VŨ NGỌC HÙNG
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
___________________________________
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND
TRÊN CƠ SỞ CAO SU BUTADIEN STYREN/CAO SU
THIÊN NHIÊN VỚI PHỤ GIA NANOCLAY
VŨ NGỌC HÙNG
2007 - 2009
HÀ NỘI
2009
HÀ NỘI 2009
MỤC LỤC
Đề mục
Trang
Trang phụ bìa
01
Lời cảm ơn
02
Lời cam đoan
03
Mục lục
04
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tăt
06
Danh mục các bảng biểu
07
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
09
MỞ ĐẦU
11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYME BLEND CSTN/CSBS
13
1.1. Hiểu biết chung về cao su thiên nhiên (CSTN)
13
1.1.1. Lịch sử phát triển
13
1.1.2. Mủ cao su thiên nhiên ( Latex)
14
1.1.3. Thành phần và cấu tạo hóa học của CSTN
15
1.1.4. Tính chất của CSTN
16
1.2. Hiểu biết chung về cao su Butadiene Styren
18
2.1. Lịch sử phát triển
18
2.2. Thành phần cấu tạo
19
2.3. Tính chất của cao su Butadien Styren
19
2.4. Ứng dụng của cao su butadiene styrene
21
1.3. Hiểu biết chung về vật liệu blend
21
1.3.1. Những khái niệm cơ bản
21
1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của vật liệu blend
22
1.3.3. Những biện pháp tăng cường tính tương hợp của blend
23
1.3.4. Các phương pháp xác định tính tương hợp của polyme blend
24
1.3.5. Các phương pháp chế tạo vật liệu blend
25
1.3.6. Ưu điểm của vật liệu blend
26
1.3.7. Một số polyme blend thông dụng
1.4. Tổng quan về vật liệu polyme-nanoclay/nanocompozit
26
27
1.4.1. Giới thiệu chung
27
1.4.2. Khoáng clay
28
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
38
2.1. Hóa chất và nguyên liệu
38
2.2. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
38
2.2.1.Máy luyện hở
38
2.2.2. Thiết bị lưu hóa ép thủy lực
39
2.2.4. Máy đo độ bền vật liệu đa năng INSTRON
39
2.2.5. Máy đo độ cứng
41
2.2.6. Máy đo độ mài mòn
41
2.3. Các phương pháp chế tạo
41
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
43
3.1. Hợp phần cao su sử dụng trong nghiên cứu
43
3.2. Phương pháp đưa nanoclay vào hợp phần cao su
45
3.3. Xác định khả năng dãn cách khoảng cách d trong nanoclay
48
3.3.1. Cao su SBR
48
3.3.1. Cao su thiên nhiên
50
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay I. 28E đến tính chất
51
cơ lý của hợp phần cao su theo phương pháp chất dẫn
3.3.1. Cao su SBR
51
3.3.2. Cao su thiên nhiên
53
3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh đến tính chất cơ
55
lý của hợp phần cao su SBR chứa nanoclay I.28E
3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý của hợp phần
57
cao su SBR chứa 1 PKL nanoclay
3.6. Nghiên cứu chế tạo blend giữa cao su thiên nhiên và cao su SBR
58
3.6.1. Nghiên cứu tính tương hợp giữa hai loại cao su
58
3.6.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ giữa CSTN và SBR đến tính
59
chất cơ lý của blend
3.6.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hoá tối ưu
60
đến tính chất cơ lý của blend
3.7. So sánh độ bền mài mòn của hợp phần cao su butadien styren chịu
66
mài mòn tốt với các cao su khác sử dụng trong công nghiệp săm, lốp xe
3.8.Nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay X đến tính chất cơ lý cao su
67
3.8.1. Qui trình điều chế nanoclay
67
3.8.2. Phương pháp đưa nanoclay vào hợp phần cao su
69
3.8.3. Xác định khả năng dãn cách khoảng cách d trong nanoclay mới
71
3.8.4. Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay mới lên tính chất cơ lý
72
CSTN
3.8.5. Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng than đến tính chất cơ lý của
72
CSTN
KẾT LUẬN
73
TÀI LIỆU THAM KHẢO
74
TÓM TẮT LUẬN VĂN BẰNG TIÊNG VIỆT
76
TÓM TẮT LUẬN VĂN BẰNG TIẾNG ANH
77
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
___________________________________
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND TRÊN
CƠ SỞ CAO SU BUTADIEN STYREN/CAO SU THIÊN NHIÊN
VỚI PHỤ GIA NANOCLAY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
MÃ SỐ:
VŨ NGỌC HÙNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG NAM
HÀ NỘI 2009
1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
