Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend trên cơ sở cao su Butadien Styren/cao su thiên nhiên với phụ gia Nanoclay

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

49
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những năm gần đây, ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng nanoclay làm phụ gia cho cao su thiên nhiên, clopren, butadien nitryl cho những kết quả khả quan làm tăng đáng kể tính chất cơ lý, khả năng chịu thời tiết của cao su. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung luận văn.

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 vật liệu polyme blend trên cơ sở cao su Butadien Styren/cao su thiên nhiên với phụ gia Nanoclay

VŨ NGỌC HÙNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ___________________________________ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND TRÊN CƠ SỞ CAO SU BUTADIEN STYREN/CAO SU THIÊN NHIÊN VỚI PHỤ GIA NANOCLAY VŨ NGỌC HÙNG 2007 - 2009 HÀ NỘI HÀ NỘI 2009 2009
MỤC LỤC Đề mục Trang Trang phụ bìa 01 Lời cảm ơn 02 Lời cam đoan 03 Mục lục 04 Danh mục các ký hiệu, chữ viết tăt 06 Danh mục các bảng biểu 07 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 09 MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYME BLEND CSTN/CSBS 13 1.1. Hiểu biết chung về cao su thiên nhiên (CSTN) 13 1.1.1. Lịch sử phát triển 13 1.1.2. Mủ cao su thiên nhiên ( Latex) 14 1.1.3. Thành phần và cấu tạo hóa học của CSTN 15 1.1.4. Tính chất của CSTN 16 1.2. Hiểu biết chung về cao su Butadiene Styren 18 2.1. Lịch sử phát triển 18 2.2. Thành phần cấu tạo 19 2.3. Tính chất của cao su Butadien Styren 19 2.4. Ứng dụng của cao su butadiene styrene 21 1.3. Hiểu biết chung về vật liệu blend 21 1.3.1. Những khái niệm cơ bản 21 1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của vật liệu blend 22 1.3.3. Những biện pháp tăng cường tính tương hợp của blend 23 1.3.4. Các phương pháp xác định tính tương hợp của polyme blend 24 1.3.5. Các phương pháp chế tạo vật liệu blend 25 1.3.6. Ưu điểm của vật liệu blend 26
1.3.7. Một số polyme blend thông dụng 26 1.4. Tổng quan về vật liệu polyme-nanoclay/nanocompozit 27 1.4.1. Giới thiệu chung 27 1.4.2. Khoáng clay 28 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 2.1. Hóa chất và nguyên liệu 38 2.2. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 38 2.2.1.Máy luyện hở 38 2.2.2. Thiết bị lưu hóa ép thủy lực 39 2.2.4. Máy đo độ bền vật liệu đa năng INSTRON 39 2.2.5. Máy đo độ cứng 41 2.2.6. Máy đo độ mài mòn 41 2.3. Các phương pháp chế tạo 41 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1. Hợp phần cao su sử dụng trong nghiên cứu 43 3.2. Phương pháp đưa nanoclay vào hợp phần cao su 45 3.3. Xác định khả năng dãn cách khoảng cách d trong nanoclay 48 3.3.1. Cao su SBR 48 3.3.1. Cao su thiên nhiên 50 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay I. 28E đến tính chất 51 cơ lý của hợp phần cao su theo phương pháp chất dẫn 3.3.1. Cao su SBR 51 3.3.2. Cao su thiên nhiên 53 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh đến tính chất cơ 55 lý của hợp phần cao su SBR chứa nanoclay I.28E 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý của hợp phần 57 cao su SBR chứa 1 PKL nanoclay 3.6. Nghiên cứu chế tạo blend giữa cao su thiên nhiên và cao su SBR 58
