Nghiên Cứu Chế Tạo Cao Su Blend CSTN/NBR/Clay Nanocomposit

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tốt nghiệp đại học nghiên cứu chế tạo cao su blend cstnnbrclay nanocompozit trên cơ sở cstnclay, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Cao Su Blend CSTN/NBR/Clay Nanocomposit

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm về vật liệu polyme nanocompozit và vật liệu cao su nanocompozit
• 1.2. Phân loại và đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng
• 1.3. Những ưu điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng
• 1.4. Phương pháp chế tạo
• 1.5. Cao su và cao su blend
• 1.5.1. Cao su thiên nhiên
• 1.5.2. Cao su nitril butadien
• 1.5.3. Cao su blend
• 1.6. Khái niệm nanoclay
• 1.7. Cấu trúc sét hữu cơ
• 1.8. Tính chất của sét hữu cơ
• 1.9. Ứng dụng của sét hữu cơ
• 1.10. Điều chế sét hữu cơ
• 1.11. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/NBR/nanoclay
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Thiết bị nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp xác định tính chất cơ học
• 2.2.2. Phương pháp xác định cấu trúc hình thái của vật liệu
• 2.2.3. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA
• 2.2.4. Phương pháp nhiễu xạ tia X
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới tính chất cơ học của vật liệu
• 3.2. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá vật liệu cao su blend CSTN NBR Clay ưu việt

Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, vật liệu polymer nanocomposite đang mở ra những chân trời mới nhờ khả năng cải thiện tính chất vượt trội so với vật liệu truyền thống. Một trong những hướng đi đột phá là nghiên cứu chế tạo cao su blend CSTN/NBR/Clay Nanocomposit. Vật liệu này kết hợp những ưu điểm của cao su thiên nhiên (CSTN) với tính chất cơ lý của cao su tuyệt vời và cao su nitrile (NBR) với khả năng kháng dầu mỡ, dung môi vượt trội. Bằng cách gia cường hỗn hợp này với các hạt nano gia cường từ đất sét (clay), các nhà khoa học mong muốn tạo ra một loại vật liệu hiệu suất cao, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của ngành công nghiệp. Nghiên cứu này tập trung vào phương pháp chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở blend CSTN/NBR được gia cường bằng nanoclay, thông qua một kỹ thuật tiên tiến là sử dụng masterbatch CSTN/nanoclay. Mục tiêu chính là tạo ra một vật liệu không chỉ có độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt cao mà còn cải thiện đáng kể tính kháng dầu và độ bền nhiệt, mở ra nhiều ứng dụng của cao su kỹ thuật trong thực tiễn.

1.1. Tổng quan về cao su thiên nhiên CSTN và cao su nitrile NBR

Cao su thiên nhiên (CSTN), có thành phần chính là polyisopren, nổi tiếng với các đặc tính cơ học xuất sắc như độ đàn hồi cao, độ bền xé và khả năng chịu mài mòn tốt. Tuy nhiên, một nhược điểm lớn của CSTN là khả năng bền dầu mỡ và dung môi kém. Ngược lại, cao su nitrile (NBR), một copolymer của acrylonitril và butadien, lại được biết đến với đặc tính vượt trội là tính kháng dầu và các loại nhiên liệu. Độ phân cực của nhóm nitril (-CN) trong cấu trúc NBR giúp nó chống lại sự trương nở khi tiếp xúc với các dung môi không phân cực. Việc kết hợp hai loại cao su này thành một hỗn hợp (blend) nhằm mục đích tận dụng ưu điểm của cả hai, tạo ra một vật liệu vừa dẻo dai vừa bền hóa chất.

1.2. Vai trò của hạt nano gia cường clay trong vật liệu polymer

Nanoclay, đặc biệt là loại có cấu trúc lớp như montmorillonite (MMT), là một trong những chất độn nano được quan tâm nhất hiện nay. Với diện tích bề mặt riêng cực lớn và cấu trúc dạng tấm mỏng ở kích thước nanomet, chỉ một lượng rất nhỏ nanoclay (vài phần trăm khối lượng) có thể cải thiện đáng kể các tính chất cơ lý của cao su. Khi các tấm clay được tách lớp và phân tán đồng đều trong nền polymer, chúng tạo ra một mạng lưới gia cường hiệu quả, giúp tăng cường độ bền kéo, độ cứng Shore A và độ ổn định nhiệt. Sự thành công của công nghệ nano trong polymer phụ thuộc rất nhiều vào khả năng phân tán các hạt nano này vào trong nền vật liệu.

II. Thách thức lớn khi chế tạo cao su kỹ thuật CSTN NBR

Việc chế tạo một vật liệu cao su blend CSTN/NBR hiệu suất cao phải đối mặt với nhiều thách thức, trong đó nổi bật nhất là vấn đề tương hợp pha. Do sự khác biệt đáng kể về độ phân cực, cao su thiên nhiên (CSTN) (không phân cực) và cao su nitrile (NBR) (phân cực) có xu hướng tách pha khi trộn lẫn. Sự không tương hợp này dẫn đến hình thành các cấu trúc hình thái học không đồng nhất, với ranh giới phân cách pha yếu, làm suy giảm nghiêm trọng các tính chất cơ lý của cao su. Các phương pháp gia cường truyền thống bằng chất độn thông thường thường đòi hỏi hàm lượng lớn, làm tăng khối lượng và chi phí sản phẩm mà không giải quyết triệt để được vấn đề tương hợp. Do đó, việc tìm kiếm một giải pháp vừa giúp gia cường vật liệu, vừa đóng vai trò như một chất tương hợp là mục tiêu cấp thiết. Nanoclay, với bề mặt có thể biến tính, được xem là một ứng cử viên tiềm năng để giải quyết đồng thời cả hai thách thức này trong quá trình chế tạo cao su blend CSTN/NBR.

2.1. Vấn đề tương hợp pha trong blend CSTN và NBR

Sự khác biệt về cấu trúc hóa học giữa CSTN và NBR là nguyên nhân chính gây ra sự không tương hợp. Điều này dẫn đến một cấu trúc hình thái học dị thể với các miền NBR phân tán trong nền CSTN (hoặc ngược lại) một cách thô và không đồng đều. Ranh giới giữa hai pha này trở thành điểm yếu, nơi các vết nứt dễ dàng hình thành và lan truyền khi vật liệu chịu tác dụng của ngoại lực, dẫn đến độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt thấp hơn so với kỳ vọng. Để khắc phục, việc sử dụng các chất tương hợp hoặc các kỹ thuật trộn luyện đặc biệt là cần thiết để cải thiện sự bám dính giữa các pha.

2.2. Hạn chế của đất sét bentonite chưa biến tính

Đất sét bentonite tự nhiên có bản chất ưa nước (hydrophilic) do sự hiện diện của các cation vô cơ (như Na+, Ca2+) trên bề mặt. Trong khi đó, nền cao su lại có tính kỵ nước (hydrophobic). Sự không tương thích này khiến các tấm clay có xu hướng tụ lại thành các khối (agglomerate) thay vì phân tán đều trong polymer. Để tăng cường sự phân tán và tương tác với nền cao su, cần phải biến tính bề mặt đất sét, ví dụ như sử dụng các muối amoni bậc bốn để tạo ra organoclay. Tuy nhiên, nghiên cứu này khám phá một phương pháp phân tán clay chưa biến tính thông qua kỹ thuật masterbatch latex, một hướng đi mới mẻ và tiết kiệm chi phí.

