Ảnh hưởng của nanosilica và tác nhân liên kết bis (3-trietoxysilyl propyl) tetrasulphit (Si69) tới tính chất của cao su EPDM/silica nanocompozit

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> <br /> Ảnh hưởng của nanosilica và tác nhân liên kết<br /> bis (3-trietoxysilyl propyl) tetrasulphit (Si69) tới tính chất<br /> của cao su EPDM/silica nanocompozit<br /> Effects of nano-SiO 2 and modified agen<br /> bis (3-triethoxysilyl propyl) tetrasulfide (Si69)<br /> on properties of EPDM/silica nanocomposites<br /> Hoàng Thị Hòa, Tăng Thị Phụng<br /> Email: hoangthihoadhsd@gmail.com<br /> Trường Đại học Sao Đỏ<br /> Ngày nhận bài: 6/10/2018<br /> Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 20/12/2018<br /> Ngày chấp nhận đăng: 27/12/2018<br /> Tóm tắt<br /> <br /> Cao su tổng hợp etylen–propylen–dien đồng trùng hợp là một loại elastome tổng hợp đang được sử<br /> dụng phổ biến trong ngành cao su, nhựa bởi đặc tính nổi bật về khả năng tương hợp với các loại vật<br /> liệu khác và dạng trong suốt không màu của nó. Silica đang được sử dụng phổ biến nhất để gia cường<br /> cho EPDM với mục đích sản phẩm có tính năng cơ lý phù hợp với các ứng dụng. Trong nghiên cứu này,<br /> EPDM được biến tính bằng nanosilica và nanosilica đã được hoạt hóa bề mặt bằng Si69. Các tính chất<br /> của vật liệu được khảo sát là: tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, hình thái bề mặt và độ trong của vật liệu.<br /> Kết quả cho thấy: Vật liệu EPDM/silica nanocompozit có tính chất cơ học thay đạt giá trị tốt nhất ở 30 pkl<br /> nanosilica. Khi đó độ bền kéo đứt tăng lên 515%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy đạt 260,400C (tăng 5,120C),<br /> nhiệt độ phân hủy mạnh nhất đạt 375,660C (tăng 7,510C). Nanosilica phân tán trong vật liệu cao su ở<br /> dưới dạng tập hợp, có kích thước lớn hơn 100 nm. Nanosilica biến tính có hiệu quả gia cường tăng lên<br /> rõ rệt (ở hàm lượng nanosilica biến tính là 30 pkl, độ bền kéo tăng lên 21,1%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy<br /> tăng 4,930C, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất tăng 4,080C, tốc độ phân hủy nhiệt chậm hơn 0,88%/phút so<br /> với EPDM sử dụng nanosilica không biến tính ở cùng hàm lượng.<br /> <br /> Từ khóa: Cao su; EPDM; nanosilica biến tính; nanocompozit; Si69.<br /> <br /> Abstract<br /> <br /> Ethylene-propylene-dien copolymer is a synthetic elastomers commonly used in the rubber and plastics<br /> industries because of its outstanding properties. Silica is commonly used to enhance the mechanical,<br /> thermal properties of EPDM. In this study, EPDM was reinforced by nanosilica and modified nanosilica.<br /> The properties of the materials examined are: mechanical properties, thermal properties, surface<br /> morphology and transparency of materials. Results showed that: EPDM / silica nanocomposite material<br /> has the best mechanical properties at 30 pkl nanosilica, the material has improved properties the tensile<br /> strength increased by 515%, the decomposition temperature reached 260.400C (increased 5.120C), the<br /> highest decomposition temperature reached 375.660C (increased 7.510C). Nanosilica is dispersed in<br /> rubber material in aggregated form, larger than 100 nm in size. Nanosilica modified surface properties<br /> were more effective in improving material properties than untreated nanosilica at the same content:<br /> tensile strength was greater than 21.1%, decomposition temperature was higher 4.930C the strongest<br /> decomposition temperature was higher than 4.080C.