TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - PHAN THỊ HUÊ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIA CƢỜNG CỦA NANOSILICA TỚI TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CAO SU EPDM TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: HÓA CÔNG NGHỆ - MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS LƢƠNG NHƢ HẢI HÀ NỘI - 2015 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện chƣơng trình Đại học thực tốt khóa luận tốt nghiệp, em nhận đƣợc giúp đỡ, hƣớng dẫn nhiệt tình quý Thầy, Cô trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội Thầy, Cô Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học Công Nghệ Việt Nam Em xin cảm ơn chân thành tới TS Lƣơng Nhƣ Hải dành thời gian tâm huyết để hƣớng dẫn em thực tốt khóa luận tốt nghiệp Đồng thời em xin cảm ơn Thầy, Cô trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội đặc biệt thầy cô dạy hƣớng dẫn em thời gian em học trƣờng Em xin cảm ơn anh, chị, Thầy, Cô thuộc Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện cho em thực nghiệm để hoàn thành tốt khóa luận Em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo tiến độ nhà trƣờng đề với cố gắng nhiệt tình thân, nhiên em không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc đóng góp thầy cô bạn để khóa luận tốt nghiệp đƣợc hoàn thiện tốt Hà Nội, ngày 06 tháng 05 năm 2015 Sinh viên Phan Thị Huê Phan Thị Huê K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ACM Cao su acrylic BR Cao su butadien CNT Ống cacbon nano CR Cao su clopren CSM Closulfonat polyetylen DCP Dicumyl peroxit DCPD Dicyclopentadien DSC Phân tích nhiệt vi sai quét ENB Etylidenenorbornen ENR Cao su thiên nhiên epoxy hóa EPDM Etylen-propylen-dien đồng trùng hợp NBR Cao su nitril butadien MPS 3- mercaptopropyl trimetoxylsilan MPTMS 3-metacryloxypropyl trimetoxylsilan PEG Polyetylen glycol pkl Phần khối lƣợng TEOS Tetraetoxysilan TESPT (Si69) Bis(3- tritosilylpropyl) tetrasulfit TGA Phân tích nhiệt trọng lƣợng VNB Vinyl norbornen Phan Thị Huê K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc hạt silica Hình 1.2 Chất liên kết silan phổ biến sử dụng để biến tính silica 13 Hình 1.3 Liên kết TESPT với bề mặt silica 14 Hình 3.1: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ bền kéo đứt vật liệu 28 Hình 3.2: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ dãn dài đứt vật liệu 29 Hình 3.3: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ cứng vật liệu 30 Hình 3.4: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ mài mòn vật liệu 31 Hình 3.5: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu EPDM/35n-SiO2 32 Hình 3.6: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu EPDM/30n-SiO2 32 Hình 3.7: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu EPDM/30n-SiO2bt 33 Hình 3.8: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su EPDM 34 Hình 3.9: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su EPDM/30% nanosilica biến tính 34 Phan Thị Huê K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Cao su EPDM với n-SiO2 chƣa biến tính .24 Bảng 2.2: Cao su EPDM với n-SiO2 biến tính .24 Bảng 3.1: Kết phân tích TGA mẫu vật liệu .35 Bảng 3.2: Hệ số già hóa mẫu vật liệu EPDM/ nanosilica 35 Phan Thị Huê K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan cao su EPDM (etylen-propylen-dien đồng trùng hợp) 1.1.1 Nguồn gốc điều chế 1.1.2 Một số tính chất cao su EPDM .5 1.1.3 Ứng dụng cao su EPDM 1.2 Chất độn silica 1.2.1 Tính chất silica .6 