3.6.1. Nghiên cứu tính tương hợp giữa hai loại cao su 58 3.6.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ giữa CSTN và SBR đến tính 59 chất cơ lý của blend 3.6.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hoá tối ưu 60 đến tính chất cơ lý của blend 3.7. So sánh độ bền mài mòn của hợp phần cao su butadien styren chịu 66 mài mòn tốt với các cao su khác sử dụng trong công nghiệp săm, lốp xe 3.8.Nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay X đến tính chất cơ lý cao su 67 3.8.1. Qui trình điều chế nanoclay 67 3.8.2. Phương pháp đưa nanoclay vào hợp phần cao su 69 3.8.3. Xác định khả năng dãn cách khoảng cách d trong nanoclay mới 71 3.8.4. Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay mới lên tính chất cơ lý 72 CSTN 3.8.5. Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng than đến tính chất cơ lý của 72 CSTN KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 TÓM TẮT LUẬN VĂN BẰNG TIÊNG VIỆT 76 TÓM TẮT LUẬN VĂN BẰNG TIẾNG ANH 77
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ___________________________________ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND TRÊN CƠ SỞ CAO SU BUTADIEN STYREN/CAO SU THIÊN NHIÊN VỚI PHỤ GIA NANOCLAY NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC MÃ SỐ: VŨ NGỌC HÙNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG NAM HÀ NỘI 2009
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ___________________________________ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND TRÊN CƠ SỞ CAO SU BUTADIEN STYREN/CAO SU THIÊN NHIÊN VỚI PHỤ GIA NANOCLAY NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC MÃ SỐ: VŨ NGỌC HÙNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG NAM HÀ NỘI 2009
2 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp cùng sự nỗ lực cố gắng của bản thân, luận văn tốt nghiệp cao học của tôi đã được hoàn thành. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là thầy giáo, TS. Hoàng Nam đã tận tình dạy dỗ, bồi dưỡng tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày 21 tháng 10 năm 2009 Học viên VŨ NGỌC HÙNG
3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả Vũ Ngọc Hùng
4 MỤC LỤC Đề mục Trang Trang phụ bìa 01 Lời cảm ơn 02 Lời cam đoan 03 Mục lục 04 Danh mục các ký hiệu, chữ viết tăt 06 Danh mục các bảng biểu 07 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 09 MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYME BLEND CSTN/CSBS 13 1.1. Hiểu biết chung về cao su thiên nhiên (CSTN) 13 1.1.1. Lịch sử phát triển 13 1.1.2. Mủ cao su thiên nhiên ( Latex) 14 1.1.3. Thành phần và cấu tạo hóa học của CSTN 15 1.1.4. Tính chất của CSTN 16 1.2. Hiểu biết chung về cao su Butadiene Styren 18 2.1. Lịch sử phát triển 18 2.2. Thành phần cấu tạo 19 2.3. Tính chất của cao su Butadien Styren 19 2.4. Ứng dụng của cao su butadiene styrene 21 1.3. Hiểu biết chung về vật liệu blend 21 1.3.1. Những khái niệm cơ bản 21 1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của vật liệu blend 22 1.3.3. Những biện pháp tăng cường tính tương hợp của blend 23 1.3.4. Các phương pháp xác định tính tương hợp của polyme blend 24 1.3.5. Các phương pháp chế tạo vật liệu blend 25 1.3.6. Ưu điểm của vật liệu blend 26 1.3.7. Một số polyme blend thông dụng 26 1.4. Tổng quan về vật liệu polyme-nanoclay/nanocompozit 27 1.4.1. Giới thiệu chung 27 1.4.2. Khoáng clay 28 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 2.1. Hóa chất và nguyên liệu 38 2.2. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 38 2.2.1.Máy luyện hở 38 2.2.2. Thiết bị lưu hóa ép thủy lực 39 2.2.4. Máy đo độ bền vật liệu đa năng INSTRON 39 2.2.5. Máy đo độ cứng 41 2.2.6. Máy đo độ mài mòn 41
