Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nano compozit trên cơ sở blend của cao su thiên nhiên với cao su nitril butadien và một số phụ gia nano

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

89
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định được những điều kiện thích hợp để chế tạo ra các loại vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend của CSTN/NBR gia cường nanosilica và gia cường CNT.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nano compozit trên cơ sở blend của cao su thiên nhiên với cao su nitril butadien và một số phụ gia nano

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HỒ THỊ OANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CAO SU NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ BLEND CỦA CAO SU THIÊN NHIÊN VỚI CAO SU NITRIL BUTADIEN VÀ MỘT SỐ PHỤ GIA NANO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC i
Hà Nội 2015 ii
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HỒ THỊ OANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CAO SU NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ BLEND CỦA CAO SU THIÊN NHIÊN VỚI CAO SU NITRIL BUTADIEN VÀ MỘT SỐ PHỤ GIA NANO Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 60440114 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ĐỖ QUANG KHÁNG iii
Hà Nội 2015 iv
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô giáo, các nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực cùng đồng nghiệp và bạn bè. Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Đỗ Quang Kháng đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa Học, Phòng Quản lý Tổng hợp, anh chị em phòng Công nghệ Vật liệu và Môi trường – Viện Hóa Học các đồng nghiệp trong và ngoài Viện đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện luận văn và hoàn thành mọi thủ tục cần thiết. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Luận văn Hồ Thị Oanh v
MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................. vi viii DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... ix DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... x BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................. xviii MỞ ĐẦU 1 Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 3 1.1. Giới thiệu về vật liệu polyme nanocompozit và cao su nanocompozit ......... 3 1.1.1. Phân loại và đặc điểm của vật liệu cao su nanocompozit ................................ 4 1.1.2. Ưu điểm của vật liệu polyme nanocompozit và cao su nanocompozit ............. 5 1.1.3. Phương pháp chế tạo .......................................................................................... 5 1.2. Các phụ gia nano ........................................................................................... 7 1.2.1. Ống nano carbon ................................................................................................. 7 1.2.2. Nanosilica .......................................................................................................... 11 1.3. Cao su thiên nhiên và cao su nitril butadien .................................................. 16 1.3.1. Cao su thiên nhiên .............................................................................................. 16 1.3.2. Cao su nitril butadien ......................................................................................... 20 1.4. Một số loại vật liệu polyme nanocompozit điển hình ................................ 23 1.4.1. Vật liệu polyme ống carbon nanocompozit ...................................................... 23 1.4.2. Vật liệu polyme silica nanocompozit ............................................................... 26 1.5. Tình hình nghiên cứu vật liệu polyme nanocompozit ................................ 29 Chương 2 MỤC TIÊU, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 .. 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 34 2.2. Thiết bị và hoá chất sử dụng trong nghiên cứu ........................................... 34 2.2.1. Thiết bị ............................................................................................................... 34 2.2.2. Hoá chất, vật liệu ............................................................................................ 34 2.3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 35 vi
