển động quay và ma sát của vật liệu 100

3.4.6. Nhận xét 102

3.5. Nghiên cứu sử dụng phụ gia nano để nâng cao tính chất cơ lý cho vật liệu cao su xốp trên cơ sở cao su thiên nhiên 102

3.5.1. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia tạo xốp 103

3.5.1.1. Nghiên cứu lựa chọn theo nhiệt độ phân hủy 103

3.5.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của loại phụ gia tạo xốp tới cấu trúc lỗ xốp..104

3.5.1.3. Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng phụ gia tạo xốp 106

3.5.2. Nghiên cứu thời gian lưu hóa 107

3.5.2.1. Ảnh hưởng của thời gian lưu hóa tới cấu trúc xốp tạo thành 107

3.5.2.2. Ảnh hưởng của thời gian lưu hóa tới tính chất cơ học của cao su xốp

..........................................................................................................................108

3.5.3. Nghiên cứu nâng cao tính năng cơ lý cho vật liệu cao su xốp bằng một số phụ gia nano 109

3.5.4. Nghiên cứu phối hợp nanosilica và than đen để nâng cao tính năng cơ học cho vật liệu cao su xốp trên cơ sở CSTN 110

3.5.5. Cấu trúc lỗ xốp của vật liệu cao su xốp 111

3.5.6. Nhận xét 112

KẾT LUẬN 113

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 115

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

PHỤ LỤC 131

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Tiếng Anh	Tiếng Việt
ADC	Azodicarbonamide	Azodicarbon amit - Chất tạo xốp ADC (hay AC)
AIBN	Azobis(isobutyronitrile)	Azobis(isobutyronitrin)
BR	Butadiene rubber	Cao su butadien
BS	Barium sulfate	Bari sulfat
CB	Carbon black	Than đen
CNT	Carbon nanotube	Ống nano carbon
CSTH		Cao su tổng hợp
CSTN, NR	Natural Rubber	Cao su thiên nhiên
CVD	Chemical vapor deposition	Kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học
DCP	Dicumyl peroxide	Dicumyl peroxit
DDA	Dodecylamine	dodexylamin
DMA	Dynamic Mechanical Analysis	Phân tích cơ học động
DPG	Diphenyl guanidine	Xúc tiến DPG (hay xúc tiến D)
DPT	Dinitrosopentamethylenetetramine	Chất tạo xốp DPT (hay gọi tắt là chất tạo xốp H)
EPDM	Ethylene Propylene Diene Monomer	Cao su etylen propylen dien đồng trùng hợp
EVA	Ethylene Vinyl Acetate	Etylen Vinyl Acetat
FDA	Food and Drug Administration	Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm
FESEM	Field Emission Scanning Electron Microscopy	Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ
FTIR	Fourier-transform infrared spectroscopy	Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
HĐBM		Hoạt động bề mặt
HiPco	High-pressure carbon monoxide	carbon monoxit áp lực cao
HNBR	Hydrogenated nitrile butadiene rubber	Cao su nitril butadien hydro hóa
LDPE	Low Density Polyethylene	Polyetylen tỷ trọng thấp
LS	Layered silicate	Silicat dạng lớp
MMT	Montmorillonite	Khoáng sét dạng montmorillonit
MU	Mooney viscosity unit	Đơn vị độ nhớt Mooney
MWCNT	Multi-walled carbon nanotubes	Ống nano carbon đa tường
NBR	Acrylonitrile-Butadiene Rubber	Cao su acrylonitril-butadien (hoặc nitril-butadien)

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 164 trang tài liệu này.

