87
LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA CAO SU
BR/SILICA NANOCOMPOZIT
PREPARATION AND CHARACTERATION PROPETIES
OF BR/SILICA NANOCOMPOSITES
Hoàng Thị Hòa
Email: ht_hoa15@yahoo.com
Trường Đại học Sao Đỏ
Ngày nhận bài: 13/8/2017
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 22/9/2017
Ngày chấp nhận đăng: 26/9/2017
Tóm tắt
Cao su butadiene (BR) được sử dụng khá phổ biến để chế tạo
6 trang |
Chia sẻ: huongnhu95 | Lượt xem: 518 | Lượt tải: 0
Tóm tắt tài liệu Nghiên cứu chế tạo và tính chất của cao su Br/Silica nanocompozit, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
lốp xe cộ, băng tải, dây curoa, ống dẫn
nước, đế giày dép, do cĩ khả năng chống mài mịn, chống trượt cao. Chất gia cường sử dụng cho BR
là than đen và silica. Với mục đích tạo ra loại vật liệu cĩ màu sáng và loại bỏ được màu vàng của vật
liệu khi lưu hĩa bằng lưu huỳnh, trong nghiên cứu này, vật liệu BR được gia cường bằng nanosilica và
lưu hĩa bằng DCP. Kết quả cho thấy: khi được gia cường bằng nanosilica, vật liệu tạo thành cĩ những
tính chất được cải thiện vượt trội: độ bền kéo tăng 343,8%, độ mài mịn tăng 18,9%, nhiệt độ bắt đầu
phân hủy mạnh nhất tăng 2,6oC, tốc độ phân hủy nhiệt giảm 1,85%/phút. Nanosilica phân tán trong vật
liệu cao su ở dưới dạng tập hợp, cĩ kích thước lớn hơn 100 nm. Khi hàm lượng nanosilica vượt quá
hàm lượng tối ưu, các tập hợp nanosilica cĩ kích thước lớn hơn, thậm chí đến kích thước micromet.
Nanosilica đã biến tính bề mặt bằng (bis(3-triethoxysilypropyl) tetrasulfide) (TESPT) cĩ hiệu quả hơn
trong việc cải thiện tính chất của vật liệu so với nanosilica chưa biến tính ở cùng hàm lượng: độ bền kéo
cao hơn 15,4%, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất cao hơn 2,3oC.
Từ khĩa: Cao su; BR; nanosilica biến tính; nanocompozit; TESPT.
Abstract
Butadiene rubber is commonly used to make tires, conveyors, belts, water pipes, footwear, ... due
to its high abrasion resistance. The reinforcement fillers used for BR are black carbon and silica. To
creating a light-colored material and removing the yellow color of the material from sulfur vulcanisation,
in this study, the BR material was reinforced with nanosilica and cured by DCP. The results showed
that: tensile strength increased by 343,8%, abrasion increased by 18,9%, the maximum temperature
of decomposition increased by 2,6oC, thermal decomposition rate decreased by 1,85%/min. Nanosilica
was dispersed in rubber material in aggregate form, larger than 100 nm. When the nanosilica
content exceeds the optimum level, the nanosilica aggregates were larger, even to the μm size. Bis
(3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide) (TESPT) modified nanosilica was more effective in improving the
properties of materials compared to untreated nanosilica at the same content: tensile strength is greater
than 15,4%, the maximum temperature of decomposition was higher than 2,3oC.
Keywords: Rubber; BR; modified nanosilica; nanocomposite; TESPT.
