Nghiên cứu chế tạo và tính chất của cao su BR/Silica nanocompozit

LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA CAO SU<br /> BR/SILICA NANOCOMPOZIT<br /> PREPARATION AND CHARACTERATION PROPETIES<br /> OF BR/SILICA NANOCOMPOSITES<br /> Hoàng Thị Hòa<br /> Email: ht_hoa15@yahoo.com<br /> Trường Đại học Sao Đỏ<br /> Ngày nhận bài: 13/8/2017<br /> Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 22/9/2017<br /> Ngày chấp nhận đăng: 26/9/2017<br /> Tóm tắt<br /> <br /> Cao su butadiene (BR) được sử dụng khá phổ biến để chế tạo lốp xe cộ, băng tải, dây curoa, ống dẫn<br /> nước, đế giày dép,… do có khả năng chống mài mòn, chống trượt cao. Chất gia cường sử dụng cho BR<br /> là than đen và silica. Với mục đích tạo ra loại vật liệu có màu sáng và loại bỏ được màu vàng của vật<br /> liệu khi lưu hóa bằng lưu huỳnh, trong nghiên cứu này, vật liệu BR được gia cường bằng nanosilica và<br /> lưu hóa bằng DCP. Kết quả cho thấy: khi được gia cường bằng nanosilica, vật liệu tạo thành có những<br /> tính chất được cải thiện vượt trội: độ bền kéo tăng 343,8%, độ mài mòn tăng 18,9%, nhiệt độ bắt đầu<br /> phân hủy mạnh nhất tăng 2,6oC, tốc độ phân hủy nhiệt giảm 1,85%/phút. Nanosilica phân tán trong vật<br /> liệu cao su ở dưới dạng tập hợp, có kích thước lớn hơn 100 nm. Khi hàm lượng nanosilica vượt quá<br /> hàm lượng tối ưu, các tập hợp nanosilica có kích thước lớn hơn, thậm chí đến kích thước micromet.<br /> Nanosilica đã biến tính bề mặt bằng (bis(3-triethoxysilypropyl) tetrasulfide) (TESPT) có hiệu quả hơn<br /> trong việc cải thiện tính chất của vật liệu so với nanosilica chưa biến tính ở cùng hàm lượng: độ bền kéo<br /> cao hơn 15,4%, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất cao hơn 2,3oC.<br /> Từ khóa: Cao su; BR; nanosilica biến tính; nanocompozit; TESPT.<br /> Abstract<br /> <br /> Butadiene rubber is commonly used to make tires, conveyors, belts, water pipes, footwear, ... due<br /> to its high abrasion resistance. The reinforcement fillers used for BR are black carbon and silica. To<br /> creating a light-colored material and removing the yellow color of the material from sulfur vulcanisation,<br /> in this study, the BR material was reinforced with nanosilica and cured by DCP. The results showed<br /> that: tensile strength increased by 343,8%, abrasion increased by 18,9%, the maximum temperature<br /> of decomposition increased by 2,6oC, thermal decomposition rate decreased by 1,85%/min. Nanosilica<br /> was dispersed in rubber material in aggregate form, larger than 100 nm. When the nanosilica<br /> content exceeds the optimum level, the nanosilica aggregates were larger, even to the μm size. Bis<br /> (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide) (TESPT) modified nanosilica was more effective in improving the<br /> properties of materials compared to untreated nanosilica at the same content: tensile strength is greater<br /> than 15,4%, the maximum temperature of decomposition was higher than 2,3oC.<br /> Keywords: Rubber; BR; modified nanosilica; nanocomposite; TESPT.