5 2.3. Các phương pháp chế tạo 41 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1. Hợp phần cao su sử dụng trong nghiên cứu 43 3.2. Phương pháp đưa nanoclay vào hợp phần cao su 45 3.3. Xác định khả năng dãn cách khoảng cách d trong nanoclay 48 3.3.1. Cao su SBR 48 3.3.1. Cao su thiên nhiên 50 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay I. 28E đến tính chất 51 cơ lý của hợp phần cao su theo phương pháp chất dẫn 3.3.1. Cao su SBR 51 3.3.2. Cao su thiên nhiên 53 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh đến tính chất cơ 55 lý của hợp phần cao su SBR chứa nanoclay I.28E 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý của hợp phần 57 cao su SBR chứa 1 PKL nanoclay 3.6. Nghiên cứu chế tạo blend giữa cao su thiên nhiên và cao su SBR 58 3.6.1. Nghiên cứu tính tương hợp giữa hai loại cao su 58 3.6.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ giữa CSTN và SBR đến tính 59 chất cơ lý của blend 3.6.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hoá tối ưu 60 đến tính chất cơ lý của blend 3.7. So sánh độ bền mài mòn của hợp phần cao su butadien styren chịu 66 mài mòn tốt với các cao su khác sử dụng trong công nghiệp săm, lốp xe 3.8.Nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay X đến tính chất cơ lý cao su 67 3.8.1. Qui trình điều chế nanoclay 67 3.8.2. Phương pháp đưa nanoclay vào hợp phần cao su 69 3.8.3. Xác định khả năng dãn cách khoảng cách d trong nanoclay mới 71 3.8.4. Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay mới lên tính chất cơ lý 72 CSTN 3.8.5. Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng than đến tính chất cơ lý của 72 CSTN KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 TÓM TẮT LUẬN VĂN BẰNG TIÊNG VIỆT 78 TÓM TẮT LUẬN VĂN BẰNG TIẾNG ANH 79
6 Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt BPO Peroxyt benzoyl CSTN, NR Cao su thiên nhiên CTAB Cetyltrimethyl amonium bromide CSBS, SBR Cao su Butadien-Styren DM Xúc tiến lưu hoá Di-2 Mecaptobenzothiazol HAF Muội than lò bền mài mòn (high abrasion furnance) M Xúc tiến lưu hoá Mecaptobenzothiazol RD Chất phòng lão PEKN Nhựa polyeste không no
7 Danh mục các bảng biểu Bảng số Tên bảng Trang 1.1 Tình hình sản xuất (SX), tiêu thụ (TT) CSTN trên thế giới 11 1.2 Diện tích cây cao su ở Việt Nam 11 1.3 Sản lượng chế biến mủ cao su ở Việt Nam 13 1.4 Thành phần của latex 1.5 Thành phần chính của CSTN 1.6 Tính chất vật lý của CSTN 1.7 Hợp phần cao su tiêu chuẩn 1.8 Tính chất cơ lý của CSTN 1.9 Blend giữa CSTN và cao su tổng hợp ứng dụng chế tạo lốp xe 1.10 Công thức hoá học và một số đặc trưng của 3 loại silicat dạng lớp thông dụng 1.11 Một số loại nanoclay thương mại hiện có bán trên thị trường 1.12 Đặc trưng kỹ thuật của nanoclay I. 28E 3.1 Đơn phối liệu cao su butadien styren cơ bản 3.2 Đơn phối liệu cao thiên nhiên