CHÚ THÍCH MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT
BR
Bt
CSTN
FESEM
HDTES
Cao su butadien
Biến tính
Cao su thiên nhiên
Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ
Hexadecyltrietoxysilan
HPLC
HTES
IR
MPS
MPTES
Sắc lý lỏng hiệu năng cao
Bis(trietoxysilyl) hexan
Cao su isopren
3-mercaptopropyl trimetoxysilan
Methacryloxy propyl trimetoxy silan
88
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017
MPTMS
pkl
SBR
TEOS
TESPD
TESPM
TESPT
3-metacryloxypropyl trimetoxysilan
Phần khối lượng
Cao su styren butadien
Tetraetoxysilan
Bis-(3-trietoxysilylpropyl) disulfit
Bis-(trietoxysilylpropyl) monosunfit
Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulfit
1. GIỚI THIỆU
Cao su butadien (BR) được tạo thành từ
1,3-butadien, loại dien liên hợp. Với khả năng
chống mài mịn, chống trượt cao, BR được sử
dụng khá phổ biến để chế tạo lốp xe cộ, băng tải,
dây cu roa, ống dẫn nước, đế giày dép, [1]. Do
hàm lượng nối đơi lớn trong mạch đại phân tử (tới
94÷98% mắt xích), nên BR thường được lưu hĩa
bằng lưu huỳnh và các chất xúc tiến lưu hĩa [2].
Khi silica được sử dụng làm chất gia cường cho
cao su, loại chất gia cường này đã được nghiên
cứu cho cao su butadien và blend của nĩ. Khi dùng
silica, vai trị của các chất tương hợp để tăng hiệu
quả gia cường của silica (ưa nước) trong nền cao
su (kỵ nước) đã được đặc biệt quan tâm. Vật liệu
từ blend của BR với các cao su khác như SBR,
IR, CSTN, E-SBR, S-SBR cùng với các loại chất
tương hợp đã được chế tạo và nghiên cứu tính
chất, khả năng ứng dụng. BR đã được phối trộn
với cao su SBR bằng phương pháp trộn kín và 80
pkl silica vào blend SBR/BR để tạo cao su làm mặt
lốp ơ tơ cùng với các loại silan TESPT, TESPD,
TESPM, ETES, HTES, DTES, MPTES từ 4,6 đến
7 pkl [3]. Blend SBR/BR (80/20) gia cường bằng
45 pkl silica với 1,5 pkl chất tương hợp TESPT
cũng được sử dụng và cải thiện 50% giá trị độ
bền nén và 40% khả năng chống mài mịn. Đế
giày được làm từ blend IR/BR (40/60) và 50 pkl
silica cĩ modul và độ đàn hồi đều đạt ở mức tốt,
nhưng cải thiện đáng kể là ở độ mài mịn thu được
khi thay thế silica thơng thường bằng silica cĩ độ
phân tán cao. Đế giày thể thao được làm từ blend
E-SBR/BR (50:50) được trộn với khoảng 50 pkl
silica kết tủa [4].
Phương pháp sol-gel cũng được sử dụng để chế
tạo vật liệu BR/silica nanocompozit. Silica hình
thành in-situ phân tán đồng nhất vào nền cao su
ở dạng hình cầu và cĩ kích thước trong khoảng
15÷35 nm [5].
Ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ trong quá
trình chế tạo vật liệu cũng đã được quan tâm
nghiên cứu [6, 7, 8]. Ảnh hưởng của các chất xúc
tiến và lưu hĩa tới tính chất của vật liệu BR/silica
nanocomposit đã được khảo sát với blend SBR/
BR (75/25) gia cường bằng 80 pkl silica với chất
tương hợp là các silan: TESPT, TESPD, TESPM,
ETES, HTES, DTES, MPTES. Silan được trộn
trực tiếp với cao su và silica trong máy trộn kín.
Kết quả cho thấy, lưu huỳnh trong silan khơng
những chỉ đĩng vai trị tạo liên kết ngang với các
phân tử cao su mà cịn tạo các liên kết mạnh giữa
các phân tử chất tương hợp [3].
