Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu nâng cao tính năng cơ lý kỹ thuật cho một số cao su compozit bằng phụ gia nano

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài đánh giá được khả năng phối hợp của phụ gia nano với than đen gia cường cho cao su và cao su blend; chế tạo được vật liệu cao su nanocompozit có chất lượng cao, bền dung môi và chịu môi trường ẩm tự nhiên. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu nâng cao tính năng cơ lý kỹ thuật cho một số cao su compozit bằng phụ gia nano

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ --------------------------- Phạm Công Nguyên NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH NĂNG CƠ LÝ KỸ THUẬT CHO MỘT SỐ CAO SU COMPOZIT BẰNG PHỤ GIA NANO Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 9.44.01.14 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Hà Nội - 2019
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Đỗ Quang Kháng Phản biện 1: … Phản biện 2: … Phản biện 3: …. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ...’, ngày … tháng … năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam
A. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LUẬN ÁN 1. Đặt vấn đề Vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng được đặc biệt quan tâm nghiên cứu, phát triển trong thời gian dần đây do chúng có có nhiều tính chất ưu việt vượt trội. Trong các ứng dụng cao su, chất gia cường hầu hết được sử dụng để tạo ra sản phẩm có tính chất tốt hơn và giảm giá thành (các chất độn hoạt tính). Chất gia cường truyền thống trong công nghiệp cao su như than đen, silica, bột đất sét... Các chất này trước đây phần lớn thường ở kích thước micro, có giá thành hạ do vậy người ta thường gọi là chất độn (hoạt tính hoặc chất độn trơ). Vật liệu gia cường bằng các chất loại này được gọi là cao su compozit. Khác với cao su compozit, cao su nanocompozit được gia cường bằng các chất độn cỡ nano met (kích thước của chúng có một trong 3 chiều dưới 100nm), chúng được chế tạo bằng các kỹ thuật khác nhau, như trộn hợp ở trạng thái nóng chảy, trộn trong dung dịch, trộn ở trạng thái latex tiếp nối bằng phương pháp cùng đông tụ và polyme hóa xung quanh các hạt chất độn. So với cao su gia cường bằng chất độn micro, cao su gia cường bằng chất độn cỡ nano có độ cứng, modul, tính chất chống lão hóa và chống thấm khí tốt hơn. Đối với mỗi loại phụ gia bên cạnh ưu điểm thì luôn tồn tại những nhược điểm. Do vậy, để phát huy ưu điểm và hạn chế nhược điểm của từng loại phụ gia, gần đây, có một số công trình nghiên cứu đã phối hợp hai loại phụ gia với nhau [1,3] nhưng không nhiều. Nhận thấy hướng nghiên cứu phối hợp phụ gia nano với than đen gia cường cho vật liệu cao su là một hướng mới hiện nay, bởi số lượng công trình công bố còn ít và chưa nêu rõ sự ảnh hưởng khi phối hợp than đen với nano clay, nanosilica và ống nano carbon. Xuất phát từ lý do đó, luận án hướng tới vấn đề: “Nghiên cứu nâng cao tính năng cơ lý kỹ thuật cho một số cao su compozit bằng phụ gia nano” làm chủ đề nghiên cứu. 2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án Mục tiêu của luận án: Đánh giá được khả năng phối hợp của phụ gia nano với than đen gia cường cho cao su và cao su blend. Chế tạo được vật liệu cao su nanocompozit có chất lượng cao, bền dung môi và chịu môi trường ẩm tự nhiên. Nội dung nghiên cứu của luận án: - Nghiên cứu biến tính bề mặt nanoclay, ống nano carbon, nanosilica bằng các tác nhân khác nhau, - Nghiên cứu chế tạo và đánh giá tính chất của cao su nanocompozit trên cơ sở blend cao su thiên nhiên (CSTN)/cao su butadien acrylonitril (NBR); su thiên nhiên (CSTN)/Cao su clopren (CR) gia cường bằng phụ gia nano. - Nghiên cứu phối hợp vật liệu gia cường nano với than đen sử dụng trong 04 1
loại nền: cao su thiên nhiên, blend cao su thiên nhiên (CSTN)/cao su butadien acrylonitril (NBR); su thiên nhiên (CSTN)/Cao su clopren (CR) và blend cao su butadien acrylonitril (NBR)/polyvinyl clorit (PVC), - Nghiên cứu phối hợp các vật liệu nanosilica, nanoclay và than đen với nhau trong nền cao su blend - cao su thiên nhiên (CSTN)/Cao su clopren (CR). 