<br /> <br /> <br /> CHÚ THÍCH MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT<br /> BR Cao su butadien HPLC Sắc lý lỏng hiệu năng cao<br /> <br /> Bt Biến tính HTES Bis(trietoxysilyl) hexan<br /> <br /> CSTN Cao su thiên nhiên IR Cao su isopren<br /> <br /> FESEM Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ MPS 3-mercaptopropyl trimetoxysilan<br /> <br /> HDTES Hexadecyltrietoxysilan MPTES Methacryloxy propyl trimetoxy silan<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017 87<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> MPTMS 3-metacryloxypropyl trimetoxysilan nghiên cứu [6, 7, 8]. Ảnh hưởng của các chất xúc<br /> tiến và lưu hóa tới tính chất của vật liệu BR/silica<br /> pkl Phần khối lượng<br /> nanocomposit đã được khảo sát với blend SBR/<br /> SBR Cao su styren butadien BR (75/25) gia cường bằng 80 pkl silica với chất<br /> tương hợp là các silan: TESPT, TESPD, TESPM,<br /> TEOS Tetraetoxysilan<br /> ETES, HTES, DTES, MPTES. Silan được trộn<br /> TESPD Bis-(3-trietoxysilylpropyl) disulfit trực tiếp với cao su và silica trong máy trộn kín.<br /> TESPM Bis-(trietoxysilylpropyl) monosunfit Kết quả cho thấy, lưu huỳnh trong silan không<br /> những chỉ đóng vai trò tạo liên kết ngang với các<br /> TESPT Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulfit phân tử cao su mà còn tạo các liên kết mạnh giữa<br /> các phân tử chất tương hợp [3].<br /> 1. GIỚI THIỆU<br /> Vai trò của nhiệt độ và thời gian đến quá trình chế<br /> Cao su butadien (BR) được tạo thành từ tạo vật liệu nanocompozit từ blend S-SBR/BR<br /> 1,3-butadien, loại dien liên hợp. Với khả năng (75/25) và nanosilica với TESPT làm chất tương<br /> chống mài mòn, chống trượt cao, BR được sử hợp đã được Reuvekamp và các cộng sự [9] công<br /> dụng khá phổ biến để chế tạo lốp xe cộ, băng tải, bố là: nhiệt độ tối thiểu để phản ứng giữa silica và<br /> dây cu roa, ống dẫn nước, đế giày dép, … [1]. Do silan xảy ra như mong muốn là 130oC và không<br /> hàm lượng nối đôi lớn trong mạch đại phân tử (tới được vượt quá 160oC, nếu vượt quá nhiệt độ này,<br /> 94÷98% mắt xích), nên BR thường được lưu hóa TESPT sẽ phản ứng với cao su hoặc giải phóng<br /> bằng lưu huỳnh và các chất xúc tiến lưu hóa [2]. lưu huỳnh tự do trong quá trình trộn. Thời gian<br /> Khi silica được sử dụng làm chất gia cường cho trộn tối thiểu là 10 phút ở 150oC mới đủ cho phản<br /> cao su, loại chất gia cường này đã được nghiên ứng giữa silica và silan phản ứng. Kết quả nghiên<br /> cứu cho cao su butadien và blend của nó. Khi dùng cứu tính chất lưu biến, sắc kí lỏng HPLC và XPS<br /> silica, vai trò của các chất tương hợp để tăng hiệu cho thấy, khi trộn trong máy trộn kín, ZnO làm cho<br /> quả gia cường của silica (ưa nước) trong nền cao phản ứng của silica với silan xảy ra chậm hơn ở<br /> su (kỵ nước) đã được đặc biệt quan tâm. Vật liệu nhiệt độ cao so với khi không có ZnO. Bên cạnh<br /> từ blend của BR với các cao su khác như SBR, đó, ZnO có thể phản ứng với nhóm silanol trên bề<br /> IR, CSTN, E-SBR, S-SBR cùng với các loại chất mặt silica. Hiện tượng “chín sớm” của cao su có<br /> tương hợp đã được chế tạo và nghiên cứu tính thể được loại bỏ khi trộn ZnO cùng với cùng với<br /> chất, khả năng ứng dụng. BR đã được phối trộn các chất lưu hóa trong máy cán hai trục. Vật liệu<br /> với cao su SBR bằng phương pháp trộn kín và 80 nanocompozit từ BR và blend CSTN/BR (75/25)<br /> pkl silica vào blend SBR/BR để tạo cao su làm mặt lưu hóa bằng lưu huỳnh cũng đã được nghiên<br /> lốp ô tô cùng với các loại silan TESPT, TESPD, cứu chế tạo tại Việt Nam với các chất tương hợp<br /> TESPM, ETES, HTES, DTES, MPTES từ 4,6 đến TESPT và MPTS dùng để thử nghiệm sản xuất<br /> 7 pkl [3]. Blend SBR/BR (80/20) gia cường bằng lốp ô tô [10, 11].