Vai trị của nhiệt độ và thời gian đến quá trình chế
tạo vật liệu nanocompozit từ blend S-SBR/BR
(75/25) và nanosilica với TESPT làm chất tương
hợp đã được Reuvekamp và các cộng sự [9] cơng
bố là: nhiệt độ tối thiểu để phản ứng giữa silica và
silan xảy ra như mong muốn là 130oC và khơng
được vượt quá 160oC, nếu vượt quá nhiệt độ này,
TESPT sẽ phản ứng với cao su hoặc giải phĩng
lưu huỳnh tự do trong quá trình trộn. Thời gian
trộn tối thiểu là 10 phút ở 150oC mới đủ cho phản
ứng giữa silica và silan phản ứng. Kết quả nghiên
cứu tính chất lưu biến, sắc kí lỏng HPLC và XPS
cho thấy, khi trộn trong máy trộn kín, ZnO làm cho
phản ứng của silica với silan xảy ra chậm hơn ở
nhiệt độ cao so với khi khơng cĩ ZnO. Bên cạnh
đĩ, ZnO cĩ thể phản ứng với nhĩm silanol trên bề
mặt silica. Hiện tượng “chín sớm” của cao su cĩ
thể được loại bỏ khi trộn ZnO cùng với cùng với
các chất lưu hĩa trong máy cán hai trục. Vật liệu
nanocompozit từ BR và blend CSTN/BR (75/25)
lưu hĩa bằng lưu huỳnh cũng đã được nghiên
cứu chế tạo tại Việt Nam với các chất tương hợp
TESPT và MPTS dùng để thử nghiệm sản xuất
lốp ơ tơ [10, 11].
Trong nghiên cứu này, vật liệu BR/silica
nanocomposit được chế tạo từ BR và silica và
silica biến tính TESPT với chất lưu hĩa là DCP
nhằm loại bỏ màu vàng của vật liệu khi được lưu
hĩa bằng lưu huỳnh. Các đặc trưng tính chất của
vật liệu được phân tích là: tính chất cơ học, tính
chất nhiệt, cấu trúc hình thái nhằm xác định khả
năng gia cường của silica cho BR trong điều kiện
thí nghiệm.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
Để thực hiện nghiên cứu này, các vật liệu được sử
dụng như sau:
- Cao su butadien (BR), loại BR01, BST Elastomers
Co.Ltd. (Thái Lan).
89
LIÊN NGÀNH HĨA HỌC - CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017
- Nanosilica là loại Reolosil của Cơng ty Hĩa chất
Akpa (Thổ Nhĩ Kỳ) cĩ diện tích bề mặt riêng: 200
± 20 m2/g; cỡ hạt: 12-50 nm.
- Nanosilica biến tính bằng bis(3-trietoxysilyl
propyl) tetrasulphit (TESPT) trong etanol được
chế tạo tại Viện Hĩa học, Viện Hàn lâm Khoa học
và Cơng nghệ Việt Nam.
- Phụ gia polyetylen glycol (PEG), PEG4000,
Dongnam, Trung Quốc.
- Dicumyl peroxide (DCP), Pudong-Dacao
Shanghai (Trung Quốc).
- Dầu quá trình (Trung Quốc).
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu
Cơng thức phối trộn cơ bản từ cao su butadien và
các phụ gia được trình bày trong bảng 1.
Bảng 1. Cơng thức phối trộn cơ bản
STT Thành phần
Phần khối
lượng (pkl)
1 BR 100
2 DCP 4,5
3 PEG 1,5
4 Dầu quá trình 4
5 Nanosilica hoặc nanosilica biến tính Thay đổi
Trên cơ sở cơng thức pha chế cơ bản, cao su
butadien và các phụ gia (trừ DCP) được phối
trộn với nanosilica hoặc nanosilica biến tính bằng
TESPT cĩ hàm lượng thay đổi từ 0; 1; 3; 5; 7; 10;
15; 20; 25 pkl. Mẫu thí nghiệm được chế tạo bằng
phương pháp trộn kín trên máy trộn Brabender ở
nhiệt độ 70OC trong thời gian 8 phút với tốc độ
trục quay 50 vịng/phút; sau đĩ hạ nhiệt độ xuống
50OC và trộn với DCP trên máy cán. Hợp phần vật
liệu tạo thành được cán xuất tấm trên máy cán hai
trục và ép lưu hĩa ở 145 ± 2OC trong 10 phút với
áp suất 6 kG/cm2 trên máy ép thủy lực Toyosheiki
(Nhật Bản).
