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