1.2.2 Đặc điểm cấu tạo 1.2.3 Ảnh hưởng silica sản xuất vật liệu compozit 1.2.4 Nanosilica .11 1.2.5 Biến tính silica 12 1.2.6 Ứng dụng silica 15 1.3 Vật liệu cao su silica/nanocompozit .16 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 22 2.1 Vật liệu phƣơng pháp nghiên cứu 22 2.1.1 Vật liệu nghiên cứu 22 2.1.2 Thiết bị nghiên cứu 22 2.1.3 Phương pháp nghiên cứu 23 2.2 Các phƣơng pháp xác định tính chất vật liệu 25 2.2.1 Tính chất học vật liệu 25 2.2.2 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 26 2.2.3 Xác định cấu trúc hình thái bề mặt vật liệu 27 2.2.4 Đánh giá độ bền môi trường vật liệu 27 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .28 Phan Thị Huê K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 3.1 Ảnh hưởng nanosilica đến tính chất học vật liệu nanocompozit 28 3.1.1.Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo đứt vật liệu………………………………………………………………………………….28 3.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ dãn dài đứt vật liệu 29 3.1.3 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ cứng vật liệu .30 3.1.4 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ mài mòn vật liệu 30 3.2 Ảnh hƣởng trình biến tính tới cấu trúc hình thái vật liệu .31 3.3 Ảnh hƣởng trình biến tính tới khả bền nhiệt vật liệu 33 3.4 Độ bền môi trƣờng vật liệu EPDM/nanosilica 35 KẾT LUẬN .37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 Phan Thị Huê K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, vật liệu polyme nanocompzit mối quan tâm lớn nhà nghiên cứu chúng thể tính chất đặc biệt mà có nhiều ứng dụng công nghiệp Vật liệu có kết hợp vật liệu hữu cơ/vô kích thƣớc nano polyme dự kiến tạo tính chất kết hợp đồng thời tính chất thành phần vật liệu với thành phần gia cƣờng chủ yếu nanoclay, nanosilica, nano graphit, ống cacbon nano (CNT),… Đây loại vật liệu lai hữu cơ/vô có thành phần vô đƣợc phân bố đồng với kích cỡ nanomet (10-100 nm) polyme Cao su đƣợc gia cƣờng chất độn để cải thiện tính chất chúng cách kết hợp chất độn thông dụng nhƣ than đen, silica, clay, bột talc canxi cacbonat,… Chất độn nano với số lƣợng nhỏ gia cƣờng cho polyme Kết vật liệu polyme nanocompozit chứa chất độn nano đƣợc phân tán polyme sau hình thành liên kết ngang, thu đƣợc cao su nanocompozit lƣu hoá Vật liệu nanocompozit đƣợc tạo từ chất độn nano có tính chất tốt so với vật liệu compozit thông thƣờng [1-3] Polyme nanocompozit với lớp silicat [4-9] ống cacbon nano [10-12] thu hút quan tâm lớn nhằm cải thiện cấu trúc phát triển vật liệu có tính chất chức khác Trong chất độn vô silica chất độn tăng cƣờng hiệu Cũng nhƣ chất độn tăng cƣờng khác, mức độ phân tán đặc trƣng quan trọng nhất, đánh giá tác dụng tăng cƣờng lực silica Silica đƣợc sử dụng làm chất độn tăng cƣờng cho loại hợp phần cao su - nhựa tổng hợp khác Ƣu điểm silica việc có tác dụng tăng cƣờng tính chất lý cho vật liệu cao su nhƣ loại than hoạt tính, silica đƣợc sử dụng chế tạo sản phẩm sáng màu Phan Thị Huê K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Cũng nhƣ silica, nanosilica chất độn có kích thƣớc nano đƣợc nghiên cứu, ứng dụng phổ biến nay, đặc biệt lĩnh vực kỹ thuật có khả bền nhiệt cao, bề mặt riêng lớn có khả gia cƣờng cho nhiều loại vật liệu khác làm tăng đáng kể độ bền cơ, lý, nhiệt vật liệu Hiện nay, giới có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo ứng dụng vật liệu nanosilica Chính để nâng cao tính lý cho cao su EPDM (etylen-propylen-dien đồng trùng hợp), đề tài “Nghiên cứu khả