2.2.2. Xác định cấu trúc, tính chất của vật liệu
- Các tính chất cơ học gồm: tính chất kéo (độ bền
kéo đứt, độ dãn dài khi đứt) được xác định theo
TCVN 4509:2006 (ISO 37-2006) trên máy đo tính
chất kéo của hãng Gester (Trung Quốc); độ cứng
của vật liệu được xác định theo TCVN 1595-1:007
(ISO 7619-1:2004) bằng dụng cụ đo độ cứng
TECLOCK (Jis K6301A) của Nhật Bản; độ mài
mịn của vật liệu được xác định theo TCVN 1594-
87 trên máy YG634 của hãng Ying hui machine
(Đài Loan, Trung Quốc).
- Tính chất nhiệt của vật liệu được xác định bằng
phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
trên máy phân tích nhiệt Netzsch STA 490 PC/PG
(CHLB Đức) với tốc độ nâng nhiệt là 10oC/phút
trong mơi trường khơng khí.
- Cấu trúc hình thái của vật liệu được nghiên cứu
bằng kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ
(FESEM), thực hiện trên máy S-4800 của hãng
Hitachi (Nhật Bản).
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến
tính chất cơ học của vật liệu
Vật liệu cao su silica nanocompozit được chế tạo
từ cao su butadien với nanosilica cĩ hàm lượng
thay đổi từ 1 đến 25 pkl. Kết quả khảo sát ảnh
hưởng của hàm lượng nanosilica đến tính chất
của vật liệu được trình bày trong bảng 2.
Bảng 2. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica
chưa biến tính đến tính chất cơ học của vật liệu từ
cao su butadien
Hàm
lượng
nanosilica
(pkl)
Độ bền
kéo
(MPa)
Độ dãn
dài khi
đứt (%)
Độ dãn
dài dư
(%)
Độ mài
mịn
(cm3/1,61
km)
Độ cứng
(Shore A)
0 3,2 250 15 0,83 38
1 3,8 300 16 0,85 40
3 4,1 305 16 0,89 43
5 4,3 310 17 0,90 45
7 4,5 315 17 0,91 48
10 5,0 380 18 0,92 50
15 6,2 390 18 0,91 53
20 12,3 525 18 0,89 55
25 12,0 480 19 0,91 58
Từ bảng 2, ta nhận thấy, khi hàm lượng nanosilica
tăng từ 0 đến 15 pkl, các tính chất cơ học của vật
liệu đều tăng rất chậm. Khi hàm lượng nanosilica
20 pkl thì độ bền kéo, độ dãn dài khi đứt của vật liệu
tăng mạnh. Tuy nhiên, khi hàm lượng nanosilica
vượt quá 20 pkl thì các tính chất này giảm. Bên
cạnh đĩ, độ dãn dư, độ cứng của vật liệu tăng với
sự tăng của hàm lượng nanosilica. Độ mài mịn
của vật liệu tăng lên khi vật liệu được gia cường
bằng nanosilica. Tuy nhiên, hàm lượng nanosilica
khơng ảnh hưởng nhiều đến độ mài mịn. Điều
này cĩ thể giải thích, khi hàm lượng nanosilica
90
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017
chưa lớn (nhỏ hơn 20 pkl) các hạt nanosilica phân
bố trong cao su butadien chưa đủ trong nền cao
su, nên khả năng tương tác giữa chất độn và cao
su khơng cao. Cịn khi hàm lượng nanosilica lớn
hơn 20 pkl thì các chất độn lớn hơn hàm lượng
thích hợp, chúng cĩ xu hướng tập hợp lại gây cản
trở sự tương tác giữa chất độn và nền cao su lại
giảm, do vậy tính cơ học của vật liệu giảm. Từ các
kết quả trên cho thấy, hàm lượng nanosilica chưa
biến tính phù hợp để nâng cao tính chất cơ học
của vật liệu là 20 pkl.
Thực hiện nghiên cứu tiếp tục về ảnh hưởng của
hàm lượng nanosilica biến tính bằng TESPT, kết
quả được trình bày trong bảng 3.