<br /> <br /> Keywords: EPDM; rubber; modified nanosilica; nanocomposite; Si69.<br /> <br /> Người phản biện: 1. GS.TSKH. Đỗ Quang Kháng<br /> 2. TS. Lương Như Hải<br /> <br /> <br /> <br /> 90 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018<br />  LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> Chú thích một số từ viết tắt Hàm lượng silica gia cường lên tới 50 pkl silica<br /> EPDM Cao su etylen–propylen–dien và sử dụng TESPT (Si69) hoặc VTEO làm chất<br /> đồng trùng hợp tương hợp được lưu hóa bằng peroxit để tránh<br /> pkl Phần khối lượng màu vàng. Lốp ô tô, lốp xe mô tô và xe đạp cũng<br /> DCP Dicumyl peroxit dùng hệ gia cường là than đen và silica với nền<br /> là cao su thiên nhiên, blend NR/EPDM. Cao su<br /> Si69 Bis-(3-trietoxysilylpropyl)<br /> EPDM/60 pkl silica có khả năng bền trong dung<br /> (TESPT) tetrasulfit<br /> dịch keton, alcol và este được sử dụng trong các<br /> TGA Phân tích nhiệt trọng lượng trục cán, con lăn [5].<br /> CSTN  Cao su thiên nhiên<br /> Để chế tạo được các loại cao su nanocompozit với<br /> FESEM Kính hiển vi điện tử quét trường chất gia cường silica có thể dùng phương pháp cán<br /> phát xạ<br /> trộn, trộn nóng chảy, phương pháp sol - gel. Phương<br /> VTEO Vinyl trietoxy silan pháp trộn nóng chảy được nhiều tác giả [6-9] dùng<br /> 1. GIỚI THIỆU để chế tạo thành công cao su nanocompozit không<br /> chỉ với EPDM mà còn với cả các loại cao su và cao<br /> Cao su tổng hợp etylen–propylen–dien đồng trùng su blend khác như CSTN, BR, SBR,… và blend<br /> hợp là một loại elastome được tổng hợp lần đầu của chúng. Để đạt được hiệu quả tốt với phương<br /> tiên vào năm 1962, muộn hơn các loại elastome pháp này cần chú ý tới hệ số điền đầy (50-70%),<br /> khác; nhưng hiện nay nó là loại vật liệu đàn hồi tốc độ trộn, nhiệt độ duy trì trong quá trình trộn và<br /> sử dụng nhiều nhất trong các chất dẻo tổng hợp. thời gian trộn. Nanocompozit EPDM/silica đã được<br /> Điểm nổi bật của EPDM là tính cách điện và độ tổng hợp bằng phương pháp sol - gel trong trường<br /> trong cao, tuy nhiên EPDM lại có nhược điểm là hợp có và không có tác nhân tương hợp bis-(3-<br /> độ bền cơ học kém [1]. trietoxysilylpropyl) tetrasulphit (TESPT) với hàm<br /> lượng silica hình thành in-situ lên 40 pkl [10, 11].<br /> Trong nghiên cứu này, vật liệu EPDM/silica<br /> nanocompozit được chế tạo bằng phương pháp<br /> trộn nóng chảy, sử dụng hệ lưu hóa peroxit với<br /> mục đích tạo ra được loại vật liệu có tính năng cơ<br /> lý, tính chất nhiệt tốt ở dạng trong suốt, phù hợp<br /> Hình 1. Cấu trúc hóa học của cao su EPDM cho việc chế tạo các vật liệu yêu cầu có độ truyền<br /> qua cao.<br /> Chính vì vậy, EPDM thường được phối trộn với<br /> các chất gia cường và các loại cao su khác để 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> tạo blend khắc phục các nhược điểm tính năng 2.1. Vật liệu nghiên cứu<br /> cơ lý kém của nó. Các chất gia cường như than<br /> đen, silica, canxi cacbonat,... [2]. Khi sử dụng chất Để thực hiện nghiên cứu này, các vật liệu được sử<br /> độn silica cho EPDM, ngoài việc làm tăng tính dụng như sau:<br /> năng cơ lý, còn tạo ra được loại cao su có màu - Cao su etylen-propylen-dien đồng trùng hợp<br /> từ trong suốt như thủy tinh tới trắng ngà tùy theo (EPDM), loại NDR 37060, Dow Chemicals.