gia cường nanosilica tới tính chất vật liệu cao su EPDM” đƣợc chọn làm chủ đề cho khóa luận tốt nghiệp Phan Thị Huê K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan cao su EPDM (etylen-propylen-dien đồng trùng hợp) 1.1.1 Nguồn gốc điều chế Cao su tổng hợp EPDM loại elastome đƣợc tổng hợp muộn so với loại cao su tổng hợp khác EPDM đƣợc tổng hợp lần vào năm 1961- 1962 đƣợc sản xuất quy mô công nghiệp vào năm 1962 công ty Chemical Enjay Quá trình tổng hợp EPDM sử dụng xúc tác dị thể Ziegler Đến năm 1989 sản xuất lƣợng EPDM giới vào khoảng 500.000 Cao su tổng hợp EPDM loại vật liệu đàn hồi, đƣợc tổng hợp từ etylen với monome propylen Cao su EPDM có dải nhiệt độ làm việc từ 50°C tới 120°-150°C, dải nhiệt độ phục thuộc vào hệ thống lƣu hóa EPDM polyme đƣợc tạo cách đồng trùng hợp etylen propylen với lƣợng nhỏ dien không liên hợp Các dien đƣợc sử dụng sản xuất EPDM DCPD (dicyclopentadien), ENB (etylidenenorbornen) VNB (vinyl norbornen) Thành phần EPDM: etylen chiếm khoảng 45 – 75% khối lƣợng Các dien chiếm 2,5 – 12% khối lƣợng Các loại EPDM có “tính không no” mạch nhánh đƣợc lƣu hóa lƣu huỳnh chất xúc tiến  Phản ứng tổng hợp Etylen propylen đƣợc trùng hợp dung môi hữu Nhiệt trình trùng hợp phụ thuộc vào thành phần copolyme nC2H4 (C2H4)n H nC3H6 (C3H6)n H 298 298 = -2588 kcal/mol = -2498 kcal/mol Khối lƣợng phân tử trung bình thu đƣợc khoảng 105 – 2.105 đvC Cấu trúc phân tử etylen-propylen có cấu trúc xen kẽ, dạng cis Phan Thị Huê K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội - Độ dãn dài đứt tính theo công thức: = l1  l 100% l0 Trong đó: l0 : độ dài điểm đƣợc đánh dấu lên mẫu trƣớc kéo (mm) l1 : chiều dài điểm đánh dấu mẫu đứt (mm) - Độ cứng vật liệu xác định theo tiêu chuẩn TCVN 1595 – 88: Độ cứng vật liệu đƣợc đo máy TECLOCK kí hiệu JISK 6301A Cách đo: Lau bề mặt mẫu, đặt mẫu lên mặt phẳng nằm ngang Dùng ngón tay ấn mạnh đồng hồ đo xuống mẫu Đọc ghi giá trị đồng hồ hiển thị sau giây Mỗi vật liệu ta đo vị trí khác lấy giá trị trung bình - Độ mài mòn vật liệu xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1594 – 87: Phép thử độ mài mòn Acron đƣợc thực máy đo độ mài mòn Y634 (Đài Loan) Lƣợng mài mòn (V) mẫu tính cm3/1,61 km theo công thức: V= (m1- m2)/d Trong đó: - m1 khối lƣợng mẫu trƣớc mài mòn (g) - m2 khối lƣợng mẫu sau mài mòn (g) - d khối lƣợng riêng cao su đem thử g/cm3 2.2.2 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) phép đo thay đổi liên tục khối lƣợng mẫu theo tăng nhiệt độ Phƣơng pháp cho thấy đƣợc thông tin nhiệt độ bắt đầu phân huỷ, tốc độ khối lƣợng nhƣ phần trăm khối lƣợng vật liệu nhiệt độ khác Cuối lƣợng tro lƣợng sản phẩm bền vững nhiệt độ kết thúc trình phân huỷ lại (khi tiến hành phân huỷ hoàn toàn vật liệu) Các điều kiện để phân tích TGA: Phan Thị Huê 26 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội - Chén đựng mẫu: platin - Môi trƣờng khảo sát: không khí - Tốc độ: 10oC/phút - Nhiệt độ khảo sát từ nhiệt độ phòng đến 600oC Quá trình phân tích TGA đƣợc thực máy phân tích nhiệt trọng lƣợng TAG máy DTG – 60H hãng Shimadzu (Nhật Bản) 2.2.3 Xác định cấu trúc hình thái bề mặt vật liệu Cấu trúc hình thái vật liệu mức độ phân tán silica EPDM đƣợc nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét trƣờng phát xạ (FESEM) có kí hiệu S-800 hãng Hitachi Nhật Bản Mẫu nghiên cứu đƣợc cắt dao chuyên dụng dày khoảng mm, gắn mẫu lên giá, cho vào buồng chân không, bề mặt mẫu phải phủ lớp platin mỏng lên Cho giá vào buồng để chụp bề mặt cắt vật liệu