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NGHIEN CQU BIEN TINH CAO SU BANG NANO SILICA VA KHAO SAT TINH CHAT CUA VAT LIEU
STUDY ON MODIFYING RUBBER USING NANO SILICA AND TESTING ITS PROPERTIES
Den Tda soan 10-06- 2014
DUdng Manh Tien', Hoang A n h T u a n \ Chu A n h V a n ' , LUdng N h u H i i ' V i e n Hda hpc edng nghigp Vigt Nam; Trudng Dai hpc s u p h a m Ha Ndi 2;
'Vien Hda hpc - Vien Hdn iam KHCNVN
ABSTRACT
This work published research results of modified styrene butadiene rubber (SBR) and blend based on natural rubber (NR) and styrene butadiene rubber (SBR) using nano silica as a modi- fier. The structure of the obtained composite is more uniform and more tight. Its mechanical prop- erties are improved too. Using closed mixing method, we can produce rubber nanocomposite from the blend of SBR/NR with 7% nano silica.
TCr khda: nano silica, bien tinh, eao su. cao su nanocompozit.
I . D A T V A N D E
Silica la c h i t ddn gia eudng khdng chi cd tae dung dn djnh ki'eh thudc san pham ma cdn lam tang cac tfnh nang cd ly, ky thuat eho san pham eao su [1,2]; da va dang dupe dng dung trong san xua't cdng nghidp. Gan day, ngUdi ta edn nghidn cyu yng dung silica d dang kich thudc c3 nanomet de tao ra cac loai vat lieu mdi, trong dd ed vat lieu polyme nanocom- pozit [3,4]. 6 Viet Nam, da cd nhieu cdng trinh nghign cdu che tao va u^g dung silica de nang cao tinh nang ea ly, ky thuat eho cao su thign nhien [5,6] va cao su tdng hpp [7]. Tuy nhien, cdn cd it eac nghien cdu yng dyng nano silica cho cac loai cao su blend.
Cdng trinh nay cdng bd ket qua nghien cuU s d d u n g nano silica (san pham cOa de tai
"Nghiin cCnj che tao v$t lieu nano silica tif cat tring Vidt Nam bang cdng nghe nhiet dp thap Crng dung trong cdng nghiep cao su va san
xuat son" do Vidn hda hpc cdng nghiep Viet Nam chO tri) de bien tinh cao su styrenbuta- dien (SBR) vd blend cOa chung vdi eao su thign nhien (CSTN).
2. PHl/ONG PHAP NGHIEN CliTU-THLfC NGHIEM
2.1. Nguyen vat lieu, hda chat - Cao su thign nhien (CSTN) loai SVR-3L cOa Tdng cdng ty cao su Ddng Nai;
- Cao su styrenbutadien (SBR) hieu SBR 1502 cOa hang Kumho Petrochemical (Han Qudc);
- Nano silica Si02 - san pham cua de tdi 'Nghien cOu che tao vat lieu nano silica tif cat trSng Viet Nam bing cdng nghe nhiet dp thap Lfng dung trong cdng nghiep cao su va sin xuat san" vdi cac chi tieu cp ban dupc cho 6 bang 1.
CNHC-SO 11/2014
I^IIJIIJI,IBL!IJ,lll!im^
s i c
Tr^ng ChisiS
mdu R(%)
> 9 4
Bang 1. Mot so chi tieu CO ban c/ia bit nana silica SIOi
Kich thu^c hat (nm)
12-13 Be mat rieng BET
(mVg) 160 ±20
Kich thuflc 15 x6p (nm)
15-30TJ trong 66 ddng (g/cm») 0,15-0,17
D a t h i m dau (ml/100g)
250-270 pH
6.5-7,0 HSm luong SiO, (%)
>99,8
- Cac loai phu gia: luu huynh, xuc tien luu hda, oxit kem, phdng lao.... la cac san pham cOa Han Qud'c, Trung Qudc ed san tren thj trudng.