<br /> yêu cầu sử dụng, đặc biệt là khi vật liệu được lưu - Nanosilica là loại Reolosil của Công ty Hóa chất<br /> hóa bằng peroxit. Từ đây, việc tạo màu cho sản Akpa (Thổ Nhĩ Kỳ) có diện tích bề mặt riêng: 200<br /> phẩm cũng dễ dàng hơn [3]. Có thể kể đến như: ± 20 m2/g; cỡ hạt: 12–50 nm.<br /> EPDM được gia cường bằng silica và vinylsilan - Nanosilica biến tính bằng bis (3-trietoxysilyl propyl)<br /> và các chất độn màu trắng, lưu hóa bằng peroxit tetrasulphit (Si69) được chế tạo tại Viện Hóa học,<br /> khác được sử dụng làm cáp, các loại gioăng, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam.<br /> profile và ống dẫn được lưu hóa bằng peroxit [4].<br /> - Phụ gia polyetylen glycol (PEG), PEG4000,<br /> Các loại giày, dép đế cao su trong rất được ưa<br /> Dongnam, Trung Quốc.<br /> chuộng gần đây thường được sản xuất từ các loại<br /> cao su tổng hợp như EVA, PUR, EPDM... Ở Việt - Dicumyl peroxide (DCP), Pudong-Dacao Shanghai<br /> Nam, chỉ tính riêng các tỉnh phía Bắc, nhu cầu cao (Trung Quốc).<br /> su trong cho sản xuất giày đã là 2900 tấn/năm. - Dầu quá trình (Trung Quốc).<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018 91<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu - Độ trong của vật liệu được đánh giá thông qua<br /> độ truyền qua của vật liệu trong vùng ánh sáng<br /> 2.2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu<br /> 400÷800 nm và so sánh với độ trong của mẫu cao<br /> Công thức phối trộn cơ bản từ cao su EPDM và su ban đầu (Crepe) và vật liệu cao su trong mẫu<br /> các phụ gia được trình bày trong bảng 1. (vật liệu cao su trong làm đế giày của hãng Novi<br /> – Nhật Bản).<br /> Bảng 1. Công thức phối trộn tử EPDM và phụ gia<br /> - Tính chất nhiệt của vật liệu được xác định bằng<br /> STT Thành phần Phần khối lượng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)<br /> 1 EPDM 100 trên máy phân tích nhiệt Netzsch STA 490 PC/PG<br /> 2 DCP 4,5 (CHLB Đức) với tốc độ nâng nhiệt là 10oC/phút<br /> 3 PEG 2,0 trong môi trường không khí.<br /> 4 Dầu quá trình 4<br /> - Cấu trúc hình thái của vật liệu được nghiên cứu<br /> Trên cơ sở công thức phối trộn cơ bản, cao su bằng kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ<br /> EPDM và các phụ gia (trừ DCP) được phối trộn (FESEM), thực hiện trên máy S-4800 của hãng<br /> với nanosilica và nanosilica biến tính bằng Si69 Hitachi (Nhật Bản).<br /> có hàm lượng thay đổi từ 0; 1; 3; 5; 7; 10; 15; 20; 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> 25; 30; 35 pkl.<br /> 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến<br /> Mẫu thí nghiệm được chế tạo bằng phương pháp tính chất cơ học của vật liệu<br /> trộn kín trên máy trộn Brabender ở nhiệt độ 700C<br /> Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng<br /> trong thời gian 8 phút với tốc độ trục quay 50<br /> nanosilica đến tính chất của vật liệu EPDM được<br /> vòng/phút; sau đó hạ nhiệt độ xuống 500C và trộn<br /> trình bày trong bảng 2.<br /> với DCP trên máy cán hai trục. Hợp phần vật liệu<br /> tạo thành được cán xuất tấm trên máy cán hai Kết quả ở bảng 2 cho thấy, khi hàm lượng nanosilica<br /> trục và ép lưu hóa ở 145 ± 20C trong 10 phút với tăng từ 0 đến 15 pkl, độ bền kéo và độ dãn dài khi<br /> áp suất 6 kG/cm2 trên máy ép thủy lực Toyosheiki đứt tăng rất chậm. Khi hàm lượng nanosilica trên<br /> (Nhật Bản). 