ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

HỒ THỊ OANH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT
VẬT LIỆU CAO SU NANOCOMPOZIT TRÊN
CƠ SỞ BLEND CỦA CAO SU THIÊN NHIÊN
VỚI CAO SU NITRIL BUTADIEN
VÀ MỘT SỐ PHỤ GIA NANO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015
i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

HỒ THỊ OANH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU
CAO SU NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ BLEND
CỦA CAO SU THIÊN NHIÊN VỚI CAO SU NITRIL
BUTADIEN VÀ MỘT SỐ PHỤ GIA NANO
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 60440114



iii

năm 2016


MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................i
DANH MỤC CÁC
BẢNG........................................................................................vi
DANH MỤC CÁC
HÌNH........................................................................................vii
BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CHỮ VIẾT
TẮT.........................................................ix
MỞ ĐẦU....................................................................................................................1
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN
CỨU...................................Error! Bookmark not defined.
1.1. Giới thiệu về vật liệu polyme nanocompozit và cao su nanocompozit
........................................................................ Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Phân loại và đặc điểm của vật liệu cao su nanocompozit................ Error!
Bookmark not defined.
1.1.2. Ưu điểm của vật liệu cao su nanocompozit ........... Error! Bookmark not
defined.
1.1.3. Phương pháp chế tạo................................ Error! Bookmark not defined.
1.2. Các phụ gia nano .......................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Ống nano carbon ...................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Nanosilica ................................................ Error! Bookmark not defined.
1.3. Cao su thiên nhiên và cao su nitril butadien ............ Error! Bookmark not
defined.
1.3.1. Cao su thiên nhiên ................................... Error! Bookmark not defined.

defined.
2.4.5. Phương pháp xác định độ mài mòn ......... Error! Bookmark not defined.
2.5. Nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ, dung môi của vật liệu ............... Error!
Bookmark not defined.
2.6. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu bằ ng kính hiển vi điện tử
quét trƣờng phát xạ......................................................................................37
2.7. Nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu bằng phƣơng pháp phân tích
nhiệt trọng lƣợng..........................................................................................37
Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO
LUẬN............................................................Error! Bookmark not
defined.
3.1. Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nanocompozit trên
cơ sở blend của CSTN/NBR và nanosilica.................................................38
3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học của vật liệu
................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Si69 tới tính chất cơ học của vật liệu .. Error!
Bookmark not defined.
v


3.1.3. Cấu trúc hình thái của vật liệu ................. Error! Bookmark not defined.
3.1.4. Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu .......... Error! Bookmark not
defined.
3.1.5. Nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ của vật liệu ...... Error! Bookmark not
defined.
3.2. Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nanocompozit trên
cơ sở blend của CSTN/NBR và ống nano carbon......................................48
3.2.1. Biến tính CNT bằng polyvinylchloride ... Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng CNT biến tính và chưa biến tính đến tính
năng cơ học của vật liệu .......................... Error! Bookmark not defined.


Kết quả phân tích TGA của một số mẫu vật liệu trên cơ sở cao su
blend
CSTN/NBR.................................................................................Error!
Bookmark not defined.

Bảng 3.2:

Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng của CNT và CNT-gPVC............Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.3 : Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu cao su
blend..................Error! Bookmark not defined.

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1

Nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme
nanocompozit..................Error! Bookmark not defined.

Hình 1.2:

Cơ chế cuộn tấm hình thành CNT từ
graphen.........................................Error! Bookmark not defined.

Hình 1.3:

Hình mô phỏng của ống nano carbon đơn tường và đa

Hình 2.2:

Mẫu vật liệu đo tính chất kéo của vật
liệu.............................................Error! Bookmark not defined.
viii


Hình 3.1:

Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo đứt và độ dãn
dài khi đứt của vật
liệu..........................................................................Error! Bookmark
not defined.

Hình 3.2:

Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ cứng và độ dãn dư
của vật
liệu.............................................................................................Error!
Bookmark not defined.

Hình 3.3:

Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ mài mòn của vật
liệu......Error! Bookmark not defined.