Cấu trúc hình thái bề mặt vật liệu cho ta thấy đƣợc polyme hạt độn liên kết với nhƣ nào, hợp phần chất độn polyme phân tán có hay không từ ta xác định đƣợc cấu trúc hình thái vật liệu 2.2.4 Đánh giá độ bền môi trường vật liệu Độ bền môi trƣờng vật liệu đƣợc đánh giá thông qua hệ số già hóa vật liệu Hệ số già hóa vật liệu đƣợc xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2229 – 2007 Các mẫu thử đƣợc chuẩn bị theo tiêu chuẩn quy định đƣợc đƣa vào tủ sấy có lƣu thông không khí (Memmert CHLB Đức) 1000C thời gian 96 Hệ số già hóa đƣợc tính theo công thức: K = Z2 / Z1 Trong đó: Z1 : tích số độ bền kéo đứt độ độ dãn dài đứt trƣớc già hóa Z2 : tích số độ bền kéo đứt độ độ dãn dài đứt sau già hóa Phan Thị Huê 27 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng nanosilica đến tính chất học vật liệu nanocompozit Tính chất vật liệu cao su nói chung cao su EPDM nói riêng không phụ thuộc vào yếu tố nhƣ chất vật liệu, phụ gia sử dụng, điều kiện phối trộn công nghệ gia công mà phụ thuộc nhiều vào hàm lƣợng chất độn Trong phần nghiên cứu này, cố định yếu tố chất vật liệu, thành phần phụ gia khác nhƣ chế độ gia công khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng chất độn nanosilica tới tính chất lý vật liệu 3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo đứt vật liệu Kết nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ bền kéo đứt vật liệu đƣợc trình hình 3.1 dƣới đây: Hình 3.1: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ bền kéo đứt vật liệu Kết cho thấy, biến tính cao su EPDM nanosilica nanosilica biến tính Si69 thì độ bền kéo đứt vật liệu tăng hàm lƣợng nanosilica dƣới 15 pkl tăng mạnh hàm lƣợng nanosilica khoảng từ Phan Thị Huê 28 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 15- 30 pkl Độ bền kéo đứt vật liệu đạt giá trị lớn hàm lƣợng 30 pkl Trong hai loại nanosilica, nanoslica biến tính cho độ bền kéo đứt vật liệu tốt so với nanosilica không biến tính Điều giải thích, hạt nanosilica đƣợc biến tính Si69 làm tăng khả tƣơng tác với cao tăng độ phân tán chất nền, làm tăng độ bền kéo đứt vật liệu 3.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ dãn dài đứt vật liệu Kết nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ dãn dài đứt vật liệu đƣợc trình hình 3.2 dƣới đây: Hình 3.2: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ dãn dài đứt vật liệu Khi sử dụng nanosilica nanosilica biến tính có tác dụng làm tăng độ dãn dài đứt vật liệu giá trị tối ƣu với hàm lƣợng nanosilica 30 pkl Kết cho thấy, với hàm lƣợng 30 pkl nanosilica biến tính độ dãn dài đứt vật liệu đạt giá trị cao 472% Phan Thị Huê 29 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 3.1.3 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ cứng vật liệu Kết nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ cứng vật liệu đƣợc trình hình 3.3 dƣới đây: Hình 3.3: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ cứng vật liệu Kết cho thấy, hàm lƣợng nanosilica tăng độ cứng vật liệu tăng dần Trong đó, nanosilica chƣa biến tính cho gia tăng mạnh nanosilica biến tính cho gia tăng chậm, chí giảm hàm lƣợng nanosilica lớn 30 pkl Điều giải thích, Si69 để biến tính nanosilica đóng vai trò chất hóa dẻo hàm lƣợng nanosilica lớn 3.1.4 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ mài mòn vật liệu Kết nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ mài mòn vật liệu đƣợc trình hình 3.4 dƣới đây: Phan Thị Huê 30 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.4: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ mài mòn vật liệu Nhận thấy rằng, hàm lƣợng nanosilica tăng đến 30 pkl độ bền mài mòn của vật liệu tăng Tuy nhiên, hàm lƣợng nanosilica vƣợt 30 pkl, độ độ bền mài mòn vật liệu lại giảm Từ kết nghiên cứu trên, hàm lƣợng nanosilica tối ƣu để gia cƣờng cho vật liệu cao su EPDM 30 pkl 3.2 Ảnh hƣởng trình biến tính tới cấu trúc hình thái vật liệu Để đánh giá cấu trúc hình thái vật liệu, dùng kính hiển vi điện tử quét trƣờng phát xạ (FESEM) để chụp bề mặt cắt mẫu vật liệu Phan Thị Huê 31 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.5: Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu vật liệu EPDM/35n-SiO2 Hình 3.6: Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu vật liệu EPDM/30n-SiO2 Phan Thị Huê 32 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.7: Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu vật liệu EPDM/30n-SiO2bt Kết ảnh SEM cho thấy, hàm lƣợng nanosilica lớn 30 pkl bề mặt vật liệu có kết tụ chất độn làm khả tƣơng tác chất độn với cao su giảm, tính chất học vật liệu giảm Đối với mẫu EDPM chứa 30 pkl nanosilica biến tính làm chất độn cho thấy hạt nanosilica phân tán tƣơng tác tốt với cao su Do làm cấu trúc hình thái vật liệu chặt chẽ dẫn đến tính chất học vật liệu tăng mạnh cao hẳn so với mẫu EPDM chứa 30 pkl nanosilica chƣa biến tính 3.3 Ảnh hƣởng trình biến tính tới khả bền nhiệt vật liệu Để đánh giá ảnh hƣởng trình biến tính tới khả bền nhiệt vật liêu, sử dụng phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng (TGA) Các hình dƣới giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su EPDM EPDM chứa nanosilica biến tính Phan Thị Huê 33 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Hình 3.8: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su EPDM Hình 3.9: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su EPDM/30% nanosilica biến tính Những kết phân tích đƣợc tập hợp bảng dƣới Phan Thị Huê 34 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Bảng 3.1: Kết phân tích TGA mẫu vật liệu Mẫu vật liệu Nhiệt độ bắt đầu phân hủy (0C) 413,21 EPDM 417,45 EPDM/30n-SiO2bt Nhiệt độ phân hủy mạnh (oC) Tổn hao khối lượng đến 600oC (%) 436,97 99,961 448,52 69,222 Từ giản đồ phân tích nhiệt bảng tổng hợp cho thấy, nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt độ phân hủy mạnh vật liệu tăng có nanosilica, đồng thời tổn hao khối lƣợng đến 600oC vật liệu giảm Điều giải thích, mặt nanosilica chất độn vô nên đƣa vào cao su làm tăng khả bền nhiệt cho vật liệu Mặt khác, silica có cấu trúc nano đƣợc biến tính hợp chất silan Si69 làm cho cấu trúc vật liệu chặt chẽ hơn, vật liệu bền nhiệt 3.4 Độ bền môi trƣờng vật liệu EPDM/nanosilica Trên bảng 3.2 trình bày kết thử nghiệm mẫu vật liệu EPDM/ nanosilica theo tiêu chuẩn TCVN 2229-2007 (nhiệt độ: 100oC, thời gian: 96 môi trƣờng không khí) Bảng 3.2: Hệ số già hóa mẫu vật liệu EPDM/ nanosilica Mẫu Hệ số già hóa EPDM 0,87 EPDM/30n-SiO2kbt 0,89 EPDM/30n-SiO2bt 0,92 Kết bảng cho thấy, mẫu EPDM phụ gia có độ bền môi trƣờng thấp nhất, có thêm 30 pkl nanosilica nanosilica biến tính khả Phan Thị Huê 35 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội bền nhiệt vật liệu tăng lên Đặc biệt mẫu EPDM có chứa 30 pkl nanosilica biến tính cho hệ số già hóa đạt giá trị lớn Điều đƣợc giải thích hình thành liên kết chất độn với chất cao su thông qua hợp chất silan, dẫn tới cấu trúc vật liệu trở nên đồng đều, chặt chẽ bền vững Do làm cho vật liệu tăng khả bền với