15 pkl, các tính chất này của vật liệu tăng mạnh<br /> và đạt cực đại tại hàm lượng nanosilica là 30 pkl.<br /> 2.2.2. Xác định cấu trúc, tính chất của vật liệu<br /> Tiếp tục tăng hàm lượng nanosilica, các tính chất<br /> - Các tính chất cơ học gồm: Tính chất kéo (độ này lại có xu hướng giảm. Độ cứng của vật liệu<br /> bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt) được xác định tăng dần khi hàm lượng nanosilica tăng. Trong khi<br /> theo TCVN 4509:2006 (ISO 37–2006) trên máy đó, độ mài mòn của vật liệu giảm khi hàm lượng<br /> đo tính chất kéo của hãng Gester (Trung Quốc); nanosilica tăng từ 0 đến khoảng 30 pkl, sau đó tính<br /> độ cứng của vật liệu được xác định theo TCVN chất này lại tăng khi hàm lượng nanosilica lớn hơn<br /> 1595-1:007 (ISO 7619-1:2004) bằng dụng cụ 30 pkl. Điều này có thể giải thích khi hàm lượng<br /> đo độ cứng TECLOCK (Jis K6301A) của Nhật nanosilica chưa lớn (nhỏ hơn 30 pkl) các hạt<br /> Bản; độ mài mòn của vật liệu được xác định theo nanosilica phân bố đều trong nền cao su EPDM<br /> TCVN 1594–87 trên máy YG634 của hãng Ying cho đến khi tạo thành hệ chất độn - cao su đan xen<br /> hui machine (Đài Loan, Trung Quốc). chặt chẽ và đạt tối ưu thì độ mài mòn là thấp nhất.<br /> Bảng 2. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến tính chất cơ học của EPDM<br /> <br /> Hàm lượng Độ bền kéo Độ dãn dài Độ dãn dư Độ mài mòn Độ cứng<br /> nanosilica (pkl) (MPa) khi đứt (%) (%) (cm3/1,61 km) (Shore A)<br /> <br /> 0 2,0 150 16 1,03 45<br /> 1 2,0 170 17 1,02 47<br /> 3 2,5 180 18 1,02 48<br /> 5 2,7 215 19 1,01 49<br /> 7 3,0 230 19 0,98 50<br /> <br /> <br /> <br /> 92 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018<br />  LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> <br /> Hàm lượng Độ bền kéo Độ dãn dài Độ dãn dư Độ mài mòn Độ cứng<br /> nanosilica (pkl) (MPa) khi đứt (%) (%) (cm3/1,61 km) (Shore A)<br /> <br /> 10 3,5 280 20 0,97 51<br /> <br /> 15 4,0 410 20 0,94 54<br /> <br /> 20 7,1 490 21 0,93 58<br /> <br /> 25 8,0 500 21 0,94 59<br /> <br /> 30 12,3 510 21 0,95 60<br /> <br /> 35 11,0 460 22 0,98 61<br /> <br /> Khi hàm lượng nanosilica lớn hơn 30 pkl, các hạt Tiếp tục sử dụng nanosilica biến tính Si69 gia<br /> nanosilica có xu hướng tập hợp lại gây cản trở sự cường cho EPDM. Kết quả khảo sát ảnh hưởng<br /> tương tác giữa chất độn và nền cao su, do vậy, độ của hàm lượng nanosilica biến tính Si69 tới tính<br /> mài mòn lại tiếp tục tăng, đồng thời các tính cơ học chất cơ học của EPDM được trình bày trong<br /> khác của vật liệu giảm. bảng 3.<br /> <br /> Bảng 3. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đã biến tính bằng Si69 đến tính chất cơ học của EPDM<br /> <br /> Hàm lượng Độ bền kéo Độ dãn dài Độ dãn dư Độ mài mòn Độ cứng<br /> nanosilica (pkl) (MPa) khi đứt (%) (%) (cm /1,61 km)<br /> 3<br /> (Shore A)<br /> <br /> 0 2,0 150 16 1.03 45,0<br /> 1 2,0 160 16 1,02 47,0<br /> 3 2,5 180 18 1,03 49,0<br /> 5 2,9 215 19 1,03 51,0<br /> 7 3,0 250 19 0,98 50,0<br /> 10 3,5 280 20,5 0,96 55,6<br /> 15 4,5 400 20 0,92 55,2<br /> 20 8,2 485 21 0,93 57,7<br /> 25 9,0 510 21 0,95 60,0<br /> 30 14,9 525 21 0,94 64,0<br /> 35 12,5 455 22 