BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br />
<br />
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC<br />
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM<br />
<br />
HỌC VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br />
<br />
HOÀNG THỊ HÒA<br />
<br />
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG<br />
CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU CAO SU SILICA NANOCOMPOZIT<br />
Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ<br />
Mã số: 62.44.01.14<br />
<br />
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC<br />
<br />
Hà Nội - 2016<br />
1<br />
<br />
Công trình được hoàn thành tại: Phòng Công nghệ Vật liệu Polyme và<br />
Môi trường – Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.<br />
<br />
Người hướng dẫn khoa học:<br />
1. PGS. TS. Đỗ Quang Kháng, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam.<br />
2. PGS. TS. Ngô Kế Thế, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam.<br />
<br />
Phản biện 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Phản biện 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
Phản biện 3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br />
<br />
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp học viện họp tại: .<br />
. ................. ..................... ...............<br />
. ....... ..................... ..................... ...<br />
vào hồi<br />
<br />
giờ<br />
<br />
ngày<br />
<br />
tháng<br />
<br />
Có thế tìm hiểu luận án tại thư viện:<br />
Thư viện Quốc Gia Việt Nam<br />
Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ<br />
2<br />
<br />
năm 2016<br />
<br />
MỞ ĐẦU<br />
<br />
1. Tính cấp thiết của luận án<br />
Cao su silica nanocompozit có những tính chất độc đáo và khả năng ứng<br />
dụng to lớn. Khi chế tạo loại vật liệu này, khó khăn gặp phải là: hạt nanosilica có<br />
xu hướng liên kết với nhau thành các tập hợp trong nền cao su, làm ảnh hưởng<br />
tới tính chất của vật liệu và sản phẩm. Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo cao su<br />
silica nanocompozit có hạt nanosilica phân tán đồng đều trong nền cao su, tạo<br />
được cao su có độ trong cao là cần thiết vì nó không chỉ có ý nghĩa khoa học<br />
mà còn có giá trị thực tiễn cao.<br />
2. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu của luận án<br />
Mục tiêu nghiên cứu<br />
Chế tạo ra được vật liệu cao su nanocompozit có tính năng cơ lý, kỹ thuật<br />
phù hợp, đặc biệt có độ trong cao, đáp ứng yêu cầu sản xuất giày thời trang và<br />
một số ứng dụng khác.<br />
Nội dung nghiên cứu<br />
- Nghiên cứu tìm điều kiện tối ưu biến tính bề mặt nanosilica bằng hợp<br />
chất silan bis-(3-(trietoxysilyl)-propyl)-tetrasulphit (TESPT).<br />
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su nanocompozit từ CSTN, BR, EPDM<br />
và blend của chúng với nanosilica chưa biến tính.<br />
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su nanocompozit từ CSTN, BR, EPDM<br />
và blend của chúng với nanosilica biến tính bằng TESPT.<br />
- Nghiên cứu khả năng ứng dụng vật liệu cao su nanocompozit chế tạo<br />
được để chế tạo sản phẩm ứng dụng trong thực tế.<br />
3. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và đóng góp mới của luận án<br />
- Từ những kết quả nghiên cứu khả năng gia cường nanosilica và nanosilica biến<br />
tính silan (TESPT) cho CSTN, BR, EPDM, blend CSTN/BR, EPDM/BR,<br />
EPDM/LDPE cho thấy, đối với các cao su, nhất là cao su có tính năng cơ học cao như<br />
CSTN, nanosilica khó phân tán đến kích thước cỡ 100nm. Trong khi đó, trong các<br />
cao su blend như blend trên cơ sở CSTN/BR và EPDM/LDPE, nanosilica phân tán<br />
khá đều đặn ở kích thước dưới 100nm.<br />
- Hàm lượng nanosilica tối ưu đối với mỗi loại cao su khác nhau thì khác nhau,<br />
trong khi hàm lượng nanosilca tối ưu gia cường cho CSTN khoảng 3pkl thì với BR là<br />
20pkl và EPDM tới 30pkl.<br />
- Bằng phương pháp trộn kín ở trạng thái nóng chảy đã chế tạo ra được vật liệu<br />
cao su nanocompozit trên cơ sở cao su EPDM và blend EPDM/LDPE có tính năng cơ<br />
lý, kỹ thuật khá cao, bền nhiệt, bền môi trường và đặc biệt có độ trong cao, đáp ứng<br />
3<br />
<br />
yêu cầu để làm đế giày thời trang và các sản phẩm cao su kỹ thuật có yêu cầu độ<br />
trong cao.<br />
- Đối với blend CSTN/BR và blend EPDM/LDPE khi sử dụng silica biến tính<br />