3. Những đóng góp mới của luận án - Biến tính, hữu cơ hóa nanoclay bằng hỗn hợp các chất hoạt động bề mặt (DTAB; BTAB; CTAB với tỉ lệ mol 30:5:65). Với clay hữu cơ thu được có tính chất: hàm lượng hữu cơ 21,3%; khoảng cách d 100= 1,86nm; độ trương trong dung môi hữu cơ (axeton, xylen: 16; 23ml). - Hàm lượng CB tối ưu cho cao su blend NBR/PVC (70/30) là 40 pkl. Ở hàm lượng này, vật liệu có độ bền kéo đứt tăng 47,1% so với mẫu vật liệu không chứa CB. Với hàm lượng CB lớn hơn (50 pkl), các hạt than đen có xu hướng kết khối làm cấu trúc chặt chẽ của vật liệu bị phá vỡ, dẫn tới tính chất cơ học của vật liệu giảm. - Hàm lượng CNT thích hợp để phối hợp thay thế CB là 1 pkl. Với tỉ lệ CB/CNT (39/1), vật liệu cao su blend có cấu trúc chặt chẽ hơn. Các tính chất cơ học, độ bền nhiệt và độ dẫn nhiệt của vật liệu cao su blend NBR/PVC được tăng lên. - Vật liệu cao su blend NBR/PVC/39CB/1CNT nanocompozit có tính chất cơ lý, kỹ thuật cao có thể đáp ứng để chế tạo các sản phẩm cao su kỹ thuật, nhất là các sản phẩm cao su bền mài mòn và chịu ma sát lớn. Hàm lượng than đen thích hợp để gia cường cho cao su thiên nhiên, blend của CSTN với CR và blend CSTN với NBR đều trong khoảng 25-30pkl (so với cao su). Hàm lượng nanosilica phối hợp cho các blend này cũng khá tương đồng nhau là 5pkl. Như vậy, để gia cường cho CSTN và các blend với CR và NBR là 25pkl than đen và 5pkl Nanosilica. Tại hàm lượng này độ bền kéo khi đứt tăng khoảng 11% (đối với CSTN), 18% đối với blend CSTN/CR và 16% dối với blend CSTN/NBR. - Hàm lượng than đen thích hợp để gia cường cho vật liệu cao su blend trên cơ sở NBR/PVC là khoảng 40pkl, cao hơn hẳn so với hệ vật liệu từ cao su thiên nhiên và blend của CSTN với CR và NBR (chỉ từ 25-30pkl). Tại tỉ lệ phối hợp than đen/CNT (39/1 pkl) cho độ bền kéo đứt của vật liệu tăng 11%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy cũng như độ bền môi trường của vật liệu tăng. 4. Bố cục của luận án Luận án bao gồm 136 trang với 32 bảng số liệu, 93 hình, 133 tài liệu tham khảo. Bố cục của luận án: Mở đầu 2 trang, Chương 1: Tổng quan 40 trang, Chương 2: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu 10 trang, Chương 3: Kết quả và thảo luận 67 trang, Kết luận 02 trang, Các công trình công bố liên qua đến luận án 1 trang, Tài liệu tham khảo 12 trang. 2
B. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN MỞ ĐẦU Phần mở đầu đề cập đến ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Từ đó đưa ra mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án. Chương 1: TỔNG QUAN Phần tổng quan đã tổng hợp các tài liệu trong nước và trên thế giới về những vẫn đề liên quan đến luận án như: - Vật liệu cao su, cao su blend, vật liệu cao su nanocompozit với những cách phân loại và ưu nhược điểm cụ thể. - Các loại phụ gia nano (carbon, silica, nanoclay) và các phương pháp biến tính bề mặt, trong đó cũng chỉ ra phương pháp biến tính sử dụng hỗn hợp chất hoạt động bề mặt đã tạo ra clay hữu cơ có chất lượng cao. - Tình hình ứng dụng của phụ gia nano và sự phối hợp của than đen trong công nghệ cao su nanocompozit. Việc phối hợp than đen với vật liệu nano (01 loại hoặc 02 loại nano) là mục tiêu luận án hướng tới. Chương 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất - Ống nano cacbon đa tường: loại Baytubes hãng Bayer (Đức), độ sạch 99%, Nanosilica: loại Reolosil-Akpa có kích thước hạt 12-50nm; Nanoclay: Cloisite Na+ (Mỹ) có khoảng cách cơ sở d100=1,17nm. - Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasunfide (Si 69- TESPT) của Trung Quốc: là chất lỏng trong suốt màu vàng, tan trong dung môi béo và thơm như ancol, ete, xeton. Nhiệt độ sôi: 2500C, tỷ trọng: 1,08; công thức cấu tạo: - Polyetylenglycol: loại PEG 6000 (hãng BDH Chemicals Ltd Poole- Anh), nhiệt độ nóng chảy 610C. - Polyvinylclorua: là loại SG 710 (Việt Nam), là chất bột màu trắng, kích thước: 20-150 micromet, khối lượng riêng đổ đống: 0,46- 0,48 g/cm3. - D01: dầu trẩu đã qua tinh chế, là chất lỏng màu vàng, tỷ trọng (ở 20oC): 0,920-0,945g/cm3 tổng hợp tại Viện Hóa học. - Cetyl trimetylamoni bromua (CTAB); n-Dodecyl trimethyl ammonium bromide (DTAB); Tetra propyl ammonium bromide (TPAB); Benzyl trimethyl ammonium bromide (BTAB); AlCl3 tinh khiết của hãng Merck (Đức). - Cao su thiên nhiên (CSTN) là loại SVR- 3L của Công ty cao su Việt Trung, Quảng Bình. - Cao su nitril (NBR) loại Kosyn- KNB35 của Hàn Quốc, có hàm lượng nhóm acrylonitril 34%. - Cao su clopren (CR) loại BayprenR 110 MV 49 ± 5 của hãng Lanxess. - Than đen: N330 của hãng Lucarb Haf - Hàn Quốc; bề mặt riêng: 74-100 m2/g. - Các chất phụ gia lưu hóa gồm: + Lưu huỳnh(Hàn Quốc); Oxit kẽm (Ấn Độ); Axit stearic(Indonesia); Xúc tiến DM (Trung Quốc); Xúc tiến (Trung Quốc); Phòng lão D (Trung Quốc), Cumaron(Trung Quốc). 3