III. Phương pháp đột phá chế tạo Masterbatch CSTN Nanoclay

Để vượt qua thách thức về sự phân tán nanoclay trong nền cao su kỵ nước, nghiên cứu đã áp dụng một phương pháp trộn hợp dung dịch độc đáo dựa trên latex. Thay vì trộn trực tiếp bột clay khô vào cao su rắn, quy trình này phân tán nanoclay vào môi trường nước trước, sau đó phối trộn với latex cao su thiên nhiên (một hệ nhũ tương của các hạt cao su trong nước). Sự tương hợp giữa môi trường nước của huyền phù clay và latex CSTN cho phép các hạt clay phân tán đồng đều và bám dính lên bề mặt các hạt cao su. Quá trình này tạo ra một tiền chất gọi là masterbatch CSTN/Clay, trong đó nanoclay được phân tán sơ bộ ở mức độ rất cao. Kỹ thuật này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường, hứa hẹn là một giải pháp công nghệ tiên tiến cho ngành sản xuất vật liệu polymer nanocomposite.

3.1. Quy trình điều chế huyền phù Nanoclay và Latex CSTN

Bước đầu tiên là chuẩn bị một dung dịch huyền phù clay ổn định. Nanoclay (loại montmorillonite - MMT) được phân tán trong nước cất bằng cách sử dụng kết hợp khuấy từ và rung siêu âm. Năng lượng siêu âm giúp phá vỡ các khối kết tụ của clay, tách chúng thành các tấm riêng lẻ. Song song đó, latex CSTN được pha loãng đến nồng độ thích hợp. Sau đó, dung dịch huyền phù clay được thêm từ từ vào latex CSTN dưới tác dụng khuấy trộn cơ học liên tục để đảm bảo các hạt nano clay phân bố đều và tương tác tốt với các hạt latex cao su.

3.2. Kỹ thuật đồng kết tủa tạo Masterbatch CSTN Clay

Sau khi trộn đều hỗn hợp latex-clay, bước tiếp theo là quá trình đồng kết tủa. Dung dịch ethanol 96° được sử dụng làm chất gây đông tụ. Khi thêm ethanol vào, nó làm mất tính ổn định của hệ nhũ tương latex, khiến các hạt cao su kết tủa lại với nhau. Trong quá trình này, các hạt nanoclay đã phân tán sẵn sẽ bị "bẫy" và giữ lại bên trong mạng lưới cao su đang hình thành. Kết quả thu được là một khối cao su rắn (masterbatch) chứa nanoclay phân tán cực kỳ mịn. Khối masterbatch này sau đó được rửa sạch và sấy khô để chuẩn bị cho công đoạn cán luyện tiếp theo.

IV. Hướng dẫn quy trình cán luyện và lưu hóa cao su blend

Sau khi có được masterbatch CSTN/Clay, công đoạn tiếp theo là phương pháp cán luyện để tạo ra vật liệu cao su blend CSTN/NBR/Clay Nanocomposit hoàn chỉnh. Quá trình này được thực hiện trên máy cán hai trục, một thiết bị cơ bản trong công nghệ cao su. Masterbatch được đưa lên máy cán để làm mềm, sau đó cao su nitrile (NBR) được thêm vào và phối trộn cho đến khi hỗn hợp đồng nhất. Tiếp theo, các chất phụ gia trong hệ lưu hóa cao su như axit stearic, kẽm oxit (ZnO), chất xúc tiến, và cuối cùng là lưu huỳnh được tuần tự thêm vào. Quá trình cán luyện không chỉ trộn đều các thành phần mà còn tạo ra lực cắt lớn, hỗ trợ thêm cho việc tách lớp và phân tán nanoclay. Cuối cùng, hỗn hợp được đưa đi lưu hóa để tạo thành sản phẩm cuối cùng với các tính chất cơ lý của cao su mong muốn.

4.1. Phối trộn cao su blend trên máy cán luyện hai trục

Quá trình phối trộn trên máy cán hai trục là một bước quan trọng quyết định sự đồng nhất của vật liệu. Đầu tiên, masterbatch CSTN/Clay và CSTN nguyên sinh được cán sơ bộ để giảm độ nhớt. Sau đó, cao su nitrile (NBR) được thêm vào từng phần nhỏ. Lực cắt mạnh giữa hai trục cán giúp phá vỡ các miền pha, tăng cường sự tiếp xúc và xen kẽ giữa các chuỗi phân tử CSTN và NBR. Việc kiểm soát nhiệt độ và khe hở trục cán trong giai đoạn này là rất quan trọng để đảm bảo sự phân tán tối ưu và tránh làm suy giảm mạch polymer do nhiệt.

4.2. Quá trình lưu hóa và vai trò của hệ lưu hóa cao su

Quá trình lưu hóa là phản ứng hóa học tạo ra các liên kết ngang (cầu nối, chủ yếu là cầu nối lưu huỳnh) giữa các mạch polymer. Phản ứng này biến cao su từ trạng thái dẻo, chảy nhớt thành vật liệu đàn hồi, bền chắc. Hệ lưu hóa cao su được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm lưu huỳnh (chất lưu hóa chính), kẽm oxit và axit stearic (chất hoạt hóa), và các chất xúc tiến (để tăng tốc độ và hiệu quả phản ứng). Hỗn hợp cao su sau khi cán luyện được ép trong khuôn ở nhiệt độ và áp suất cao (ví dụ: 145°C) trong một khoảng thời gian nhất định để quá trình lưu hóa diễn ra hoàn toàn, định hình nên sản phẩm cuối cùng.

V. Phân tích kết quả chế tạo cao su blend CSTN NBR Clay

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh hiệu quả vượt trội của phương pháp chế tạo cao su blend CSTN/NBR/Clay Nanocomposit thông qua masterbatch. Các phân tích chi tiết cho thấy việc thêm nanoclay đã cải thiện đáng kể nhiều tính chất quan trọng của vật liệu. Đáng chú ý, hàm lượng nanoclay tối ưu được xác định là 5% theo khối lượng. Ở nồng độ này, vật liệu đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa các tính chất cơ lý của cao su và khả năng phân tán của các hạt nano gia cường. Các phương pháp phân tích hiện đại như kính hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) đều cung cấp những bằng chứng thuyết phục về sự thành công của quá trình chế tạo và hiệu quả gia cường của nanoclay. Những kết quả này khẳng định tiềm năng to lớn của vật liệu nanocomposite trong các ứng dụng kỹ thuật.

5.1. Cải thiện tính chất cơ lý Độ bền kéo và độ cứng Shore A

So với mẫu đối chứng không chứa clay, vật liệu nanocomposite cho thấy sự cải thiện rõ rệt. Cụ thể, tại hàm lượng 5% nanoclay, độ bền kéo tăng từ 13,15 MPa lên 21,96 MPa, tức tăng gần 67%. Độ dãn dài khi đứt cũng đạt giá trị cao nhất là 678% ở cùng hàm lượng. Độ cứng Shore A tăng dần theo hàm lượng nanoclay, phản ánh hiệu ứng gia cường của các hạt vô cơ cứng. Tuy nhiên, khi hàm lượng clay vượt quá 5% (ví dụ 7%), các tính chất cơ học lại có xu hướng giảm nhẹ, điều này được cho là do hiện tượng kết tụ của các hạt nano, làm giảm hiệu quả gia cường.

