Một Số Ứng Dụng Của Vật Liệu Cao Su Xốp Và Triển Vọng Của Vật Liệu Xốp

nghiên cứu đầy triển vọng và sẽ hứa hẹn mang lại hiệu quả kinh tế xã hội cao [110].

1.4. Ứng dụng của vật liệu cao su nanocompozit

1.4.1. Giới thiệu chung

Có thể bạn quan tâm!

Một Số Phụ Gia Kích Thước Nano Sử Dụng Để Gia Cường Trong Chế Tạo Vật Liệu Polyme Nanocompozit [7]
Ống Nano Carbon Đơn Tường (Swcnt) Và Đa Tường (Mwcnt)
Tình Hình Nghiên Cứu Phát Triển Vật Liệu Polyme Nanocompozit Và Cao Su Nanocompozit Trên Thế Giới Và Ở Việt Nam
Chế Tạo Vật Liệu Cao Su Nanocompozit Trên Cơ Sở Cao Su Thiên Nhiên Với Phụ Gia Nano
Chế Tạo Vật Liệu Cao Su Xốp Trên Cơ Sở Cao Su Thiên Nhiên Với Phụ Gia Nano
Phổ Ftir Của Bis-(3-Trietoxysilylpropyl) Tetrasulphit (Tespt)

dụng vật liệu cao su nanocompozit này rất rộng rãi [111].

1.4.2. Ứng dụng trong sản xuất lốp xe

Khả năng kết hợp của các thành phần trong vật liệu nanocompozit đã mang lại hiệu quả lớn vào sản xuất lốp xe. Điều đó thể hiện thông qua hiệu quả về độ bền cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn (nhờ việc giảm trọng lượng lốp và giảm lực cản lăn và năng lượng để thắng lực ma sát lăn) và kinh tế hơn do việc gia công lốp dễ dàng hơn nhờ giảm được độ phức tạp của quá trình gia công so với lốp từ cao su compozit truyền thống. Những ưu thế chung của việc ứng dụng vật liệu cao su nanocompozit trong sản xuất lốp xe bao gồm:

- Nâng cao hiệu quả sử dụng của lốp:

+ Giảm tích lũy nhiệt (do quá trình lăn);

+ Giảm lực cản lăn (cải thiện sức kéo);

+ Nâng cao độ bền và thời gian sử dụng của lốp.

- Kéo dài thời gian lưu giữ không khí;

- Dễ phối màu hoặc có thể trong suốt;

- Thân thiện môi trường (xử lý hoặc tái sử dụng dễ dàng hơn).

Trong khi các loại cao su vẫn thường được sử dụng trong nhiều thành phần lốp cụ thể với những đơn pha chế riêng biệt.

Các nano dạng tấm được sử dụng cho cao su bên cạnh nanoclay còn phải kể đến nanographit. Chính vì vậy, những nghiên cứu phân tán graphit ở dạng tấm nano có độ dày từ 100 đến 400 nm vào nền polybutadien, cao su styren-butadien, và các cao su polyisopren để sản xuất lốp cho các loại xe chở khách, xe máy và xe tải cũng được đề cập [112]. Ngoài ra, các ứng dụng cao su để chứa các loại khí nén khác nhau như săm xe, đệm không khí, bong bóng tự lưu thường là sử dụng phối hợp silicat dạng tấm (nanoclay) [113].

Các cơ chế gia cường cao su khác nhau bằng phụ gia gia cường hoạt tính nói chung và các loại gia cường hoạt tính kích thước nano nói riêng trong công nghiệp polyme và cao su thường liên quan đến các đặc tính cụ thể của từng loại vật liệu và yêu cầu sản phẩm cần đáp ứng [114].