Nanoclay	Nanoclay
NS	Nanosilica	Nanosilica
NSTESPT		Nanosilica được biến tính TESPT
OBSH	4,4’-Oxybis (Benzenesulfonyl Hydrazide)	4,4’-Oxybis(benzensunfonyl- hydrazit)
PEG	Polyethylene glycol	Polyetylen glycol
pkl (phr)	Parts per Hundred Rubber	Phần khối lượng (phần khối lượng /100 phần cao su)
POSS	Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane	Silsesquioxan oligomeric đa diện
PP	Polypropylene	Polypropylen
PSf	Polysulfide	Polysulfit
PVC	PolyVinyl chloride	Poly Vinyl Clorid
RD (TMQ)	Poly (1,2-dihydro-2,2,4-trimethyl- quinoline)	Phòng lão RD
S	Sulfur	Lưu huỳnh
SBR	Styrene Butadiene Rubber	Cao su styren butadien
SEBS	Styrene Ethylene Butylene Styrene	Styren Etylen Butylen Styren
SEM	Scanning Electron Microscopy	Kính hiển vi điện tử quét
SVR 3L		Cao su thiên nhiên định chuẩn Việt Nam loại SVR 3L
SWCNT	Single-walled carbon nanotubes	Ống nano carbon đơn tường
TCVN		Tiêu chuẩn Việt Nam
TEM	Transmission electron microscopes	Kính hiển vi điện tử truyền qua
TESPT	Bis-[3-(triethoxysilyl)-propyl]- disulfide	Bis-(3-trietoxysilyl propyl) tetrasulphit (hay Si69)
Tg	Glass transition temperature	Nhiệt độ thủy tinh hóa
TGA	Thermogravimetric Analyze	Phân tích nhiệt trọng lượng
THF	Tetrahydrofuran	Tetrahydrofuran
TMQ	2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline	Phòng lão TMQ (hoặc RD)
TMTD	Tetramethylthiuram disulfide	Tetrametyl thiuram disunfit – Xúc tiến TMTD
TXC	Dinitrosopentamethylenetetramine	Dinitrosopentamethylen tetramin (chất tạo xốp H)
UV	UltraViolet	Tia cực tím
v/ph		vòng/phút
XSBR		Cao su styren butadien carboxylat hóa

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Công thức phân tử của CSTN [2, 3] 4

Hình 1.2. Phân tử But-1,3-dien [1] 6

Hình 1.3. Các dạng cấu hình của phân tử cao su butadien [1] 6

Hình 1.4. Phương trình phản ứng tổng hợp SBR [1] 7

Hình 1.5. Cao su etylen propylen dien monome [6] 8

Hình 1.6. Một số phụ gia kích thước nano sử dụng để gia cường trong chế tạo vật liệu polyme nanocompozit [7] 10

Hình 1.7. Than đen, (a) hạt riêng lẻ; (b) Tập hợp dạng chuỗi; (c) Kết tụ thành mạng cấu trúc [8] 11

Hình 1.8. Cấu trúc tinh thể của nanoclay [10] 13

Hình 1.9. Muối alkyl amoni làm chất tương hợp cho clay với polyme [13] 14

Hình 1.10. Ảnh cụm ống nano và hạt nano trên màng đế carbon dạng sợi (trên) và hình ảnh phóng đại cao hơn cụm ống nano/hạt nano (các ảnh a, b dưới) [16] 15

Hình 1.11. Ống nano carbon đơn tường (SWCNT) và đa tường (MWCNT) 16

Hình 1.12. (a) Sơ đồ phản ứng để flo hóa ống nano carbon, khử chức hóa và tạo dẫn xuất; (b) Phản ứng đóng vòng in situ với dichlorocarben được tạo ra [30]. 17

Hình 1.13. Các phản ứng biến tính bề mặt MWCNT [32] 18

Hình 1.14. Biến tính bề mặt MWCNT sử dụng các phản ứng đóng vòng [32] 18

Hình 1.15. Bao gói các ống nano carbon bằng việc sử dụng copolyme poly(styren) - block - poly(axit acrylic) [36]. 19