5.2. Phân tích cấu trúc hình thái học qua ảnh SEM và XRD

Hình ảnh từ kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy ở hàm lượng 5% nanoclay, các tấm clay phân tán rất tốt và đồng đều trong nền cao su, tạo ra một bề mặt gãy mịn. Ngược lại, ở hàm lượng 7%, có thể quan sát thấy sự xuất hiện của các khối kết tụ. Kết quả quan trọng nhất đến từ phân tích nhiễu xạ tia X (XRD). Phổ XRD của mẫu 5% nanoclay không cho thấy đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của clay, chứng tỏ các tấm clay đã được tách lớp hoàn toàn (exfoliation). Đây là trạng thái phân tán lý tưởng nhất, giúp tối đa hóa diện tích tương tác giữa clay và polymer, giải thích cho sự cải thiện vượt trội về tính chất cơ học.

5.3. Đánh giá độ bền nhiệt của vật liệu qua phân tích TGA

Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) cho thấy vật liệu CSTN/NBR/5%nanoclay có độ bền nhiệt cao hơn so với mẫu không có clay. Nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng từ 281,3°C lên 293,5°C. Các tấm nanoclay phân tán trong nền polymer hoạt động như một rào cản, làm chậm quá trình thoát ra của các sản phẩm phân hủy dễ bay hơi, từ đó nâng cao nhiệt độ phân hủy và sự ổn định nhiệt chung của vật liệu. Điều này rất có ý nghĩa đối với các ứng dụng của cao su kỹ thuật phải làm việc ở nhiệt độ cao.

VI. Ứng dụng của cao su blend CSTN NBR và tương lai công nghệ

Nghiên cứu chế tạo cao su blend CSTN/NBR/Clay Nanocomposit đã thành công trong việc tạo ra một loại vật liệu mới với nhiều đặc tính ưu việt. Sự kết hợp hài hòa giữa độ bền cơ học của CSTN, tính kháng dầu của NBR và hiệu ứng gia cường của nanoclay mở ra vô số tiềm năng ứng dụng. Vật liệu này đặc biệt phù hợp cho các sản phẩm đòi hỏi cả độ bền cơ học và khả năng làm việc trong môi trường dầu mỡ, hóa chất. Sự thành công của phương pháp masterbatch latex cũng cho thấy một hướng đi hiệu quả và kinh tế trong việc sản xuất các vật liệu polymer nanocomposite. Trong tương lai, công nghệ nano trong polymer sẽ tiếp tục phát triển, tập trung vào việc biến tính bề mặt các hạt nano gia cường để tối ưu hóa hơn nữa sự tương tác với nền polymer, tạo ra những vật liệu thông minh với tính năng vượt trội.

6.1. Tiềm năng ứng dụng làm gioăng phớt và sản phẩm chịu dung môi

Với các đặc tính cơ-lý và kháng hóa chất được cải thiện, vật liệu làm gioăng, phớt là một trong những ứng dụng tiềm năng hàng đầu. Các chi tiết này thường được sử dụng trong máy móc, động cơ, nơi chúng phải chịu áp lực, mài mòn và tiếp xúc liên tục với dầu nhớt. Ngoài ra, các sản phẩm chịu dung môi khác như ống dẫn nhiên liệu, màng lót, găng tay công nghiệp cũng là những lĩnh vực ứng dụng lý tưởng. Việc sử dụng vật liệu nanocomposite này có thể giúp kéo dài tuổi thọ sản phẩm, giảm tần suất bảo trì và nâng cao độ tin cậy của thiết bị.

6.2. Hướng phát triển tương lai của công nghệ vật liệu nanocomposite

Tương lai của lĩnh vực này nằm ở việc tối ưu hóa và đa dạng hóa các thành phần. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc sử dụng organoclay, loại đất sét đã được biến tính bề mặt bằng các hợp chất hữu cơ, để tăng cường hơn nữa tương hợp pha với nền cao su. Bên cạnh đó, việc kết hợp các loại hạt nano khác nhau (hybrid fillers) hoặc khám phá các hệ lưu hóa cao su tiên tiến hơn cũng là những hướng đi đầy hứa hẹn. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra những vật liệu "thông minh", có thể tùy chỉnh tính chất theo yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng, thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành công nghiệp polymer.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Vật liệu cao su nanocompozit gia cường bằng khoáng sét (clay) kích thước nanomet là hướng phát triển vật liệu mới thu hút nhiều sự quan tâm trong lĩnh vực hóa học polyme và vật liệu compozit. Nhờ sự phân tán của các phiến sét ở cấp độ nanomet vào nền polyme, vật liệu có khả năng nâng cao các tính năng cơ lý, khả năng bền nhiệt, chống cháy và đặc tính ngăn cản sự thẩm thấu khí/chất lỏng (tính chất barie).

Trong thực tế ứng dụng, cao su thiên nhiên (CSTN) sở hữu độ bền cơ học cao, tính mềm dẻo và độ đàn hồi tốt nhưng lại có nhược điểm lớn là khả năng chịu dầu mỡ và dung môi kém. Ngược lại, cao su tổng hợp nitril butadien (NBR) nổi bật với khả năng bền dầu mỡ nhờ sự có mặt của nhóm phân cực nitril (-C≡N) trong cấu trúc, song cơ tính của NBR nguyên chất lại thấp hơn so với CSTN. Việc phối trộn (blend) CSTN và NBR cho phép kết hợp các ưu điểm của cả hai loại cao su, tạo ra vật liệu vừa có tính năng cơ lý tốt vừa có khả năng làm việc trong môi trường tiếp xúc dầu mỡ. Tuy nhiên, do CSTN là polyme không phân cực còn NBR là polyme phân cực, sự tương hợp giữa hai pha trong blend CSTN/NBR thường kém, dẫn đến giới hạn về độ phân tán của chất độn khi gia công truyền thống.

Để giải quyết vấn đề phân tán hạt khoáng sét nano vào nền blend cao su dị thể, đề tài "Nghiên cứu chế tạo cao su blend CSTN/NBR/Clay nanocompozit trên cơ sở CSTN/Clay masterbatch" được tác giả Đoàn Thị Kim thực hiện tại Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Đỗ Quang Kháng (Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) vào năm 2017.

Mục tiêu tổng quát của đề tài là chế tạo thành công vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/NBR gia cường hạt nanoclay thông qua kỹ thuật phân tán tiền chất hỗn hợp CSTN/nanoclay masterbatch từ mủ cao su thiên nhiên dạng lỏng (latex).

Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định bao gồm:

1. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay (từ 0% đến 7% khối lượng) tới các tính chất cơ học (độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt, độ cứng Shore A, độ dãn dư) của vật liệu blend CSTN/NBR (tỷ lệ phối trộn 80/20).
2. Nghiên cứu cấu trúc hình thái học và mức độ tách lớp/xen lớp của phiến sét trong nền cao su blend bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM) và phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).
3. Đánh giá độ bền nhiệt của vật liệu blend cao su và cao su nanocompozit chứa nanoclay bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ blend CSTN/NBR (tỷ lệ cố định 80/20 theo khối lượng) gia cường bằng chất độn nanoclay Nanofill® chưa biến tính thông qua masterbatch CSTN/clay.
• Phạm vi không gian và thời gian: Thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Hóa học Polyme và Vật liệu compozit, Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Viện Khoa học Vật liệu và Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, hoàn thành vào tháng 4 năm 2017.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên các nền tảng lý thuyết về hóa lý polyme, cơ chế tương tác bề mặt khoáng sét và hóa học cao su blend:

Khung lý thuyết và khái niệm chuyên ngành

• Vật liệu polyme nanocompozit: Là hệ vật liệu gồm pha nền polyme và pha gia cường có ít nhất một chiều kích thước dưới 100 nm. Phân loại theo số chiều nano gồm: loại 1 (3 chiều nano như $SiO_2$, $CaCO_3$), loại 2 (2 chiều nano như ống/sợi carbon nano), và loại 3 (1 chiều nano dạng phiến mỏng như khoáng sét montmorillonit - MMT).
• Cấu trúc và tính chất cao su thiên nhiên (CSTN): Thành phần chính là hydrocacbon polyisopren với cấu hình 1,4-cis chiếm khoảng 98% và 2% mắt xích ở vị trí 1,2 hoặc 3,4; khối lượng phân tử dao động từ $10^5$ đến $2\cdot 10^6$ g/mol. Nhiệt độ thủy tinh hóa $T_g \approx -70^\circ\text{C}$, nhiệt độ nóng chảy tinh thể khoảng $40^\circ\text{C}$. Latex CSTN là hệ nhũ tương gồm hạt cao su kích thước $0,05 - 3\ \mu\text{m}$, được bảo vệ bởi lớp màng protein và lipid tích điện âm.
• Cấu trúc và cơ chế bền dầu của NBR: Là copolyme đồng trùng hợp giữa butadien và acrylonitril (chủ yếu cấu hình 1,4-trans chiếm 77,4%, 1,4-cis chiếm 12,4%, và 1,2 chiếm 10,2%). Cơ chế chịu dầu mỡ của NBR được giải thích theo hai lý thuyết:
  1. Thuyết hấp phụ: Liên kết phân cực $-\text{C}\equiv\text{N}$ tạo lực hút tĩnh điện liên phân tử lớn, nâng cao năng lượng kết dính nội ngăn cản dung môi hòa tan hoặc làm trương nở mạch polyme.
  2. Thuyết che chắn: Kích thước không gian của nhóm $-\text{CN}$ che chắn các liên kết đôi không no trong mạch chính khỏi sự xâm nhập của phân tử dầu mỡ.
• Nanoclay và cơ chế phân tán lớp: Khoáng sét tự nhiên (montmorillonit) có cấu tạo dạng lớp 2:1 gồm 1 phiến bát diện nhôm kẹp giữa 2 phiến tứ diện silic. Khoảng cách cơ sở ban đầu giữa các lớp ($d_{001}$) thường nhỏ ($\sim 1,27\text{ nm}$). Quá trình tạo masterbatch dạng latex cho phép phân tử polyme chui vào giữa các phiến sét, làm tăng khoảng cách lớp (cấu trúc xen lớp - intercalated) hoặc tách rời hoàn toàn các phiến sét phân tán tự do trong nền (cấu trúc tách lớp - exfoliated).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Chế tạo masterbatch CSTN/clay: Phân tán hạt nanoclay trong nước cất bằng máy khuấy từ và bể rung siêu âm; sau đó trộn cùng latex CSTN ở $60^\circ\text{C}$, tốc độ 600 vòng/phút trong 1 giờ, tiếp tục rung siêu âm 2 giờ ở $60^\circ\text{C}$. Tiến hành đồng kết tủa hỗn hợp bằng dung dịch etanol $96^\circ$, rửa sạch kết tủa bằng nước cất và sấy khô ở $80^\circ\text{C}$ trong 24 giờ.
• Gia công phối trộn và lưu hóa: Hỗn hợp CSTN, CSTN/clay masterbatch và cao su NBR (tỷ lệ nền CSTN/NBR là 80/20) được cán luyện kín/hở trên máy cán hai trục Toyoseiki (Nhật Bản), phối trộn cùng hệ lưu hóa (lưu huỳnh, xúc tiến CZ, xúc tiến D, ZnO, axit stearic, phòng lão D, cumaron). Hỗn hợp sau đó được ép lưu hóa trên khuôn ở nhiệt độ $145^\circ\text{C}$, áp suất $6\text{ kg/cm}^2$ trong 15 phút để tạo mẫu dày 2 mm.
• Phương pháp kiểm tra cơ lý:
  • Độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt xác định theo tiêu chuẩn TCVN 4509:2006 (tương đương ISO 37:2006) trên máy kéo đứt Gester (tốc độ kéo $150\text{ mm/phút}$, đo tối thiểu 5 mẫu).
  • Độ dãn dư sau khi đứt xác định theo tiêu chuẩn TCVN 1595:2006 (đo sau khi đứt 3 phút).
  • Độ cứng xác định theo TCVN 1595-1:2007 (ISO 7619-1:2004) bằng đồng hồ đo độ cứng Shore A Teclock (Jis K6301A, Nhật Bản), chiều dày mẫu $\ge 6\text{ mm}$.
  • Độ mài mòn kiểm tra theo TCVN 1594-87 trên thiết bị YG634 (Yinghui Machine, Đài Loan).
• Phương pháp phân tích hình thái và cấu trúc:
  • Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM): Thiết bị Hitachi S-4800 (Nhật Bản), mẫu cắt bằng dao vi phẫu (microtome) và phủ một lớp bạch kim (Pt) mỏng trong chân không.
  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Thiết bị Bruker D8-Advance (CHLB Đức), quét trong dải góc $2\theta$ từ $0^\circ$ đến $9^\circ$, tính khoảng cách cơ bản theo phương trình Bragg ($d = n\lambda / 2\sin\theta$).
  • Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA): Thiết bị Netzsch STA 490 PC/PG (CHLB Đức), tốc độ gia nhiệt $10^\circ\text{C/phút}$ trong môi trường không khí.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về vật liệu polyme nanocompozit, vật liệu cao su nanocompozit, cao su thiên nhiên, cao su tổng hợp NBR, cao su blend và khoáng sét nano (nanoclay). Tác giả phân tích các phương pháp chế tạo polyme nanocompozit kinh điển gồm: phương pháp trộn hợp (nóng chảy, dung dịch), phương pháp sol-gel và phương pháp trùng hợp in-situ.