Các hóa chất khác Dung dịch axit HCl, toluen, KOH, iso octan, etanol 96%, axit axetic, DMF, ete dầu hỏa, SOCl2, H2O2, NH3, tetrahydrofuran (THF), cloroform, CaCl2, axeton, ete dầu hỏa (Trung Quốc). 2.2. Biến tính bề mặt CNT và chế tạo vật liệu cao su nanocompozit gia cường CNT 2.2.1. Biến tính bề mặt CNT bằng phản ứng este hóa Fischer CNT được loại bỏ kim loại còn dư bằng cách ngâm với HCl đặc và khuấy trong 2 giờ ở 500C dưới điều kiện thường, rửa nhiều lần bằng nước cất cho tới khi pH=7, làm khô trong 12 giờ, sản phẩm ký hiệu p-CNT. Phân tán 0,3g p-CNT trong 25ml hỗn hợp NH4OH và H2O2 (tỉ lệ 1:1). Khuấy hỗn hợp trong 5 giờ ở 80oC dưới áp suất thường. Hỗn hợp sản phẩm lọc bằng màng lọc PTFE (kích thước mao quản 0,2 μm), rửa bằng nước cất về môi trường trung tính và làm sạch bằng axeton nhiều lần. Sản phẩm biến tính kí hiệu CNT-COOH được sấy 80oC trong 48 giờ. - Clo hóa CNT (CNT gắn COCl) Cân 0,5gam CNT-COOH cho vào bình cầu 100ml có sẵn 20ml SOCl2 và 10ml DMF, tiến hành khuấy trộn dưới áp suất thường trong 24 giờ ở 700C, sau khi kết thúc phản ứng được hỗn hợp màu nâu đen CNT-COCl, lọc, rửa sạch bằng THF và làm khô ở nhiệt độ phòng. - Biến tính phụ gia CNT bằng polyetylen glycol (PEG). Cân 1gam PEG, đun nóng chảy ở 900C, cho vào bình cầu chứa sẵn 0,1gam CNT-COCl, khuấy trộn 10 phút rồi thêm tiếp 40ml hỗn hợp benzen/THF (tỉ lệ thể tích 3:1), tiến hành phản ứng ở 800C trong 40 giờ. Kết thúc phản ứng, hỗn hợp sản phẩm được rung siêu âm 30 phút ở 600C, tần số 40kHz trên máy DR- MH30, sau đó lọc qua màng lọc PTFE, hỗn hợp rắn màu đen được rửa sạch bằng axeton và ete dầu hỏa 3 lần, làm khô ở 900C trong 12 giờ. 2.2.2. Ankyl hóa bề mặt CNT Cân 0,2g CNT và 0,5g PVC cho vào bình cầu 3 cổ có sẵn 30ml CHCl 3 khan, bình cầu được nối với một ống đựng CaCl2 khan và một ống dẫn khí khác được nhúng trong dung dịch NaOH 10% để loại bỏ HCl sinh ra trong quá trình phản ứng. Thêm 0,5g AlCl3, đồng thời khuấy trộn trong môi trường nitơ ở 60oC trong 30 giờ tiếp theo. Sau khi làm nguội đến nhiệt độ phòng hỗn hợp sản phẩm CNT-PVC được khuấy rung siêu âm trong dung môi tetrahydrofuran (THF) 10 phút, lọc và rửa nhiều lần bằng axeton và ete dầu hỏa, sấy ở 60oC trong 10 giờ. 2.2.3. Biến tính nanosilica bằng TESPT Quá trình biến tính nanosilica bằng bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulphit (TESPT) được thực hiện trong dung dịch etanol 96% theo quy trình được trình bày trong hình 2.1. Các phản ứng tiến hành trong dung dịch có pH = 4 ÷ 5 chứa 0,5; 1; 2; 4% silan theo khối lượng. Thời gian phản ứng lần lượt là 1, 2, 4 và 8 giờ. Nhiệt độ của phản ứng được khảo sát lần lượt ở 4
200C, 250C, 300C, 350C, 400C, 500C và 700C. Tỉ lệ nanosilica/dung môi = 1/4. Dung dịch được khuấy trộn đều và không đổi trong suốt quá trình tiến hành các phản ứng. Hỗn hợp sau phản ứng được lọc rửa và polyme hóa ở 500C trong thời gian 30 phút, tiếp đó duy trì ở 1000C trong thời gian 1 giờ. Sản phẩm thu được, được sấy khô ở 1000C ở áp suất khí quyển trong thời gian 2 giờ. 2.2.4. Biến tính clay Quy trình biến tính clay như sau: Khuấy sơ bộ clay chưa biến tính trong 50ml nước cất ở nhiệt độ thường thu được hỗn hợp (1). Lấy 100ml nước cất cho vào cốc 250ml gia nhiệt tới 800C, khuấy với tốc độ 700v/ph. Sau đó từ từ đổ (1) vào. Thu được hỗn hợp (2), Giữ hỗn hợp (2) ổn định ở 800C trong 2 giờ. Lấy 50ml nước cất cho vào cốc gia nhiệt tới 800C. Cho chất hoạt động bề mặt vào và khuấy cho tan hết. Thu được hỗn hợp (3) Đổ từ từ (3) vào (2) và giữ ở 800C trong 4 giờ. Lấy clay đã biến tính đổ vào phễu lọc để lọc kết tủa. Rửa bằng nước nóng 800C-900C cho đến khi hết Br-, chuẩn bằng AgNO3 0,1N. Sấy và nghiền mẫu. 2.2.5. Phương pháp chế tạo mẫu cao su nanocompozit 2.2.5.1. Cao su thiên nhiên/phụ gia nano 2.2.5.2. Cao su blend trên cơ sở CSTN 2.2.5.3. Cao su blend sử dụng than đen phối hợp với phụ gia nano Bảng 2.3: Đơn phối liệu cao su, cao su blend phối hợp nano với than đen Stt Thành phần Hàm lượng (pkl) 1 Cao su, Cao su blend 100 2 Chất tương hợp D01 (hoặc TH1) 2 (1) 3 Axit Stearic 2,0 4 Parafin 1,0 5 Kẽm oxit 4,5 6 Phòng lão A 1,0 7 Phòng lão D 1,0 8 Xúc tiến D 0,4 9 Xúc tiến DM 0,6 10 Cumaron 1,0 11 Lưu huỳnh 2,5 12 Phụ gia nano Thay đổi từ 1 đến 10 13 Than đen Thay đổi từ 0 đến 50 2.2.5.4. Lưu hóa Mẫu được chế tạo bằng cách lưu hóa vật liệu cao su trong khuôn với kích thước mẫu 200 x 200 mm và chiều dày 2 mm. Áp suất ép: 6 kg/cm2 ; Thời gian lưu hóa: 20 - 25 phút; Nhiệt độ lưu hóa: 145 oC Quá trình ép lưu hóa được thực hiện trên máy ép thủy lực (30T) thí nghiệm TOYOSEIKI (Nhật Bản). 2.2.6. Các phương pháp nghiên cứu (1) Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) trên máy FTS-6000 P (của hãng 5