2.2. Phuong phap nghien cuu - Mlu thi nghiem dupc chuan bi theo cac budc nhu sau:
+ Phdi trdn nano silica vdi cao su va eac loai phu gia khac (chUa cd chat lull hda) tren may can trdn true tidp d nhiet dd thudng dd'i vdi cao su SBR hoac tren may trdn thf nghiem kin eOa hang Haake CHLB Ddc dd'i vdi blend CSTN/SBR ty le 80/20 cd 0,2 phan khdi lUdng chat tUdng hop TH1 [8] va cac phu gia;
+ Oe ngupi hon hdp xudng dUdi SO'C, cho tiep lyu huynh vao va tidp tuc trpn deu;
+ Can xuat tam de djnh hinh so bp. de dn dinh vat lieu, cho hop phan vat lieu vao khudn, ep luu hda d ap suat 6 kg/cm^ va nhiet dp 145 ± 2''C trdn may ep thi nghiem
cOa hang Toyoseiki (Nhat Ban); sau dd cat thanh cac mau thCf nghiem theo tieu chuin;
- Xac dmh cac tinh nSng cd hpc cOa mau theo tieu chuan hien hanh cua Viet Nam. He sd gia hda cOa vat lieu ddac xac djnh theo TCVN 2229-77.' Hinh thai clu true cOa vat lieu dUdc nghien cCfu theo phUdng phap Kinh hidn vi dien tCf quet (SEM) trgn thie't bj hieu JMS 6490 cda hang Jeol (Nhat Ban) va phuong phap Kfnh hien vi dien tCf quet trUdng phat xa (FESEM) tren thiet bi hieu S-4800 cOa hang HITACHI (Nhat Ban).
3. KET QUA VA THAO LUAN 3.1. Anh hudng cua nanosilica den tinh
chat cua vat lieu compozit tren cd sd cao su styrenbutadien
Ket qua nghien cirtj anh hudng cda ham lupng nano silica tdi tinh chat cd hpc cua vat lieu compozit tren cd sd cao su SBR va cac phu gia dUdc trinh bay trong bang 2, Bang 2. Anh hudng cua ham lupng nano silica tdi tinh chit ca hpc cOa vat lieu compozit
tren cO sd SBR va cac phu gia
Hcim lu^ng nano silica (%)
0 1 3 5 7 10 12
Tinh chat cd h^c cua vat lieu Do ben kSo
d « (MPa) 13,12 13,68 14.13 15.08 16.05 15.45 14,80
Do dan dtii l<hi d A (%)
480 438 497 507 620 512 496
Do mdi mdn (cm';i,61lim)
0,95 0.93 0.92 0.90 0,88 0,89 0,91
DocCmg (Shore A)
60,350,8
51.361,8 52,2 63,1 64,0
C N H C - S * ' 11/2014
'!IIJ'I^"W"'H'III'I^-
N h u v a y . khi tang lupng sijfdung nano sili- ca trong mau, cac tinh chat nhu 66 ben keo dut, dp dan dai khi dyt. dp ben mdi mdn va dp cdng cOa cua vat lieu cd xu hudng tang dan deu, dat gia trj cao nha't d i u a n g s y d y n g nano silica - 7 % va giam dan khi ham lupng nano silica vupt qua mUc nay, Rigng dp cUng cua vat lidu tang ddng bien vdi chidu tang cOa hdm lupng nano silica. Nguygn nhan cd the giai thich bdi nano silica la chat ddn mem, cd kha nang phan bo deu trong nen cao su, tao mang ludi ddn - polyme dan xen nhau, iam tang dp ben cho vat lieu.
Ket qua nghien cUu hinh thai c l u true cOa mau vat lieu theo phUdng phap kinh hidn vi
dien t y quet eho thay d lUpng nano silica sd dung la 7%, dp phan tan cua Si02 trong vat lieu nen tuang ddi ddng deu (hinh 1); trong khi d lupng nano silica s y dyng Id 12%, dp phan tan eua Si02 trong vat lieu nen td ra kem ddng deu hdn, xuat hien nhieu tap hpp hat cd kich thudc Idn, cd the tdi tren 5 iim (hinh 2), S u hinh thdnh tap hpp hat vdi kieh thudc Idn, khdng ddng deu d lupng s y dung 12% nano silica cd the la nguydn nhan lam cho tinh chat ca hpc cOa vat lieu giam di so vdi phuang an s y dung 7% nano silica. Ket qua nghien cyu ndy hoan toan phu hpp vdi kdt qua nghign cdu tfnh chat cd hpc cOa vat lieu trinh bay trong bang 2.