Hình 3.4:

Ảnh hưởng của hàm lượng Si69 tới độ bền kéo đứt và độ dãn dài
khi đứt của vật liệu..............................................................................40


Hình 3.10: Ảnh FESEM bề mặt cắt của các mẫu blend CSTN/NBR với hàm
ix


lượng 7% nanosilica biến tính 5%
Si69................................................Error! Bookmark not defined.
Hình 3.11: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su blend
CSTN/NBR..........................Error! Bookmark not defined.
Hình 3.12: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/7%
nanosilica............Error! Bookmark not defined.
Hình 3.13: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/7% nanosilica bt 5%
Si69........................................................................................................E
rror! Bookmark not defined.
Hình 3.14: Độ trương của các mẫu vật liệu trên cơ sở CSTN/NBR trong hỗn
hợp dung môi toluen và
isooctan...........................................................Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.15: Sơ đồ phản ứng ghép PVC lên bề mặt
CNT..........................................Error! Bookmark not defined.
Hình 3.16: Sự phân tán của CNT (a) và CNT-g-PVC (b) trong
THF......................Error! Bookmark not defined.
Hình 3.17: Giản đồ TGA của
CNT..........................................................................Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.18: Giản đồ TGA của CNTPVC................................................................Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.19: Ảnh TEM của CNT...............................................................................52
Hình 3.20: Ảnh TEM của CNT-gPVC...................................................................Error! Bookmark not
defined.

Hình 3.31: Giản đồ TGA của mẫu vật liệu CSTN/NBR/3%CNT-gPVC..............Error! Bookmark not defined.

BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CNT

Ống nano carbon
xi


CSTN

Cao su thiên nhiên

DMF

Dimetylfomamid

FESEM

Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ

FTIR

Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

IR

Phổ hồng ngoại

MWCNT


UV-vis

Phổ tử ngoại khả kiến

xii


MỞ ĐẦU
Khoa học và công nghệ nano là một lĩnh vực đang nổi lên trong việc nghiên cứu
và phát triển vật liệu mới. Đây là một lĩnh vực rộng và khá mới mẻ đối với thế giới
nói chung và Việt Nam nói riêng. Với nhiều tính chất ưu việt, vật liệu polyme
nanocompozit đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. 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 so với các compozit truyền
thống [1].
Vật liệu cao su nanocompozit gồm có pha nền là cao su hay cao su blend và các
chất độn gia cường. Cao su thiên nhiên (CSTN) có tính chất cơ học tốt nhưng khả
năng bền dầu 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 [6]. Để tăng khả năng ứng dụng cho vật liệu cao su cũng như cao su
blend, các vật liệu này thường được gia cường bằng một số chất độn gia cường như
than đen, silica, clay,... [39]. Khả năng gia cường của chất độn cho cao su phụ thuộc
vào kích thước hạt, hình dạng, sự phân tán và khả năng tương tác với cao su
[24,30]. Các chất độn nano có kích thước từ 1-100 nm, có thể cải thiện đáng kể tính


La Văn Bình (2002), Khoa học và công nghệ vật liệu, NXB Đại học Bách
khoa, Hà Nội.

2.

Bùi Chương, Đặng Việt Hưng, Phạm Thương Giang (2007), “Sử dụng silica
biến tính (3 – trietoxysilylpropyl) tetrasunfit (TESPT) làm chất độn gia cường
cho hỗn hợp cao su tự nhiên – Butadien”, Tạp chí hóa học, T.45, N4, tr.67-71.

3.

Nguyễn Thùy Dương, Nguyễn Anh Sơn, Trịnh Anh Trúc, Tô Thị Xuân Hằng
(2015), “Ứng dụng nanosilica biến tính phenyl trietoxysilan làm chất phụ gia
cho lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn”, Tạp chí hóa học, 53(1), tr.95 – 100.

4.

Nguyễn Đình Hoàng (2011), Nghiên cứu cấu trúc của ống nano carbon dưới
tác động của các loại bức xạ năng lượng cao định hướng ứng dụng trong môi
trường vũ trụ, Luận văn Thạc sĩ trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN.

5.

Đặng Việt Hưng (2010), Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit
trên cơ sở cao su thiên nhiên và chất độn nano, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật,
ĐHBK Hà Nội

6.



carbon (carbon nanotube, carbon black) lên tính chất và cấu trúc các vật liệu
polyme hỗn hợp trên cơ sở CSTN, SBR, BR, EPDM và polypropylen, Luận án
Tiến sỹ Hóa học, Hà Nội.
12. Nguyễn Thị Thái, Nguyễn Quang(2010), “Nghiên cứu khảo sát tính chất của
vật liệu polyme tổ hợp trên cơ sở cao su thiên nhiên và polypropylen, cao su
styren butadien gia cường carbon nanotube dưới tác dụng của điều kiện khí
hậu nhiệt đới Việt Nam”, Tạp chí Hóa học, 48 (4A), tr. 429-433.
13. Nguyễn Thị Thái, Nguyễn Quang, Trần Văn Sung (2009), “Nghiên cứu hiệu
ứng gia cường của carbon nano tube đối với vật liệu polyme tổ hợp trên cơ sở
cao su thiên nhiên/styren butadien và cao su thiên nhiên/polypropylene”, Tạp
chí Hóa học, 47 (1), tr. 54-60.
14. Lê Văn Thụ (2011), Chế tạo, nghiên cứu tính chất và khả năng chống đạn của
vật liệu tổ hợp sợi carbon, ống carbon nano với sợi tổng hợp, Luận án Tiến sỹ
Hóa học, Hà Nội.
15.