Biorad, Mỹ), (2) Phương pháp phổ Raman với máy HR LabRAM 800 (Pháp), (3) Phổ UV-vis trên máy SP3000 nano (Nhật Bản). (4) Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng trên máy Setaram (Pháp), tốc độ nâng nhiệt là 10oC/phút trong môi trường không khí, khoảng nhiệt độ nghiên cứu từ 25oC đến 800oC. (5) Chụp phổ nhiễu xạ tia X trên máy Siemens D5005 tại Bộ môn Vật lý Chất rắn - Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội). Mẫu được nghiền nhỏ thành dạng bột mịn. Nguồn phát bức xạ là CuK ( = 0,154 nm), điện thế 40 KV, cường độ 30 mA, tốc độ quét 0,020/2s từ góc 2 bằng 00÷100. (6) Phương pháp nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM) thực hiện trên máy S-4800 của hãng Hitachi (Nhật Bản). (7) Phương pháp nghiên cứu cấu trúc hình thái trên kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) trên máy Jeol 1010 (Nhật Bản). (8) Xác định kích thước hạt Kích thước và độ phân bố hạt nano trước và sau khi biến tính được xác định bằng phương pháp tán xạ laser trên thiết bị Horiba Partica LA-950 (Mỹ) tại Viện Hóa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Quân sự. (9) Các phương pháp xác định tính chất cơ lý của vật liệu Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.1. Biến tính phụ gia ống nano cacbon 3.1.1.1. Biến tính CNT bằng polyvinylcloride Kết quả phân tán trong dung môi hữu cơ: Hình 3.2: Sự phân tán của CNT (a) và CNT-g-PVC (b) trong THF Sau khi alkyl hóa, trên phổ hồng ngoại (IR) của CNT-g-PVC so với phổ IR của CNT xuất hiện thêm các pic hấp thụ ở 3048 cm-1, 2914 cm-1 ứng với dao động hóa trị của nhóm -CH, -CH2 và pic hấp thụ ở 1437 cm-1 ứng với dao động biến dạng của nhóm -CH2 trong nhóm -CH-CH2-. Ngoài ra, còn thấy một pic hấp thụ ở 618 cm-1 ứng với dao động hóa trị của liên kết C-Cl Cấu trúc hình thái học của vật liệu: Cấu trúc hình thái học của CNT chưa biến tính và CNT-g-PVC được nghiên cứu bằng phương pháp chụp FE-SEM, kết quả được thể hiện trong hình 3.5 sau: 6
Hình 3.5: Ảnh FE-SEM bề mặt của CNT (a) và CNT-g-PVC (b) Sau quá trình oxy hóa, cấu trúc khá đồng đều với sự co cụm ít hơn, đường kính ống CNT-g-PVC tăng đáng kể lên tới 23,6 - 29,1nm (đường kính CNT trước khi ghép PVC chỉ 9,26 đến 15,1nm). 3.1.1.2. Biến tính bề mặt CNT với PEG Sơ đồ biến tính bề mặt CNT bằng PEG được mô tả trên hình 3.9. Hình 3.9: Sơ đồ biến tính bề mặt CNT bằng phản ứng este hóa Fischer Trên phổ đồ của CNT-(CO)-PEG (hình 3.10) có pic 3.264 cm-1 đặc trưng cho dao động của nhóm OH ở cuối mạch CNT-COO-(CH2-CH2)n-OH, pic 3.624cm-1 và 1.668 cm-1 biểu thị tín hiệu của nhóm N-H, pic 1716cm-1 cường độ mạnh là tín hiệu của nhóm (C=O) este. Phổ IR của CNT-(CO)- PEG cũng xuất hiện pic 1.038cm-1 được gán cho nhóm C-O trong PEG, hai pic 2.836 cm-1 và 3.019 cm-1 đặc trưng cho dao động đối xứng và phản đối xứng của liên kết C-H trong PEG. + Hàm lượng nhóm –(CO)-PEG ghép lên CNT: Hàm lượng nhóm – (CO)-PEG ghép lên bề mặt CNT cũng được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). Kết quả phân tích thu được, được thể hiện trên bảng 3.4. Bảng 3.4: Kết quả phân tích TGA của CNT-(CO)-PEG Nhiệt độ bắt Nhiệt độ phân Nhiệt độ phân Tổn hao khối Mẫu vật liệu đầu phân hủy hủy mạnh hủy mạnh lượng đến 0 ( C) nhất 1, ( C) 0 nhất 2, ( C) 750oC, (%) 0 CNT 4900C 629,77 0C - 13,50% CNT-(CO)-PEG 4050C 449,150C 619,110C 36,63% 7
Sự phân hủy nhiệt của CNT-(CO)-PEG bắt đầu khoảng 4050C và đạt cực đại tại 449,150C kéo dài cho đến 619,110C, sau đó tốc độ giảm dần cho tới khi đạt đến 7500C không còn tổn hao khối lượng, lúc này mức độ tổn hao khối lượng khoảng 36,63%, có thể tính toán sơ bộ hàm lượng nhóm chức CO-PEG được gắn lên bề mặt CNT tương ứng là 23,13%. Nhiệt độ bắt đầu phân hủy thấp cũng như cực đại phân hủy đầu tiên thấp là của các nhóm hữu cơ gắn trên bề mặt CNT cũng như những thành phần cấu trúc kém chặt chẽ của CNT bắt đầu phân hủy. Tiếp theo đó là quá trình phân hủy của CNT cùng những thành phần bền nhiệt của nó. Quá trình kéo dài cho đến khoảng 750 oC thì khối lượng không thay đổi nữa, tại nhiệt độ này tổn hao khối lượng của toàn mẫu là 23,1% Nhận xét: Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy rằng: - Bằng phản ứng ankyl hóa Fridel Craft đã ghép được PVC lên bề mặt CNT với hàm lượng PVC ghép là khoảng 23,0%. - Bằng phản ứng este hóa Fischer bề mặt CNT (oxy hóa) bằng PEG, đã gắn được 23,13% nhóm –(CO)-PEG lên bề mặt CNT. 3.1.2. Biến tính phụ gia nanosilica 3.1.2.1. Xác định nồng độ silan tối ưu Phổ hồng ngoại của Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulphit (TESPT) được biểu thị trên hình 3.2. Hình 3.11: Phổ FT-IR của Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulphit (TESPT) Từ hình 3.11, nhận thấy rằng, trong khoảng từ 4000 - 400 cm-1, TESPT có một số dải hấp thụ đặc trưng cụ thể là: ở số sóng 3000 - 2800 cm-1 có dao động dãn của nhóm etoxy, số sóng từ 1200 - 1000 dao động dãn không đối xứng của C – O – Si, 1000 - 600 cm-1 có dao động dãn của C – C và dao động dãn đối xứng của C – O – Si, dưới 500cm-1 có dao động biến dạng của C – O – Si. Các dao động của TESPT ở 2990 cm-1 và 1395 cm-1 là dao động biến dạng đối xứng và dãn không đối xứng của nhóm metyl (-CH3) trong etoxy. Pic 2883 cm-1 là dao động không đối xứng của C – H trong CH3. Pic 1445 cm-1 và 1395 cm-1 lần lượt là biến dạng không đối xứng của C – H trong nhóm metylen (CH2) và metyl. 8