0,96 65,0<br /> <br /> Từ bảng 3, nhận thấy rằng, khi thay nanosilica nanosilica thích hợp biến tính EPDM đều ở mức<br /> chưa biến tính bằng nanosilica biến tính bằng 30 pkl cao hơn nhiều so với biến tính cao su thiên<br /> Si69 ở cùng hàm lượng, các tính chất cơ học của nhiên (tối ưu 3 pkl), cao su butadien (tối ưu 25 pkl)<br /> vật liệu có xu hướng tương tự nhưng có giá trị [12]. Điều này có thể giải thích do tương tác giữa<br /> cao hơn, đặc biệt độ bền kéo của vật liệu tăng lên các đại phân tử EPDM không cao làm cho chúng<br /> đáng kể với hàm lượng nanosilica gia cường ở 30 có khả năng dung nạp một lượng nanosilica lớn.<br /> pkl (tăng 21,1% so với nanosilica chưa biến tính Kết quả này cũng phù hợp với một số công bố của<br /> các tác giả khác [10, 11, 13] .<br /> ở cùng hàm lượng). Khi hàm lượng nanosilica<br /> tăng đến 35 pkl, độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt 3.2. Ảnh hưởng của nanosilica đến cấu trúc<br /> cùng giảm. Độ dãn dư, độ bền mài mòn, độ cứng hình thái của vật liệu<br /> tăng lên khi hàm lượng nanosilica biến tính tăng. Ảnh FESEM bề mặt cắt các mẫu vật liệu EPDM/<br /> Kết quả ở bảng 2 và 3 còn cho thấy, hàm lượng nanosilica tiêu biểu được biểu thị trên hình 2 và 3.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018 93<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> <br /> a b<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Ảnh FESEM mặt cắt mẫu EPDM/30 pkl nanosilica<br /> a. Nanosilica chưa biến tính; b. Nanosilica đã biến tính<br /> a b<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Ảnh FESEM mặt cắt mẫu EPDM/35 pkl nanosilica<br /> a. Nanosilica chưa biến tính; b. Nanosilica đã biến tính<br /> TG/% DTG/%/phuùt<br /> 2<br /> Kết quả trên ảnh FESEM cho thấy, ở hàm lượng 100 0<br /> gia cường thích hợp là 30 pkl, nanosilica tồn tại -2<br /> <br /> chủ yếu ở dưới dạng các tập hợp hạt có kích 80 -4<br /> <br /> thước 200÷500 nm và có những tập hợp có kích Toån hao khoái löôïng : -99.96%<br /> -6<br /> <br /> 60 -8<br /> thước tới 1 µm trong trường hợp nanosilica chưa -10<br /> <br /> biến tính và đã biến tính. Tuy nhiên, khi nanosilica 40 -12<br /> <br /> được biến tính, các tập hợp hạt phân bố đều hơn -14<br /> <br /> 20 -16<br /> và kích thước cũng gần nhau hơn do Si69 đã làm -18<br /> giảm tương tác giữa các hạt. Khi tăng hàm lượng 0<br /> 368.15 oC, -17.86 %/phuùt<br /> -20<br /> 0 100 200 300 400 500 600 700<br /> nanosilica lên 35 pkl, sự tạo tập hợp rất rõ ràng, Nhieät ñoä /oC<br /> có những tập hợp có kích thước tới 3 µm và có<br /> Hình 4. Giản đồ TGA của mẫu EPDM<br /> sự khác biệt về kích thước giữa vật liệu chứa DTG/%/phuùt<br /> TG/%<br /> nanosilica chưa biến tính và nanosilica biến tính. 2<br /> <br /> 100<br /> Với vật liệu sử dụng nanosilica chưa biến tính,<br /> 0<br /> <br /> -2<br /> kích thước tập hợp hạt lớn hơn, dải phân bố kích 80 -4<br /> thước rộng hơn so với nanosilica đã được biến -6<br /> <br /> tính. Kết quả tương tự cũng được công bố bởi các 60<br /> Toån hao khoái löôïng: -81.40 %<br /> -8<br /> <br /> tác giả khác [10]. -10<br /> 40<br /> -12<br /> 3.3. Ảnh hưởng của nanosilica đến tính chất -14<br /> nhiệt của vật liệu 20<br /> 375.66 oC, -13.66 %/phuùt -16<br /> <br /> 0 100 200 300 400 500 600 700<br /> Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng của các Nhieät ñoä/oC<br /> mẫu vật liệu EPDM, EPDM với nanosilica biến<br /> tính và chưa biến tính được biểu thị trên hình Hình 5. Giản đồ TGA của mẫu EPDM/30 pkl<br /> 4, 5 và 6. nanosilica chưa biến tính<br /> <br /> <br /> 94 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018<br />  LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> Những kết quả phân tích chính được tập hợp<br /> TG/%<br /> DTG/%/phuùt<br /> 2<br /> trong bảng 4.