1.4.3. Ứng dụng trong làm màng

Màng cao su nanocompozit được ứng dụng khá hiệu quả để làm các loại màng bền cơ học, bền dung môi, bền môi trường xâm thực để ngăn cản một cách chọn lọc các loại khí với việc sử dụng thích hợp một số loại cao su và phụ gia gia cường khác nhau, đặc biệt với mục tiêu này thường là các loại gia cường nano dạng tấm như các loại khoáng sét, graphit,… [115]. Những nội dung chủ yếu vẫn là các giải pháp phân tán phụ gia nano vào nền cao su. Trong những loại màng cao su nanocompozit kín khí, phải kể đến màng cao su 1,2-butadien gia cường bằng các hạt oxit kim loại với đường kính dưới 2,5nm (không có lỗ xốp) phân tán đều trong nền cao su, màng có thể kín khí ở áp suất cao tới đến 1100 bar. Độ thấm khí của nó ở áp suất này còn nhỏ hơn màng cùng độ dày bằng cao su không gia cường ở 52 bar [116].

Màng nanocompozit trên cơ sở cao su blend polypropylen/styren-etylen- butylen-styren (PP/SEBS) và nanoclay hữu cơ hóa (ở lượng nanoclay khác nhau) được gia công trên máy cán đùn một trục. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, lượng nanoclay tăng cao, độ cứng sẽ càng cao song khả năng kín khí đối với O2 và CO2 càng tăng lên [117].

Màng nanocompozit trên cơ sở cao su nitril butadien (NBR) gia cường graphit có khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt bền mài mòn, chống thấm khí cao. Cao su nanocompozit này xếp vào loại vật liệu tiên tiến ứng dụng trong kỹ thuật cao (phụ kiện trong các thiết bị điện, điện tử, truyền thông,…) [118]. Màng từ nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/XSBR (70/30) được gia cường nanoclay có khả năng chịu được với dung môi (benzen, xylen, toluen) hơn hẳn blend không gia cường [119]…

Độ chống thấm khí, lỏng cao là tính năng nổi bật ở hầu như các loại cao su được gia cường nanoclay. Bên cạnh đó, các tính năng cơ học khác cũng được cải thiện mạnh mẽ. Chính vì vậy, các loại màng này được sử dụng khá phổ biến cho các mục tiêu chống thẩm thấu, màng bảo vệ cho các thiết bị như bể mạ, chống ăn mòn,…

1.4.4. Ứng dụng trong lĩnh vực thể thao

Để chế tạo bóng tennis, cao su butyl được sử dụng làm chất nền với phụ gia gia cường là khoáng sét vercumit với tỷ lệ cao để làm lớp phủ linh hoạt. Lớp phủ này có độ thấm khí thấp hơn so với cao su butyl khoảng 30-300 lần. Mặt khác, lớp

phủ này còn có độ bền, độ ổn định cao do các tác động bên ngoài. Do vậy quả bóng này có tuổi thọ tăng lên nhiều so với làm từ vật liệu khác. Các ứng dụng thương mại đầu tiên của công nghệ này (được bán dưới thương hiệu InMat của Air D-fense) là những quả bóng tennis với độ bền và thời gian sử dụng cao hơn, đó là bóng tennis Core, bóng chính thức của Davis Cup [120]. Với việc sử dụng lớp phủ nanocompozit còn là giải pháp cho một vấn đề lớn trong ngành công nghiệp cao su, đó là khắc phục hiện tượng độ thấm khí quá cao trong hầu hết các ứng dụng của nó.

1.4.5. Ứng dụng trong lĩnh vực hàng không

Với tiến bộ nhanh chóng của công nghệ nano ứng dụng trong cao su, khoáng sét hữu cơ và các chất phụ gia nano khác để gia cường cho HNBR (Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber) tạo ra cao su nanocompozit tiên tiến đáp ứng được những mong muốn của ngành công nghiệp trong lĩnh vực hàng không, vũ trụ [121]. Loại vật liệu này có khả năng làm việc ở nhiệt độ khá cao, bền trong môi trường và đặc biệt là chịu được dầu mỡ, kể cả ở nhiệt độ cao [122]. Trong điều kiện làm việc, các lớp sét hữu cơ phát huy khả năng làm rào cản có hiệu quả do tạo ra con đường quanh co cản trở sự xâm nhập của các yếu tố xâm thực như nhiệt, oxy,… nhờ vậy còn nâng cao khả năng chịu nhiệt, bền trong môi trường cho vật liệu. Vật liệu mới này có thể tạo các loại gioăng, đệm kín hoặc tạo thành lớp phủ bảo vệ trên nhiều chất liệu khác nhau. Đây chính và ưu thế để ứng dụng chúng trong lĩnh vực hàng không, vũ trụ.

