Chế Tạo Vật Liệu Cao Su Xốp Trên Cơ Sở Cao Su Thiên Nhiên Với Phụ Gia Nano

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.

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

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

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 164 trang tài liệu này.

2.2.3. Một số phương pháp nghiên cứu khác

2.2.3.1. Phương pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu

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

2.2.3.5. Phương pháp nghiên cứu độ bền môi trường, độ bền kiềm

- 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

2.2.3.11. Phương pháp xác định khối lượng riêng 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 quá 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).

Hình 3.1. Phổ FTIR của CNT

Hình 3.2. Phổ FTIR của CNT-COOH

Trên phổ FTIR của CNT-COOH (hình 3.2) quan sát thấy, trong vùng số sóng 4000 – 3000 cm-1 có sự xuất hiện các pic với cường độ mạnh tại số sóng 3387 và 3098 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; tương tự như trong phổ FTIR của CNT, nhưng có xuất hiện thêm pic có cường độ mạnh ở số sóng 3567 cm-1 được gán cho dao động hóa trị đối xứng của liên kết νN-H. Hơn nữa, pic ở số sóng 1681 và 1572 cm-1 được gán cho dao động hóa trị của liên kết νC=C liên hợp cũng xuất hiện. Ngoài ra, cũng thu được tín hiệu pic ở số sóng 1191 cm-1 được gán cho dao động hóa

trị của liên kết νC-N thơm, và pic ở số sóng 1284 cm-1 được gán cho là dao động hóa trị của liên kết C=O. Từ những tín hiệu thu được có thể khẳng định rằng bề mặt của CNT đã được oxy hóa và gắn 2 nhóm chức là –NH2 và –COOH.

Hình 3.3. Phổ FTIR của CNT-PEG

Tiếp đến với phổ FTIR của mẫu CNT-PEG cũng cho thấy, vẫn xuất hiện các pic đặc trưng tương tự như đã xuất hiện tại phổ của mẫu CNT và CNT-COOH, chẳng hạn như pic với cường độ mạnh tại số sóng 3344 và 3106 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; và các pic ở số sóng 1615 và 1555 cm-1 được gán cho dao động hóa trị của liên kết νC=C liên hợp cũng xuất hiện. Tương tự như trong phổ FTIR của CNT-COOH, cũng có xuất hiện pic có cường độ mạnh ở số sóng 3581 cm-1 được gán cho dao động hóa trị đối xứng của liên kết νN-H. Ngoài ra, cũng đã xuất hiện các pic mới, cho thấy sự gắn kết của PEG lên bề mặt của CNT, như pic tại 3467 cm-1 được gán cho dao động của nhóm –OH ở cuối mạch CNT-COO-(CH2-CH2)n-OH; pic tại 2976 và 2825 cm-1 được gán cho dao động của liên kết C-H trong PEG (các pic này đã không xuất hiện trên phổ của CNT và CNT-COOH); pic tại số sóng 1726 cm-1 được gán cho dao động hóa trị của nhóm νC=O trong este; xuất hiện pic ở 1046 cm-1 được gán cho nhóm C-O trong PEG.

b) Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)

Hàm lượng nhóm -PEG được gắn trên bề mặt của CNT (CNTPEG) đã được chúng tôi xác định qua việc phân tích và so sánh các mẫu CNT và CNTPEG bằng phương pháp TGA trong môi trường khí trơ (N2). Kết quả thu được, được thể hiện trong bảng 3.1 và tại các hình PL3 (trong phần phụ lục).

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

Kết quả trong bảng 3.1 cho thấy, nhiệt độ bắt đầu phân hủy của CNT-PEG là khoảng 410oC và nhiệt độ phân hủy mạnh nhất (cực đại) tại 455oC và kéo dài tới 624oC, sau đó tốc độ có xu hướng giảm dần cho tới khoảng nhiệt độ 750-800oC thì không còn tổn hao khối lượng, mức độ tổn hao khối lượng lúc này đạt 39,06%, trong khi đó ở mẫu CNT thì nhiệt độ bắt đầu phân hủy ở 500oC và nhiệt độ phân hủy mạnh nhất ở 613oC và cho đến khi trên 700oC hầu như không còn mất khối lượng, đến 800oC mức độ tổn hao khối lượng là 22,73%. Từ đó, hàm lượng của nhóm -PEG được gắn lên bề mặt CNT có thể tính toán sơ bộ tương ứng là 16,33%. Nhiệt độ bắt đầu phân hủy cùng với nhiệt độ phân hủy mạnh nhất 1 đạt thấp là do những thành phần có cấu trúc kém bền chặt của CNT và các nhóm hữu cơ gắn trên bề mặt CNT lúc đó bắt đầu quá trình phân hủy; rồi tiếp theo đến phân hủy của những thành phần bền nhiệt của CNT. Những kết quả này cũng tương đồng như của tác giả Chu Anh Vân [131] và Phạm Công Nguyên [55] đã công bố.

3.1.2. Biến tính bề mặt nanosilica bằng hợp chất silan

Trong các hợp chất kết nối silan được sử dụng phổ biến để biến tính bề mặt NS, giúp phân tán NS dễ dàng hơn vào nền cao su thì TESPT được sử dụng hiệu quả hơn cả [132]. Chính vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi chỉ thực hiện biến tính bề mặt NS bằng TESPT.

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