___________________________________
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND TRÊN
CƠ SỞ CAO SU BUTADIEN STYREN/CAO SU THIÊN NHIÊN
VỚI PHỤ GIA NANOCLAY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
MÃ SỐ:
VŨ NGỌC HÙNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG NAM
HÀ NỘI 2009
2
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy
cô giáo và các bạn đồng nghiệp cùng sự nỗ lực cố gắng của bản thân, luận văn tốt
nghiệp cao học của tôi đã được hoàn thành.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ trung tâm nghiên cứu vật
liệu Polyme trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là thầy giáo, TS. Hoàng Nam
đã tận tình dạy dỗ, bồi dưỡng tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 21 tháng 10 năm 2009
Học viên
VŨ NGỌC HÙNG
3
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và kết quả
nghiên cứu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và
chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Tác giả
Vũ Ngọc Hùng
4
MỤC LỤC
Đề mục
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tăt
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYME BLEND CSTN/CSBS
1.1. Hiểu biết chung về cao su thiên nhiên (CSTN)
1.1.1. Lịch sử phát triển
1.1.2. Mủ cao su thiên nhiên ( Latex)
1.1.3. Thành phần và cấu tạo hóa học của CSTN
1.1.4. Tính chất của CSTN
1.2. Hiểu biết chung về cao su Butadiene Styren
2.1. Lịch sử phát triển
2.2. Thành phần cấu tạo
2.3. Tính chất của cao su Butadien Styren
2.4. Ứng dụng của cao su butadiene styrene
1.3. Hiểu biết chung về vật liệu blend
1.3.1. Những khái niệm cơ bản
1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của vật liệu blend
1.3.3. Những biện pháp tăng cường tính tương hợp của blend
1.3.4. Các phương pháp xác định tính tương hợp của polyme blend
1.3.5. Các phương pháp chế tạo vật liệu blend
1.3.6. Ưu điểm của vật liệu blend
1.3.7. Một số polyme blend thông dụng
1.4. Tổng quan về vật liệu polyme-nanoclay/nanocompozit
1.4.1. Giới thiệu chung
1.4.2. Khoáng clay
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất và nguyên liệu
2.2. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
2.2.1.Máy luyện hở
2.2.2. Thiết bị lưu hóa ép thủy lực
2.2.4. Máy đo độ bền vật liệu đa năng INSTRON
2.2.5. Máy đo độ cứng
2.2.6. Máy đo độ mài mòn
Trang
01
02
03
04
06
07
09
11
13
13
13
14
15
16
18
18
19
19
21
21
21
22
23
24
25
26
26
27
27
28
38
38
38
38
39
39
41
41
5
2.3. Các phương pháp chế tạo
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hợp phần cao su sử dụng trong nghiên cứu
3.2. Phương pháp đưa nanoclay vào hợp phần cao su
3.3. Xác định khả năng dãn cách khoảng cách d trong nanoclay
3.3.1. Cao su SBR
3.3.1. Cao su thiên nhiên
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay I. 28E đến tính chất
cơ lý của hợp phần cao su theo phương pháp chất dẫn
3.3.1. Cao su SBR
3.3.2. Cao su thiên nhiên
3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh đến tính chất cơ
lý của hợp phần cao su SBR chứa nanoclay I.28E
3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý của hợp phần
cao su SBR chứa 1 PKL nanoclay
3.6. Nghiên cứu chế tạo blend giữa cao su thiên nhiên và cao su SBR
3.6.1. Nghiên cứu tính tương hợp giữa hai loại cao su
3.6.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ giữa CSTN và SBR đến tính
chất cơ lý của blend
3.6.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hoá tối ưu
đến tính chất cơ lý của blend
3.7. So sánh độ bền mài mòn của hợp phần cao su butadien styren chịu
mài mòn tốt với các cao su khác sử dụng trong công nghiệp săm, lốp xe
3.8.Nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay X đến tính chất cơ lý cao su
3.8.1. Qui trình điều chế nanoclay
3.8.2. Phương pháp đưa nanoclay vào hợp phần cao su
3.8.3. Xác định khả năng dãn cách khoảng cách d trong nanoclay mới
3.8.4. Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay mới lên tính chất cơ lý
CSTN
3.8.5. Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng than đến tính chất cơ lý của
CSTN
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÓM TẮT LUẬN VĂN BẰNG TIÊNG VIỆT
