1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

PHẠM THỊ ANH PHƯƠNG
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NANOCLAY ĐỂ CẢI THIỆN
TÍNH NĂNG CAO SU MẶT LỐP CÔNG TRÌNH Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Mã số: 60.52.75
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2011

2

1. Lý do chọn ñề tài
Hiện nay, loại ñộn ñược sử dụng phổ biến trong công nghiệp
cao su là than ñen và silica. Tuy nhiên, với sự phát triển vượt bậc của
khoa học kỹ thuật ngày nay, ñặc biệt là sự phát triển của công nghệ
nano, một hướng nghiên cứu mới ñem lại hiệu quả cao trong ngành
công nghiệp sản xuất cao su, ñó là sử dụng ñộn có kích thước nano,
tiêu biểu là ñộn silicate dạng lớp ñã ñược biến tính hữu cơ hay còn
gọi là organoclay, khi phân tán vào cao su sẽ tách lớp hoặc xen lớp
trở thành ñộn có kích thước nano.
Trong sự cạnh tranh mạnh mẽ của ngành công nghiệp sản
xuất lốp ô tô, việc hạ giá thành và quan trọng là nâng cao chất lượng
sản phẩm ñóng vai trò quyết ñịnh sự thành công của các doanh
nghiệp. Trong bối cảnh ñó, Công ty cổ phần cao su Đà Nẵng ñã
không ngừng nghiên cứu ñưa các loại nguyên vật liệu mới vào sử
dụng nhằm mục ñích nâng cao chất lượng sản phẩm.
Chính vì vậy, tôi ñã chọn và thực hiện ñề tài: “NGHIÊN
CỨU SỬ DỤNG NANOCLAY ĐỂ CẢI THIỆN TÍNH NĂNG CAO
SU MẶT LỐP CÔNG TRÌNH”.
2. Mục ñích nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay ñến tính năng cao su
mặt lốp công trình và ñánh giá khả năng ứng dụng của nanoclay
trong ngành công nghiệp sản xuất lốp ô tô, xe ñạp, xe máy,…
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
- Cao su thiên nhiên c
ốm 1 SVR3L và cao su tổng hợp
Polybutadien BR40.
- Các loại phụ gia cho cao su ñược nhập trong và ngoài nước.
4
- Clay có tên thương mại là Bentone SD-1, ñã ñược biến tính

6. Bố cục luận văn
Ngoài phần mở ñầu, kết luận, tài liệu tham khảo luận văn
gồm có các chương như sau :
- Chương 1: Lý thuyết tổng quan
- Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm
- Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

CHƯƠNG 1
LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
LỐP Ô TÔ
1.1.1. Lịch sử ra ñời và phát triển của lốp ô tô
1.1.2. Phân loại lốp
1.1.3. Giới thiệu về lốp công trình – OTR Tire
Lốp công trình bao gồm các loại lốp chuyên dụng trên các
xe công trình như: máy xúc, máy ủi, máy ñào, lốp chạy ở
cảng,…Lốp chạy với tốc ñộ không cao, nhưng ñiều kiện mặt ñường
sử dụng và yêu cầu về tính năng phụ tải là rất khắc nghiệt. Lốp công
trình thường sử dụng kết cấu của lốp bố chéo - Bias, không săm,
không khí ñược bơm trực tiếp vào trong lòng lốp.
Những tính năng chủ yếu ảnh hưởng ñến tuổi thọ sử dụng
của lốp công trình ñược khảo sát trên thực tế gồm: tính chịu mài
mòn, tính chịu cắt xé khi chạy, tính chịu ñâm thủng, tính chịu ép nén
uốn gập, tính chịu lão hóa,… [21].
6
1.1.4. Quy trình công nghệ sản xuất lốp ô tô
1.1.5. Kết cấu và tác dụng của các thành phần lốp ôtô
Lốp ô tô do 4 thành phần chính cấu thành: Mặt lốp, thân lốp,
gót lốp và cao su da dầu (hình 1.2).