Hinh 1. Anh SEM mat cat miu vat lieu tren CO sd SBR bo sung them 7% nano silica
Ket qua nghien cuU he so gia hda cOa vat lieu trong cac mdi trudng khdng khi va nude mudi 10% NaCl d 70°C, trong thdi gian 72 gid theo TCVN 2229-77 (bang 3) cho tha'y khi lUdng si!f dung nano silica trong vat lieu SBR la 7%, he so gla hoa vd mUc dp on djnh cOa vat lieu tang len cao hdn so vdi ddi chuTig, nguyen nhan dupe giai thich bdi s y phan tan ddng deu cua silica - mdt dang vat lieu vd ca
Hinh 2. Anh SEM mat cit mau vat lieu tren CO sd SBR b6 sung them 12% nano silica
trong vat lieu nen dd tao ngn cau true chat che ed tac dyng ngan can eac qua trinh xam thUc eOa mdi trudng vao cau true vat lieu. Trong khi dd, khi lupng sy dyng nano silica trong vat lieu SBR la 12%, he so gia hoa va m d c d d d n djnh cua vat lieu cd xu hUdng giam di md nguyen nhan bdi sy phan tan khdng ddng deu cOa silica;
cac tap hpp hat la nhung diem yeu, gia tang tac hai cOa eac yeu td xam thuc.
Bang 3. He so gia hda cOa vat lieu trong mdi trudng khdng khi va nudc muoi 10% NaCl
M l u
SBR SBR/7% nano silica SBR/12% nano silica
He sdgici hoa Trong khong khi
0,88 0.90 0,87
Trong nUdc mudi 10% NaCl 0,87 0,88 0.84
CNIIC - SO 1 1 / 2 0 1 4
^.IM!IN.I|Ji,IBi,.l|J,ll»IA^
Nhuvay. viec suf dung 7% nano silica trong thanh phan vat lieu compozit tren cd sd cao su styrenbutadien cd anh hudng tfch cue de'n tinh chat cd hpc cija vat lieu;
mtfc dp anh hudng khdng nhieu ma nguyen nhan cd the do phuang phap can trpn true tiep da lam cho qua trinh phan tan cda nano silica trong vat lieu nen chUa tdt.
3.2. Anh hucing cua nano silica den tinh cha't cua vat lieu compozit tren cO set blend cua CSTN/SBR
Blend tren cd sd CSTN/SBR da dUdc nghign cuu che tao va ung dung lam ldp xe CO. lam cac loai dng mem cao su chju ap luc cho tau nao vet sdng, bien,... Ke thC/a kdt qua nghien cCfu cOa cdng trinh [8], chung tdi lUa chpn blend CSTN/SBR cd t^
le 80/20 de nghien cLfu danh gia anh hudng cua nano silica tdi cau true, tinh chat vat lieu nay. Oe xac djnh ham lUdng nano silica tdi yu bd sung vao blend CSTN/SBR, chung tdi co djnh cac thanh
phan khac va cac dieu kien cdng nghd nhU nhiet dp trpn, tdc do true quay va thdi gian trpn; chi nghien cifu khao sat anh hudng ham lupng nano silica ddn tinh chat ca hpc cOa vat lieu.
Ket qua nghien CLiru anh hudng cOa ham lupng nano silica tdi tinh chat cd hpc cOa vat lieu compozit trdn ca sd blend cOa CSTN/SBR (bang 4) cho thay typng ty nhy dd'i vdi vat lieu compozit tren cd sd SBR, khi tang lUdng sif dung nano silica trong mau, eac tinh chit nhu dp ben keo dCft. dp dan dai khi dCrt, dp ben mai mdn va dp CLfng cua cua vat lieu cd xu hUdng tang dan deu, dat gia trj cao nhat d lupng sO' dung nano silica - 7 % va giam dan khi ham lupng nano silica vUdt qua miJrc nay Rieng dp CLfng cCia vat lieu tang ddng bie'n vdi chieu tang cOa ham lupng nano silica.