<br /> 45 pkl silica với 1,5 pkl chất tương hợp TESPT<br /> Trong nghiên cứu này, vật liệu BR/silica<br /> cũng được sử dụng và cải thiện 50% giá trị độ<br /> bền nén và 40% khả năng chống mài mòn. Đế nanocomposit được chế tạo từ BR và silica và<br /> giày được làm từ blend IR/BR (40/60) và 50 pkl silica biến tính TESPT với chất lưu hóa là DCP<br /> silica có modul và độ đàn hồi đều đạt ở mức tốt, nhằm loại bỏ màu vàng của vật liệu khi được lưu<br /> nhưng cải thiện đáng kể là ở độ mài mòn thu được hóa bằng lưu huỳnh. Các đặc trưng tính chất của<br /> khi thay thế silica thông thường bằng silica có độ vật liệu được phân tích là: tính chất cơ học, tính<br /> phân tán cao. Đế giày thể thao được làm từ blend chất nhiệt, cấu trúc hình thái nhằm xác định khả<br /> E-SBR/BR (50:50) được trộn với khoảng 50 pkl năng gia cường của silica cho BR trong điều kiện<br /> silica kết tủa [4]. thí nghiệm.<br /> <br /> Phương pháp sol-gel cũng được sử dụng để chế 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> tạo vật liệu BR/silica nanocompozit. Silica hình 2.1. Vật liệu nghiên cứu <br /> thành in-situ phân tán đồng nhất vào nền cao su<br /> ở dạng hình cầu và có kích thước trong khoảng Để thực hiện nghiên cứu này, các vật liệu được sử<br /> 15÷35 nm [5]. dụng như sau:<br /> <br /> Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ trong quá - Cao su butadien (BR), loại BR01, BST Elastomers<br /> trình chế tạo vật liệu cũng đã được quan tâm Co.Ltd. (Thái Lan).<br /> <br /> <br /> 88 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017<br />  LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> - Nanosilica là loại Reolosil của Công ty Hóa chất 87 trên máy YG634 của hãng Ying hui machine<br /> Akpa (Thổ Nhĩ Kỳ) có diện tích bề mặt riêng: 200 (Đài Loan, Trung Quốc).<br /> ± 20 m2/g; cỡ hạt: 12-50 nm.<br /> - Tính chất nhiệt của vật liệu được xác định bằng<br /> - Nanosilica biến tính bằng bis(3-trietoxysilyl phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)<br /> propyl) tetrasulphit (TESPT) trong etanol được trên máy phân tích nhiệt Netzsch STA 490 PC/PG<br /> chế tạo tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học (CHLB Đức) với tốc độ nâng nhiệt là 10oC/phút<br /> và Công nghệ Việt Nam. trong môi trường không khí.<br /> <br /> - Phụ gia polyetylen glycol (PEG), PEG4000, - Cấu trúc hình thái của vật liệu được nghiên cứu<br /> Dongnam, Trung Quốc. bằng kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ<br /> (FESEM), thực hiện trên máy S-4800 của hãng<br /> - Dicumyl peroxide (DCP), Pudong-Dacao Hitachi (Nhật Bản).<br /> Shanghai (Trung Quốc).<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> - Dầu quá trình (Trung Quốc).<br /> 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu tính chất cơ học của vật liệu<br /> 2.2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu Vật liệu cao su silica nanocompozit được chế tạo<br /> Công thức phối trộn cơ bản từ cao su butadien và từ cao su butadien với nanosilica có hàm lượng<br /> các phụ gia được trình bày trong bảng 1. thay đổi từ 1 đến 25 pkl. Kết quả khảo sát ảnh<br /> hưởng của hàm lượng nanosilica đến tính chất<br /> Bảng 1. Công thức phối trộn cơ bản của vật liệu được trình bày trong bảng 2.<br /> Phần khối Bảng 2. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica<br /> STT Thành phần<br /> lượng (pkl) chưa biến tính đến tính chất cơ học của vật liệu từ<br /> 1 BR 100 cao su butadien<br /> 2 DCP 4,5 Hàm Độ bền Độ dãn Độ dãn Độ mài Độ cứng<br /> 3 PEG 1,5 lượng kéo dài khi dài dư mòn (Shore A)<br /> nanosilica (MPa) đứt (%) (%) (cm3/1,61<br /> 4 Dầu quá trình 4 (pkl) km)<br /> Nanosilica hoặc<br /> 5 Thay đổi 0 3,2 250 15 0,83 38<br /> nanosilica biến tính<br /> 1 3,8 300 16 0,85 40<br /> Trên cơ sở công thức pha chế cơ bản, cao su<br /> butadien và các phụ gia (trừ DCP) được phối 3 4,1 305 16 0,89 43<br /> trộn với nanosilica hoặc nanosilica biến tính bằng 5 4,3 310 17 0,90 45<br /> TESPT có hàm lượng thay đổi từ 0; 1; 3; 5; 7; 10;<br /> 7 4,5 315 17 0,91 48<br /> 15; 20; 25 pkl. Mẫu thí nghiệm được chế tạo bằng<br /> phương pháp trộn kín trên máy trộn Brabender ở 10 5,0 380 18 0,92 50<br /> nhiệt độ 70OC trong thời gian 8 phút với tốc độ 15 6,2 390 18 0,91 53<br /> trục quay 50 vòng/phút; sau đó hạ nhiệt độ xuống<br /> 50OC và trộn với DCP trên máy cán. Hợp phần vật 20 12,3 525 18 0,89 55<br /> liệu tạo thành được cán xuất tấm trên máy cán hai 25 12,0 480 19 0,91 58<br /> trục và ép lưu hóa ở 145 ± 2OC trong 10 phút với Từ bảng 2, ta nhận thấy, khi hàm lượng nanosilica<br /> áp suất 6 kG/cm2 trên máy ép thủy lực Toyosheiki<br /> tăng từ 0 đến 15 pkl, các tính chất cơ học của vật<br /> (Nhật Bản).<br /> liệu đều tăng rất chậm. Khi hàm lượng nanosilica<br /> 2.2.2. Xác định cấu trúc, tính chất của vật liệu 20 pkl thì độ bền kéo, độ dãn dài khi đứt của vật liệu<br /> - Các tính chất cơ học gồm: tính chất kéo (độ bền tăng mạnh. Tuy nhiên, khi hàm lượng nanosilica<br /> kéo đứt, độ dãn dài khi đứt) được xác định theo vượt quá 20 pkl thì các tính chất này giảm. Bên<br /> TCVN 4509:2006 (ISO 37-2006) trên máy đo tính cạnh đó, độ dãn dư, độ cứng của vật liệu tăng với<br /> chất kéo của hãng Gester (Trung Quốc); độ cứng sự tăng của hàm lượng nanosilica. Độ mài mòn<br /> của vật liệu được xác định theo TCVN 1595-1:007 của vật liệu tăng lên khi vật liệu được gia cường<br /> (ISO 7619-1:2004) bằng dụng cụ đo độ cứng bằng nanosilica. Tuy nhiên, hàm lượng nanosilica<br /> TECLOCK (Jis K6301A) của Nhật Bản; độ mài không ảnh hưởng nhiều đến độ mài mòn. Điều<br /> mòn của vật liệu được xác định theo TCVN 1594- này có thể giải thích, khi hàm lượng nanosilica<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017 89<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> chưa lớn (nhỏ hơn 20 pkl) các hạt nanosilica phân vật liệu gia cường bằng nanosilica chưa biến tính<br /> bố trong cao su butadien chưa đủ trong nền cao (hình 1a) các hạt nanosilica phân tán kém đều đặn<br /> su, nên khả năng tương tác giữa chất độn và cao hơn, các tập hợp hạt có đường kính 0,5÷1 μm.<br /> su không cao. Còn khi hàm lượng nanosilica lớn Thậm chí, còn có tập hợp có kích thước 1÷1,5 μm.<br /> hơn 20 pkl thì các chất độn lớn hơn hàm lượng Trong khi đó, ở vật liệu gia cường 20 pkl nanosilica<br /> thích hợp, chúng có xu hướng tập hợp lại gây cản biến tính bằng TESPT, các hạt nanosilica phân tán<br /> trở sự tương tác giữa chất độn và nền cao su lại đều đặn hơn và có những hạt dưới 100 nm (hình<br /> giảm, do vậy tính cơ học của vật liệu giảm. Từ các 1b). Các tập hợp hạt vẫn tồn tại nhưng kích thước<br /> kết quả trên cho thấy, hàm lượng nanosilica chưa nhỏ hơn, 0,2÷0,5 μm, ít các tập hợp có kích thước<br /> biến tính phù hợp để nâng cao tính chất cơ học trên 1 μm.