2.3.1. Biến tính phụ gia nano ...................................................................................... 35 2.3.1.1. Phối trộn nanosilica với Si69 ......................................................................... 35 2.3.1.2. Biến tính CNT bằng polyvinylchloride (PVC) .............................................. 35 2.3.2. Chế tạo mẫu cao su nanocompozit ................................................................... 35 2.4. Phương pháp xác định một số tính chất cơ học của vật liệu ..................... 37 2.4.1. Phương pháp xác định độ bền kéo đứt ............................................................. 37 2.4.2. Phương pháp xác định độ dãn dài khi đứt ........................................................ 38 2.4.3 Phương pháp xác định độ dãn dài dư ................................................................ 38 2.4.4. Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu ................................................... 38 2.4.5. Phương pháp xác định độ mài mòn ................................................................... 39 2.5. Nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ, dung môi của vật liệu ........................ 39 2.6. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu băng kính hi ̀ ển vi điện tử quét trường phát xạ ........................................................................................... 40 2.7. Nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng .................................................................................................. 40 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 41 3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu 41 ....... 3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Si69 tới tính chất cơ học của vật liệu ................ 43 3.1.3. Cấu trúc hình thái của vật liệu ........................................................................ 46 3.1.4. Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu ................................................. 48 3.1.5. Nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ của vật liệu ............................................. 51 3.2. Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend của CSTN/NBR và ống nano carbon ................................................. 52 3.2.1. Biến tính CNT bằng polyvinylchloride ............................................................ 52 3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng CNT biến tính và chưa biến tính đến tính năng cơ học của vật liệu ............................................................................................... 57 3.2.3. Cấu trúc hình thái của vật liệu ......................................................................... 61 3.2.4. Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu .................................................. 63 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 66 vii
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ................ 75 viii
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Mối quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng ......................... 3 Bảng 1.2: Thành phần hoá học của cao su thiên nhiên .................................... 18 Bảng 2.1: Thành phần cơ bản của mẫu vật liệu cao su nanocompozit ......... 35 Bảng 3.1: Kết quả phân tích TGA của một số mẫu vật liệu ........................ 50 trên cơ sở cao su blend CSTN/NBR ................................................................... 50 Bảng 3.2: Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng của CNT và CNTgPVC . 55 . Bảng 3.3 : Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu cao su blend ........ 65 ix
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit ............. 7 Hình 1.2: Cơ chế cuộn tấm hình thành CNT từ graphen ................................. 8 Hình 1.3: Hình mô phỏng của ống nano carbon đơn tường (a) và đa tường (b) ........................................................................................................... 9 Hình 1.4: Các ứnng dụng của ống carbon nano ................................................ 11 Hình 1.5: Sự biến đổi dạng tinh thể của silic dioxit ........................................ 12 Hình 1.6: Công thức cấu tạo của cao su thiên nhiên ......................................... 19 Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý chế tạo CNT polyme nanocompozit theo .............. 23 phương pháp trộn hợp trong dung môi ............................................................ 23 Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý quá trình chế tạo polyme CNT nanocompozit theo phương pháp trùng hợp insitu ........................................................ 24 Hình 2.2: Mẫu vật liệu đo tính chất kéo của vật liệu ..................................... 37 Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo đứt và 41 ....... độ dãn dài khi đứt của vật liệu .......................................................................... 