Nhiều loại cao su được gia cường bởi nano sắt từ dùng trong các thiết bị cảm biến, các nam châm dẻo, … ứng dụng trong lĩnh vực hàng không, nghiên cứu vũ trụ và các lĩnh vực khác [123].

1.4.6. Ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe và y học

Cao su silicon là một loại cũng được sử dụng nhiều trong y học và một trong những ứng dụng nổi tiếng nhất của cao su này là làm một số bộ phận thay thế như vú giả chứa đầy nước muối để nâng ngực và nó được sử dụng trong chế tạo các trang thiết bị y tế khác. Tuy nhiên, các kết quả đánh giá trên nhiều khía cạnh khác nhau, đã xác nhận rằng các bệnh nhân cấy ghép silicon phản ứng miễn dịch với silicon dioxit chứa trong bộ phận vú giả và sử dụng như tác nhân gia cường [124]; do đó việc sử dụng chúng, mặc dù đã được chấp thuận bởi cục quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) nhưng vẫn còn gây tranh cãi. Milliken cung cấp các

sản phẩm cao su kháng khuẩn từ HNBR và EPDM gia cường nano bạc. Loại vật liệu này hạn chế được việc thường xuyên phải khử trùng của các trang bị y tế. Một loại vật liệu khác kết hợp giữa gốm, nhựa trao đổi ion có chứa bạc, được công nhận là an toàn cho người tiếp xúc và được công nhận về tác dụng kháng khuẩn đối với một phổ rộng của vi sinh vật. Không giống như hầu hết các chất diệt sinh vật hữu cơ, Elastoguard có thể được sử dụng trong các tình huống tiếp xúc thực phẩm và được thiết kế để ứng dụng trong các ngành y tế và công nghiệp dược phẩm.

Một lớp phủ nanocompozit mới được phát triển bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Dundee để tạo ra lớp phủ kháng khuẩn. Các lớp phủ áp dụng trên mặt cao su ở nhiệt độ thấp bằng kỹ thuật lắng plasma gồm bạc nano (Ag) và bạch kim (Pt). Các hạt Ag-Pt cùng nhau tác động như "những điện cực nano-nanoelectrodes", sử dụng các chất dịch cơ thể hoặc niêm mạc như dung dịch điện phân để kiểm soát nhả ion bạc. Các cao su tương thích sinh học mang điện tích âm, thu hút các cation bạc lên bề mặt thiết bị để tiêu diệt vi khuẩn trong nước hoặc đến gần và ức chế ion bạc xâm nhập vào dịch cơ thể, cung cấp bảo vệ mở rộng. Một hệ thống polyme Ag-Pt như vậy là rất hứa hẹn cho ống thông niệu vì nó có thể cung cấp rất nhiều cải thiện hiệu quả kháng khuẩn và kéo dài thời gian và gia tăng hiệu quả kháng khuẩn. Mặt khác, với những đặc tính vốn có của cao su như độ đàn hồi cao cho phép bịt kín, chống thấm khí và thấm nước cùng với chịu dầu tuyệt vời được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp; nhiều loại cao su nanocompozit còn ứng dụng trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm [125].

