Tên luận án:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU CAO SU SILICA NANOCOMPOZIT
Ngành:
Hóa Hữu cơ (Mã số: 62.44.01.14)
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung nghiên cứu chế tạo, tính chất và ứng dụng của vật liệu cao su silica nanocompozit, nhằm giải quyết thách thức về sự phân tán không đồng đều của hạt nanosilica trong nền cao su, một yếu tố ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất của vật liệu. Mục tiêu chính là chế tạo vật liệu nanocompozit với các tính năng cơ lý, kỹ thuật phù hợp, đặc biệt là độ trong cao, nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất giày thời trang và các ứng dụng khác.
Nội dung nghiên cứu bao gồm việc tối ưu hóa điều kiện biến tính bề mặt nanosilica bằng hợp chất silan bis-(3-(trietoxysilyl)-propyl)-tetrasulphit (TESPT). Điều kiện tối ưu được xác định là nồng độ dung dịch silan 2% trong etanol, thời gian xử lý 4 giờ và nhiệt độ phản ứng 30°C. Trong điều kiện này, lớp phủ silan trên bề mặt nanosilica đạt hàm lượng 3,04%, đồng thời kích thước hạt trung bình của nanosilica giảm đáng kể từ 0,97 µm xuống còn 0,17 µm.
Luận án đã khảo sát chế tạo vật liệu cao su nanocompozit từ cao su thiên nhiên (CSTN), cao su butadien (BR), cao su etylen-propylen-dien đồng trùng hợp (EPDM) và các blend của chúng (CSTN/BR, EPDM/BR, EPDM/LDPE) với nanosilica chưa biến tính và đã biến tính bằng TESPT. Kết quả cho thấy hàm lượng nanosilica tối ưu để gia cường khác nhau tùy loại cao su: 3 pkl cho CSTN, 20 pkl cho BR, 30 pkl cho EPDM, 12 pkl cho CSTN/BR, 25 pkl cho EPDM/LDPE và 30 pkl cho EPDM/BR. Nanosilica phân tán tốt hơn (kích thước dưới 100 nm) trong các blend CSTN/BR và EPDM/LDPE so với CSTN, BR, EPDM và blend EPDM/BR (kích thước trên 100 nm).
Việc biến tính nanosilica bằng TESPT đã cải thiện đáng kể tính chất của vật liệu. Cụ thể, độ bền kéo của CSTN/silica nanocompozit tăng 39,6%, BR/silica nanocompozit tăng 359,2%, EPDM/silica nanocompozit tăng 536,1% và EPDM/LDPE silica nanocompozit tăng 50,5%. Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của các vật liệu này cũng được nâng cao. Nanosilica còn làm tăng giá trị modul tích trữ và giảm đáng kể giá trị tgô của blend. Mặc dù biến tính bằng TESPT mang lại hiệu quả gia cường cao hơn, phương pháp biến tính tại chỗ được đề xuất cho quy mô công nghiệp để đơn giản hóa quy trình.
Các vật liệu cao su nanocompozit chế tạo được từ BR, EPDM, EPDM/LDPE(80/20) với hàm lượng nanosilica tối ưu đã thể hiện tính năng cơ lý, kỹ thuật phù hợp và độ trong cao, đáp ứng yêu cầu chế tạo các sản phẩm cao su trong. Độ trong của vật liệu phụ thuộc vào bản chất cao su gốc, kích thước hạt nanosilica và tương tác giữa các đại phân tử.
Mục lục chi tiết:
- Mở đầu (2 trang)
- Chương 1: TỔNG QUAN (37 trang)
- 1.1. Giới thiệu chung về cao su nanocompozit
- 1.2. Cao su thiên nhiên, cao su butadien, cao su etylen-propylen-dien đồng trùng hợp, nanosilica, phương pháp chế tạo và ứng dụng vật liệu cao su nanocompozit.