Hình 3.12: Phổ FT-IR của nanosilica Hình 3.13: Phổ FT-IR của nanosilica biến tính TESPT ở các nồng độ khác nhau - Trong khoảng nồng độ khảo sát, nồng độ silan tối ưu để biến tính nanosilica là 2%. - Tiếp tục dựa vào phổ hồng ngoại so sánh cường độ các pic ở 2929cm-1 và 2861 cm-1 đặc trưng cho C-H đã lựa chọn được thời gian phản ứng là 4 giờ; nhiệt độ phản ứng 300C; - Kích thước hạt silica sau biến tính: Bảng 3.6: Phân bố kích thước hạt của nanosilica đã biến tính %< 5 20 50 80 95 Kích thước (  m) 0,07 0,11 0,15 0,28 0,75 Hình 3.21: Phân bố kích thước hạt của nanosilica sau khi biến tính Hình thái bề mặt của hạt nanosilica trước và sau khi biến tính được mô tả trên hình 3.22. a) Nanosilica chưa biến tính b) Nanosilica biến tính TESPT Hình 3.22: Ảnh TEM bề mặt hạt nanosilica trước và sau khi biến tính bằng TESPT 9
Từ ảnh TEM trên hình 3.22 có thể thấy, sau khi biến tính các hạt nanosilica ít kết tụ lại với nhau hơn, dẫn tới kích thước của các tập hợp hạt giảm. Kết quả phù hợp với kết quả phân tích kích thước hạt ở mục trên. 3.1.3. Biến tính nanoclay Nanoclay biến tính bằng hỗn hợp HH1 (DTAB; BTAB; CTAB với tỉ lệ mol 30:5:65) đạt hiệu quả cao nhất. Có các đặc trưng khoảng cách cơ sở d=18,6nm, hàm lượng chất hữu cơ cao nhất (21,3%), độ trương trong dung môi cao nhất. 3.2. Nghiên cứu, chế tạo vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở cao su, cao su blend gia cường bằng phụ gia nano 3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nano đến tính chất cơ học của vật liệu 3.2.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nano chưa biến đến tính chất kéo của vật liệu Nano (nanosilica (NS); ống nano cacbon (CNT); nanoclay (NC)) được gia cường cho CSTN và cao su blend ở các hàm lượng khảo sát khác nhau từ 1 đến 10 pkl Hình 3.24: Độ bền kéo của vật liệu sử Hình 3.25: Độ dãn dài của vật liệu sử dụng nano chưa biến tính dụng nano chưa biến tính Từ các kết quả trong bảng và các hình trên cho thấy, hàm lượng phụ gia nano thích hợp cho từng nền vật liệu cụ thể như sau: - Đối với nền CSTN hàm lượng nanosilica (NS) gia cường thích hợp là 3 phần khối lượng, cho kết quả độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt lớn nhất. - Đối với nền cao su blend CSTN/NBR hàm lượng nanosilica gia cường thích hợp tại 7 pkl, cho kết quả độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt lớn nhất. - Đối với nền cao su blend CSTN/CR hàm lượng nanosilica gia cường thích hợp tại 5 pkl, cho kết quả độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt lớn nhất. - Đối với nền cao su blend CSTN/NBR hàm lượng CNT gia cường thích hợp tại 4 pkl, cho kết quả độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt lớn nhất. - Đối với nền cao su blend CSTN/CR hàm lượng nanoclay gia cường thích hợp tại 5 pkl, cho kết quả độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt lớn nhất 3.2.1.2. Ảnh hưởng của phụ gia nano biến tính đến tính chất cơ học của vật liệu Các mẫu vật liệu được so sánh tương ứng trên các biểu đồ dưới đây. 10
Hình 3.26: So sánh độ bền kéo của vật Hình 3.27: So sánh độ dãn dài khi đứt liệu sử dụng nano biến tính và không của vật liệu sử dụng nano biến tính và biến tính không biến tính Từ các biểu đồ hình 3.26 và hình 3.27 cho thấy tính chất kéo của vật liệu sử dụng nano biến tính vượt trội so với khi chưa biến tính 3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nano đến cấu trúc hình thái của vật liệu 3.2.2.1. Cấu trúc hình thái của vật liệu CSTN sử dụng nanosilica biến tính và không biến tính: CSTN gia cường 3 pkl và 7 pkl nanosilica chưa và đã biến tính bằng TESPT được đưa ra trong hình 3.30 và hình 3.31. a b a. CSTN/3pkl nanosilica chưa biến tính b. CSTN/3pkl nanosilica bt TESPT Hình 3.30: Ảnh FESEM bề mặt cắt CSTN/NS 3pkl nanosilica a b a. CSTN/7pkl nanosilica chưa biến tính b. CSTN/7pkl nanosilica bt TESPT Hình 3.31: Ảnh FESEM bề mặt cắt CSTN/7 pkl nanosilica Từ hình 3.30 và hình 3.31 nhận thấy rằng, ở tất cả các mẫu, các hạt nanosilica phân tán trong nền CSTN đa phần ở kích thước lớn hơn 100 nm. Ở vật liệu gia cường bằng nanosilica chưa biến tính (hình 3.30a) các hạt nanosilica phân tán kém đều đặn hơn, thậm chí có hạt có đường kính tới 1 11