♦ Chất hóa dẻo:
- Dầu Aromatic
♦ Chất phòng lão:
- Antilux 654
- Phòng lão RD
- Phòng lão 4020
1.2.1. Cao su thiên nhiên - NR
1.2.1.1. Khái niệm
- Công thức phân tử của cao su thiên nhiên như sau: (C
5
H
8
)
n

- Công thức cấu tạo:
H
2
C C CH CH
2
CH
3
n

1.2.1.2. Sản xuất cao su thiên nhiên
1.2.1.3. Tính chất cao su thiên nhiên
1.2.2. Cao su Butadien – BR
1.2.2.1. Các loại cấu trúc Polybutadien
Monomer dùng ñể sản xuất BR là butadien, cấu tạo phân tử
như sau:

phần cao su
1.2.4. Chất xúc tiến lưu hóa
1.2.4.1. Khuyết ñiểm của lưu huỳnh khi lưu hóa cao su
1.2.4.2. Mục ñích sử dụng xúc tiến lưu hóa
1.2.4.3. Cơ chế lưu hóa của xúc tiến
1.2.4.4. Yêu cầu ñối với xúc tiến lưu hóa
1.2.4.5. Lựa chọn xúc tiến lưu hóa
1.2.4.6. Xúc tiến lưu hóa CZ
- Xúc tiến sử dụng là xúc tiến CZ thuộc nhóm Sulfenamid
[23].
- Tên gọi là N-cyclohexyl-2-benzothiazol sulfonamide
- Công thức cấu tạo:

N
S
NH

9
1.2.5. Chất trợ xúc tiến ZnO và axit stearic
- ZnO: là chất bột hoặc tình thể màu trắng, trọng lượng riêng
5.41 ~ 5.67 g/cm
3
, nhiệt ñộ nóng chảy 1975
0
C, gia nhiệt ñến 1800
0
C
thì thăng hoa, lượng dùng thường từ 3 ~ 5 PKL [23].
- Acid Stearic: công thức cấu tạo là CH
3

1.2.6.3. Các yêu cầu ñối với chất phòng lão
1.2.7. Chất hóa dẻo
1.2.7.1. Yêu cầu kỹ thuật ñối với chất hóa dẻo
1.2.7.2. Dầu hóa dẻo Aromatic
- Dầu hóa dẻo Aromatic ở thể lỏng nhớt màu vàng, ánh xanh
ñậm, mùi dầu nhẹ.
10
1.2.8. Chất ñộn
1.2.8.1. Than ñen N330
Than N330 còn gọi là than HAF hay than cứng thuộc loại
than lò chịu mài mòn cao. Than N330 có tốc ñộ lưu hóa trung bình,
kích thước bình quân của hạt than nằm trong khoảng 26 ~ 30 nm
[23].
1.2.8.2. Silica - SiO
2

Silica ở dạng vô ñịnh hình, trong kết cấu hóa học của than
trắng có ñến 95 ~ 99% là SiO
2
, gồm nguyên tử Silic và Oxy sắp xếp
thành cấu trúc tứ diện. Kích thước hạt từ 1 – 100 nm [22].
1.2.9. Chất tương hợp Si-69
Chất tương hợp hay tác nhân liên kết là các hợp chất Silane.
1.2.10. Chất phòng tự lưu - Vulkalent PVI
- Dạng tinh thể màu vàng nhạt. Nhiệt ñộ nóng chảy 89 -
94
0
C. Điểm chớp cháy 280
0
C. Hình 1.11: Các dạng cấu trúc của cao su gia cường nanoclay
1.3.3. Các phương pháp chế tạo cao su gia cường bằng
nanoclay
♦ Trùng hợp In-situ
♦ Sự chèn lớp thông qua dung dịch
♦ Phương pháp nóng chảy trực tiếp
♦ Sự chèn lớp của cao su thông qua hỗn hợp latex
1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng ñến morphology của cao su gia
cường bằng clay trong phương pháp nóng chảy
1.3.5. Tính năng của cao su gia cường bằng nanoclay
12 1.3.5.1. Kích thước nano
1.3.5.2. Tính xúc tác
1.3.5.3. Tỷ lệ kích thước (aspect ratio)
1.3.6. Ưu ñiểm và những thách thức của cao su gia cường
bằng ñộn kích thước nano

CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.1.1. Nguyên vật liệu
♦Cao su:
- Cao su thiên nhiên SVR3L ñược cung cấp bởi Công ty

ñược cung cấp bởi công ty Brenntag - Hồ Chí Minh.
2.1.2. Đơn pha chế
Dựa trên cơ sở ñơn pha chế “Cao su mặt lốp công trình”,
dựa vào các nghiên cứu trước ñây, sử dụng thêm chất tương hợp Si-
69 [21] và thay ñổi hàm lượng nanoclay 1PKL, 2PKL, 3PKL, 5PKL,
ta có các thí nghiệm như sau:
Bảng 2.1: Đơn pha chế thí nghiệm
STT Nguyên vật liệu Hàm lượng (PKL)
1 Cao su thiên nhiên SVR3L 80
2 Cao su Butadien BR40 20
3 ZnO xạ hiếm 5
4 Acid Stearic 2
5 Phòng lão RD 1.5
6 Phòng lão 4020 1.5
14
7 Antilux 1
8 Silica 5
9 Si-69 0.5
10 Than N330 50
11 Dầu Aromatic 12
12 Nanoclay 0, 1, 2, 3, 5
13 Lưu huỳnh 1.9
14 Xúc tiến CZ 1.2
15 Vulkalent PVI 0.2
2.1.3. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2.1.Quá trình nghiên cứu
Quá trình nghiên cứu ñược thể hiện bằng sơ ñồ khối thể hiện
ở hình 2.12.
2.2.2. Quy trình gia công tạo mẫu


