Luận án Nghiên cứu chế tạo, tính chất và ứng dụng của một số vật liệu cao su silica nanocompozit

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT. ix

DANH MỤC CÁC BẢNG. xii

DANH MỤC CÁC HÌNH. xv

MỞ ĐẦU . 1

Chương 1: TỔNG QUAN . 3

1.1. Giới thiệu chung về cao su nanocompozit . 3

1.1.1. Khái niệm và phân loại . 3

1.1.2. Phân loại vật liệu cao su nanocompozit . 3

1.1.3. Đặc điểm của vật liệu cao su nanocompozit. 4

1.1.4. Ưu điểm của vật liệu cao su nanocompozit . 4

1.1.5. Tính chất của vật liệu cao su silica nanocompozit. 5

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. . 6

1.2.1. Giới thiệu về cao su thiên nhiên, cao su butadien và cao su EPDM. 6

1.2.1.1. Cao su thiên nhiên. 6

1.2.1.2. Cao su butadien. 7

1.2.1.3. Cao su etylen – propylen – dien đồng trùng hợp (EPDM) . 7

1.2.2. Nanosilica. 8

1.2.2.1. Đặc điểm, cấu trúc và tính chất . 8

1.2.2.2. Phương pháp biến tính silica . 9

1.2.2.3. Biến tính silica bằng hợp chất silan. 11

1.2.3. Phương pháp chế tạo cao su silica nanocompozit. 18

1.2.3.1. Phương pháp trộn nóng chảy. 18

1.2.3.2. Phương pháp trộn dung dịch . 19

1.2.3.2. Phương pháp sol – gel . 20

1.2.4. Ứng dụng của cao su nanocompozit được gia cường bằng nanosilica. 21

1.3. Những kết quả nghiên cứu cao su silica nanocompozit. 24

1.4. Tình hình nghiên cứu cao su silica nanocompozit ở Việt Nam . 38

Chương 2 : THỰC NGHIỆM. 42

2.1. Vật liệu nghiên cứu . 42vi

2.1.1. Nanosilica và silan . 42

2.1.2. Cao su và các phụ gia cao su. 42

2.1.3. Các hóa chất khác. 43

2.2. Phương pháp nghiên cứu. 43

2.2.1. Biến tính nanosilica bằng TESPT . 43

2.2.2. Phương pháp chế tạo mẫu . 44

2.2.3. Phương pháp và thiết bị khảo sát quá trình biến tính bề mặt nanosilica. 48

2.2.4. Các phương pháp xác định cấu trúc và tính chất của vật liệu. 49

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 52

3.1. Xác định điều kiện tối ưu biến tính bề mặt nanosilica bằng TESPT . 52

3.1.1. Xác định nồng độ silan tối ưu . 52

3.1.2. Xác định thời gian phản ứng . 55

3.1.3. Xác định nhiệt độ phản ứng . 55

3.1.4. Ảnh hưởng của quá trình polyme hóa silan đến độ bền của lớp bề mặt xử lý 57

3.1.5. Xác định mức độ silan hóa bằng phân tích nhiệt . 59

3.1.6. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới kích thước hạt . 60

3.1.7. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới bề mặt hạt nanosilica . 62

3.2. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho cao su thiên nhiên. 63

3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến tính năng cơ học của vật liệu .63

3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến cấu trúc hình thái của vật liệu. 64

3.2.3. Ảnh hưởng của nanosilica đến tính chất nhiệt của vật liệu . 66

3.2.4. Đánh giá độ trong của vật liệu . 69

3.3. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho cao su butadien. 70

3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu . 70

3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến cấu trúc hình thái của vật liệu. 72

3.3.3. Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu . 74

3.3.4. Đánh giá độ trong của vật liệu . 77

3.4. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho cao su EPDM . 78

3.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu . 78

3.4.2. Ảnh hưởng của nanosilica tới cấu trúc hình thái của vật liệu. 81

3.4.3. Ảnh hưởng của nanosilica tới tính chất nhiệt của vật liệu. 82

3.4.4. Đánh giá độ trong của vật liệu . 84

3.5. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho cao su blend. 86vii

3.5.1. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho cao su blend CSTN/BR. 86

3.5.1.1. Nghiên cứu chế tạo blend CSTN/BR . 86

3.5.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến tính tính chất cơ lý của vật

liệu cao su blend trên cơ sở CSTN/BR. 88

3.5.1.3. Ảnh hưởng của quá trình biến tính bằng silan tới tính chất cơ học

của vật liệu. 89

3.5.1.4. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới cấu trúc hình thái của vật liệu. 90

3.5.1.5. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới tính chất nhiệt của vật liệu . 91

3.5.1.6. Phân tích cơ nhiệt động (DMA) . 97

3.5.1.7. Đánh giá độ trong của vật liệu . 99

3.5.2. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho blend EPDM/BR . 100

3.5.2.1. Nghiên cứu chế tạo blend EPDM/BR . 100

3.5.2.2. Ảnh hưởng của chất làm tương hợp tới tính chất cơ học của vật liệu . 101

3.5.2.3. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới tính chất nhiệt của vật liệu. 102

3.5.2.5. Hệ số già hóa của vật liệu. 104

3.5.2.6. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu. 105

3.5.2.7. Cấu trúc hình thái của vật liệu. 107

3.5.2.8. Tính chất nhiệt của vật liệu trên cơ sở blend EPDM/BR. 109

3.5.2.9. Phân tích DMA. 111

3.5.2.10. Độ trong của vật liệu. 112

3.5.3. Nghiên cứu khả năng gia cường của nanosilica cho blend EPDM/LDPE. 114

3.5.3.1. Nghiên cứu chế tạo blend EPDM/LDPE . 114

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. 115

3.5.3.3. Cấu trúc hình thái của vật liệu. 116

3.5.3.4. Hệ số già hóa của vật liệu trên cơ sở EPDM, LDPE và blend của chúng.116

3.5.3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu

blend EPDM/LDPE. 117

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. 118

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. 121

3.5.3.9. Phân tích DMA một số mẫu vật liệu trên cơ sở blend EPDM/LDPE . 123

3.5.3.10. Độ trong của vật liệu trên cơ sở blend EPDM/LDPE và nanosilica. 125viii

3.6. Nghiên cứu ứng dụng nanosilica trong chế tạo sản phẩm cao su trong. 126

3.6.1. So sánh hiệu quả gia cường của nanosilica với các loại cao su. 126

3.6.2. Đề xuất công nghệ chế tạo cao su trong trên cơ sở BR và EPDM . 129

3.6.3. Công nghệ chế tạo cao su trong trên cơ sở blend EPDM/LDPE . 131

KẾT LUẬN . 134

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN.136

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN . 137

TÀI LIỆU THAM KHẢO. 138