m. Trong khi đó, ở vật liệu gia cường 3 pkl nanosilica biến tính bằng TESPT, các hạt nanosilica phân tán đều đặn hơn và có những hạt dưới 100 nm (hình 3.30b). Ở các mẫu vật liệu biến tính bằng 7 pkl nanosilica chưa biến tính và đã biến tính, các hạt nanosilica phân tán kém đều đặn và xuất hiện nhiều tập hợp hạt khá to cả trong hai trường hợp (tới cỡ m-hình 3.31). 3.2.2.5. Cấu trúc hình thái mẫu vật liệu cao su blend CSTN/CR gia cường nanoclay hữu cơ hóa: Trên hình 3.35 là ảnh chụp chụp bề mặt cắt của một số mẫu vật liệu từ chúng. Từ ảnh FESEM cho thấy, khi hàm lượng nanoclay thấp (5pkl) các hạt nanoclay phân tán trong nền cao su blend khá đồng đều, kích cỡ hạt khá nhỏ chỉ cỡ từ vài trăm nanomet. a b Hình 3.35: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu cao su CSTN/CR/nanoclay (a) 5 pkl nanoclay; (b) 10 pkl nanoclay Các hình dưới đây là giản đồ nhiễu xạ tia X và ảnh TEM của vật liệu CSTN/CR gia cường nanoclay đã biến tính HH1: Hình 3.37: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu Hình 3.38: Ảnh TEM mẫu CSTN/CR CSTN/CR chứa 5pkl nanoclay HH1 chứa 5pkl nanoclay Từ giản đồ nhiễu xạ tia X trên hình 3.37 cho thấy, pic phản xạ (d001) của nanoclay sau khi được phân tán vào nền cao su blend CSTN/CR, khoảng cách cơ sở của nanoclay tăng lên mạnh, xấp xỉ 4,08 nm (khoảng cách cơ sở ban đầu d001 = 1,86 nm) với góc 2 = 2,2o. Kết quả này cho thấy, cấu trúc các lớp của nanoclay đã bị thay đổi và chuyển thành cấu trúc xen lớp trong nền cao su blend. Điều này còn được minh chứng bằng ảnh TEM ở hình 3.38. 12
3.2.3. Ảnh hưởng của phụ gia nano đến tính chất nhiệt của vật liệu 3.2.3.1. Ảnh hưởng của nanosilica đến tính chất nhiệt của vật liệu CSTN Hình 3.40.a: Giản đồ TGA của mẫu Hình 3.40b: Giản đồ TGA của mẫu CSTN/3 pkl CSTN/3 pkl nanosilica chưa biến tính nanosilica biến tính bằng TESPT Cơ chế liên kết giữa nanosilica biến tính bằng TESPT và nền cao su có thể mô tả như sau (hình 3.42): Hình 3.41: Phản ứng giữa CSTN với nanosilica biến tính TESPT Liên kết này giúp cấu trúc vật liệu chặt chẽ hơn nên nhiệt độ bắt đầu phân hủy và nhiệt độ phân hủy mạnh nhất đều cao hơn so với mẫu sử dụng nanosilica chưa biến tính (tăng lên tương ứng là 2,850C và 5,270C). Đây cũng là lý do làm cho tính chất cơ học của vật liệu tăng cao hơn. 3.2.3.2. Ảnh hưởng của nanosilica đến tính chất nhiệt của vật liệu cao su blend * Tính chất nhiệt của hệ cao su blend CSTN/NBR gia cường nanosilica * Tính chất nhiệt của hệ cao su blend CSTN/CR gia cường nanosilica * Tính chất nhiệt của hệ cao su blend CSTN/CR gia cường nanoclay: * Tính chất nhiệt của hệ cao su blend CSTN/NBR gia cường CNT. Nhìn chung khi sử dụng phụ gia nano biến tính cho nền cao su thiên nhiên và cao su blend thì tính chất nhiệt của vật liệu chế tạo được ảnh hưởng tích cực. Khi có mặt phụ gia nano trong vật liệu nền cao su đã che chắn tác động của nhiệt đối với các phần tử cao su, đã làm tăng khả năng ổn định và độ bền nhiệt cho vật liệu. 13
3.3 Nghiên cứu, chế tạo vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở cao su blend gia cường than đen phối hợp với phụ gia nano 3.3.1. Phối hợp nano silica và than đen gia cường cho cao su thiên nhiên 3.3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng than đen tới tính chất cơ học của vật liệu Khi hàm lượng than đen tăng: độ bền kéo đứt của vật liệu tăng lên nhanh, độ bền mài mòn tăng dần (độ mài mòn giảm) nhưng chỉ đến giới hạn nhất định khoảng 25pkl sau đó lại bắt đầu giảm. Lựa chọn hàm lượng than đen là 25pkl được sử dụng để tiến hành khảo sát tiếp. 3.3.1.2. Ảnh hưởng của nanosilica phối hợp tới tính chất cơ lý của vật liệu Các kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu từ CSTN có 25pkl than đen được trình bày trong bảng 3.16 dưới đây: Bảng 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu CSTN chứa 25pkl than đen Tính chất Độ bền kéo Độ dãn dài Độ mài mòn Độ cứng Hàm lượng đứt (MPa) khi đứt (%) (cm3/1,61 km) (Shore A) nanosilica (pkl) 0 21,40 643 0,985 56,0 3 22,94 663 0,948 57,1 5 23,72 655 0,944 58,3 7 19,81 632 0,973 58,8 Nhận thấy rằng độ bền kéo đứt, độ bền mài mòn, độ dãn dài khi đứt của vật liệu đạt cao nhất ở hàm lượng nanosilica tối ưu khi phối hợp với than đen cho vật liệu CSTN là 5pkl. 3.3.1.3. Cấu trúc hình thái của vật liệu Để đánh giá cấu trúc hình thái của vật liệu, chúng tôi dùng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để chụp bề mặt gãy một số mẫu vật liệu tiêu biểu. Kết quả được trình bầy trong các hình 3.44 và hình 3.45 dưới đây. Hình 3.44: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu Hình 3.45: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu vật liệu CSTN/25pkl than đen CSTN/25pkl than đen/5pkl nanosilica Nhận thấy rằng, ở mẫu cao su tự nhiên có 25pkl than đen, chất độn than đen phân bố tương đối đồng đều trên bề mặt của nền CSTN, song trên bề mặt gẫy có sự lồi lõm. Khi có thêm 5pkl nanosilica vào mẫu trên, bề mặt mẫu vẫn 14