cơ bản 3.3 Tính chất cơ lý của mẫu cơ bản 3.4 Tính chất cơ lý của hợp phần cao su butadien styen với 5 PKL nanoclay I.28E đưa vào theo các phương pháp trực tiếp, chất dẫn 3.5 Tính chất cơ lý của hợp phần cao su thiên nhiên với 5 PKL nanoclay I.28E đưa vào theo các phương pháp trực tiếp, chất dẫn 3.6 Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất của hợp phần cao su theo phương pháp chất dẫn 3.7 Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay (0.5, 1, 1.5, 2, 3 PKL so với 100 PKL cao su) đến tính chất cơ lý của hợp phần cao su 3.8 Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất của hợp phần cao
8 su theo phương pháp chất dẫn 3.9 Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay (3,4,5 PKL so với 100 PKL cao su) đến tính chất cơ lý của hợp phần cao su 3.10 Tính chất cơ lý của hợp phần cao su chế tạo theo phương pháp chất dẫn ở 1PKL nanoclay, hàm lượng lưu huỳnh thay đổi 3.11 Tính chất cơ lý của hợp phần cao su chế tạo theo phương pháp chất dẫn ở 1PKL nanoclay, hàm lượng lưu huỳnh thay đổi 3.12 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tính chất cơ lý của hợp phần cao su chứa 1PKL nanoclay và 1PKL lưu huỳnh 3.13 Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa CSTN và SBR đến tính chất cơ lý của blend 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hoá tối ưu đến tính chất cơ lý của blend 70PKL SBR/30PKL CSTN 3.15 Độ bền mài mòn của một số loại cao su sử dụng trong công nghiệp săm, lốp xe 3.16 Đơn phối liệu cao su butadien styren cơ bản 3.17 Đơn phối liệu cao thiên nhiên cơ bản 3.18 Tính chất cơ lý của hợp phần cao su butadien styen với 5 PKL nanoclay mới đưa vào theo các phương pháp trực tiếp, chất dẫn 3.19 Tính chất cơ lý của hợp phần cao su thiên nhiên với 5 PKL nanoclay mới đưa vào theo các phương pháp trực tiếp, chất dẫn 3.20 Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất của hợp phần cao su theo phương pháp chất dẫn 3.21 Ảnh hưởng của hàm lượng than hoạt tính HAF tới tính chất cơ lý của hợp phần cao su chứa 5PKL nanoclay mới đưa theo phương pháp chất dẫn 3.22 Bảng so sánh tính chất cơ lý của mẫu cơ bản với các mẫu có chứa Nanoclay I.28E và có chứa Nanoclay mới
9 Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình vẽ, Tên hình vẽ, đồ thị Trang đồ thị số 1.1 Một số hình ảnh ứng dụng của SBR 11 1.2 a) Cấu trúc của nanoclay; b) Ảnh TEM về sự phân tán của nanoclay 12 với 2% trọng lượng trong nylon 1.3 Đơn vị tứ diện và bát diện trong lớp nanoclay 13 1.4 Cấu trúc lý tưởng của nanoclay montmorillonit 15 1.5 Cấu trúc nanoclay khi biến tính 15 2.1 Hình dạng và kích thước mẫu đo độ bền kéo đứt 23 2.2 Hình dạng và kích thước mẫu đo độ bền xé rách 24 2.3 Mẫu đo độ mài mòn vật liệu 26 3.1 Biểu đồ so sánh độ bền kéo đứt mẫu cơ bản, trực tiếp và chất dẫn 31 của SBR 3.2 Biểu đồ so sánh độ mài mòn mẫu cơ bản, trực tiếp và chất dẫn của 32 SBR 3.3 Biểu đồ so sánh độ bền kéo đứt mẫu cơ bản, trực tiếp và chất dẫn 34 của cao su thiên nhiên 3.4 Phổ XRD của mẫu nanoclay I.28E và mẫu chất dẫn của cao su SBR 37 3.5 Phổ XRD của mẫu nanoclay I.28E và mẫu chất dẫn của cao su thiên 38 nhiên 3.6 Đồ thị sự phụ thuộc độ mài mòn vào hàm lượng nanoclay của SBR 40 3.7 Đồ thị sự phụ thuộc độ mài mòn vào hàm lượng nanoclay của CSTN 41 3.8 Đồ thị sự phụ thuộc độ mài mòn vào hàm lượng lưu huỳnh của SBR 41 với 1PKL nanoclay 3.9 Đồ thị sự phụ thuộc độ bền kéo đứt vào hàm lượng lưu huỳnh của 42 SBR với 1PKL nanoclay 3.10 Đồ thị sự phụ thuộc độ mài mòn SBR ở các nhiệt độ lưu hóa khác 43 nhau 3.11 Mẫu thử theo phương pháp ép lớp 44