41 Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ cứng và độ dãn dư 42 của vật liệu ........................................................................................................... 42 Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ mài mòn của vật liệu 43 ............................................................................................................. Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng Si69 tới độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu .......................................................................... 44 Hình 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng Si69 tới độ cứng và độ dãn dư của vật liệu ...................................................................................................... 44 Hình 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng Si69 tới độ mài mòn của vật liệu 45 ...... Hình 3.7: Ảnh FESEM bề mặt cắt của các mẫu blend CSTN/NBR với ........ 46 x
hàm lượng 3% nanosilica .................................................................................... 46 Hình 3.8: Ảnh FESEM bề mặt cắt của các mẫu blend CSTN/NBR với ........ 47 hàm lượng 7% nanosilica .................................................................................... 47 Hình 3.9: Ảnh FESEM bề mặt cắt của các mẫu blend CSTN/NBR với 47 ....... hàm lượng 10% nanosilica ................................................................................... 47 Hình 3.10: Ảnh FESEM bề mặt cắt của các mẫu blend CSTN/NBR với 48 ...... hàm lượng 7% nanosilica biến tính 5% Si69 .................................................... 48 Hình 3.11: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su blend CSTN/NBR .................. 49 Hình 3.12: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/7% nanosilica . . . 49 Hình 3.13: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/7% nanosilica bt 5% Si69 ............................................................................................... 50 Hình 3.14: Độ trương của các mẫu vật liệu trên cơ sở CSTN/NBR trong 52 ... hỗn hợp dung môi toluen và isooctan .................................................................. 52 Hình 3.15: Sơ đồ phản ứng ghép PVC lên bề mặt CNT ................................. 53 Hình 3.16: Sự phân tán của CNT (a) và CNTgPVC (b) trong THF .............. 54 Hình 3.17: Giản đồ TGA của CNT ..................................................................... 54 Hình 3.18: Giản đồ TGA của CNTPVC ........................................................... 55 Hình 3.20: Ảnh TEM của CNTgPVC ............................................................... 57 Hình 3.21: Ảnh hưởng của hàm lượng chất gia cường tới độ bền kéo đứt . 58 của vật liệu ........................................................................................................... 58 Hình 3.22: Ảnh hưởng của hàm lượng chất gia cường tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu ................................................................................. 58 Hình 3.23: Ảnh hưởng của hàm lượng chất gia cường tới độ cứng của vật liệu ...................................................................................................... 59 Hình 3.24: Ảnh hưởng của hàm lượng chất gia cường tới độ mài mòn của vật liệu ............................................................................................... 60 xi
Hình 3.25: Ảnh FESEM của mẫu CSTN/NBR/3%CNT ................................... 61 Hình 3.26: Ảnh FESEM của mẫu CSTN/NBR/4%CNT ................................... 62 Hình 3.27: Ảnh FESEM của mẫu CSTN/NBR/6%CNT ................................... 62 Hình 3.28: Ảnh FESEM của mẫu CSTN/NBR/3%CNTgPVC ...................... 63 Hình 3.30: Giản đồ TGA của mẫu vật liệu CSTN/NBR/4%CNT .................. 64 Hình 3.31: Giản đồ TGA của mẫu vật liệu CSTN/NBR/3%CNTgPVC 65 ..... 1. La Văn Bình (2002), Khoa học và công nghệ vật liệu, NXB Đại học Bách khoa, Hà Nội. ..................................................................................... 68 2.Bùi Chương, Đặng Việt Hưng, Phạm Thương Giang (2007), “Sử dụng silica biến tính (3 – trietoxysilylpropyl) tetrasunfit (TESPT) làm chất độn gia cường cho hỗn hợp cao su tự nhiên – Butadien”, Tạp chí hóa học, T.45, N4, tr.6771. ................................................ 68 4.Nguyễn Đình Hoàng (2011), Nghiên cứu cấu trúc của ống nano carbon dưới tác động của các loại bức xạ năng lượng cao định hướng ứng dụng trong môi trường vũ trụ, Luận văn Thạc sĩ trường ĐH Công nghệ ĐHQGHN. ................................................................... 