Bảng 3. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica
biến tính TESPT đến tính chất cơ học của vật liệu
từ cao su butadien
Hàm
lượng
nanosilica
(pkl)
Độ bền
kéo
(MPa)
Độ dãn
dài khi
đứt (%)
Độ dãn
dài dư
(%)
Độ mài
mịn
(cm3/1,61
km)
Độ cứng
(Shore A)
0 3.2 250 15,0 0,83 38
1 4,3 330 16.5 0,85 41
3 4,7 340 16,0 0,87 43
5 5,0 340 17,0 0,87 45
7 5,7 348 17,0 0,90 48
10 6,0 410 18,0 0,92 48
15 6,5 429 18,0 0,91 54
20 14,2 570 18,0 0,85 55
25 13,0 505 18,5 0,90 58
Từ những kết quả này cho thấy, các tính chất cơ
học của vật liệu cĩ xu hướng tương tự nhưng cĩ
giá trị cao hơn so với gia cường bằng nanosilica
chưa biến tính, đặc biệt, độ bền kéo của vật liệu
tăng lên đáng kể với hàm lượng nanosilica gia
cường là 20 pkl (tăng 15,4% so với nanosilica
chưa biến tính ở cùng hàm lượng). Khi hàm lượng
nanosilica là 25 pkl, độ bền kéo và độ dãn dài
khi đứt cùng giảm. Độ dãn dài dư, độ mài mịn,
độ cứng tăng lên khi hàm lượng nanosilica biến
tính tăng.
3.2. Cấu trúc hình thái của vật liệu
Ảnh FESEM bề mặt cắt các mẫu vật liệu BR/
nanosilica được biểu thị trên hình 1 và 2. Từ
hình 1, ta nhận thấy, ở tất cả các mẫu, các hạt
nanosilica phân tán trong nền cao su butadien đa
phần ở kích thước lớn hơn 100 nm. Tuy nhiên, ở
vật liệu gia cường bằng nanosilica chưa biến tính
(hình 1a) các hạt nanosilica phân tán kém đều đặn
hơn, các tập hợp hạt cĩ đường kính 0,5÷1 μm.
Thậm chí, cịn cĩ tập hợp cĩ kích thước 1÷1,5 μm.
Trong khi đĩ, ở vật liệu gia cường 20 pkl nanosilica
biến tính bằng TESPT, các hạt nanosilica phân tán
đều đặn hơn và cĩ những hạt dưới 100 nm (hình
1b). Các tập hợp hạt vẫn tồn tại nhưng kích thước
nhỏ hơn, 0,2÷0,5 μm, ít các tập hợp cĩ kích thước
trên 1 μm.
Hình 1. Ảnh FESEM bề mặt cắt các mẫu vật liệu
BR/20 pkl nanosilica
a. BR/20 pkl nanosilica chưa biến tính;
b. BR/20 pkl nanosilica đã biến tính
Khi hàm lượng silica gia cường tăng đến 25 pkl,
các hạt nanosilica phân tán kém đều đặn và xuất
hiện nhiều tập hợp hạt khá to tới cỡ 1 μm (hình
2), cịn cĩ cả tập hợp kích thước tới 3 μm trong
cả hai trường hợp nanosilica chưa biến tính và
nanosilica biến tính. Điều này đã giải thích tại sao
ở mẫu biến tính 20 pkl nanosilica biến tính cĩ
tính năng cơ học cao hơn mẫu gia cường 20 pkl
nanosilica khơng biến tính và đồng thời cũng giải
thích tại sao khi hàm lượng nanosilica vượt quá
hàm lượng thích hợp thì các tính năng cơ lý của
vật liệu lại giảm xuống.
91
LIÊN NGÀNH HĨA HỌC - CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017
Hình 2. Ảnh FESEM bề mặt cắt các mẫu vật liệu
BR/25 pkl nanosilica
a. BR/25 pkl nanosilica chưa biến tính;
b. BR/25 pkl nanosilica biến tính
Sự tạo tập hợp của các hạt nanosilica trong nền
cao su BR trong trường hợp sử dụng nanosilica
chưa biến tính là do các hạt nanosilica cĩ năng
lượng bề mặt lớn nên chúng cĩ xu hướng kết tụ
lại với nhau. Đặc biệt khi ở hàm lượng lớn (25 pkl),
khả năng kết tụ cao hơn nên các tập hợp nanosilica
trong nền cao su cĩ kích thước lên tới 3 μm. Khi
nanosilica được biến tính bằng TESPT, bề mặt của
nanosilica kỵ nước hơn nên khả năng tạo tập hợp
giảm, các tập hợp cĩ kích thước nhỏ hơn.
