Đề tài: Nghiên cứu và so sánh ảnh hưởng của chất độn muội than và cacbon nanotubes lên tính chất và cấu trúc các vật liệu polyme tổ hợp trên cơ sở cao su thiên nhiên NR và cao su tổng hợp SBR, PP

MỞ ĐẦU

Vấn đề gia cường với cacbon kích thước nano ngày nay đang được quan tâm chú ý đến trong lĩnh vực công nghệ vật liệu, đặc biệt là vật liệu polyme gia cường bằng các chất cacbon có kích thước nano do chúng có hiệu ứng gia cường rất lớn đối với vật liệu polyme.

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về sự ứng dụng muội than và cacbon nanotube để gia cường cho vật liệu polyme nhằm tạo ra một số tính chất và khả năng ứng dụng đặc biệt trong những điều kiện nhất định. Một số nhà khoa học đã sử dụng muội than làm gia cường cho vật liệu trên cơ sở cao su thiên nhiên. Chakrit Sirisinha, Nootjaree Prayoonchatphan (2000) đã nghiên cứu sự phân tán của Muội than trong tổ hợp BR/NBR. A.N.Gent, J.A.Hartwell (2003) đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất độn muội than lên sự hình thành liên kết. Peotschke, P.Bhattacharyya, A.R.Janke (2003) đã nghiên cứu ảnh hưởng của cacbon nanotubes lên tính chất của hỗn hợp nóng chảy Polycacbonate với cacbon nanotubes. Các nhà khoa học như Peotschke, P.; Bhattacharyya, A.R.; Janke, A. Goering, H.; melt (2003) đã sử dụng Cacbon nanotubes gia cường trong vật liệu compozit. Các nhà khoa học A. Fakhru’l-Razi, M.A.Atich, N.Girun. T.G.Chuah, M.El-Sadig, D.R.A. Biak,(2005) đã nghiên cứu ảnh hưởng của cacbon nanotubes đa tường lên tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên.

Từ những năm 1980 đến nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về biến tính vật liệu polyme trên cơ sở sử dụng hỗn hợp của hai hay nhiều polyme thành phần, thường là sự kết hợp giữa một polyme tinh thể (nhựa nhiệt dẻo) và một polyme vô định hình (cao su thiên nhiên hay cao su tổng hợp), qua đó tạo ra những vật liệu polyme mới có các tính chất cơ lý ưu việt, đáp ứng phù hợp những yêu cầu ứng dụng trong thực tế. Tính chất của các vật liệu polyme tổ hợp này phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của các polyme thành phần và khả năng, mức độ tương tác trên bề mặt phân chia giữa các pha polyme cũng như ảnh hưởng của các chất độn và chất gia cường.

Ở Việt Nam, mặc dù hiện nay đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng muội than để làm chất độn gia cường cho vật liệu cao su nhưng vẫn chưa tiến hành nghiên cứu chế tạo các vật liệu polyme tổ hợp gia cường bằng cacbon nanotubes. Chính vì thế nhiệm vụ chính của đề tài này là: “Nghiên cứu và so sánh ảnh hưởng của chất độn muội than và cacbon nanotubes lên tính chất và cấu trúc các vật liệu polyme tổ hợp trên cơ sở cao su thiên nhiên NR và cao su tổng hợp SBR, PP”.

Mục lục

Mục lục. 5

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 10

I. Muội than. 10

I.1. Tính chất vật lý. 10

I.2. Tính chất hoá học. 12

II. Cacbon nanotubes. 12

II.1 Thành phần và cấu tạo của cacbon nanotubes 12

II.2. Tính chất của cacbon nanotubes 13

III. Cao su thiên nhiên (CSTN) 15

III.1. Thành phần và cấu tạo phân tử của CSTN 15

III.2. Tính chất vật lý của CSTN 18

III.3. Tính chất cơ lý và tính chất công nghệ của CSTN 19

IV. Cao su butadien styren (SBR) 20

IV.1. Thành phần và cấu tạo của phân tử SBR 20

IV.2. Tính chất cơ lý và tính chất công nghệ của SBR 21

V. Nhựa nhiệt dẻo polypropylen (PP) 22

V.1. Thành phần và cấu tạo của phân tử PP. 22

V.3. Tính chất cơ lý và tính chất công nghệ của PP. 25

VI. Vật liệu polyme tổ hợp. 26

VI.1. Khái niệm về vật liệu tổ hợp. 26

VI.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu tổ hợp. 26

CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM . 30

I. Nội dung nghiên cứu. 30

II. Nguyên liệu và hoá chất 30

III. Phương pháp chế tạo mẫu. 31

III.1. Chế tạo vật liệu polyme tổ hợp trên cơ sở cao su CSTN và cao su SBR 31

III.2. Chế tạo vật liệu polyme tổ hợp trên cơ sở CSTN và PP. 33

IV. Các phương pháp nghiên cứu. 34

IV.1. Khảo sát quá trình trộn hợp vật liệu trên máy trộn kín. 34

IV.2. Phương pháp xác định tính chất cơ lý. 34

IV.3. Phương pháp phân tích nhiệt (TMA). 35

IV.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). 35

IV.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 35

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

I. Khảo sát quá trình trộn hợp vật liệu tổ hợp trên cơ sở CSTN/SBR và CSTN/PP. 37

I.1. Khảo sát quá trình trộn hợp chế tạo vật liệu tổ hợp CSTN/SBR 37

I.2. Khảo sát quá trình trộn hợp của vật liệu tổ hợp CSTN/PP. 38

II. Những kết quả nghiên cứu và so sánh tính năng cơ lý của vật liệu. 39

II.1 So sánh độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ hợp. 39

II.2 So sánh modun đàn hồi và độ cứng của vật liệu tổ hợp. 42

III. Những kết quả nghiên cứu và so sánh tính chất nhiệt của vật liệu tổ hợp bằng phương pháp cơ động học. 44

III.1 Thử nghiệm vòng chu kỳ kéo dãn của vật liệu tổ hợp trên cơ sở CSTN/SBR/MT và CSTN/SBR/CNTs. 44

III.2 Thử nghiệm vòng chu kỳ kéo dãn của vật liệu tổ hợp trên cơ sở CSTN/PP/MT và CSTN/PP/CNTs. 45

II. Nghiên cứu và so sánh cấu trúc hình thái học bằng phương pháp kính hiển vi điện tử (SEM và TEM). 46

IV.1 Nghiên cứu và so sánh cấu trúc hình thái học bằng phương pháp kính hiển vi điện tử (SEM và TEM) của vật liệu tổ hợp trên cơ sở CSTN/SBR/MT và CSTN/SBR/CNTs. 46

IV.2 Nghiên cứu và so sánh cấu trúc hình thái học bằng phương pháp kính hiển vi điện tử (SEM và TEM) của vật liệu tổ hợp trên cơ sở CSTN/PP/MT và CSTN/PP/CNTs 47

V. Khảo sát và so sánh tính chất nhiệt bằng phương pháp phân tích TMA. 47

V.1 Khảo sát và so sánh tính chất nhiệt bằng phương pháp phân tích TMA của hệ vật liệu trên cơ sở CSTN/SBR/MT và CSTN/SBR/CNTs 47

V.2 Khảo sát và so sánh tính chất nhiệt bằng phương pháp phân tích TMA của hệ vật liệu trên cơ sở CSTN/PP/MT và CSTN/PP/CNTs. 49

CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN 52

Tài liệu tham khảo. 53