69 5.Đặng Việt Hưng (2010), Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở cao su thiên nhiên và chất độn nano, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, ĐHBK Hà Nội .................................................................. 69 6.Đỗ Quang Kháng (2012), Cao suCao su blend và ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ Hà Nội. ..................................... 69 7.Đỗ Quang Kháng (2013), Vật liệu polyme vật liệu polyme tính năng cao, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ Hà Nội. ............................. 69 10. Nguyễn Đức Nghĩa (2009), Polyme chức năng và vật liệu lai cấu trúc nano, NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ Hà Nội, tr. 111 138. 69 ............................................................................................................. xii
11. Nguyễn Thị Thái (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất độn gia cường carbon (carbon nanotube, carbon black) lên tính chất và cấu trúc các vật liệu polyme hỗn hợp trên cơ sở CSTN, SBR, BR, EPDM và polypropylen, Luận án Tiến sỹ Hóa học, Hà Nội. 69 ....... 12.Nguyễn Thị Thái, Nguyễn Quang(2010), “Nghiên cứu khảo sát tính chất của vật liệu polyme tổ hợp trên cơ sở cao su thiên nhiên và polypropylen, cao su styren butadien gia cường carbon nanotube dưới tác dụng của điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam”, Tạp chí Hóa học, 48 (4A), tr. 429433. .................................................... 69 13.Nguyễn Thị Thái, Nguyễn Quang, Trần Văn Sung (2009), “Nghiên cứu hiệu ứng gia cường của carbon nano tube đối với vật liệu polyme tổ hợp trên cơ sở cao su thiên nhiên/styren butadien và cao su thiên nhiên/polypropylene”, Tạp chí Hóa học, 47 (1), tr. 54 60. ........................................................................................................ 70 14.Lê Văn Thụ (2011), Chế tạo, nghiên cứu tính chất và khả năng chống đạn của vật liệu tổ hợp sợi carbon, ống carbon nano với sợi tổng hợp, Luận án Tiến sỹ Hóa học, Hà Nội. .............................. 70 15. Nguyễn Hữu Trí (2003), Khoa học và kỹ thuật công nghệ cao su thiên nhiên, Nhà xuất bản trẻ, Hà Nội. .................................................... 70 16.Ngô Phú Trù (2003), Kỹ thuật chế biến và gia công cao su, NXB Đại Học Bách Khoa, Hà Nội. ........................................................................... 70 17.Nguyễn Phi Trung, Hoàng Thị Ngọc Lân (2005), “Nghiên cứu tính chất của blen trên cơ sở polyvinylclorua, cao su butadien acrylonitryl và cao su tự nhiên”, Tạp chí Hóa học, 3(1), tr. 42 45. .................. 70 Tiếng Anh 70 xiii
18.A. Das,, K.W. Sto ¨ckelhuber, R. Jurk, M. Saphiannikova, J. Fritzsche, H. Lorenz,M. Klu¨ppel, G. Heinrich (2008), “Modified and unmodified multiwalled carbon nanotubes in high performance solutionstyrenebutadiene and butadiene rubber blends”, Polymer, 49, pp. 52765283 ................................................................................ 70 19.Andrew Ciesielski (1999), An Introduction to Rubber Technology, Rapra Technology Limited, United Kingdom. ............................................ 70 20.Asish Pal, Bhupender S. Chhikara, A. Govindaraj, Santanu Bhattacharyaa and C.N.R. Rao (2008), “Synthesis and Properties of Novel Nanocomposites made of SingleWalled Carbon Nanotubes and Low Molecular Mass Organogels and their Thermoresponsive Behavior Triggered by Near IR Radiation”, The Royal Society of Chemistry, 18, pp. 25932600. ........................................................... 70 21.ASTM D156698 (1998): Standard Terminology Relating to Rubber. ......... 71 23.Hai Hong Le, Meenali Parsekar, Sybill Ilisch, Sven Henning, Amit Das, KlausWerner Stockelhuber, Mario Beiner, Chi Anh Ho, Rameshwar Adhikari, Sven Wiener, Gert Heinrich, HansJoachim Radusch (2014), “Effect of NonRubber Components of NR on the Carbon Nanotube (CNT) Localization in SBR/NR Blends”, Macromol. Mater. Eng, 299, pp. 569582. ........................................ 71 24.H. Tahermansouri, D. Chobfrosh khoei, M. Meskinfam(2010), “Functionalization of Carboxylated Multiwall Nanotubes with 1,2 phenylenediamine”, Int.J.Nano.Dim , 1(2), pp. 153158. ................. 71 25.Hamid Reza Lotfi Zadeh Zhad, Forouzan Aboufazeli, Vahid Amani, Ezzatollah Najafi, and Omid Sadeghi (2013), “Modification of Multiwalled Carbon Nanotubes by Dipyridile Amine for xiv