Các cầu silica tạo thành này giúp hình thành mạng
lưới silica bền vững trong nền cao su. Đây cũng
là một nguyên nhân giúp tính chất cơ học và tính
chất nhiệt của vật liệu sử dụng nanosilica biến tính
TESPT được cải thiện tốt hơn so với khi sử dụng
nanosilica chưa biến tính.
3.3. Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu
Để đánh giá khả năng bền nhiệt của vật liệu,
phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
đã được sử dụng. Giản đồ TGA của các mẫu vật
liệu từ BR, BR chứa nanosilica và nanosilica biến
tính bằng TESPT được trình bày trên hình 3, 4 và
5. Kết quả phân tích nhiệt được tổng hợp trong
bảng 3.
Hình 3. Giản đồ TGA mẫu vật liệu BR
Hình 4. Giản đồ TGA mẫu vật liệu BR/20 pkl
nanosilica
Hình 5. Giản đồ TGA mẫu vật liệu BR/20 pkl
nanosilica bt TESPT
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0 100 200 300 400 500 600 700
0
20
40
60
80
100
Nhiệt độ (oC)
463,2 oC, -16,47 %/phút
Tổn hao khối lượng:
-99, 17%
DTG/(%/phút)TG/%
0 100 200 300 400 500 600 700
20
40
60
80
100
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
465,8 oC, -14,62 %/phút
Tổn hao khối lượng:
-87,86%
Nhiệt độ (oC)
TG/% DTG/(%/phút)
0 100 200 300 400 500 600 700
20
40
60
80
100
TG/% DTG/(%/phút)
Nhiệt độ (oC)
468,1 oC, -13,70 %/phút
Tổn hao khối lượng:
-81,41%
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Bảng 3. Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu từ BR, BR với nanosilica biến tính và khơng biến tính
Mẫu vật liệu Nhiệt độ bắt đầu
phân hủy (oC)
Nhiệt độ phân hủy
mạnh nhất (oC)
Tổn hao khối lượng
đến 600oC (%)
Tốc độ phân
hủy (%/phút)
BR 395,0 463,2 99,17 16,47
BR/20 pkl nanosilica 416,8 465,8 87,86 14,62
BR/20 pkl nanosilica biến
tính TESPT 414,6 468,1 81,41 13,70
92
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017
Các kết quả trên bảng 3 cho thấy, nhiệt độ bắt đầu
phân hủy của các mẫu cĩ 20 pkl nanosilica đều
tăng mạnh, cịn nhiệt độ phân hủy mạnh nhất tăng
từ 2,6oC và 4,9oC, khi cĩ 20 pkl nanosilica chưa
biến tính và đã biến tính bằng TESPT. Tốc độ
phân hủy nhiệt mạnh nhất của vật liệu cũng chậm
hơn (giảm 11,23% và 16,81% so với cao su ban
đầu). Kết quả này cĩ thể giải thích, do nanosilica
là chất độn vơ cơ và kích thước nhỏ nên khi đưa
vào nền cao su đã làm tăng ổn định nhiệt. Tuy
nhiên, khi sử dụng nanosilica đã biến tính bằng
TESPT, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất cao hơn và
tổn hao khối lượng ở 600oC thấp hơn, tốc độ phân
hủy nhiệt mạnh nhất chậm hơn so với khi sử dụng
nanosilica chưa biến tính (2,3oC và 0,92%/phút).
Kết quả này cĩ thể giải thích là do TESPT đĩng
vai trị như cầu nối giữa silica và cao su butadien
làm cho cấu trúc vật liệu chặt chẽ hơn. Điều này
hồn tồn phù hợp với các kết quả thu được khi
xác định các tính chất cơ học của vật liệu và hình
thái của vật liệu trên ảnh FESEM.
4. KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu cho thấy:
Vật liệu BR/silica nanocompozit cĩ tính chất cơ
học thay đổi theo hàm lượng nanosilica và đạt
giá trị cực đại ở 20 pkl nanosilica ở trong khoảng
khảo sát. Khi đĩ, độ bền kéo tăng 343,8%, độ
mài mịn tăng 18,9%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy
mạnh nhất tăng 2,6oC, tốc độ phân hủy nhiệt giảm
1,85%/phút. Nanosilica phân tán trong vật liệu cao
su ở dưới dạng tập hợp, cĩ kích thước lớn hơn
100 nm. Khi hàm lượng nanosilica vượt quá hàm
lượng tối ưu, các tập hợp nanosilica cĩ kích thước
lớn hơn, thậm chí đến kích thước µm.
Nanosilica biến tính bề mặt cĩ hiệu quả hơn
trong việc cải thiện tính chất của vật liệu so với
nanosilica chưa biến tính ở cùng hàm lượng với
độ bền kéo đứt tăng 15,4% và nhiệt độ phân hủy
mạnh nhất tăng 2,3oC.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Kiyoharu Tadanaga, Koji Morita, Keisuke Mori,
Masahiro Tatsumisago (2013). Synthesis of
monodispersed silica nanoparticles with high
concentration by the Stober process. J.Sol-Gel
Sci.Technol, 68, 341-345.
[2]. Đỗ Quang Kháng (2013). Vật liệu polyme, quyển 1.
NXB Khoa học tự nhiên và Cơng nghệ, 2013, 203.
[3]. W. Ten Brike, P.J. Van Swaaji, L.A.E.M.
Reuvekamp, J.W.M. Noordermeerc (2003).
The Influence of silane sunfur and carbon rank
on processing of a silica reinforced tire tread
compound. Rubber Chemistry and Technology,
76, 12-34.
[4].
Innovative polymers for the sporting goods
industry.
[5]. Y. Ikeda, S. Kohjiya (1997). In situ formed silica
particles in rubber vulcanizate by the sol-gel
method. Polymer, 38, 4417-4422.
[6]. A. Ansarifar, F. Saeed, S. Ostad Movahed,
L. Wang, K. AnsarYasin, S. Hameed (2013).
Using sunfur-bearing silane to improve rubber
formulations for potential use in industrial rubber
articles. J. of Adhension Sci. and Technol, 27(4),
371-384.
[7]. A. Ansarifar, L. Wang, L. Ellis, R.J. Kirtley (2006).
The reinforcement and crosslinking of styrene
butadiene rubber with silaned precipitated silica
nanofiller. Rubber Chem. and Technol, 79, 39-54.
[8]. A. Ansarifar, N. Ibrahim, M. Bennett (2005).
Reinforcement of natural rubber with silanized
precipitated silica nanofiller. Rubber Chem. and
Technol, 78, 793-1808.
[9]. I.A.E.M. Reuvekamp, S.C. Debnath, J.V. Ten
Brinke, P.J. Van Swaaij, J.W.M Noorbermeer
(2004). Effect of time and temperature on the
reaction of the TESPT silane coupling agent
during mixing with silica filler and tire rubber.
Rubber Chem. and Technol, 77, 34-49.
[10]. Đặng Việt Hưng, Bùi Chương, Phạm Thương
Giang (2007). Sử dụng TESPT làm chất độn gia
cường cho hỗn hợp cao su thiên nhiên - butadien.
Tạp chí Hĩa học, 45 (5A), 67-77.
[11]. Đỗ Quang Kháng (2013). Nghiên cứu vật liệu và
cơng nghệ chế tạo cao su trong để sản xuất giầy
chất lượng cao cho tiêu dùng và xuất khẩu. Báo
cáo tổng kết đề tài cấp thành phố, 2013, Hà Nội.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- nghien_cuu_che_tao_va_tinh_chat_cua_cao_su_brsilica_nanocomp.pdf