10 3.12 Ảnh SEM chụp bề mặt phân chia hai pha 46 3.13 Đồ thị sự phụ thuộc độ bền kéo đứt và độ mài mòn ở các tỷ lệ blend 47 khác nhau 3.14 Đồ thị biểu diễn thời gian lưu hoá với momen xoắn khi nhiệt độ lưu 49 hoá là 145oC của blend 70PKL SBR/30PKL CSTN 3.15 Đồ thị biểu diễn thời gian lưu hoá với momen xoắn khi nhiệt độ lưu 51 hoá là 120oC của blend 70PKL SBR/30PKL CSTN 3.16 Đồ thị biểu diễn thời gian lưu hoá với momen xoắn khi nhiệt độ lưu 54 hoá là 130oC của blend 70PKL SBR/30PKL CSTN 3.17 Biểu đồ độ bền kéo đứt blend ở các nhiệt độ lưu hóa khác nhau 56 3.18 Qui trình điều chế nanoclay trong phòng thí nghiệm 57 3.19 Phổ XRD của mẫu sét hữu cơ 59 3.20 Kết quả chụp XRD mẫu nanoclay mới và mẫu cao su 62 3.21 Biểu đồ so sánh độ bền kéo đứt của mẫu cơ bản với các mẫu có chứa 63 Nanoclay I.28E và có chứa Nanoclay mới
11 MỞ ĐẦU Một trong những thành tựu quan trọng của nghành khoa học vật liệu những năm gần đây là nghiên cứu chế tạo và ứng dụng có kết quả các vật liệu polyme compozit, trong đó có vật liệu blend [2]. Đây là loại vật liệu mới có mức tiêu thụ hàng năm trên thế giới cỡ khoảng 1,5 triệu tấn và có tốc độ tăng trưởng nhanh, ước tính vào khoảng 8 – 10% trong những năm tới [19]. Vật liệu blend có tiềm năng phát triển và ứng dụng rất lớn, là chủng loại vật liệu của hiện tại và tương lai do đáp ứng được những yêu cầu ngày càng cao của kỹ thuật và đời sống [1,3]. Các nhà khoa học nhận định thế kỷ 21 là thế kỷ của công nghệ cao và vật liệu mới, trong đó vật liệu blend sẽ được chú ý nhiều [3]. Để tạo ra một polyme mới với nhưng tính năng ưu việt, có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên phải chịu nhiều phí tổn [1]. Song với phương pháp blend hóa người ta có thể : + Sử dụng các máy móc và thiết bị thông dụng trong công nghệ và gia công nhựa nhiệt dẻo để chế tạo và gia công vật liệu blend. + Chế tạo được vật liệu có tính chất là tổ hợp các tính chất tối ưu của các polyme thành phần theo hướng có lợi, phù hợp với yêu cầu sử dụng khác nhau. + Tạo nên vật liệu có tính chất hoàn toàn mới so với các polyme thành phần. + Có khả năng tổ hợp nhiều loại polyme tổng hợp, nhân tạo và tự nhiên hiên có [1,2,4,5]. Cao su thiên nhiên là một loại polyme tự nhiên, có tính đàn hồi cao, khả năng phối trộn với các phụ gia, chất độn tốt, hợp phần có tính kết dính nội tốt. Có khả năng gia công trên các thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo như ép, cán, tráng, đùn …Đặc biệt, nó có tính chất cơ lý cao như: độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt, độ dãn dư sau khi đứt, độ nén dư… Ngoài ra cao su thiên nhiên có giá thành thấp và sẵn có ở Việt Nam cũng như trên thế giới [4,5,6]. Tuy nhiên cao su thiên nhiên có những hạn chế nhất định như: khả năng chịu dầu, chịu nhiệt chịu hóa chất kém, dễ bị lão hóa trong môi trường không khí, đặc biệt nhanh hỏng dưới tác dụng của ozon. Vì vậy, cao su thiên nhiên thuần túy không dùng làm cao su chất lượng cao trong kỹ thuật [1,4,5,6].