Nguyen nhan cd the giai thich bdi nano silica la chat dpn mem. cd kha nSng phan bd deu trong nen cao su, tao mang ludi dpn - polyme dan xen nhau, lam tang dp ben cho vat lieu.
Sa'ng 4. Anh hudng cOa ham luang nano silica tdi tinh chat ca hpc cOa vat lidu compozit trdn ca sd blend cQa CSTN/SBR
HSm iUdng nano silica (%)
0 1 3 5 7 10 12
Tinh chat c d h<pc cua v | t l i f u Do ben kSo dot
(MPa) 14.31 14.83 16.65 16.28 17.59 16.45 15,28
Do dan ddi kh] duft
(%)
516 623 530 540 545 612 496
Do mdi m 6 n (cm';i,81km)
1,16 1.11 1.03 0.97 0.93 0.94 0.98
D d c i ^ g (Shore A) 49,6 50.0 50.4 61.0 61,8 52,5 53,1
gl C m C - S O 11/2014
I M M
Hinh 3. Anh FEESEM bS mSt cit miu vat lieu tren ca so blend CSTN/SBR va 7%
nano silica
Ket qua nghien cyu hinh thai ca'u true cOa mau vat lieu theo phuang phap Kfnh hie'n vi trudng phat xa (FESEM) cung cho thay d lupng sCrdung nano silica la 7%, dp phan tan cOa Si02 trong vat lieu nen tUong dd'i ddng deu vdi da so eac hat cd kieh thudc dudi lOOnm (hinh 3); trong khi d luang nano silica sCf dung la 12%, dp phan tan cua SiOz trong vat lieu nen td ra kem ddng deu han; xua't hidn nhieu tap hop hat cd kich thudc Idn, cd micromet (hinh 4), S y hinh thanh tap hop hat vdi kfch thude Idn. khdng ddng deu d lUdng s i l dyng 12% nanosilica cd the la nguyen nhan lam eho tinh chat cd hpc cOa vat lieu giam di so vdi phUdng an sCf dung 7%
Hinh 4. Anh FEESEM be mat cat mau vat lieu tren ca sd blend CSTN/SBR va 12%
nano silica
nanosilica. Kg't qua nghign cdu nay hoan toan phu hop vdi ket qua nghien cyu tinh chat ca hoc cOa vdt ligu trinh bay trong bang 4.
Nhu vay, nanosilica cd anh hudng tuang ddi rd ret de'n tinh c h i t cd hpc va hinh thai cau true cOa vat lieu compozit tren ca sd blend CSTN/SBR. hdn h l n so vdi ket qua nghign cdu trgn vat lieu compozit ldm tU cao su SBR theo phuang phap can trpn tryc tidp.
Nguyen nhan cd the do phuang phap trdn kin da cd tae dung phan tan deu cac hat silica trong vat lieu nen. NhUng ket qua nay eung cho tha'y. hdm lupng nanosilica bd sung vao blend CSTN/SBR khoang 7% la hop ly.
Bang 5. Hd so gia hoa cda vat lieu trong moi trudng khdng khi va nudc muoi 10% NaCl
M S U
Blend CSRTN/SBR CSTN/SBR/7% nanosilica CSTN/SBR/12% nanosilica
He so'gid hda Trong Ichdng khi
0,84 0,87 0.83
Trong ni/dc muoi 0.82 0,84 0,80 Ket qua nghien cyu hg sd gia hda cOa vat
lieu trong cae mdi trudng khdng khi va nUdc mudi (NaCl) 10 % d 70°C, trong thdi gian 72 gid theo TCVN 2229-77 dUpc trinh bay trong bang 5 cho thay tupng t y nhu kdt qua nghidn cyu ddi vdi vat lieu compozit tren ea sd eao su
SBR, khi lupng sCf dung nano silica trong vat lieu la 7%, he so gia hoa va mye dd on djnh cOa vat lieu tang len eao han so vdi ddi chdng, nguyen nhan dupe giai thich bdi sU phan tan ddng deu cOa silica - mdt dang vat lieu vd cd trong vat lieu nen cd the ed tac dung da tao
CIVHC-SO 1172014 m
rffl mTJ)i4iiiMii)ijfflff^
nen cau true chat che cd tae dyng ngan can cae qua trinh xam thuc cOa mdi trudng vao c l u true vat lieu. Trong khi dd, khi lUpng suf dung nano silica trong vat lieu SBR Id 12%, he sd gia hoa vd mUc dp dn dinh cOa vat ligu ed xu hudng giam di md nguyen nhan chac ehan bdi suphan tan khong ddng deu cOa silica;
cac tap hdp hat ddng vai trd nhu nhUng <Sem ydu, gia tang tac hai cOa cac yeu tdxam thyc.