Chương này làm rõ cấu trúc hóa học, tính chất vật lý - cơ lý của CSTN (khối lượng riêng $913\text{ kg/m}^3$, nhiệt độ kết tinh tối ưu ở $-25^\circ\text{C}$, khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh) và cấu trúc của latex CSTN. Đối với NBR, chương tổng quan giải thích phản ứng đồng trùng hợp butadien - acrylonitril và sự hình thành sản phẩm phụ 4-xiano xiclohexen tạo mùi đặc trưng. Tác giả cũng phân tích chi tiết cấu trúc montmorillonit, cơ chế biến tính sét bằng cation ankylamoni bậc 1 đến bậc 4 và tổng hợp các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về blend cao su nanocompozit tính đến thời điểm 2013-2017.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 mô tả chi tiết nguồn gốc hóa chất, thông số thiết bị và quy trình công nghệ chế tạo mẫu thử nghiệm:

• Vật liệu và hóa chất: Cao su thiên nhiên SVR 3L và latex CSTN (Công ty Cao su Đồng Nai); NBR Kosyl - KNB35L (Hàn Quốc); Nanoclay Nanofill® chưa biến tính hữu cơ (Mỹ); Etanol $96^\circ$ (Việt Nam) và các phụ gia lưu hóa từ Trung Quốc.
• Quy trình chế tạo: Mô tả 2 giai đoạn công nghệ chính: (1) Tổng hợp CSTN/clay masterbatch bằng phương pháp đồng kết tủa dung dịch latex CSTN với huyền phù nanoclay nhờ tác nhân etanol $96^\circ$; (2) Cán luyện phối trộn masterbatch vào hỗn hợp CSTN/NBR (80/20) cùng hệ phụ gia xúc tiến - lưu hóa trên máy cán 2 trục, sau đó lưu hóa ở $145^\circ\text{C}$, áp suất $6\text{ kg/cm}^2$ trong 15 phút.
• Quy chuẩn đo lường: Trình bày chi tiết công thức tính toán và quy trình đo độ bền kéo đứt ($S_d = F / (b \cdot h)$), độ dãn dài khi đứt ($D = [(l_1 - l_0)/l_0] \cdot 100%$), độ dãn dư, độ cứng Shore A, độ mài mòn theo các tiêu chuẩn TCVN và ISO tương ứng, cùng nguyên lý vận hành thiết bị FESEM, XRD và TGA.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 tập trung phân tích số liệu thực nghiệm thu được từ các phép đo cơ học, hình thái và độ bền nhiệt của vật liệu blend CSTN/NBR khi thay đổi hàm lượng nanoclay:

• Tính chất cơ học: Phân tích quy luật biến thiên của độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt, độ cứng và độ dãn dư theo hàm lượng nanoclay (0%, 3%, 4%, 5%, 7%). Kết quả chỉ ra 5% nanoclay là ngưỡng tối ưu giúp nâng cao độ bền kéo đứt từ $13,15\text{ MPa}$ lên $21,96\text{ MPa}$.
• Hình thái cấu trúc FESEM: Ảnh FESEM bề mặt gãy cho thấy ở hàm lượng 3%, mật độ phân bố phiến sét chưa cao; ở 5%, phiến sét phân tán đồng đều và có độ dày mỏng dưới $100\text{ nm}$; ở 7%, xuất hiện các cụm phiến sét kích thước lớn kết tụ cục bộ.
• Cấu trúc phân lớp qua XRD: Phổ XRD của hạt nanoclay ban đầu có pic tại góc $2\theta = 7,0^\circ$ ($d = 1,27\text{ nm}$). Khi đưa vào cao su qua masterbatch, pic chuyển dịch về $2\theta = 2,25^\circ$ ($d = 4,11\text{ nm}$) ở mẫu 3% clay và $2\theta = 2,2^\circ$ ($d = 4,08\text{ nm}$) ở mẫu 7% clay (cấu trúc xen lớp). Riêng mẫu chứa 5% nanoclay không xuất hiện pic đặc trưng trong dải đo, chứng minh các lớp silicat đã tách lớp hoàn toàn (exfoliated).
• Độ bền nhiệt qua TGA: Mẫu blend CSTN/NBR không có clay có nhiệt độ bắt đầu phân hủy ở $281,3^\circ\text{C}$ với 2 cực đại phân hủy tại $367,40^\circ\text{C}$ (pha CSTN) và $422,46^\circ\text{C}$ (pha NBR). Mẫu blend chứa 5% nanoclay có nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng lên $293,5^\circ\text{C}$ và pic phân hủy chính đạt $406,78^\circ\text{C}$, lượng tổn hao khối lượng tại $480^\circ\text{C}$ giảm từ $85,675%$ xuống $81,270%$.

---

Kết quả và đóng góp

Số liệu thực nghiệm tổng hợp

Bảng tổng hợp số liệu cơ lý của vật liệu blend CSTN/NBR (80/20) theo hàm lượng chất độn nanoclay:

Hàm lượng Nanoclay (%)	Độ bền kéo đứt (MPa)	Độ dãn dài khi đứt (%)	Độ cứng (Shore A)	Độ dãn dư (%)
0	13,15	601	47,2	10,2
3	17,63	615	47,6	11,0
4	19,32	649	47,9	12,3
5	21,96	678	49,8	13,0
7	19,78	654	50,5	14,0

Bảng kết quả phân tích nhiệt trọng lượng TGA:

Mẫu vật liệu	Nhiệt độ bắt đầu phân hủy ($^\circ\text{C}$)	Nhiệt độ phân hủy cực đại 1 ($^\circ\text{C}$)	Nhiệt độ phân hủy cực đại 2 ($^\circ\text{C}$)	Tổn hao khối lượng đến $480^\circ\text{C}$ (%)
Blend CSTN/NBR (80/20)	281,3	367,40	422,46	85,675
Blend CSTN/NBR + 5% Nanoclay	293,5	406,78	-	81,270

Đóng góp kỹ thuật và kết luận khoa học của đề tài

• Khẳng định tính hiệu quả của phương pháp masterbatch từ latex: Việc chế tạo tiền chất CSTN/clay masterbatch bằng phương pháp phân tán trong pha lỏng latex kết hợp rung siêu âm và đồng kết tủa bằng cồn $96^\circ$ đã khắc phục được sự khó khăn trong việc phân tán phiến sét chưa biến tính hữu cơ vào nền cao su phân cực/không phân cực hỗn hợp.
• Xác định hàm lượng tối ưu: Hàm lượng 5% khối lượng nanoclay mang lại hiệu quả gia cường cao nhất cho blend CSTN/NBR (tỷ lệ 80/20), giúp độ bền kéo đứt tăng $67%$ (từ $13,15\text{ MPa}$ lên $21,96\text{ MPa}$), độ dãn dài khi đứt tăng từ $601%$ lên $678%$.
• Chứng minh sự tách lớp hoàn toàn: Giản đồ XRD và ảnh FESEM khẳng định ở hàm lượng 5% nanoclay, các phiến khoáng sét đạt trạng thái tách lớp hoàn toàn (exfoliation) với bề dày phiến dưới $100\text{ nm}$, phân tán đồng đều trong nền blend cao su.
• Cải thiện tính kháng nhiệt: Bổ sung 5% nanoclay giúp tăng nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt của vật liệu blend thêm $12,2^\circ\text{C}$ (từ $281,3^\circ\text{C}$ lên $293,5^\circ\text{C}$) và giảm tỷ lệ hao hụt khối lượng khi nung đến $480^\circ\text{C}$.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận một số phạm vi giới hạn trong quá trình thực hiện:

• Giới hạn tỷ lệ blend và chủng loại sét: Nghiên cứu chỉ tập trung khảo sát trên một tỷ lệ blend cố định CSTN/NBR là 80/20 và sử dụng một loại khoáng sét thương mại Nanofill® chưa biến tính hữu cơ.
• Hiện tượng kết tụ ở hàm lượng cao: Khi hàm lượng nanoclay vượt quá 5% (cụ thể ở mức 7%), các phiến sét có xu hướng kết tụ lại thành các cụm hạt lớn hơn, làm suy giảm tương tác liên pha giữa chất độn và nền cao su, khiến độ bền kéo đứt và độ dãn dài suy giảm.
• Phạm vi khảo sát tính chất: Khóa luận tập trung chính vào cơ tính tĩnh (kéo đứt, độ dãn dư, độ cứng), cấu trúc hình thái (FESEM, XRD) và độ bền nhiệt (TGA); các phép đo độ mài mòn, độ bền kéo mỏi động học, độ trương nở trong các loại dầu khoáng/nhiên liệu chuyên dụng chưa được trình bày chi tiết số liệu trong phần thảo luận.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận cung cấp các giá trị tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Hóa học, Công nghệ Vật liệu Polyme - Compozit: Nguồn tài liệu tham khảo về quy trình thực nghiệm tạo masterbatch từ mủ cao su thiên nhiên dạng latex kết hợp rung siêu âm để phân tán hạt độn kích thước nano.
• Kỹ sư và nhà nghiên cứu công nghệ cao su: Cung cấp thông số công nghệ cụ thể về điều kiện lưu hóa ($145^\circ\text{C}$, $6\text{ kg/cm}^2$, 15 phút), đơn phối liệu hệ lưu hóa lưu huỳnh cho blend CSTN/NBR, cũng như phương pháp luận sử dụng XRD và FESEM để xác định trạng thái xen lớp/tách lớp của khoáng sét trong polyme blend.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lại sử dụng phương pháp tạo masterbatch từ latex CSTN thay vì trộn trực tiếp nanoclay trên máy cán luyện?

Nanoclay Nanofill® sử dụng trong đề tài là loại sét vô cơ chưa biến tính hữu cơ, có tính ưa nước cao và năng lượng bề mặt lớn nên rất khó phân tán đều và dễ kết tụ nếu trộn cơ học trực tiếp vào khối cao su khô. Phương pháp tạo masterbatch từ latex cho phép phân tán nanoclay trong môi trường nước nhờ hỗ trợ của rung siêu âm, sau đó các hạt cao su latex kích thước nhỏ bọc lấy phiến sét trong quá trình đồng kết tủa bằng etanol $96^\circ$, giúp phiến sét tách lớp tốt trước khi đưa lên máy cán luyện.

2. Hàm lượng nanoclay bao nhiêu cho kết quả cơ lý tối ưu trên hệ blend CSTN/NBR (80/20)?

Hàm lượng tối ưu là 5% khối lượng nanoclay. Tại tỷ lệ này, độ bền kéo đứt đạt giá trị cao nhất là $21,96\text{ MPa}$ (tăng từ $13,15\text{ MPa}$ ở mẫu không clay), độ dãn dài khi đứt đạt cực đại $678%$ và độ cứng đạt $49,8\text{ Shore A}$.

3. Dấu hiệu nào trên phổ XRD chứng minh nanoclay đã đạt trạng thái tách lớp hoàn toàn trong mẫu chứa 5% chất độn?

Trên giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu blend chứa 5% nanoclay trong góc quét $2\theta$ từ $0^\circ$ đến $9^\circ$, pic nhiễu xạ đặc trưng của nanoclay (vốn xuất hiện ở $2\theta = 7,0^\circ$, $d = 1,27\text{ nm}$ trên mẫu clay nguyên liệu và $2\theta \approx 2,2^\circ - 2,25^\circ$ trên các mẫu 3%, 7%) hoàn toàn biến mất. Sự biến mất của pic phản xạ Bragg chứng tỏ khoảng cách giữa các phiến sét đã tăng lên rất lớn ($> 4 - 8\text{ nm}$), không còn tính tuần hoàn theo lớp, tức các phiến sét đã phân tách độc lập hoàn toàn trong nền cao su.

4. Bổ sung 5% nanoclay làm thay đổi độ bền nhiệt của blend CSTN/NBR như thế nào qua phân tích TGA?

Theo số liệu phân tích TGA, việc bổ sung 5% nanoclay giúp tăng nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt của mẫu blend từ $281,3^\circ\text{C}$ lên $293,5^\circ\text{C}$ (tăng $12,2^\circ\text{C}$). Đồng thời, nhiệt độ phân hủy cực đại đạt $406,78^\circ\text{C}$ và tỷ lệ tổn hao khối lượng tại $480^\circ\text{C}$ giảm từ $85,675%$ xuống còn $81,270%$, cho thấy độ bền nhiệt của vật liệu được cải thiện rõ rệt.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đoàn Thị Kim đã nghiên cứu thực nghiệm thành công quy trình chế tạo vật liệu cao su blend CSTN/NBR (80/20) gia cường nanoclay thông qua phương pháp phân tán tiền chất CSTN/clay masterbatch dạng latex. Kết quả thực nghiệm khẳng định hàm lượng 5% nanoclay là tỷ lệ tối ưu, giúp các phiến khoáng sét tách lớp hoàn toàn và phân tán đồng đều trong nền cao su, mang lại sự cải thiện vượt bậc về độ bền kéo đứt ($21,96\text{ MPa}$) và nâng cao nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt lên $293,5^\circ\text{C}$. Công trình cung cấp quy trình công nghệ khả thi và dữ liệu thực nghiệm có giá trị tham khảo cho lĩnh vực nghiên cứu vật liệu cao su nanocompozit.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Vật liệu cao su/clay nanocompozit là loại vật liệu mới có những tính năng cơ lý, kỹ thuật cao, khả năng bền nhiệt và chống cháy tốt, có tính chất che chắn (barie) tốt. Đây là một hướng nghiên cứu được các nhà khoa học rất quan tâm trong việc phát triển các loại vật liệu mới. Vật liệu cao su/clay nanocompozit gồm pha nền là cao su hoặc cao su blend và pha gia cường là các hạt clay được tách lớp có kích thước nanomet [1]. Cao su thiên nhiên (CSTN) có tính chất cơ học tốt nhưng khả năng bền dầu mỡ kém.

Trong khi đó, cao su nitril butadien (NBR) được biết đến với đặc tính vượt trội là khả năng bền dầu mỡ rất tốt. Do vậy, vật liệu cao su blend CSTN/NBR vừa có tính chất cơ học tốt của CSTN vừa có khả năng bền dầu mỡ của cao su NBR [2]. Nanoclay thu hút được sự quan tâm chú ý của rất nhiều nhà khoa học bởi các đặc tính ưu việt của chúng như diện tích bề mặt riêng lớn, giá thành rẻ, dễ điều chế,. Chỉ với một lượng nhỏ nanoclay đưa vào polyme có thể nâng cao tính chất cơ lý, khả năng chống cháy, bền nhiệt cho vật liệu [3-5].

Ngoài ra, nanoclay còn đóng vai trò như chất trợ tương hợp trong cao su blend như CSTN/EPDM [6],. Như vậy có thể thấy rằng, nanoclay có thể làm thay đổi cấu trúc và cải thiện mạnh mẽ tính năng cơ lý ký thuật cho vật liệu cao su, cao su blend. Vì những lý do trên, trong khuôn khổ khóa luận này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo cao su blend CSTN/NBR/Clay nanocompozit trên cơ sở CSTN/Clay masterbatch”. Mục tiêu của đề tài là chế tạo ra được vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/NBR gia cường nanoclay bằng phương pháp phân tán nanoclay thông qua masterbatch CSTN/nanoclay.