giữ được sự phân bố đều đặn của các chất độn trên nền CSTN như mẫu gia cường 25pkl than đen, song bề mặt gãy ít lồi lõm hơn. Điều đó chứng tỏ với hàm lượng nhỏ nanosilica vẫn duy trì được sự phân bố đồng đều của các cấu tử trong khối vật liệu, các thành phần trong tổ hợp liên kết với nhau tốt hơn. Nhờ vậy, bề mặt gãy của vật liệu ít lồi, lõm, chứng tỏ cấu trúc hình thái của vật liệu chặt chẽ. 3.3.1.4. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu Bảng 3.17: Nhiệt độ bắt đầu phân hủy và tổn hao khối của vật liệu lượng Nhiệt độ bắt đầu Nhiệt độ phân hủy Mất khối lượng đến Mẫu vật liệu phân hủy (oC) mạnh nhất 1 (oC) 440 0C (%) CSTN/25pkl than đen 302,2 374,1 66,359 CSTN/25pkl than 303,6 374,1 65,829 đen/5pkl nanosilica CSTN/25pkl than 299,0 375,1 62,625 đen/10pkl nanosilica Nhận thấy rằng, độ bền nhiệt của vật liệu tăng lên một chút khi hàm lượng nanosilica biến tính là 5pkl (nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng 1,4 oC). Khi hàm lượng nanosilica quá cao (10pkl) nhiệt độ bắt đầu phân hủy của vật liệu giảm mạnh (giảm 4oC). Điều này có thể giải thích do khi hàm lượng nanosilica trong hợp phần cao su quá lớn dẫn tới sự tạo thành các pha riêng biệt (như phần cấu trúc hình thái đã chỉ rõ), làm giảm đi kết cấu chặt chẽ của vật liệu dẫn đến tính bền nhiệt của vật liệu giảm. 3.3.1.5. Khả năng bền môi trường của vật liệu Hệ số già hóa của vật liệu được xác định theo TCVN 2229-77 sau khi thử nghiệm trong môi trường không khí và nước muối 10 % ở 70 oC sau 96 giờ được thể hiện trong bảng 3.18. Bảng 3.18: Hệ số già hóa của vật liệu sau khi thử nghiệm ở 70 oC sau thời gian thử nghiệm 96 giờ trong không khí và nước muối 10 % Hệ số già hóa Trong không Trong nước Mẫu vật liệu khí (%) muối 10% (%) CSTN/25pkl than đen 0,80 0,80 CSTN/25pkl than đen/5pkl nanosilica 0,86 0,85 Nhận thấy rằng, khi biến tính hợp phân CSTN gia cường 25pkl than đen với hàm lượng nanosilica thích hợp (5pkl so với CSTN) đã làm tăng độ bền môi trường cho vật liệu (hệ số già hóa trong không khí và nước muối 10% đều tăng lên đáng kể). Điều này có thể giải thích do sự có mặt nanosilica làm cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn, ngăn cản sự tác động của oxy trong không khí cũng như các yếu tố xâm thực khác, làm tăng độ bền môi trường cho vật liệu. 3.3.2. Phối hợp phụ gia nano silica, nanoclay và than đen gia cường cho blend của cao su thiên nhiên và cao su cloropren 15
Trong công nghệ gia công cao su, người ta sử dụng nhiều các loại chất độn gia cường như than đen, silica, clay, dolomit,... Tuy nhiên ở mỗi hệ cao su và phụ gia cụ thể, các chất độn có ảnh hưởng và hàm lượng tối ưu khác nhau. Trong nghiên cứu này, các phụ gia nano được sử dụng gồm: nanosilica (NS), than đen (CB) và nanoclay (NC) làm chất gia cường cho hệ cao su blend CSTN/CR (70/30). 3.3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng than đen tới tính chất cơ học của vật liệu Kết quả khảo sát được trình bày trong các hình 3.47, 3.48 dưới đây. Hình 3.47: Ảnh hưởng của hàm lượng CB Hình 3.48: Ảnh hưởng của hàm lượng CB tới độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của tới độ cứng và độ mài mòn của vật liệu vật liệu Nhận thấy rằng, khi hàm lượng than đen (CB) tăng lên, độ bền kéo đứt của vật liệu tăng và đạt giá trị cực đại tại hàm lượng than đen là 30pkl. Riêng độ cứng của vật liệu tăng dần với sự tăng hàm lượng than đen. Sự biến đổi các giá trị này là do khi hàm lượng CB nằm trong vùng giới hạn tối ưu các hạt CB tạo thành mạng lưới của mình đồng thời tách các đại phân tử cao su ra mọi hướng tạo thành mạng lưới hidrocacbon. Hai mạng lưới đan xen, móc xích vào nhau tạo thành một cấu trúc cao su - chất độn liên tục làm tăng tính chất cơ học của vật liệu. Từ những kết quả trên, hàm lượng than đen phối hợp là 30pkl được chọn để tiếp tục nghiên cứu. 3.3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay thay thế nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu Bảng 3.19: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay thay thế nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu Mẫu vật liệu Độ bền kéo Độ dãn dài Độ cứng Độ dãn (silica/clay) đứt (MPa) khi đứt (%) (Shore A) dư (%) SC0 (5/0) 22,79 608 61,4 14,0 SC1 (4/1) 23,14 632 61,8 13,8 SC2 (3/2) 24,56 653 62,0 13,2 SC5 (0/5) 22,85 607 63,2 12,0 Ký hiệu các mẫu: SC0: CSTN/CR/5NS-30CB; SC1: CSTN/CR/4NS-30CB-1NC; SC2: CSTN/CR/3NS-30CB-2NC; SC5: CSTN/CR/30CB-5NC. 16