bằng hợp chất silan TESPT hiệu quả gia cường cao hơn so với sử dụng silica biến<br />
tính tại chỗ bằng tác nhân này nhưng không nhiều. Vì vậy, ở quy mô công nghiệp có<br />
thể sử dụng biến tính tại chỗ để đơn giản hơn trong quá trình chế tạo vật liệu cao su<br />
silica nanocompozit.<br />
<br />
4. Bố cục của luận án<br />
Luận án dày 151 trang với 33 bảng và 59 hình. Kết cấu của luận án gồm:<br />
mở đầu (2 trang), chương 1 Tổng quan (37 trang), chương 2 Thực nghiệm (10<br />
trang), chương 3 Kết quả và thảo luận (80 trang), Kết luận (2 trang), Phần danh<br />
mục các công trình khoa học đã được công bố liên quan đến luận án (1 trang),<br />
tài liệu tham khảo (15 trang) với 121 tài liệu tham khảo.<br />
<br />
NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN<br />
Chương 1: TỔNG QUAN<br />
Đã tập hợp 121 tài liệu tham khảo về các nội dung, đối tượng nghiên cứu<br />
và phân tích các nội dung liên quan đến vấn đề nghiên cứu trong nước và quốc<br />
tế với các nội dung cụ thể.<br />
1.1. Giới thiệu chung về cao su nanocompozit<br />
1.2. Cao su thiên nhiên, cao su butadien, cao su etylen-propylen-dien đồng<br />
trùng hợp, nanosilica, phương pháp chế tạo và ứng dụng vật liệu cao su<br />
nanocompozit.<br />
1.3. Những kết quả nghiên cứu cao su silica nanocompozit<br />
1.4. Tình hình nghiên cứu cao su silica nanocompozit ở Việt Nam<br />
Từ đó rút ra kết luận : vật liệu cao su silica nanocompozit đã và đang<br />
được chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy, trộn trong dung dịch, phương<br />
pháp sol – gel. Trong quá trình chế tạo có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất<br />
lượng của sản phẩm tạo thành đó là: nhiệt độ, thời gian, tốc độ khuấy trộn, các<br />
chất xúc tác, hoạt hóa… Nanosilica phân tán trong nền cao su ở kích thước<br />
nano và cải thiện rõ rệt tính chất của vật liệu đặc biệt là khi nanosilica được<br />
biến tính.<br />
<br />
4<br />
<br />
Chương 2 : THỰC NGHIỆM<br />
2.1. Vật liệu nghiên cứu<br />
- Nanosilica là loại Reolosil của công ty hóa chất Akpa (Thổ Nhĩ Kỳ)<br />
- Silan : Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulphit (TESPT) của Trung Quốc<br />
- Các loại cao su: Cao su thiên nhiên (CSTN) SVR 3L của công ty cao su Đồng<br />
Nai, Cao su etylen-propylen-dien đồng trùng hợp (EPDM) là loại NDR 37060<br />
của Công ty hóa chất Dow (Dow Chemical Company), Cao su butadien (BR) là<br />
loại BR01 của công ty BST Elastomers Co.Ltd. (Thái Lan).<br />
- Polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) là loại Lotrene 13031 – 9 của hãng Qatar<br />
Petrochemical Company.<br />
- Các phụ gia gồm: polyetylen glycol (PEG) Dicumyl peroxide (DCP), xúc tiến<br />
DM, xúc tiến D, phòng lão A, phòng lão D (Trung Quốc), chất tương hợp VLP<br />
của hãng Mitsui Chemical America, Inc, Lưu huỳnh của hãng Sae Kwang<br />
Chemical IND. Co. Ltd (Hàn Quốc), Oxit kẽm Zincollied của Ấn Độ, Axit stearic<br />
của PT. Orindo Fine Chemical (Indonesia)<br />
- Các hóa chất khác: Axit axetic của Trung Quốc, etanol 96% của Việt Nam.<br />
2.2. Phương pháp nghiên cứu<br />
2.2.1. Biến tính nanosilica bằng TESPT<br />
Quá trình biến tính nanosilica bằng bis-(3-trietoxysilylpropyl)<br />
tetrasulphit được thực hiện trong dung dịch etanol 96%. Các phản ứng tiến hành<br />
trong dung dịch được điều chỉnh pH = 4 ÷ 5 chứa 0,5; 1; 2; 4% silan theo khối<br />
lượng. Thời gian phản ứng lần lượt là 1, 2, 4 và 8 giờ. Nhiệt độ của phản ứng<br />
được khảo sát lần lượt ở 200C, 250C, 30°C, 350C, 400C, 50°C và 70°C.<br />
2.2.2. Phương pháp chế tạo mẫu<br />
a. Chế tạo vật liệu cao su gia cường nanosilica<br />
Các vật liệu từ CSTN, BR, EPDM được chế tạo bằng phương pháp trộn<br />
kín trên cơ sở đơn cơ bản của từng loại cao su.<br />
- Mẫu CSTN: Từ đơn cơ bản của CSTN với các phụ gia Kẽm oxit, Phòng lão D,<br />
Axit stearic, Xúc tiến DM, Xúc tiến D, Lưu huỳnh nanosilica và nanosilica biến<br />
tính được gia cường từ 0, 1, 3, 5, 7pkl. Mẫu được trộn kín ở 800C, ép lưu hóa ở<br />
145oC với áp suất 6 kg/cm2 trong thời gian 20 phút<br />
- Mẫu cao su butadien (BR): Từ đơn cơ bản gồm BR, DCP, PEG, Dầu quá trình.<br />
Hàm lượng nanosilica được thay đổi từ 0 đến 25 pkl. Nhiệt độ trộn mẫu là 700C,<br />
thời gian trộn 8 phút, ép lưu hóa ở 145oC với áp suất 6 kg/cm2 trong thời gian 10<br />
phút.<br />
5<br />
<br />