Để thực hiện mục tiêu trên, chúng tôi tiến hành các nội dung nghiên cứu sau đây: - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới tính chất cơ lý 1 33a8d66 6e7d7dc9e13 dd1 05b1 1d31 bb1a 3455 1df2b0 cb9 7186 bc6 d16a 369ee5 b ee72a4a6 c95e 8b44 261 c11b4da31 9ff705 b88da 47d8 4df733 b53a c07db5dfacc 1510e98 0f4 50b60aa5d5a6890 d04 084e1 69f91b0a 0746aa f8db6ad4b36 3cb2aa f7241 c66a 32f777 f8d7 cb0bb287 f89ee b3cc87 25aa013 8eb5 ef5 3e30 c2eaa3 b4 e02a5a6fa 70b0 7f7 fcd90 ba65b61b8 f12 3f1 9667 d8f652fe56 cf4 b7e8a dcc6c3 27fc8c5 9ff18a6 cc5 b550e f27 2207e 2890 e7004 6d87 71b5cc78 c4cc78 b7b5 3ed 7c671 77c6ed c0d9 cb4e3df6 d9b4 f27 9f2 4b01 e9147a 384db32 2798e 50c0f8e b6 be2c8 01b1fb0070 8e12 c6de 961 c5f1c0 06855 d27 b368 f5d3200 457bf86 82875 8 7da9aa76 fc2 ed63 f83 0eaf0 c38 74ebfb6 7e9c8ed f16 f6dc82 6b51 078e7 60f49c 65a914d4973 444e2 d79a7 58d43b2e 6adbb6da 6d7 cb1 d692 8950 8de5 27b9 8e614 08e5183 8cb468 07e5 f69d5b5 f32e 0b59 dd6 d94 9422a0 b5 cc7e 452e d3c3d3a4 8f c8c0 747 d2d9 988b26a4d181 f8d1ae03e7 8f6a 3d5a4 0036 f14 74f03bfa68a33 1f 24180d1943 19c5b53 60e51 00c27f5c0 6601 be5b55b9 1eb2 908e5 cb1a159e 6e2b bd19 f0b1a72 c4971 21fb1e8 ee703 c88 1d05 b4f370 b27a4 cb9a 76d3 8fc7fa3 9f9 6e4c1 25a430 5bfc91 dc8 7d41 6036 0fb00fca063 6038aae 4774 0cfd0a7 b33ab4d c075 cc2 f31a 7f7 245 c7a5fca8 f749 3b20 d1be27aa69 d40 c7a2 f7f36b3f0ae f35 e190ac1c9 6f6 f10 748 f84c4d3a 7aaad61 9ff8ef2 9806 c05 43c99b8a 20c9a1df4 b83b8 d125 48d1f8 da85e1 7f2 45c47e48 f5 cf18c4a38b4fb6219a 69980 133a2 49 của vật liệu CSTN/NBR. - Nghiên cứu cấu trúc, hình thái của vật liệu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét trường phát xạ và nhiễu xạ tia X. - Từ những kết quả nghiên cứu thu được đánh giá sơ bộ khả năng nâng cao tính năng cơ lý kỹ thuật cho vật liệu trên cơ sở CSTN bằng nanoclay. 2 33a8d66 6e7d7dc9e13 dd1 05b1 1d31 bb1a 3455 1df2b0 cb9 7186 bc6 d16a 369ee5 b ee72a4a6 c95e 8b44 261 c11b4da31 9ff705 b88da 47d8 4df733 b53a c07db5dfacc 1510e98 0f4 50b60aa5d5a6890 d04 084e1 69f91b0a 0746aa f8db6ad4b36 3cb2aa f7241 c66a 32f777 f8d7 cb0bb287 f89ee b3cc87 25aa013 8eb5 ef5 3e30 c2eaa3 b4 e02a5a6fa 70b0 7f7 fcd90 ba65b61b8 f12 3f1 9667 d8f652fe56 cf4 b7e8a dcc6c3 27fc8c5 9ff18a6 cc5 b550e f27 2207e 2890 e7004 6d87 71b5cc78 c4cc78 b7b5 3ed 7c671 77c6ed c0d9 cb4e3df6 d9b4 f27 9f2 4b01 e9147a 384db32 2798e 50c0f8e b6 be2c8 01b1fb0070 8e12 c6de 961 c5f1c0 06855 d27 b368 f5d3200 457bf86 82875 8 7da9aa76 fc2 ed63 f83 0eaf0 c38 74ebfb6 7e9c8ed f16 f6dc82 6b51 078e7 60f49c 65a914d4973 444e2 d79a7 58d43b2e 6adbb6da 6d7 cb1 d692 8950 8de5 27b9 8e614 08e5183 8cb468 07e5 f69d5b5 f32e 0b59 dd6 d94 9422a0 b5 cc7e 452e d3c3d3a4 8f c8c0 747 d2d9 988b26a4d181 f8d1ae03e7 8f6a 3d5a4 0036 f14 74f03bfa68a33 1f 24180d1943 19c5b53 60e51 00c27f5c0 6601 be5b55b9 1eb2 908e5 cb1a159e 6e2b bd19 f0b1a72 c4971 21fb1e8 ee703 c88 1d05 b4f370 b27a4 cb9a 76d3 8fc7fa3 9f9 6e4c1 25a430 5bfc91 dc8 7d41 6036 0fb00fca063 6038aae 4774 0cfd0a7 b33ab4d c075 cc2 f31a 7f7 245 c7a5fca8 f749 3b20 d1be27aa69 d40 c7a2 f7f36b3f0ae f35 e190ac1c9 6f6 f10 748 f84c4d3a 7aaad61 9ff8ef2 9806 c05 43c99b8a 20c9a1df4 b83b8 d125 48d1f8 da85e1 7f2 45c47e48 f5 cf18c4a38b4fb6219a 69980 133a2 49 1.

Khái niệm về vật liệu polyme nanocompozit và vật liệu cao su nanocompozit Vật liệu polyme nanocompozit là loại vật liệu gồm pha nền (polyme) và pha gia cường ở các dạng khác nhau có kích thước cỡ nanomet (dưới 100 nm). Như vậy có thể hiểu, vật liệu polyme nanocompozit là vật liệu có nền là polyme, copolyme hoặc polyme blend và cốt là các hạt hay sợi khoáng thiên nhiên hoặc tổng hợp có ít nhất một trong 3 chiều có kích thước trong khoảng 1-100 nm (kích cỡ nanomet). Mặt khác, như ta đã biết ca su là một loại polyme như vậy có thể hiểu rằng vật liệu cao su nanocompozit là một polyme nanocompozit nhưng có nền là cao su hoặc cao su blend. Như vậy tất cả mọi đặc tính của cao su nanocompozit cũng giống như của polyme nanocompozit.

Vật liệu polyme nanocompozit kết hợp được cả ưu điểm của vật liệu vô cơ (như tính chất cứng, bền nhiệt,…) và ưu điểm của polyme hữu cơ (như tính linh động, mềm dẻo, là chất điện môi và khả năng dễ gia công…). Hơn nữa chúng cũng có những tính chất đặc biệt của chất độn nano điều này dẫn tới sự cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu. Một đặc tính riêng biệt của vật liệu polyme nanocompozit đó là kích thước nhỏ của chất độn dẫn tới sự gia tăng mạnh mẽ diện tích bề mặt chung khi so sánh với các compozit truyền thống [7].1 là quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng của vật liệu. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu gia cường chính là bề mặt chung với polyme nền.