tác động nhiệt độ oxy không khí Phan Thị Huê 36 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thu đƣợc cho thấy rằng: - Hàm lƣợng nanosilica nanosilica biến tính tối ƣu để phối trộn với cao su EPDM 30 pkl Tại hàm lƣợng này, độ bền kéo đứt, độ dãn dài đứt nhƣ độ bền mài mòn vật liệu đƣợc cải thiện - Nanosilica đƣợc biến tính Si69 cho hiệu gia cƣờng tốt so với nanosilica không biến tính - Độ bền nhiệt nhƣ khả bền môi trƣờng vật liệu cao su EPDM đƣợc cải thiện đáng kể đƣợc gia cƣờng nanosilica Vật liệu cao su nanocompozit sở blend EPDM silica đáp ứng yêu cầu chế tạo số sản phẩm cao su kĩ thuật dân dụng Phan Thị Huê 37 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO M.Novak, Hybrid Nanocomposite Materials-between inorganic glasses and organic polymers, Advanced Materials, Vol 5(6), p 422-433, 1993 J.E Mark, Ceramic-reinforced polymers and polymer-modified ceramics, Polymer Engineering & Science, Vol 36(24), p 2905-2920, 1996 D.Vollath and D.V.Szabo, Synthesis and Properties of Nanocomposites, Adv Eng Mater., Vol 6(3), p 117-127, 2004 P.B.Messersmith, E.P.Giannelis Polymer-layered silicate nanocomposites: in situ intercalative polymerization of epsilon-caprolactone in layered silicates, Chem Mater., Vol.5, p.1064-1066, 1993 E.P.Giannelis, Polymer Layered Silicate Nanocomposites, Adv Mater., Vol 8(1), p 29-35 1996 C.Zilg, R.Thomann, J.Finter, R.Mulhaupt, The influence of silicate modification and compatibilizers on mechanical properties and morphology of anhydride-cured epoxy nanocomposites, Macromol Mater Eng, Vol 280, p.41-46, 2000 S.S.Ray and M.Okamoto, Polymer/layered silicate nanocomposites: a review from preparation to processing, Prog Polym Sci, Vol 28(11), p.1539-1641, 2003 A.Usuki, N.Hasegawa, M.Kato, Polymer-Clay Nanocomposites, Adv Polym Sci, Vol 179, p.135-195, 2005 Y.P Wu, Y.Q.Wang, H.F.Zhang, Y.Z.Wang, D.S.Yu, L.Q.Zhang, Rubber– pristine clay nanocomposites prepared by co-coagulating rubber latex and clay aqueous suspension, Compos Sci Technol, Vol 65, p 1195-1202, 2005 10 P.M.Ajayan, O.Z Zhou, Carbon nanotubes, Topics Appl Phys, Vol 80, p 391-425, 2001 Phan Thị Huê 38 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 11 L Dai, A.W.H Mau, Controlled Synthesis and Modification of Carbon Nanotubes and C 60: Carbon Nanostructures for Advanced Polymeric Composite Materials, Adv Mater, Vol 13(12-13), p 899-913, 2001 12 J.N.Coleman, U.Khan, Y.K.Gunoko, Mechanical Reinforcement of Polymers Using Carbon Nanotubes, Adv Mater, Vol 18(6), p.689-706, 2006 13 Janna, S.C; Jain, S Polyme, Vol 42, p 6897, 2001 14 Kim, H.C; Ahn,S.H; Hirai, T Polyme, Vol 44, p 5625, 2003 15 Schadler, L.S; Kumar, S.K; Benicewicz, B.C; Lewis, S.L; Harton;S.E: MRS Bull, Vol 32, p 335, 2007 16 Ying Chen, Zheng Peng, Ling Xue Kong, Mao Fang Huang, Pu Wang Li, Natural rubber nanocompozit reinforced with nano silica, Polyme Engineering & Science, Vol 48 (9), p 1674–1677, 2008 17 A Bandyopadhyay, M De Sarkar and A K Bhowmick, Epoxidised natural rubber/silica hybrid nanocompozits by sol-gel technique: Effect of reactants on the structure and the properties, Journal of Materials Science ,Vol 40, Number 1, 53-62, 2000 18 BANDYOPADHYAY Abhijit; DE SARKAR Mousumi ; BHOWMICK Anil K., Rheological behavior of hybrid rubber Nanocompozits, Rubber chemistry and Technology, Vol 78 (5), p 806-826, 2005 19 Bokobza, L.; Chauvin, J.P.: Reinforcement of nature rubber: use of in situ generated silicas and nanofibres of