12 Ngược lại cao su butadienstyren có độ cứng lớn, khả năng chống mài mòn tốt, có độ ổn định tốt trong các môi trường axit hữu cơ và vô cơ cũng như bazơ hay rượu, nước nhưng lại ổn định kém đối với các dung môi như các hợp chất béo, hợp chất thơm và các hydro cacbon clo hóa [20]. Cách đây vài thập niên, các chất độn và gia cường dạng bột cho sản phẩm cao su có kích cỡ micoromet (µm) như: Than đen, graphit, một số loại oxyt… cũng đã làm cho vật liệu cao su có những tính chất vượt trội về độ bền kéo đứt, khả năng chịu nén, bền xé và chịu mài mòn… Tuy nhiên với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, ở một số nước phát triển đã có những nghiên cứu sử dụng các hạt khoáng nanoclay (kích cỡ nanomet) làm phụ gia cho cao su tạo ra nguyên liệu dùng để sản xuất các loại gioăng, phớt, vỏ bọc lót chống ăn mòn trong các thiết bị hóa chất…với những ưu điểm vượt trội. Những năm gần đây, ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng nanoclay làm phụ gia cho cao su thiên nhiên, clopren, butadien nitryl cho những kết quả khả quan làm tăng đáng kể tính chất cơ lý, khả năng chịu thời tiết của cao su. Theo hướng chế tạo vật liệu blend và ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật, nhiêm vụ đặt ra là: “ Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend trên cơ sở cao su butadienstyren/cao su thiên nhiên với phụ gia nanoclay”
13 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ POLYME BLEND CSTN/CSBS 1.1. Hiểu biết chung về cao su thiên nhiên (CSTN) 1.1.1. Lịch sử phát triển CSTN lần đầu tiên được các thổ dân Nam Mỹ sử dụng vào nửa cuối thế kỷ 16. Khi ấy họ chỉ biết trích cây lấy nhựa rồi tẩm vào sợi làm giày dép đi rừng, leo núi. Những chiếc giày làm bằng vải tẩm nhựa này có thời gian sử dụng không lâu lại dính và gây cảm giác khó chịu. Sau đó các thổ dân đã biết sử dụng đất cát ở những nơi có núi lửa hoạt động để xoa vào, vừa chống dính vừa kéo dài thời gian sử dụng [6,19]. Đến năm 1839, loài người phát minh ra quá trình lưu hóa cao su bằng lưu huỳnh, các sản phẩm kỹ thuật được sản xuất từ CSTN tăng lên, đồng thời diện tích trồng cây cao su cũng tăng lên [4,5,6]. Bảng 1.1: Tình hình sản xuất (SX), tiêu thụ (TT) CSTN trên thế giới. Năm 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2007 2008 2009* SX 3.845 4.300 5.708 5.922 6.566 7.180 9.850 10.000 9.500 TT 2.760 4.350 5.723 5.790 6.450 7.120 9.730 9.840 9.560 *Dự báo (theo tài liệu).Đơn vị: nghìn tấn. Ở Việt Nam, diên tích trồng cây cao su cũng như sản lượng mủ khai thác không ngừng tăng lên. Điều này thể hiện rõ qua bảng 1.2 và 1.3 Bảng 1.2:Diện tích cây cao su ở Việt Nam [4]. Năm thống kê Diện tích trồng cao su ở Việt Nam(ha) 12/1975 72.200 1994 175.600 2008 601.800