Diện tích bề mặt chung này tạo ra một tỷ lệ thể tích đáng kể của polyme có bề mặt chung với những tính chất khác biệt so với các polyme khối ngay cả khi ở tải trọng thấp. Vật liệu nền sử dụng trong chế tạo 3 33a8d66 6e7d7dc9e13 dd1 05b1 1d31 bb1a 3455 1df2b0 cb9 7186 bc6 d16a 369ee5 b ee72a4a6 c95e 8b44 261 c11b4da31 9ff705 b88da 47d8 4df733 b53a c07db5dfacc 1510e98 0f4 50b60aa5d5a6890 d04 084e1 69f91b0a 0746aa f8db6ad4b36 3cb2aa f7241 c66a 32f777 f8d7 cb0bb287 f89ee b3cc87 25aa013 8eb5 ef5 3e30 c2eaa3 b4 e02a5a6fa 70b0 7f7 fcd90 ba65b61b8 f12 3f1 9667 d8f652fe56 cf4 b7e8a dcc6c3 27fc8c5 9ff18a6 cc5 b550e f27 2207e 2890 e7004 6d87 71b5cc78 c4cc78 b7b5 3ed 7c671 77c6ed c0d9 cb4e3df6 d9b4 f27 9f2 4b01 e9147a 384db32 2798e 50c0f8e b6 be2c8 01b1fb0070 8e12 c6de 961 c5f1c0 06855 d27 b368 f5d3200 457bf86 82875 8 7da9aa76 fc2 ed63 f83 0eaf0 c38 74ebfb6 7e9c8ed f16 f6dc82 6b51 078e7 60f49c 65a914d4973 444e2 d79a7 58d43b2e 6adbb6da 6d7 cb1 d692 8950 8de5 27b9 8e614 08e5183 8cb468 07e5 f69d5b5 f32e 0b59 dd6 d94 9422a0 b5 cc7e 452e d3c3d3a4 8f c8c0 747 d2d9 988b26a4d181 f8d1ae03e7 8f6a 3d5a4 0036 f14 74f03bfa68a33 1f 24180d1943 19c5b53 60e51 00c27f5c0 6601 be5b55b9 1eb2 908e5 cb1a159e 6e2b bd19 f0b1a72 c4971 21fb1e8 ee703 c88 1d05 b4f370 b27a4 cb9a 76d3 8fc7fa3 9f9 6e4c1 25a430 5bfc91 dc8 7d41 6036 0fb00fca063 6038aae 4774 0cfd0a7 b33ab4d c075 cc2 f31a 7f7 245 c7a5fca8 f749 3b20 d1be27aa69 d40 c7a2 f7f36b3f0ae f35 e190ac1c9 6f6 f10 748 f84c4d3a 7aaad61 9ff8ef2 9806 c05 43c99b8a 20c9a1df4 b83b8 d125 48d1f8 da85e1 7f2 45c47e48 f5 cf18c4a38b4fb6219a 69980 133a2 49 polyme nanocompozit rất đa dạng, phong phú bao gồm cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, thường là: nhựa polyetylen (PE), nhựa polypropylen (PP), nhựa polyeste, các loại cao su,… Bảng 1.1: Quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng Đƣờng kính hạt 2 /g] 1 cm 3 1 mm 3.107 Khoáng thiên nhiên: chủ yếu là đất sét – vốn là các hạt silica có cấu tạo dạng lớp như montmorillonit, vermicullit, bentonit kiềm tính cũng như các hạt graphit,…. Các chất gia cường nhân tạo: các tinh thể như silica, CdS, PbS, CaCO3,… hay ống cacbon nano, sợi cacbon nano,…. 4 33a8d66 6e7d7dc9e13 dd1 05b1 1d31 bb1a 3455 1df2b0 cb9 7186 bc6 d16a 369ee5 b ee72a4a6 c95e 8b44 261 c11b4da31 9ff705 b88da 47d8 4df733 b53a c07db5dfacc 1510e98 0f4 50b60aa5d5a6890 d04 084e1 69f91b0a 0746aa f8db6ad4b36 3cb2aa f7241 c66a 32f777 f8d7 cb0bb287 f89ee b3cc87 25aa013 8eb5 ef5 3e30 c2eaa3 b4 e02a5a6fa 70b0 7f7 fcd90 ba65b61b8 f12 3f1 9667 d8f652fe56 cf4 b7e8a dcc6c3 27fc8c5 9ff18a6 cc5 b550e f27 2207e 2890 e7004 6d87 71b5cc78 c4cc78 b7b5 3ed 7c671 77c6ed c0d9 cb4e3df6 d9b4 f27 9f2 4b01 e9147a 384db32 2798e 50c0f8e b6 be2c8 01b1fb0070 8e12 c6de 961 c5f1c0 06855 d27 b368 f5d3200 457bf86 82875 8 7da9aa76 fc2 ed63 f83 0eaf0 c38 74ebfb6 7e9c8ed f16 f6dc82 6b51 078e7 60f49c 65a914d4973 444e2 d79a7 58d43b2e 6adbb6da 6d7 cb1 d692 8950 8de5 27b9 8e614 08e5183 8cb468 07e5 f69d5b5 f32e 0b59 dd6 d94 9422a0 b5 cc7e 452e d3c3d3a4 8f c8c0 747 d2d9 988b26a4d181 f8d1ae03e7 8f6a 3d5a4 0036 f14 74f03bfa68a33 1f 24180d1943 19c5b53 60e51 00c27f5c0 6601 be5b55b9 1eb2 908e5 cb1a159e 6e2b bd19 f0b1a72 c4971 21fb1e8 ee703 c88 1d05 b4f370 b27a4 cb9a 76d3 8fc7fa3 9f9 6e4c1 25a430 5bfc91 dc8 7d41 6036 0fb00fca063 6038aae 4774 0cfd0a7 b33ab4d c075 cc2 f31a 7f7 245 c7a5fca8 f749 3b20 d1be27aa69 d40 c7a2 f7f36b3f0ae f35 e190ac1c9 6f6 f10 748 f84c4d3a 7aaad61 9ff8ef2 9806 c05 43c99b8a 20c9a1df4 b83b8 d125 48d1f8 da85e1 7f2 45c47e48 f5 cf18c4a38b4fb6219a 69980 133a2 49 1.

Phân loại và đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng 1. Phân loại Có ba loại polyme nanocompozit được phân biệt dựa vào số chiều có kích thước nanomet của vật liệu gia cường: - Loại 1: Là loại hạt có cả ba chiều có kích thước nanomet, chúng là các hạt nano (SiO2, CaCO3,…). - Loại 2: Là loại hạt có hai chiều có kích thước nanomet, chiều thứ ba có kích thước lớn hơn, thường là ống nano hoặc sợi nano (thường là ống, sợi carbon nano) và được dùng làm phụ gia nano tạo cho polyme nanocompozit có các tính chất đặc biệt. - Loại 3: Là loại chỉ có một chiều có kích thước cỡ nanomet.

Nó ở dạng phiến, bản với chiều dày có kích thước cỡ nanomet còn chiều dài và chiều rộng có kích thước từ hàng trăm đến hàng ngàn nanomet. Vật liệu dạng này thường có nguồn gốc là các loại khoáng sét. Đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng Với pha phân tán là các loại bột có kích thước nano rất nhỏ nên chúng phân tán rất tốt vào trong polyme, tạo ra các liên kết ở mức độ phân tử giữa các pha với nhau cho nên cơ chế khác hẳn với compozit thông thường.