Hình 2.1: S
ơ ñồ nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay ñến tính năng
cao su mặt lốp công trình
Kết luận

Lưu hóa mẫu
Luyện kín

Khảo sát khả năng
phân tán:
+ Phân tích nhiễu

Nanocla
y

Các loại phụ gia
FTIR
Kiểm tra ñiểm lưu hóa
phòng

Khảo sát bề
mặt phá hủy
mẫu bằng kính
hiển vi ñiện tử
quét (SEM)

2.2.6. Khảo sát bề mặt phá hủy của mẫu sau khi ño ñ
ộ bền xé
rách
17
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH NANOCLAY
Các peak ñặc trưng của octadecylamine tại số sóng
2922.9, 2851.8 cm
-1
cũng xuất hiện trên phổ FTIR củ a mẫu
nanoclay, so sánh với những phổ trong những nghiên cứu khác,
thấy rằng clay ñã ñược biến tính bằng octadecylamine (hình
3.2) [10].


Hình 3.4: Kết quả TEM của mẫu nanoclay/cao su với hàm lượng
nanoclay là 2PKL với các ñộ phóng ñại 30000 lần (a) và 200000 lần
(b)
Ở ñộ phóng ñại 30000 lần, có thể nhìn thấy nanoclay phân
tán ñều trong hỗn hợp cao su, và ở ñộ phóng ñại 200000 lần, có thể
thấy rõ sự tách lớp của clay trong hỗn hợp cao su.
(a)
(c)
(e)
(b)
(d)
19
Cùng với kết quả nhiễu xạ tia X (hình 3.3), kết quả khảo sát
hiển vi ñiện tử truyền qua (hình 3.4) ñã khẳng ñịnh vật liệu
nanocomposite trên cơ sở cao su và nanoclay ñược phân tán bằng
phương pháp nóng chảy có cấu trúc xen lớp và tách lớp. Các mạch
ñại phân tử cao su ñã chèn vào giữa các lớp clay và các lớp clay ñã bị
bóc tách.
3.3. KHẢO SÁT THỜI GIAN LUYỆN THEO NHIỆT ĐỘ
THÁO SU


Hình 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay ñến thời gian lưu hóa
3.5. ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG NANOCLAY ĐẾN ĐỘ
BỀN XÉ RÁCH
Dựa vào ñồ thị ta thấy ñộ bền xé rách của mẫu cao su tăng
khi gia cường bằng nanoclay và ñạt kết quả tốt nhất ở 2PKL, sau ñó
giảm dần khi tiếp tục tăng hàm lượng nanoclay.
Hình 3.8:
Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay ñến ñộ bền xé rách
của cao su
Độ bền xé rách
0
200
400
600
800
Hình 3.10: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay ñến ñộ bền kéo ñứt
3.6.2. Độ dãn dài khi ñứt
Độ dãn dài của hợp phần cao su giảm dần khi tăng hàm lượng
nanoclay
Độ bền kéo ñứt
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
0 1 2 3 4 5 6
Hàm lượng nanoclay (PKL)
Độ bền kéo ñứt (N/cm2)
22

800
0 1 2 3 4 5 6
Hàm lượng nanoclay (PKL)
Độ dãn dài khi ñứt (%)
Modul 300
0
200
400
600
800
1000
1200
0 1 2 3 4 5 6
Hàm lượng nanoclay (%)
Modul 300 (N/cm2)
23

Hình 3.13: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay ñến ñộ cứng

2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 1 2 3 4 5 6
Hàm lượng nanoclay (PKL)
Độ sinh nhiệt (
0
C)
Hình 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay ñến ñộ ñàn hồi
3.9. ĐỘ NỘI SINH NHIỆT DO ÉP NÉN
Độ nội sinh nhiệt của hợp phần cao su tăng lên khi tăng hàm
lượng ñộn nanoclay.


Hình 3.18: Kết quả SEM của mẫu cao su không gia cường nanoclay
Hình 3.19: K
ết quả SEM của mẫu cao su gia cường 2PKL nanoclay