- 1.3. Những kết quả nghiên cứu cao su silica nanocompozit
- 1.4. Tình hình nghiên cứu cao su silica nanocompozit ở Việt Nam
- Chương 2: THỰC NGHIỆM (10 trang)
- 2.1. Vật liệu nghiên cứu
- 2.2. Phương pháp nghiên cứu
- 2.2.1. Biến tính nanosilica bằng TESPT
- 2.2.2. Phương pháp chế tạo mẫu
- 2.2.3. Phương pháp và thiết bị khảo sát quá trình biến tính bề mặt nanosilica
- 2.2.4. Các phương pháp xác định cấu trúc và tính chất của vật liệu
- Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (80 trang)
- 3.1. Xác định điều kiện tối ưu biến tính bề mặt nanosilica bằng TESPT
- 3.2. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho cao su thiên nhiên
- 3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến tính năng cơ lý của vật liệu
- 3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến cấu trúc hình thái của vật liệu
- 3.2.3. Ảnh hưởng của nanosilica đến tính chất nhiệt của vật liệu
- 3.2.4. Đánh giá độ trong của vật liệu
- 3.3. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho cao su butadien
- 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu
- 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến cấu trúc hình thái của vật liệu
- 3.3.3. Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu
- 3.3.4. Đánh giá độ trong của vật liệu
- 3.4. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho cao su EPDM
- 3.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu
- 3.4.2. Ảnh hưởng của nanosilica tới cấu trúc hình thái của vật liệu
- 3.4.3. Ảnh hưởng của nanosilica tới tính chất nhiệt của vật liệu
- 3.4.4. Đánh giá độ trong của vật liệu
- 3.5. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho cao su blend
- 3.5.1. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho cao su blend CSTN/BR
- 3.5.1.1. Nghiên cứu chế tạo blend CSTN/BR
- 3.5.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến tính chất cơ học của vật liệu cao su blend trên cơ sở CSTN/BR
- 3.5.1.3. Ảnh hưởng của quá trình biến tính bằng silan tới tính chất cơ học của vật liệu
- 3.5.1.4. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới cấu trúc hình thái của vật liệu
- 3.5.1.5. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới tính chất nhiệt của vật liệu
- 3.5.1.6. Phân tích cơ nhiệt động (DMA)
- 3.5.1.7. Đánh giá độ trong của vật liệu
- 3.5.2. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho blend EPDM/BR
- 3.5.2.1. Nghiên cứu chế tạo blend EPDM/BR
- 3.5.2.2. Ảnh hưởng của chất tương hợp tới tính chất cơ học của vật liệu
- 3.5.2.3. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới tính chất nhiệt của vật liệu
- 3.5.2.4. Cấu trúc hình thái của vật liệu EPDM/BR
- 3.5.2.5. Hệ số già hóa của vật liệu
- 3.5.2.6. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu
- 3.5.2.7. Cấu trúc hình thái của vật liệu
- 3.5.2.8. Tính chất nhiệt của vật liệu trên cơ sở blend EPDM/BR
- 3.5.2.9. Phân tích DMA
- 3.5.2.10. Độ trong của vật liệu
- 3.5.3. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho blend EPDM/LDPE
- 3.5.3.1. Nghiên cứu chế tạo blend EPDM/LDPE
- 3.5.3.2. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới tính chất nhiệt của vật liệu trên cơ sở EPDM, LDPE và blend của chúng
- 3.5.3.3. Cấu trúc hình thái của vật liệu
- 3.5.3.4. Hệ số già hóa của vật liệu trên cơ sở EPDM, LDPE và blend của chúng
- 3.5.3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu blend EPDM/LDPE
- 3.5.3.6. Ảnh hưởng của việc biến tính bề mặt nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu cao su blend trên cơ sở EPDM/LDPE
- 3.5.3.7. Cấu trúc hình thái của vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend của EPDM/LDPE và nanosilica
- 3.5.3.8. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới tính chất nhiệt của vật liệu trên cơ sở blend của EPDM/LDPE và nanosilica
- 3.5.3.9. Phân tích DMA một số mẫu vật liệu trên cơ sở blend EPDM/LDPE
- 3.5.3.10. Độ trong của vật liệu trên cơ sở blend EPDM/LDPE và nanosilica
- KẾT LUẬN (2 trang)
- Phần danh mục các công trình khoa học đã được công bố liên quan đến luận án (1 trang)
- Tài liệu tham khảo (15 trang)