sepiolite, Polyme, Vol 46, p.4144-4151, 2005 20 Ikeda, Y.; Poompradub, S.; Morita, Y., et al.: Preparation of high performance nanocoposite elastomer: effect of reaction condition on in situ silica generation of high content in natural rubber, J.Sol – Gel Sci Technol Vol 45, p 299306, 2008 Phan Thị Huê 39 K36B- Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 21 Wunpen Chokaew, W Mingvanish, U Kungliean, N Rochanwipart and Witold Brostow: Vulcanization Characteristics anh Dynamic Mechanical Behavior of Natural Ruber reinforced with silan modified silica, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol.11, p 2018 – 2024, 2011 22 Ikeda,Y.; Kohjiya, S.: In situ formed silica particles in rubber vulcanizate by the sol –gel method, Polymer, Vol 38, p 4417-4422 , 1997 23 Zhou, D.H.; Mark, J.E: Preparation anh characterization of trans-1,4polybutadien nanocoposites containing in situ generated silica J.Macromol.Sci.Pure, A42, p.1221-1232, 2004 24 Das, A.; Jurk, R.; Stockelhuber; K.W.; et al: Silica-ethylene propylene diene monomer rubber networking by in situ sol – gel method, J Macromol.Sci Part A-Pure Appl Chem., Vol 45, p 101 – 106, 2008 25 M Madani, Effect of silica type and concentrations on the physical properties of EPDM cured by γ –irradiation, Molecular Physics, Vol 106 (7), p 849-857, 2008 26 Marković Gordana, Samaržija Jovanović Suzana, Jovanović Vojislav, Marinović Cincović Milena, Thermal stability of CR/CSM rubber blends filled with nano- and micro-silica particles, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol 100(3), p 881-888, 2010 27 Hyungsun Kim, Jian Feng Yang, Chuleol Hee Han, Somchai Thongtem and Soo Wohn Lee, Rubber Blend of 80/20 NR/SBR Reinforced with Nanosilica and PS-Encapsulated nanosilica, Materials Science Forum,Vol 695, p 332335, 2011 28 Vinay Kumar Singh, Prakash Chandra Gope, Silica-Styrene-Butadiene Rubber Filled Hybrid Compozites: Experimental Characterization and Modeling, Journal of Reinforced Plastics and Compozites, Vol 29(16), p 2450-2468, 2010 Phan Thị Huê 40 K36B- Hóa Học [...]... cũng nhƣ chế độ gia công và chỉ khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất độn nanosilica tới tính chất cơ lý của vật liệu 3.1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo đứt của vật liệu Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng nanosilica tới độ bền kéo đứt của vật liệu đƣợc trình trên hình 3.1 dƣới đây: Hình 3.1: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nanosilica tới độ bền kéo đứt của vật liệu Kết quả trên... hưởng của nanosilica đến tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit Tính chất của vật liệu cao su nói chung và cao su EPDM nói riêng không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ bản chất vật liệu, phụ gia sử dụng, điều kiện phối trộn và công nghệ gia công mà còn phụ thuộc rất nhiều vào hàm lƣợng chất độn Trong phần nghiên cứu này, chúng tôi cố định các yếu tố về bản chất vật liệu, thành phần các phụ gia khác... biến tính cho độ bền kéo đứt của vật liệu tốt hơn so với nanosilica không biến tính Điều này có thể giải thích, các hạt nanosilica đƣợc biến tính bằng Si69 đã làm tăng khả năng tƣơng tác với nền cao sự và tăng độ phân tán trong chất nền, vì vậy làm tăng độ bền kéo đứt của vật liệu 3.