Hình 1.16. Tổng hợp và cấu trúc của nanosilica “thông minh” [44] 20

Hình 1.17. Ảnh TEM các hạt nanosilica [45] 20

Hình 1.18. Phản ứng silan hóa sơ cấp và thứ cấp trong hệ nanosilica/TESPT [57] 22

Hình 1.19. Cấu trúc của POSS [16] 23

Hình 1.20. Hệ polyme POSS [16] 24

Hình 1.21. Mức độ phân tán của khoáng sét (clay) trong nền polyme [13] 26

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình biến tính bề mặt CNT 43

Hình 2.2. Sơ đồ quá trình biến tính nanosilica bằng TESPT 44

Hình 3.1. Phổ FTIR của CNT 53

Hình 3.2. Phổ FTIR của CNT-COOH 53

Hình 3.3. Phổ FTIR của CNT-PEG 54

Hình 3.4. Liên kết của TESPT với bề mặt của nanosilica [133] 55

Hình 3.5. Phổ FTIR của bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulphit (TESPT) 56

Hình 3.6. Phổ FTIR của nanosilica 57

Hình 3.7. Phổ FTIR của nanosilica biến tính 57

Hình 3.8. Giản đồ TGA của nanosilica 58

Hình 3.9. Giản đồ TGA của nanosilica được biến tính bằng TESPT 59

Hình 3.10. Giản đồ TGA của mẫu CSTN 66

Hình 3.11. Giản đồ TGA của mẫu CSTN/NS 66

Hình 3.12. Giản đồ TGA của mẫu CSTN/NSTESPT 66

Hình 3.13. Giản đồ TGA của mẫu CSTN/NS/CB 67

Hình 3.14. Giản đồ TGA của mẫu CSTN/NSTESPT/CB 67

Hình 3.15. Giản đồ TGA của mẫu CSTN 70

Hình 3.16. Giản đồ TGA của mẫu BR 70

Hình 3.17. Giản đồ TGA của mẫu CSTN/BR 71

Hình 3.18. Ảnh SEM bề mặt gãy của mẫu blend CSTN/BR (75/25) 72

Hình 3.19. Biểu đồ DMA của mẫu CSTN 72

Hình 3.20. Biểu đồ DMA của mẫu BR 73

Hình 3.21. Biểu đồ DMA của mẫu blend CSTN/BR 73

Hình 3.22. Hàm lượng NS ảnh hưởng đến độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/BR 74

Hình 3.23. Ảnh FESEM bề mặt cắt các mẫu vật liệu ((a) CSTN/BR/NS và (b) CSTN/BR/NSTESPT) 77

Hình 3.24. Hàm lượng than đen ảnh hưởng đến độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/BR 78

Hình 3.25. Cấu tạo của axit α-eleostearic 80

Hình 3.26. Hình ảnh FESEM bề mặt cắt các mẫu vật liệu 81

Hình 3.27. Ảnh FESEM bề mặt gãy của mẫu vật liệu trên cơ sở blend CSTN/BR (75/25) được gia cường 12 pkl NSTESPT và 25 pkl CB có phối hợp thêm CNTPEG 0,6 pkl (a) và 1,2 pkl (b) 83

Hình 3.28. Sự gia tăng nhiệt độ trên bề mặt do chuyển động quay và ma sát một số vật liệu trên cơ sở blend CSTN/BR 85

Hình 3.29. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ dẫn nhiệt của một số mẫu vật liệu trên cơ sở blend CSTN/BR 87

Hình 3.30. Hàm lượng EPDM ảnh hưởng đến độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/EPDM 89

Hình 3.31. Hàm lượng nanosilica ảnh hưởng đến độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/EPDM 91

Hình 3.32. Hàm lượng than đen phối hợp NSTESPT ảnh hưởng đến độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu cao su blend CSTN/EPDM 92

Hình 3.33. Hàm lượng bari sulfat ảnh hưởng đến độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/EPDM 94