<br /> 100 0<br /> Từ các giản đồ phân tích nhiệt nhận thấy, khi vật<br /> -2<br /> 80<br /> -4 liệu cao su có nanosilica chưa biến tính và đã biến<br /> <br /> 60<br /> Toån hao khoái löôïng: -77.61 %<br /> -6 tính, nhiệt độ bắt đầu phân hủy vật liệu tăng (tăng<br /> -8<br /> 5,120C và 10,050C) so với cao su EPDM không<br /> -10<br /> 40<br /> -12<br /> có chất gia cường. Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất<br /> 20 380.5 oC, -12.78 %/phuùt -14 của vật liệu cũng tăng (tăng tương ứng 7,510C và<br /> -16<br /> 100 200 300 400 500 600 700 11,590C). Tốc độ phân hủy nhiệt của vật liệu giảm<br /> Nhieät ñoä /oC<br /> đáng kể (tương ứng 23,51% và 28,44%), đồng<br /> Hình 6. Giản đồ TGA của mẫu EPDM/30 pkl thời tổn hao khối lượng đến 6000C của vật liệu<br /> nanosilica đã biến tính Si69 giảm (tương ứng 18,56% và 22,35%).<br /> Bảng 4. Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu EPDM, EPDM với nanosilica biến tính và chưa<br /> biến tính<br /> <br /> Nhiệt độ bắt Nhiệt độ phân Tổn hao khối Tốc độ phân<br /> Mẫu vật liệu đầu phân hủy hủy mạnh nhất lượng đến hủy nhiệt<br /> (oC) (oC) 600oC (%) (%/phút)<br /> <br /> EPDM 255,28 368,15 99,96 17,86<br /> <br /> EPDM/30 pkl nanosilica 260,40 375,66 81,40 13,66<br /> <br /> EPDM/30 pkl nanosilica<br /> 265,33 380,5 77,61 12,78<br /> biến tính<br /> <br /> Kết quả ở trên có thể giải thích như sau: do 3.4. Đánh giá độ trong của vật liệu<br /> nanosilica là chất độn vô cơ có khả năng bền nhiệt Tương tự ở các mục trên, độ trong của vật liệu<br /> cao, mặt khác khi có mặt của nanosilica ở hàm được đánh giá thông qua độ truyền qua của ánh<br /> lượng thích hợp, vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn. sáng vùng nhìn thấy (400-700 nm) khi đi qua vật<br /> Do vậy, khi đưa vào nền cao su đã làm tăng khả liệu. Bảng 5 là độ truyền qua của một số ánh sáng<br /> năng bền nhiệt cho vật liệu. So sánh ảnh hưởng có bước sóng trong vùng nhìn thấy sau khi đi qua<br /> của nanosilica chưa biến tính và nanosilica được vật liệu EPDM gốc và vật liệu EPDM/nanosilica.<br /> biến tính bằng Si69 ở cùng hàm lượng gia cường là Từ kết quả có thể thấy: So với vật liệu EPDM gốc,<br /> 30 pkl tới tính chất nhiệt có thể thấy: khi nanosilica mẫu EPDM/nanosilica có độ truyền qua từ 81%<br /> được biến tính, giá trị nhiệt độ bắt đầu phân hủy đến 84%; còn mẫu EPDM/nanosilica biến tính<br /> bằng Si69 có độ truyền qua từ 84% đến khoảng<br /> cao hơn 2,390C, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất cao<br /> 88%. Độ trong của vật liệu bị ảnh hưởng bởi kích<br /> hơn 4,080C và tổn hao khối lượng ít hơn 3,79%,<br /> thước hạt nanosilica phân tán trong nền cao su.