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng nanosilica. .. trong nền cao su) trùng hợp insitu có hiệu quả gia cƣờng cao hơn nhiều M.Mandani [25] đã nghiên cứu ảnh hƣởng của nanosilica và micro silica với những nồng độ khác nhau tới tính chất vật lý của của cao su EPDM đƣợc lƣu hoá bằng cách chiếu tia gamma Phân tích nhiệt trọng lƣợng cho thấy, nếu hàm lƣợng micro hoặc nano silica tăng sẽ làm giảm tốc độ phân huỷ của cao su so với cao su không sử dụng chất độn... làm chất tăng độ bền kết cấu trong nhựa, trong chất lọc và ổn định bia, trong phân tích máu,… 1.3 Vật liệu cao su silica/nanocompozit So với vật liệu compozit truyền thống, vật liệu nanocompozit có những ƣu điểm chính nhƣ sau: - Vật liệu nano gia cƣờng hiệu quả hơn bởi vì kích cỡ của nó nhỏ hơn dẫn tới sự cải thiện đáng kể tính chất của nền (chỉ với một lƣợng nhỏ vật liệu gia cƣờng) điều này làm cho vật. .. nanosilica tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu đƣợc trình trên hình 3.2 dƣới đây: Hình 3.2: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nanosilica tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu Khi sử dụng nanosilica và nanosilica biến tính có tác dụng làm tăng độ dãn dài khi đứt của vật liệu và giá trị tối ƣu với hàm lƣợng nanosilica là 30 pkl Kết quả trên cho thấy, với hàm lƣợng 30 pkl nanosilica biến tính độ dãn dài khi đứt của vật liệu. .. thấp nhất trong tất cả các loại cao su (0,86g/cm3) - Có khả năng nhận hàm lƣợng chất độn cao hơn tất cả các loại cao su khác - Rất bền với nhiệt, oxi hóa, ozon, môi trƣờng nƣớc và thời tiết - Bền với hóa chất, có độ mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, có tính năng cách điện - Cao su EPDM thƣờng đƣợc gọi là cao su “sử dụng ngoài trời” Loại cao su có hàm lƣợng etylen cao có nhiều tính năng nhƣ nhựa nhiệt dẻo và có... sự [26] đã nghiên cứu khả năng chịu nhiệt và hình thái bề mặt của nano và micro silica tới cao su bend của cao su nitril butadien (NBR) với closunfonat polyetylen (CSM) và cao su clopren (CR) với CSM Cao su sử dụng đã đƣợc lƣu hoá bằng lƣu huỳnh, etylen-thioure, magie oxit và các liên kết tạo thành giữa chúng Cấu trúc của vật liệu đƣợc phân tích bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourie, khả năng chịu nhiệt... quả cho thấy, khả năng gia cƣờng của silica với cao su thiên nhiên epoxy hoá cao hơn đối với cao su acrylic [18] Bokobza và các cộng sự đã chế tạo đƣợc cao su nanocompozit từ cao su thiên nhiên và nanosilica bằng phƣơng pháp trùng hợp in situ với tiền chất silica là TEOS Các tác giả đã tiến hành thử nghiệm với cao su chƣa lƣu hoá và cao su đã đƣợc lƣu hoá Hàm lƣợng silica đƣa vào trong cao su trong khoảng... 1.2.5 Biến tính silica Để tăng khả năng tƣơng hợp, ngƣời ta có thể biến tính cao su hoặc biến tính silica Ngoài việc biến tính cao su thiên nhiên nhƣ epoxy hóa ngƣời ta còn đƣa thêm các nhóm phân cực vào hợp phần cao su Cao su clopren, có cấu tạo gần giống với cao su thiên nhiên, nhƣng chứa nhóm clo giàu điện tử sẽ tƣơng tác với nhóm silanol Độ hoạt động bề mặt của chất độn cũng góp phần vào khả năng tăng ... 1.1.2 Một số tính chất cao su EPDM Cao su EPDM có số đặc tính sau: - Là loại cao su có tỷ trọng thấp tất loại cao su (0,86g/cm3) - Có khả nhận hàm lƣợng chất độn cao tất loại cao su khác - Rất... LUẬN 3.1 Ảnh hưởng nanosilica đến tính chất học vật liệu nanocompozit Tính chất vật liệu cao su nói chung cao su EPDM nói riêng không phụ thuộc vào yếu tố nhƣ chất vật liệu, phụ gia sử dụng, điều... kết tủa silica cao su) trùng hợp insitu có hiệu gia cƣờng cao nhiều M.Mandani [25] nghiên cứu ảnh hƣởng nanosilica micro silica với nồng độ khác tới tính chất vật lý của cao su EPDM đƣợc lƣu hoá