Potentiometric Determination of Lead(II) Ions in Environmental Samples”, Journal of Chemistry, 2, pp. 109 119. ............................ 71 26.Islam MF, Rojas E, Bergey DM, Johnson AT, Yodh AG (2003), “High weight fraction surfactant solubilization of singlewall carbon nanotubes in water”. Nano Lett., 3 (2), pp. 269273. ....................... 71 27.IzabelaFirkowska, Andr e Boden, AnnaMaria Vogt and Stephanie Reich (2011), “Effect of carbon nanotube surface modification on thermal properties of copper–CNT composites”, J. Mater. Chem., 21, pp.1754117546. .................................................................................. 71 28.James Hone (2001), “Phonons and Thermal Properties of Carbon Nanotubes”, Topics in Applied Physics, 80, pp. 273286. ................ 71 29.Jia Gao (2011), Physics of onedimensional hybrids based on carbon nanotubes, PhD thesis University of Groningen, pp. 119. .............. 72 30.Jarmila Vilčáková , Robert Moučka, Petr Svoboda, Markéta Ilčíková, Natalia Kazantseva, Martina Hřibová , Matej Mičušík and Mária Omastová (2012), “Effect of Surfactants and Manufacturing Methods on the Electrical and Thermal Conductivity of Carbon Nanotube/Silicone Composites”, Molecules, 17, pp. 1315713174. 72 31.Linda Vaisman, H. Daniel Wagner, Gad Marom (2006), “The role of surfactants in dispersion of carbon nanotubes”, Advances in Colloid and Interface Science, pp. 128130. ...................................... 72 32.Manfred, Abele, Klau – Dieter Albrecht (2007), Manual of rubber industry (Chapter 3), Bayer co, Gemany. ........................................................ 72 33.Mark J. E., Erman B., Eirich F.R. (2005), The Science and technology of rubber, Elsevier academic Press, Third Edition. ............................. 72 xv
34.Olga Shenderova, Donald Brenner, and Rodney S. Ruof (2003), “Would Diamond Nanorods Be Stronger than Fullerene Nanotubes?”, Nano letters, 3 (6), pp. 805809. .................................................................. 72 35.P. Jawahar, M. Balasubramanian (2009), “Preparation and Properties of PolyesterBased Nanocompozites Gel Coat System”, Journal of Nanomaterials, 5, pp. 17. .................................................................. 72 36.Padalia, Diwakar (2012): Polymer NanocompositesFabrication and Properties, Saarbrücken, Germany. ................................................. 72 37.Paul L. McEuen, Michael Fuhrer, and Hongkun Park (2002), “Single Walled Carbon Nanotube Electronics”, Nanotechnology, 1 (1), pp. 7885. ................................................................................................... 72 38.Pattana Kueseng, Pongdhorn Saeoui, Chakrit Sirisinha, Karl I. Jacob, Nittaya Rattanasom (2013), “Anisotropic studies of multiwall carbon nanotube (MWCNT)filled natural rubber (NR) and nitrile rubber (NBR) blends”, Polymer Testing, 32, pp. 12291236. .......... 72 39.Sabu Thomas, Ranimol Stephen (2010), Rubber Nanocomposites Preparation, Properties and Applications, John Wiley & Sons (ASia) Pte Ltd. .................................................................................... 73 40. SangeetaHanduja, P Srivastava, and VD Vanka (2009), “Structural Modification in Carbon Nanotubes by Boron Incorporation”, Nanoscale Res Lett., 4 (8), pp. 789–793. ............................................ 73 41.Saowaroj Chuayjuljit, Anyaporn Boonmahitthisud (2010), “Natural rubber nanocomposites using polystyreneencapsulated nanosilica prepared by differential microemulsion polymerization”, Applied Surface Science, 256 (23), pp. 72117216. ......................................... 73 xvi
42.Sperling L.H. (2005), Introduction to physical polymer science, Wiley, New York. .................................................................................................... 73 43. Shaji P. Thomas, Saliney Thomas, C. V. Marykutty, and E. J. Mathew (2013), “Evaluation of Effect of Various Nanofillers on Technological Properties of NBR/NR Blend Vulcanized Using BIATCBS System”, Journal of Polymers, Article ID 798232. 73 ....... 44.Shanmugharaj A.M., Bae J.H., Lee K.Y., Noh W.H., Lee S.H., and Ryu S.H. (2007), “Physical and chemical characteristics of multiwalled carbon nanotubes functionalized with aminosilane and its influence on the properties of natural rubber composites” Composites Sci.Tech., 67, pp. 1813–1822. ............................................................. 73 45.Shaoping Xiao and WenyiHou, Fullerenes (2006), “Nanotubes, and Carbon” , Nanostructures,14, pp. 9–16. ........................................................... 73 46.T. Jesionowski, J.Zurawska, A.Krysztafkiewicz (2008), “Surface properties and dispersion behaviour of precipitated silicas”, Journal of materials science, Vol. 37, pp. 1621 – 1633. ...................................... 73 47.X. L. Wu, P. Liu (2010), “Poly(vinyl chloride)grafted multiwalled carbon nanotubes via FriedelCrafts alkylation”, Express Polymer Letters, 4 (11), pp. 723728. ............................................................................. 74 48.Xiaoxing Lu, Zhong Hu (2012), “Mechanical property evaluation of single walled carbon nanotubes by finite element modeling”, Composites, 43 (4), pp. 1902–1913. ......................................................................... 74 49.Ying Chen, ZhengPeng, Ling Xue Kong, Mao Fang Huang, Pu Wang Li (2008), “Natural rubber nanocomposite reinforced with nano silica”, Polymer Engineering & Science, 48(9), pp. 1674–1677. 74 ..... xvii