Kết quả trên bảng 3.19 cho thấy, độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu đạt giá trị lớn nhất khi hàm lượng nanosilica được thay thế bằng 2pkl nanoclay. Sau đó, tiếp tục tăng hàm lượng nanoclay thay thế, các tính chất này của vật liệu lại giảm. Riêng độ cứng của vật liệu tăng chậm và độ dãn dư giảm chậm khi hàm lượng nanoclay thay thế tăng. Sự thay đổi tính chất này có thể được giải thích: một mặt, nanoclay có hiệu ứng gia cường tốt hơn so với nanosilica. Mặt khác, với hàm lượng 2% nanoclay trong khối vật liệu có thể tạo ra hiệu ứng cộng hưởng giữa các phụ gia nano và nhờ vậy, độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu được cải thiện. 3.3.2.3. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu Độ bền nhiệt của vật liệu được đánh giá bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). Kết quả phân tích nhiệt các mẫu vật liệu trên cơ sở cao su blend CSTN/CR được thể hiện trên các hình và bảng dưới đây: Hình 3.50: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu Hình 3.51: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu CSTN/CR/5NS-30CB CSTN/CR/3NS-30CB-2NC Nhận thấy rằng, độ bền nhiệt của vật liệu cao su blend được cải thiện rõ rệt khi có 30pkl than đen thông qua nhiệt độ bắt đầu phân hủy của vật liệu tăng mạnh, từ 280oC lên 300oC. Khi phối hợp thay thế 2% nanosilica bằng nanoclay, độ bền nhiệt của vật liệu cũng được cải thiện (nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng thêm 6oC, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất tăng hơn 3oC, phần trăm tổn hao khối lượng đến 600oC của vật liệu cũng giảm từ 92,34% xuống còn 90,41%) bảng 3.20. Bảng 3.20: Kết quả phân tích TGA mẫu cao su blend CSTN/CR với phụ gia nano Nhiệt độ bắt Nhiệt độ phân Nhiệt độ phân Tổn hao khối Mẫu đầu phân hủy hủy mạnh hủy mạnh lượng đến o ( C) nhất 1 ( C) nhất 2 ( C) 600oC (%) o o CSTN/CR/5NS 280,0 347,3 443,1 91,92 CSTN/CR/5NS-30CB 300,0 347,4 447,8 92,34 CSTN/CR/3NS-30CB-2NC 306,0 350,7 446,5 90,41 3.3.2.5. Cấu trúc hình thái của vật liệu Cấu trúc hình thái của vật liệu cao su blend CSTN/CR/3NS-CB-2NC nanocompozit được xác định bằng các phương pháp như kính hiển vi điện 17
tử quét trường phát xạ (FESEM) và nhiễu xạ tia X. Hình 3.53 dưới đây là ảnh FESEM bề mặt cắt của mẫu vật liệu. Hình 3.52 Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu CSTN/CR/3NS-30CB-2NC nanocompozit Từ ảnh FESEM cho thấy, các phụ gia nano được phân tán trong nền cao su khá đồng đều với kích cỡ hạt khá nhỏ dưới 100nm. VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau ClayNa+ 38 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của mẫu nanoclay biến tính bằng hỗn 5000 hợp và mẫu CSTN/CR/3NS-30CB-2NC: 4000 d=18. 631 3000 Lin (Cps) 2000 1000 0 Hình 3.53: Giản đồ nhiễu Hình 3.54: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2-Theta - Scale xạ tia X của File: Huynh-Toan-Giap-DHBK-Clay Na+ 38.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 0.400 ° - End: 10.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.5 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 04/22/08 20:32:28 nanoclay HH1 CSTN/CR/3NS-30CB-2NC Từ các giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy, pic phản xạ (001) của nanoclay xuất hiện tại góc 2 = 5,2o với khoảng cách cơ sở d = 1,86 nm (hình 3.53). Với khoảng cách cơ sở này, các lớp của nanoclay ban đầu vẫn ở trạng thái trật tự. Sau khi được phân tán vào nền cao su blend CSTN/CR, khoảng cách cơ sở của nanoclay tăng lên mạnh xấp xỉ 4,14 nm với góc 2 = 2,1o (hình 3.54).Kết quả này cho thấy, cấu trúc các lớp của nanoclay đã bị thay đổi và chuyển thành cấu trúc xen lớp trong nền cao su. Do vậy, các tính chất cơ lý của vật liệu được cải thiện rõ rệt. 3.3.3. Phối hợp nano silica và than đen gia cường cho blend của cao su thiên nhiên và cao su nitril butadien (CSTN/NBR) 3.3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng than đen tới tính chất cơ học của vật liệu Hàm lượng than đen sử dụng được khảo sát trong khoảng 20pkl-35pkl theo hàm lượng cao su kết quả ở tỉ lệ 25pkl có ưu thế hơn về độ dãn dài khi đứt và bền mài mòn. Căn cứ vào những kết quả này, hàm lượng than đen là 25pkl được sử dụng để tiến hành khảo sát tiếp. 18