Nguyễn Hữu Trí (2003), Khoa học và kỹ thuật công nghệ cao su thiên nhiên,
Nhà xuất bản trẻ, Hà Nội.

16. Ngô Phú Trù (2003), Kỹ thuật chế biến và gia công cao su, NXB Đại Học
Bách Khoa, Hà Nội.
17. Nguyễn Phi Trung, Hoàng Thị Ngọc Lân (2005), “Nghiên cứu tính chất của
blen trên cơ sở polyvinylclorua, cao su butadien acrylonitryl và cao su tự
nhiên”, Tạp chí Hóa học, 3(1), tr. 42 - 45.

Tiếng Anh
18. A. Das,, K.W. Sto ¨ckelhuber, R. Jurk, M. Saphiannikova, J. Fritzsche, H.
Lorenz,M. Klu¨ppel, G. Heinrich (2008), “Modified and unmodified
multiwalled carbon nanotubes in high performance solution-styrene-butadiene


Chobfrosh

Carboxylated

khoei,
Multi-wall

M.

Meskinfam(2010),

Nanotubes

with

1,2-

phenylenediamine”, Int.J.Nano.Dim , 1(2), pp. 153-158.
25. Hamid Reza Lotfi Zadeh Zhad, Forouzan Aboufazeli, Vahid Amani,
Ezzatollah Najafi, and Omid Sadeghi (2013), “Modification of Multiwalled
Carbon Nanotubes by Dipyridile Amine for Potentiometric Determination of
Lead(II) Ions in Environmental Samples”, Journal of Chemistry, 2, pp. 109119.
26. Islam MF, Rojas E, Bergey DM, Johnson AT, Yodh AG (2003), “High weight
fraction surfactant solubilization of single-wall carbon nanotubes in water”.
Nano Lett., 3 (2), pp. 269-273.
27. IzabelaFirkowska, Andr e Boden, Anna-Maria Vogt and Stephanie Reich
(2011), “Effect of carbon nanotube surface modification on thermal properties
of copper–CNT composites”, J. Mater. Chem., 21, pp.17541-17546.
5

System”,

Journal

of

Nanomaterials, 5, pp. 1-7.
36. Padalia,

Diwakar

(2012):

Polymer

Nanocomposites-Fabrication

and

Properties, Saarbrücken, Germany.
37. Paul L. McEuen, Michael Fuhrer, and Hongkun Park (2002), “Single-Walled
Carbon Nanotube Electronics”, Nanotechnology, 1 (1), pp. 78-85.
38. Pattana Kueseng, Pongdhorn Sae-oui, Chakrit Sirisinha, Karl I. Jacob, Nittaya
Rattanasom (2013), “Anisotropic studies of multi-wall carbon nanotube

6


(MWCNT)-filled natural rubber (NR) and nitrile rubber (NBR) blends”,
Polymer Testing, 32, pp. 1229-1236.

723-728.

7


48. Xiaoxing Lu, Zhong Hu (2012), “Mechanical property evaluation of singlewalled carbon nanotubes by finite element modeling”, Composites, 43 (4), pp.
1902–1913.
49. Ying Chen, ZhengPeng, Ling Xue Kong, Mao Fang Huang, Pu Wang Li
(2008), “Natural rubber nanocomposite reinforced with nano silica”, Polymer
Engineering & Science, 48(9), pp. 1674–1677.
50. Yu. E. Pivinskii (2007), “Nanodisperse silica and some aspects of
nanotechnologies in the field of silicate materials science”, Refractories and
Industrial Ceramics, 48 (6), pp 408-417.
51. ZhengPeng, Ling Xue Kong. Si-Dong Li. Yin Chen, Mao Fang Huang (2007),
“Self-assembled natural rubber/silica Nanocomposites: Its preparation and
characterization”, Composites Science and Technology, 67, pp. 3130-3139.

8