50.Yu. E. Pivinskii (2007), “Nanodisperse silica and some aspects of nanotechnologies in the field of silicate materials science”, Refractories and Industrial Ceramics, 48 (6), pp 408417. .............. 74 51.ZhengPeng, Ling Xue Kong. SiDong Li. Yin Chen, Mao Fang Huang (2007), “Selfassembled natural rubber/silica Nanocomposites: Its preparation and characterization”, Composites Science and Technology, 67, pp. 31303139. ......................................................... 74 BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNT Ống nano carbon CSTN Cao su thiên nhiên DMF Dimetylfomamid FESEM Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier IR Phổ hồng ngoại MWCNT Ống nano carbon đa tường NBR Cao su nitril butadien SVR Cao su định chuẩn Việt Nam SWCNT Ống nano carbon đơn tường TESPT (hay Si69) Bis3(trietoxysilylpropyl)tetrasulphit TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua TGA Phân tích nhiệt trọng lượng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam UVvis Phổ tử ngoại khả kiến xviii
MỞ ĐẦU Khoa học và công nghệ nano là một lĩnh vực đang nổi lên trong việc nghiên cứu và phát triển vật liệu mới. Đây là một lĩnh vực rộng và khá mới mẻ đối với thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Với nhiều tính chất ưu việt, vật liệu polyme nanocompozit đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Vật liệu polyme nanocompozit kết hợp được cả ưu điểm của vật liệu vô cơ (như tính chất cứng, bền nhiệt,…) và ưu điểm của polyme hữu cơ (như tính linh động, mềm dẻo, là chất điện môi và khả năng dễ gia công…). Hơn nữa chúng cũng có những tính chất đặc biệt của chất độn nano điều này dẫn tới sự cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu. Một đặc tính riêng biệt của vật liệu polyme nanocompozit đó là kích thước nhỏ của chất độn dẫn tới sự gia tăng mạnh mẽ diện tích bề mặt chung so với các compozit truyền thống [1]. Vật liệu cao su nanocompozit gồm có pha nền là cao su hay cao su blend và các chất độn gia cường. Cao su thiên nhiên (CSTN) có tính chất cơ học tốt nhưng khả năng bền dầu 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 [6]. Để tăng khả năng ứng dụng cho vật liệu cao su cũng như cao su blend, các vật liệu này thường được gia cường bằng một số chất độn gia cường như than đen, silica, clay,... [39]. Khả năng gia cường của chất độn cho cao su phụ thuộc vào kích thước hạt, hình dạng, sự phân tán và khả năng tương tác với cao su [24,30]. Các chất độn nano có kích thước từ 1100 nm, có thể cải thiện đáng kể tính chất cơ học của các sản phẩm cao su. Với diện tích bề mặt lớn, các hạt nano sẽ tương tác tốt với các đại phân tử cao su, dẫn đến nâng cao hiệu quả gia cường. Do vậy, các hạt nano rất quan trọng để gia cường cho vật liệu cao su [34]. Nanosilica có tác dụng gia cường tốt hơn so với silica thông thường do chúng có khả năng phân tán tốt hơn trong nền cao su. Tuy nhiên, chúng lại có xu hướng kết tụ do năng lượng bề mặt cao và hình thành liên kết 1
hydro liên phân tử thông qua các nhóm hydroxyl (silanol) trên bề mặt [3]. Điều này dẫn đến sự tương tác mạnh giữa chất độn với chất độn mà không thuận lợi cho hiệu quả gia cường. Vấn đề này có thể được khắc phục thông qua biến tính bề mặt các hạt silica. Tác nhân ghép nối silan là tác nhân được sử dụng thông dụng nhất để biến tính bề mặt nanosilica [3,41]. Bên cạnh đó, các ống nano carbon (carbon nanotubeCNT) cũng là loại chất gia cường rất tốt cho polyme do CNT có tính linh hoạt cao, tỷ trọng thấp và bề mặt riêng lớn [27], điều này góp phần tạo nên vật liệu cao su nanocompozit có những ưu điểm vượt trội. Từ những cơ sở trên, chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nano compozit trên cơ sở blend của cao su thiên nhiên với cao su nitril butadien và một số phụ gia nano ” làm chủ đề cho luận văn thạc sĩ của mình. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định được những điều kiện thích hợp để chế tạo ra các loại vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend của CSTN/NBR gia cường nanosilica và gia cường CNT. 2