14 Bảng 1.3: Sản lượng chế biến mủ cao su ở Việt Nam [4] Năm Sản lượng (tấn) Năm Sản lượng (tấn) 1977 41.000 1987 51.700 1978 34.500 1988 49.700 1979 41.270 1989 50.600 1980 41.000 1990 57.900 1981 43.600 1991 64.600 1982 46.000 1992 67.000 1983 47.200 1993 80.000 1984 47.200 1994 94.700 1985 47.900 2000 290.800 1986 50.100 2008 644.200 1.1.2. Mủ cao su thiên nhiên ( Latex) Mủ cao su thiên nhiên là dạng nhũ tương trong nước của các hạt cao su với hàm lượng phần khô từ 28 ÷ 40%. Kích thước hạt cao su rất nhỏ, cỡ khoảng 0,05 ÷ 3 µm và có hình quả trứng gà. Trong 1 gam mủ cao su với hàm lượng phần khô 40% có 5.103 hạt với đường kính trung bình 0,26 µm, tất cả các hạt này đều ở trạng thái chuyển động Browner [5,6,19]. 1.1.2.1. Cấu tạo hóa học của hạt latex Hạt latex có cấu tạo gồm 2 lớp : lớp trong cùng là cacbuahidro, lớp ngoài – vỏ bọc, là lớp hấp phụ làm nhiệm vụ bảo vệ latex không bị keo tụ.Thành phần chính của lớp bảo vệ là các hợp chất chứa nitơ thiên nhiên: protein, các chất béo và muối xà phòng của axit béo [1,6,19]. 1.1.2.2. Thành phần, tính chất của latex Thành phần của latex phụ thuộc vào tuổi cây cao su ,khí hâu, thổ nhưỡng nơi cây sinh trưởng, phát triển và mùa thu hoạch mủ.Tuy nhiên, thành phần chính của mủ cao su thiên nhiên được cho trong bảng 1.4.
15 Bảng 1.4: Thành phần của latex [10,11]. Nước 52,3 ÷ 67(%) Cacbuahydro 29,5 ÷ 37,3(%) Polysacarit 1,2 ÷ 4,2(%) Nhựa thiên nhiên 1,0 ÷ 3,4(%) Protêin 1,9 ÷ 2,7(%) Chất khoáng 0,2 ÷ 0,4(%) Các hạt latex mủ cao su thiên nhiên mang điện tích tích âm, giá trị điện tích phụ thuộc vào nồng độ mủ, trị số pH của môi trường, dao động từ 40-110(mV). Khối lượng riêng của latex phụ thuộc vào nồng độ mủ , dao động 914-917 (kg/m3). Khi chảy ra từ cây cao su, mủ CSTN có tính kiềm pH = 7,2. Sau vài giờ, pH giảm xuống còn 6,5÷6,6 và latex dần bị keo tụ. Do vậy, khi khai thác thường sử dụng chất ổn định pH môi trường như dung dịch NH3 0,5% với 3 ÷ 5% thể tích, duy trì pH = 10 ÷ 11 [5,6,19]. 1.1.3. Thành phần và cấu tạo hóa học của CSTN 1.1.3.1. Thành phần của CSTN Tùy thuộc vào tuổi của cây cao su, cấu tạo thổ nhưỡng nơi cây sinh trưởng, khí hậu, mùa khai thác mủ và phương pháp sản xuất mà CSTN có thành phần khác nhau. Bảng 1.5: Thành phần chính của CSTN [4,5]. STT Thành phần chính (%) Loại cao su Hong khói Crep trắng Bay hơi 1 Cacbuahidro 93 ÷ 95 93 ÷ 95 85 ÷ 90 2 Chất trích ly bằng axeton 1,5 ÷ 3,5 2,2 ÷ 3,45 3,6 ÷ 5,2 3 Chất chứa nitơ 2,2 ÷ 3,5 2,4 ÷ 3,8 4,2 ÷ 4,8 4 Chất tan trong nước 0,3 ÷ 0,85 0,2 ÷ 0,4 5,5 ÷5,72 5 Chất khoáng 0,15 ÷ 0,85 0,16 ÷ 0,85 1,5 ÷ 1,8 6 Độ ẩm 0,2 ÷ 0,9 0,2 ÷ 0,9 1,0 ÷ 2,5