<br /> tốc độ phân hủy nhiệt chậm hơn 0,88%/phút. Như Nanosilica phân tán càng nhỏ, vật liệu càng trong<br /> vậy, có thể thấy khi được biến tính, nanosilica có và ngược lại khi hạt phân tán có kích thước lớn,<br /> hiệu quả hơn trong việc nâng cao độ bền nhiệt của vật liệu có dạng trong mờ hoặc đục ngà [14]. Vật<br /> vật liệu. Kết quả này có thể được giải thích là do liệu thu được có độ trong tốt chứng minh các hạt<br /> nanosilica biến tính phân tán đồng đều hơn trong nanosilica phân tán ở kích thước nanomet trong<br /> nền cao su, kích thước nhỏ hơn, tác nhân Si69 tạo nền cao su. So với vật liệu cao su mẫu, vật liệu thu<br /> được có độ trong tốt hơn từ 1,3 đến 2,9 lần.<br /> được cầu nối giữa nanosilica và nền cao su làm<br /> tăng mật độ liên kết trong mạng lưới, giúp cấu trúc Bên cạnh đó, vật liệu EPDM/nanosilica được lưu<br /> của vật liệu chặt chẽ nên nhiệt độ phân hủy nhiệt hóa bằng DCP nên đã loại bỏ được màu vàng là<br /> cao hơn. nhược điểm của cao su khi lưu hóa bằng lưu huỳnh.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018 95<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> Bảng 5. Độ truyền qua của các mẫu vật liệu EPDM, EPDM với nanosilica biến tính và chưa biến tính<br /> <br /> Bước sóng<br /> 420 nm 500 nm 600 nm 700 nm<br /> Vật liệu<br /> <br /> Mẫu cao su trong đối chứng 0,158 0,290 0.345 0.440<br /> <br /> EPDM gốc 0,552 0,609 0,656 0,665<br /> <br /> EPDM/nanosilica chưa biến tính 0,444 0,500 0,538 0,558<br /> <br /> EPDM/nanosilica biến tính Si69 0,464 0,520 0,543 0,585<br /> <br /> <br /> 4. KẾT LUẬN Multifunctional Nanocomposites Incorporated<br /> with Poly(MA-alt-α-olefin)-g-APTS-SiO2 NPs and<br /> Từ những kết quả nghiên cứu cho thấy:<br /> PP-g-MA by Reactive Extrusion Nanotechnology.<br /> - Vật liệu EPDM/silica nanocompozit chế tạo được Polymer-Plastics Technology and Engineering,<br /> từ cao su EPDM và nanosilica có tính chất cơ học Taylor&Francis.<br /> thay đổi theo hàm lượng nanosilica và đạt giá trị<br /> [3]. Hidayatullah KHAN, Muhammad AMIN,<br /> cao nhất ở 30 pkl. Khi đó độ bền kéo đứt tăng lên<br /> 515%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy đạt 260,400C Muhammad ALI, Muhammad IQBAL, Muhammad<br /> (tăng 5,120C), nhiệt độ phân hủy mạnh nhất đạt YASIN (2017). Effect of micro/nano-SiO2 on<br /> 375,660C (tăng 7,510C). Nanosilica phân tán trong mechanical, thermal, and electrical properties of<br /> vật liệu cao su ở dưới dạng tập hợp, có kích thước silicone rubber, epoxy, and EPDM composites for<br /> lớn hơn 100 nm. Khi hàm lượng nanosilica vượt outdoor electrical insulations. Turk J Elec Eng &<br /> quá hàm lượng tối ưu, các tập hợp nanosilica có Comp Sci, 25, 1426–1435.<br /> kích thước lớn hơn, đến kích thước micromet. [4]. Neelesh Ashok, Meera Balachandran,  Falix<br /> - Khi sử dụng nanosilica được biến tính ở cùng Lawrence (2018). Organo-modified layered<br /> hàm lượng, vật liệu có cấu trúc đều đặn hơn, các silicate nanocomposites of EPDM–chlorobutyl<br /> tập hợp hạt nanosilica có kích thước nhỏ hơn, dải rubber blends for enhanced performance in γ<br /> phân bố kích thước hẹp hơn. Nhờ vậy, hiệu quả radiation and hydrocarbon environmen. Journal<br /> gia cường tăng lên rõ rệt (ở hàm lượng nanosilica of Composite Material, Vol 52 (23), 3219-3231.<br /> biến tính là 30 pkl, độ bền kéo tăng lên 21,1%,<br /> [5]. Đỗ Quang Kháng (2013). Nghiên cứu vật liệu và<br /> nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng 4,930C, nhiệt độ<br /> công nghệ chế tạo cao su trong để sản xuất giầy<br /> phân hủy mạnh nhất tăng 4,080C, tốc độ phân hủy<br /> chất lượng cao cho tiêu dùng và xuất khẩu. Báo<br /> nhiệt chậm hơn 0,88%/phút so với EPDM sử dụng<br /> nanosilica không biến tính ở cùng hàm lượng). cáo tổng kết đề tài cấp thành phố, Hà Nội.