Hình 3.34. Ảnh FESEM bề mặt gãy một số mẫu vật liệu cao su CSTN/EPDM được gia cường NSTESPT phối hợp với than đen, bari sulfat 97

Hình 3.35. Giản đồ TGA của một số mẫu vật liệu cao su blend CSTN/EPDM (60/40) gia cường nanosilica phối hợp với than đen, bari sulfat (tính theo pkl) 99

Hình 3.36. Sự gia tăng nhiệt độ trên bề mặt do chuyển động quay và ma sát một số vật liệu trên cơ sở blend CSTN/EPDM 101

Hình 3.37. Giản đồ TGA của các chất tạo xốp khác nhau 103

Hình 3.38. Mẫu cao su xốp sử dụng chất tạo xốp OBSH 104

Hình 3.39. Mẫu cao su sử dụng chất tạo xốp ADC 105

Hình 3.40. Mẫu cao su sử dụng chất tạo xốp TXC 105

Hình 3.41. Hàm lượng chất tạo xốp TXC ảnh hưởng đến cấu trúc lỗ xốp của vật liệu cao su xốp (Ảnh kính hiển vi quang học) 106

Hình 3.42. Thời gian lưu hóa ảnh hưởng đến cấu trúc lỗ xốp 108

Hình 3.43. Mặt cắt mẫu cao su xốp trên cơ sở CSTN gia cường các loại phụ gia khác nhau (Ảnh chụp kính hiển vi quang học) 111

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Đơn phối liệu của cao su thiên nhiên với các phụ gia 45

Bảng 2.2. Đơn phối liệu để chế tạo vật liệu blend của CSTN và BR 45

Bảng 2.3. Đơn phối liệu để chế tạo vật liệu blend của CSTN và EPDM 46

Bảng 2.4. Đơn phối liệu cao su xốp từ cao su thiên nhiên không có phụ gia nano 48

Bảng 2.5. Đơn phối liệu cao su xốp từ CSTN gia cường thêm phụ gia nano 49

Bảng 3.1. Kết quả TGA của CNT và CNT-PEG 55

Bảng 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng NS tới tính chất kéo của vật liệu CSTN 60

Bảng 3.3. Hàm lượng nanosilica (không biến tính và biến tính TESPT) ảnh hưởng tới tính chất cơ học của vật liệu trên cơ sở CSTN 61

Bảng 3.4. Hàm lượng than đen phối hợp ảnh hưởng tới tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit trên cơ sở CSTN 62

Bảng 3.5. Hàm lượng than đen phối hợp với nanosilica (NS và NSTESPT) ảnh hưởng tới tính chất cơ học của vật liệu trên cơ sở CSTN 64

Bảng 3.6. Hệ số già hóa của vật liệu sau khi thử nghiệm 64

Bảng 3.7. Kết quả phân tích TGA của các mẫu CSTN gia cường phối hợp than đen với nanosilica (NS hoặc NSTESPT) 65

Bảng 3.8. Hàm lượng BR ảnh hưởng tới tính chất cơ học của blend CSTN/BR 69

Bảng 3.9. Kết quả TGA của CSTN, BR và blend CSTN/BR 70

Bảng 3.10. Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) của các mẫu cao su 72

Bảng 3.11. Hàm lượng NS ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/BR 74

Bảng 3.12. Hàm lượng nanosilica (NS và NSTESPT) ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu cao su blend CSTN/BR 75

Bảng 3.13. Kết quả TGA của vật liệu từ CSTN, BR và một số blend CSTN/BR 76

Bảng 3.14. Hàm lượng than đen phối hợp với NSTESPT ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/BR 78

Bảng 3.15. Ảnh hưởng của D01 tới tính chất cơ học của vật liệu trên cơ sở CSTN/BR gia cường NSTESPT và than đen 80

Bảng 3.16. Hàm lượng CNTPEG phối hợp ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/BR gia cường NSTESPT và than đen 82