<br /> của vật liệu là 20 pkl.<br /> Thực hiện nghiên cứu tiếp tục về ảnh hưởng của<br /> hàm lượng nanosilica biến tính bằng TESPT, kết<br /> quả được trình bày trong bảng 3.<br /> Bảng 3. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica<br /> biến tính TESPT đến tính chất cơ học của vật liệu<br /> từ cao su butadien<br /> Hàm Độ bền Độ dãn Độ dãn Độ mài Độ cứng<br /> lượng kéo dài khi dài dư mòn (Shore A)<br /> nanosilica (MPa) đứt (%) (%) (cm3/1,61<br /> (pkl) km)<br /> 0 3.2 250 15,0 0,83 38<br /> <br /> 1 4,3 330 16.5 0,85 41<br /> <br /> 3 4,7 340 16,0 0,87 43<br /> <br /> 5 5,0 340 17,0 0,87 45<br /> <br /> 7 5,7 348 17,0 0,90 48<br /> <br /> 10 6,0 410 18,0 0,92 48<br /> <br /> 15 6,5 429 18,0 0,91 54<br /> <br /> 20 14,2 570 18,0 0,85 55<br /> <br /> 25 13,0 505 18,5 0,90 58<br /> <br /> Từ những kết quả này cho thấy, các tính chất cơ<br /> học của vật liệu có xu hướng tương tự nhưng có<br /> Hình 1. Ảnh FESEM bề mặt cắt các mẫu vật liệu<br /> giá trị cao hơn so với gia cường bằng nanosilica<br /> BR/20 pkl nanosilica<br /> chưa biến tính, đặc biệt, độ bền kéo của vật liệu<br /> tăng lên đáng kể với hàm lượng nanosilica gia a. BR/20 pkl nanosilica chưa biến tính;<br /> cường là 20 pkl (tăng 15,4% so với nanosilica b. BR/20 pkl nanosilica đã biến tính<br /> chưa biến tính ở cùng hàm lượng). Khi hàm lượng<br /> Khi hàm lượng silica gia cường tăng đến 25 pkl,<br /> nanosilica là 25 pkl, độ bền kéo và độ dãn dài<br /> các hạt nanosilica phân tán kém đều đặn và xuất<br /> khi đứt cùng giảm. Độ dãn dài dư, độ mài mòn, hiện nhiều tập hợp hạt khá to tới cỡ 1 μm (hình<br /> độ cứng tăng lên khi hàm lượng nanosilica biến 2), còn có cả tập hợp kích thước tới 3 μm trong<br /> tính tăng. cả hai trường hợp nanosilica chưa biến tính và<br /> 3.2. Cấu trúc hình thái của vật liệu nanosilica biến tính. Điều này đã giải thích tại sao<br /> ở mẫu biến tính 20 pkl nanosilica biến tính có<br /> Ảnh FESEM bề mặt cắt các mẫu vật liệu BR/ tính năng cơ học cao hơn mẫu gia cường 20 pkl<br /> nanosilica được biểu thị trên hình 1 và 2. Từ nanosilica không biến tính và đồng thời cũng giải<br /> hình 1, ta nhận thấy, ở tất cả các mẫu, các hạt thích tại sao khi hàm lượng nanosilica vượt quá<br /> nanosilica phân tán trong nền cao su butadien đa hàm lượng thích hợp thì các tính năng cơ lý của<br /> phần ở kích thước lớn hơn 100 nm. Tuy nhiên, ở vật liệu lại giảm xuống.<br /> <br /> <br /> 90 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017<br />  LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> 3.3. Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu<br /> <br /> Để đánh giá khả năng bền nhiệt của vật liệu,<br /> phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)<br /> đã được sử dụng. Giản đồ TGA của các mẫu vật<br /> liệu từ BR, BR chứa nanosilica và nanosilica biến<br /> tính bằng TESPT được trình bày trên hình 3, 4 và<br /> 5. Kết quả phân tích nhiệt được tổng hợp trong<br /> bảng 3.