<br /> [6]. A.E.M. Reuvekamp, S.C. Debnath, J.V. Ten Brinke,<br /> - Vật liệu tạo thành có độ trong tốt, đảm bảo<br /> yêu cầu để chế tạo các sản phẩm cao su có độ J.W.M Noorbermeer, P.J. Van Swaaij (2004).<br /> trong cao. Effect of zinc oxide on the reaction of the TESPT<br /> silane coupling agent with silica and rubber.<br /> . Rubber Chemistry and Technology, 77, 34-49.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO [7]. Hans-Detlef Luginsland, Joachim Fröhlich, and<br /> <br /> [1]. Muhammad Ali, Muhammad Ahmad Choudhry André Wehmeier (2002). Influence of Different<br /> (2017). Preparation and characterization of Silanes on the Reinforcement of Silica-Filled Rubber<br /> EPDM-silica nano/micro composites for high Compounds. Rubber Chemistry and Technology,<br /> voltage insulation applications. Materials Science- 75(4), 563-579.<br /> Poland, 33(1), pp. 213-219. [8]. A. Ansarifar, F. Saeed, S. Ostad Movahed,<br /> [2]. Zakir M. O. Rzayev, Bayram Ali Göçmen, Deniz L. Wang, K. AnsarYasin, S. Hameed (2013).<br /> Demircan, and Günay Kibarer (2017). EPDM Using sunfur-bearing silane to improve rubber<br /> Elastomer and Biothermoplastic Polyester- formulations for potential use in industrial rubber<br /> based Silicate-layered EPDM Elastomer and articles. J. of Adhension Sci. and Technol, 27(4),<br /> Biothermoplastic Polyester-based Silicate-layered 371-384.<br /> <br /> <br /> 96 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018<br />  LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> [9]. Chenchy J. Lin, W. L. Hergenrother, E. Alexanian, [12]. Hoàng Thị Hòa, Chu Anh Vân, Lương Như Hải,<br /> and G. G. A. Böhm (2002). On the Filler Flocculation Ngô Kế Thế, Đỗ Quang Kháng (2014). Nghiên<br /> in Silica-Filled Rubbers Part I. Quantifying and cứu biến tính silica bằng bis (3-trietoxysilylpropyl)<br /> Tracking the Filler Flocculation and Polymer- tetrasulphit (TESPT) và ứng dụng nâng cao tính<br /> Filler Interactions in the Unvulcanized Rubber năng cơ lý kỹ thuật cho cao su thiên nhiên. Tạp<br /> Compounds. Rubber Chem. and Technol., 75(5), chí Hóa học, 52(6A), 10– 14.<br /> 865-890.<br /> [13]. T.H. Mokhothu, A.S. Luyt, M. Messori (2013).<br /> [10]. T.H. Mokhothu, A.S. Luyt, M. Messori (2014).<br /> Preparation and characterization of EPDM/silica<br /> Reinforcement of EPDM rubber with in situ<br /> nanocomposites prepared through non-hydrolytic<br /> generated silica particles in the presence of<br /> a coupling agent via a sol–gel route. Polymer sol-gel method in the absence and presence of a<br /> Testing, 33,97–106. coupling agent. Composites Part A: Appl. Sci. and<br /> Manufac., 8-15.<br /> [11]. Thabang H. Mokhothu, Davide Morselli, Federica<br /> Bondioli, Adriaan S. Luyt, Massimo Messori [14]. A. Bandyopadhyay, M. Maiti, A. K. Bhowmick<br /> (2013). Preparation and characterization of EPDM (2006). Synthesis, characterisation and properties<br /> rubber modified with in situ generated silica. J. of clay and silica based rubber nanocomposites.<br /> Appl. Polym. Sci., 128(4) 2525-2532. Mater. Sci. and Techno., 22(17), 818-828.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(63).2018 97<br />