Trong những năm gần đây, vật liệu nanocompozit trên cơ sở cao su nhiệt dẻo gia cường bởi các hạt nano vô cơ, có khả năng tương hợp sinh học đại diện cho một nhóm mới của vật liệu sinh học. Người ta đã ứng dụng làm giá đỡ trong công nghệ mô và cấy ghép y sinh học. Những hạt nano sử dụng ở đây là các hạt nano gốm trong đó có oxit nhôm hay oxit titan. Gần đây, vật liệu nanocompozit trên cơ sở cao su từ polyeste đa khối gia cường nano TiO2 (0,2%) được chế tạo bởi phương pháp tại chỗ (in situ) trong quá trình trùng hợp đã cải thiện các tính chất cơ lý so với nền cao su khi độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt đã tăng đến 300% [126, 127]. Loại cao su nanocompozit này có thể ứng dụng trong kỹ thuật mô mềm (cấy ghép gân hoặc trong điều trị chấn thương, chỉnh hình).

1.4.7. Một số ứng dụng của vật liệu cao su xốp và triển vọng của vật liệu xốp từ cao su nanocompozit

Trong cuộc sống hàng ngày, cao su xốp được sử dụng rộng rãi như làm vỏ cách nhiệt, đệm lót…. Ngành công nghiệp xốp từ chất dẻo chiếm khoảng 10% tổng tiêu thụ nhựa. Các loại cao su blend và cao su xốp với các lỗ xốp nhỏ đồng đều có khả năng cách nhiệt và cách âm, chống va đập rất cao. Vì thế nó được sử dụng rộng rãi trong xây dựng (làm vật liệu cách âm, cách nhiệt, tấm lót sàn,...), trong bao gói đặc biệt là đệm lót khi vận chuyển, trong công nghiệp ôtô, tạo ra các sản phẩm phục vụ thể thao, giải trí. Yêu cầu của xốp cao su trong một số ứng dụng như sau:

 Làm đệm lót: hấp thụ năng lượng, nhẹ, giảm rung chấn, bảo vệ bề mặt, cách nhiệt.

 Công nghiệp: vật liệu chèn có thể nén, chịu được dầu mỡ, nhẹ.

 Thể thao: độ hấp thụ nước thấp, nhẹ, hấp thụ năng lượng, không độc, không gây kích ứng, dễ lau chùi và làm khô, màu sắc đa dạng.

 Xây dựng: làm vật liệu cách âm, cách nhiệt (độ dẫn nhiệt thấp), không thấm nước, bụi, khí,.., phản xạ âm, giảm rung chấn.

 Vận tải, trang bị ôtô: cách âm, cách nhiệt, chống thấm nước, giá thành hạ, chống va đập.

 Y tế: không độc, bền hóa học, vệ sinh, an toàn và thân thiện với môi trường, có tính chất cơ học đa dạng.

 Giày dép đế nhẹ, lớp phủ kết dính, ...

 Về sử dụng cao su xốp làm lốp không cần bơm hơi, chưa thấy có công trình khoa học nào công bố. Tuy nhiên, gần đây trên một số trang mạng có đề cập tới nội dung này và đánh giá rằng “Lốp không cần bơm hơi đang và sẽ là một xu thế trong tương lai”. Theo hướng này, hãng Hankook đã thiết kế, chế thử chiếc lốp mang tên iFlex không cần bơm hơi. iFlex cũng là một sản phẩm lốp không dùng hơi thứ 5 của hãng Hankook, đây được coi là sản phẩm có nhiều tiềm năng được đưa vào sản xuất đại trà. Song vấn đề là làm sao cho vật liệu xốp ổn định, không bị rách, nứt, không bị xẹp hơi trong quá trình sử dụng đang là một thách thức.

Theo những kết quả công bố ở trên thì cao su xốp sẽ có tính năng tuyệt vời (bền cơ học cao, thấm khí thấp) nếu được chế tạo từ cao su nanocompozit. Chính vì

vậy, nâng cao chất lượng các loại cao su xốp sẽ là hướng nghiên cứu cần thiết và tất yếu để ứng dụng trong ngành công nghệ cao như làm lốp không cần bơm hơi,…

1.5. Nhận xét chung