4. KET LUAN
- Da nghien cull xac djnh anh hudng eua nano silica ddn tinh chat cija vat lieu com- pozit trgn ca sd cao su styrenbutadien (SBR) va blend cOa chung vdi cao su thien nhien (CSTN) theo phuong phap bd sung true tiep nano silica vao vat lieu nen cung vdi eac phy gia rdi tao m l u theo phUdng phap can ep tryc tiep hoac phUdng phap trdn kin.
- 6 lupng sO'dung - 7 % khoi lupng so vdi vat lieu nen, nano silica cd tac dyng cai thien tinh c h i t cd ly cua ca hai vat iieu nay, Tuy nhien, do bd sung tryc tiep nano silica chua qua bie'n tinh be mat hat nen dp phdn tan cua phy gia nay vao trong vat lieu nen chua cao; mdc dp cai thien tinh chat cua vat lieu cao su chUa mang tinh dot bien.
- Vdi phUdng phap trdn kin, cd the tao ra vat lieu nanocompozit cd cau true dn djnh va ddng nha't han bang each thay ddi eac dieu kien cdng nghe (nhiet dp, tdc dp, thdi gian trpn), bo qua viec bie'n tinh be mat hat nano silica. Tuy nhien. van c l n thiet nghien cyu viec bien tfnh be mat hat nano silica trudc khi bo sung vao vat lieu nen de han che hien tupng ket ty, tang kha nang phan tan va dp lien ket cOa silica vdi vat vat lieu nen; Id do nang cao tfnh chat cd ly cua vat lieu che' tao.
TAi LIEU THAM KHAO
1. Ngd Phu Tru (1995). Ky thuit che bien va gia cong cao su, Trudng dai hpc Bach khoa Ha Ndi.
2. B o Quang Khang (2013). Vat lieu poly- me. Nha x u i t ban Khoa hpc t y nhign va Cdng nghe. Ha Ndi.
3. Hua Zou, Shishan Wu. Jian Shen (2008). Polymer/Silica Nanocomposites.
Preparation, Characterization, Pnsperties and Application. Chem. Rev. 2008, 108, 3893- 3957.
4. Ying Chen. Zheng Peng, Ling Xue Kong. Mao Fang Huang, Pu Wang Ll (2008).
Natural rubber nanocompozit reinforced with nano silica, Polyme Engineering & Science, 4 8 ( 9 ) . 1674-1677,
5. Dang Viet Hung, Bui Chuong, Phan Minh Ngoc (2009). Nghien cCfu che tao va tinh chat ci^a nanocompozit tren ca sd cao su thien nhien va nano silica. Phan 1. Ca che hinh thanh nanocompozit, Tap chi Hda hoc, 47(3), 363-368.
6. Dang Viet Hung, Bui Chuang, Pham Thj Lanh, Tran Viet cUdng (2009). Nghidn cOu che tao va tinh chat cCia nanocompozit tren co sd cao su thien nhien va nano silica, Phan 2.
Mpt so yeu to inh hudng tdi cau tnic va tinh chat luu hda, Tap chi Hda hoc. 47 (3), 363- 368.
7. Dd Quang Khang, Ludng Nhu Hai (1013), Nghien cifu vat lieu vS cong nghe che tao cao su trong de sin xua't giay chat lupng eao cho tieu dung va xuat khau. Bao cao tong ket de tai e l p thanh pho Ha Ndi.
8. Do Quang Khang, LUong NhU Hai, Vuong Qud'c Tuan (2001). Bien tinh cao su thien nhien b l n g cao su stiren butadien, Tap chf Hda hpe, 39 (2). 87-92.
Ngudi phan bien:
GS. TS. NguySn Trong Uy§'n