<br /> TG/% DTG/(%/phuùt)<br /> 100 0<br /> <br /> -2<br /> <br /> 80<br /> -4<br /> <br /> -6<br /> 60<br /> Toån hao khoái löôïng: -8<br /> -99, 17%<br /> -10<br /> 40<br /> -12<br /> <br /> -14<br /> 20<br /> <br /> -16<br /> 463,2oC, -16,47 %/phuùt<br /> 0 -18<br /> 0 100 200 300 400 500 600 700<br /> Nhieät ñoä ( C) o<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Giản đồ TGA mẫu vật liệu BR<br /> TG/% DTG/(%/phuùt)<br /> 100 0<br /> <br /> -2<br /> <br /> 80<br /> -4<br /> <br /> -6<br /> 60<br /> Toån hao khoái löôïng: -8<br /> -87,86%<br /> <br /> Hình 2. Ảnh FESEM bề mặt cắt các mẫu vật liệu 40<br /> -10<br /> <br /> -12<br /> BR/25 pkl nanosilica -14<br /> 20<br /> 465,8 oC, -14,62 %/phuùt<br /> <br /> <br /> a. BR/25 pkl nanosilica chưa biến tính; 0 100 200 300 400 500 600 700<br /> -16<br /> <br /> <br /> b. BR/25 pkl nanosilica biến tính<br /> o<br /> Nhieät ñoä ( C)<br /> <br /> <br /> Hình 4. Giản đồ TGA mẫu vật liệu BR/20 pkl<br /> Sự tạo tập hợp của các hạt nanosilica trong nền<br /> cao su BR trong trường hợp sử dụng nanosilica nanosilica<br /> TG/% DTG/(%/phuùt)<br /> chưa biến tính là do các hạt nanosilica có năng 100 0<br /> <br /> lượng bề mặt lớn nên chúng có xu hướng kết tụ -2<br /> <br /> lại với nhau. Đặc biệt khi ở hàm lượng lớn (25 pkl), 80<br /> -4<br /> <br /> khả năng kết tụ cao hơn nên các tập hợp nanosilica<br /> -6<br /> trong nền cao su có kích thước lên tới 3 μm. Khi 60<br /> Toån hao khoái löôïng:<br /> -81,41%<br /> <br /> nanosilica được biến tính bằng TESPT, bề mặt của<br /> -8<br /> <br /> <br /> <br /> nanosilica kỵ nước hơn nên khả năng tạo tập hợp 40<br /> -10<br /> <br /> <br /> <br /> giảm, các tập hợp có kích thước nhỏ hơn. -12<br /> <br /> o<br /> 20 468,1 C, -13,70 %/phuùt -14<br /> Các cầu silica tạo thành này giúp hình thành mạng<br /> 0 100 200 300 400 500 600 700<br /> lưới silica bền vững trong nền cao su. Đây cũng Nhieät ñoä ( C)<br /> o<br /> <br /> <br /> <br /> là một nguyên nhân giúp tính chất cơ học và tính<br /> chất nhiệt của vật liệu sử dụng nanosilica biến tính Hình 5. Giản đồ TGA mẫu vật liệu BR/20 pkl<br /> TESPT được cải thiện tốt hơn so với khi sử dụng nanosilica bt TESPT<br /> nanosilica chưa biến tính.<br /> Bảng 3. Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu từ BR, BR với nanosilica biến tính và không biến tính<br /> Mẫu vật liệu Nhiệt độ bắt đầu Nhiệt độ phân hủy Tổn hao khối lượng Tốc độ phân<br /> phân hủy (oC) mạnh nhất (oC) đến 600oC (%) hủy (%/phút)<br /> BR 395,0 463,2 99,17 16,47<br /> BR/20 pkl nanosilica 416,8 465,8 87,86 14,62<br /> BR/20 pkl nanosilica biến<br /> 414,6 468,1 81,41 13,70<br /> tính TESPT<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017 91<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> Các kết quả trên bảng 3 cho thấy, nhiệt độ bắt đầu monodispersed silica nanoparticles with high<br /> phân hủy của các mẫu có 20 pkl nanosilica đều concentration by the Stober process. J.Sol-Gel<br /> tăng mạnh, còn nhiệt độ phân hủy mạnh nhất tăng Sci.Technol, 68, 341-345.<br /> từ 2,6oC và 4,9oC, khi có 20 pkl nanosilica chưa [2]. Đỗ Quang Kháng (2013). Vật liệu polyme, quyển 1.<br /> biến tính và đã biến tính bằng TESPT. Tốc độ NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ, 2013, 203.<br /> phân hủy nhiệt mạnh nhất của vật liệu cũng chậm [3]. W. Ten Brike, P.J. Van Swaaji, L.A.E.M.<br /> hơn (giảm 11,23% và 16,81% so với cao su ban Reuvekamp, J.W.M. Noordermeerc (2003).<br /> đầu). Kết quả này có thể giải thích, do nanosilica The Influence of silane sunfur and carbon rank<br /> là chất độn vô cơ và kích thước nhỏ nên khi đưa on processing of a silica reinforced tire tread<br /> vào nền cao su đã làm tăng ổn định nhiệt. Tuy compound. Rubber Chemistry and Technology,<br /> nhiên, khi sử dụng nanosilica đã biến tính bằng 76, 12-34.<br /> TESPT, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất cao hơn và [4]. http://www.mkchem.com/mkpdf/mkcpage1pdf;<br /> tổn hao khối lượng ở 600oC thấp hơn, tốc độ phân Innovative polymers for the sporting goods<br /> hủy nhiệt mạnh nhất chậm hơn so với khi sử dụng industry.<br /> nanosilica chưa biến tính (2,3oC và 0,92%/phút). [5]. Y. Ikeda, S. Kohjiya (1997). In situ formed silica<br /> Kết quả này có thể giải thích là do TESPT đóng particles in rubber vulcanizate by the sol-gel<br /> vai trò như cầu nối giữa silica và cao su butadien method. Polymer, 38, 4417-4422.<br /> làm cho cấu trúc vật liệu chặt chẽ hơn. Điều này<br /> [6]. A. Ansarifar, F. Saeed, S. Ostad Movahed,<br /> hoàn toàn phù hợp với các kết quả thu được khi<br /> L. Wang, K. AnsarYasin, S. Hameed (2013).<br /> xác định các tính chất cơ học của vật liệu và hình<br /> Using sunfur-bearing silane to improve rubber<br /> thái của vật liệu trên ảnh FESEM. formulations for potential use in industrial rubber<br /> 4. KẾT LUẬN articles. J. of Adhension Sci. and Technol, 27(4),<br /> 371-384.<br /> Từ những kết quả nghiên cứu cho thấy:<br /> [7]. A. Ansarifar, L. Wang, L. Ellis, R.J. Kirtley (2006).<br /> Vật liệu BR/silica nanocompozit có tính chất cơ The reinforcement and crosslinking of styrene<br /> học thay đổi theo hàm lượng nanosilica và đạt butadiene rubber with silaned precipitated silica<br /> giá trị cực đại ở 20 pkl nanosilica ở trong khoảng nanofiller. Rubber Chem. and Technol, 79, 39-54.<br /> khảo sát. Khi đó, độ bền kéo tăng 343,8%, độ [8]. A. Ansarifar, N. Ibrahim, M. Bennett (2005).<br /> mài mòn tăng 18,9%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy Reinforcement of natural rubber with silanized<br /> mạnh nhất tăng 2,6oC, tốc độ phân hủy nhiệt giảm precipitated silica nanofiller. Rubber Chem. and<br /> 1,85%/phút. Nanosilica phân tán trong vật liệu cao Technol, 78, 793-1808.<br /> su ở dưới dạng tập hợp, có kích thước lớn hơn [9]. I.A.E.M. Reuvekamp, S.C. Debnath, J.V. Ten<br /> 100 nm. Khi hàm lượng nanosilica vượt quá hàm Brinke, P.J. Van Swaaij, J.W.M Noorbermeer<br /> lượng tối ưu, các tập hợp nanosilica có kích thước (2004). Effect of time and temperature on the<br /> lớn hơn, thậm chí đến kích thước µm. reaction of the TESPT silane coupling agent<br /> during mixing with silica filler and tire rubber.<br /> Nanosilica biến tính bề mặt có hiệu quả hơn<br /> Rubber Chem. and Technol, 77, 34-49.<br /> trong việc cải thiện tính chất của vật liệu so với<br /> nanosilica chưa biến tính ở cùng hàm lượng với [10]. Đặng Việt Hưng, Bùi Chương, Phạm Thương<br /> độ bền kéo đứt tăng 15,4% và nhiệt độ phân hủy Giang (2007). Sử dụng TESPT làm chất độn gia<br /> mạnh nhất tăng 2,3oC. cường cho hỗn hợp cao su thiên nhiên - butadien.<br /> Tạp chí Hóa học, 45 (5A), 67-77.<br /> [11]. Đỗ Quang Kháng (2013). Nghiên cứu vật liệu và<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> công nghệ chế tạo cao su trong để sản xuất giầy<br /> [1]. Kiyoharu Tadanaga, Koji Morita, Keisuke Mori, chất lượng cao cho tiêu dùng và xuất khẩu. Báo<br /> Masahiro Tatsumisago (2013). Synthesis of cáo tổng kết đề tài cấp thành phố, 2013, Hà Nội.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 92 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017<br />