TÓM TẮT LUẬN VĂN BẰNG TIẾNG ANH
41
43
43
45
48
48
50
51
51
53
55
57
58
58
59
60
66
67
67
69
71
72
72
75
76
78
79
6
BPO
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt
Peroxyt benzoyl
CSTN, NR Cao su thiên nhiên
CTAB
Cetyltrimethyl amonium bromide
CSBS, SBR Cao su Butadien-Styren
DM
Xúc tiến lưu hoá Di-2 Mecaptobenzothiazol
HAF
Muội than lò bền mài mòn (high abrasion furnance)
M
Xúc tiến lưu hoá Mecaptobenzothiazol
RD
Chất phòng lão
PEKN
Nhựa polyeste không no
7
Danh mục các bảng biểu
Bảng số
Tên bảng
Trang
1.1
Tình hình sản xuất (SX), tiêu thụ (TT) CSTN trên thế giới
11
1.2
Diện tích cây cao su ở Việt Nam
11
1.3
Sản lượng chế biến mủ cao su ở Việt Nam
13
1.4
Thành phần của latex
1.5
Thành phần chính của CSTN
1.6
Tính chất vật lý của CSTN
1.7
Hợp phần cao su tiêu chuẩn
1.8
Tính chất cơ lý của CSTN
1.9
Blend giữa CSTN và cao su tổng hợp ứng dụng chế tạo lốp xe
1.10
Công thức hoá học và một số đặc trưng của 3 loại silicat dạng lớp
thông dụng
1.11
Một số loại nanoclay thương mại hiện có bán trên thị trường
1.12
Đặc trưng kỹ thuật của nanoclay I. 28E
3.1
Đơn phối liệu cao su butadien styren cơ bản
3.2
Đơn phối liệu cao thiên nhiên cơ bản
3.3
Tính chất cơ lý của mẫu cơ bản
3.4
Tính chất cơ lý của hợp phần cao su butadien styen với 5 PKL
nanoclay I.28E đưa vào theo các phương pháp trực tiếp, chất dẫn
3.5
Tính chất cơ lý của hợp phần cao su thiên nhiên với 5 PKL
nanoclay I.28E đưa vào theo các phương pháp trực tiếp, chất dẫn
3.6
Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất của hợp phần cao
su theo phương pháp chất dẫn
3.7
Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay (0.5, 1, 1.5, 2, 3 PKL so với
100 PKL cao su) đến tính chất cơ lý của hợp phần cao su
3.8
Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất của hợp phần cao
8
su theo phương pháp chất dẫn
3.9
Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay (3,4,5 PKL so với 100 PKL
cao su) đến tính chất cơ lý của hợp phần cao su
3.10
Tính chất cơ lý của hợp phần cao su chế tạo theo phương pháp chất
dẫn ở 1PKL nanoclay, hàm lượng lưu huỳnh thay đổi
3.11
Tính chất cơ lý của hợp phần cao su chế tạo theo phương pháp chất
dẫn ở 1PKL nanoclay, hàm lượng lưu huỳnh thay đổi
3.12
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tính chất cơ lý của hợp phần cao su
chứa 1PKL nanoclay và 1PKL lưu huỳnh
3.13
Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa CSTN và SBR đến tính chất cơ lý của
blend
3.14
Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hoá tối ưu đến tính chất cơ
lý của blend 70PKL SBR/30PKL CSTN
3.15
Độ bền mài mòn của một số loại cao su sử dụng trong công nghiệp
săm, lốp xe
3.16
Đơn phối liệu cao su butadien styren cơ bản
3.17
Đơn phối liệu cao thiên nhiên cơ bản
3.18
Tính chất cơ lý của hợp phần cao su butadien styen với 5 PKL
nanoclay mới đưa vào theo các phương pháp trực tiếp, chất dẫn
3.19
Tính chất cơ lý của hợp phần cao su thiên nhiên với 5 PKL
nanoclay mới đưa vào theo các phương pháp trực tiếp, chất dẫn
3.20
Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất của hợp phần cao
su theo phương pháp chất dẫn
3.21
Ảnh hưởng của hàm lượng than hoạt tính HAF tới tính chất cơ lý
của hợp phần cao su chứa 5PKL nanoclay mới đưa theo phương
pháp chất dẫn
3.22
Bảng so sánh tính chất cơ lý của mẫu cơ bản với các mẫu có chứa
Nanoclay I.28E và có chứa Nanoclay mới
9
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình vẽ,
đồ thị số
Tên hình vẽ, đồ thị
Trang
1.1
Một số hình ảnh ứng dụng của SBR
11
1.2
a) Cấu trúc của nanoclay; b) Ảnh TEM về sự phân tán của nanoclay
với 2% trọng lượng trong nylon
12
1.3
Đơn vị tứ diện và bát diện trong lớp nanoclay
13
1.4
Cấu trúc lý tưởng của nanoclay montmorillonit
15
1.5
Cấu trúc nanoclay khi biến tính
15
2.1
Hình dạng và kích thước mẫu đo độ bền kéo đứt
23
2.2
Hình dạng và kích thước mẫu đo độ bền xé rách
24
2.3
Mẫu đo độ mài mòn vật liệu
26
3.1
Biểu đồ so sánh độ bền kéo đứt mẫu cơ bản, trực tiếp và chất dẫn
của SBR
31
3.2
Biểu đồ so sánh độ mài mòn mẫu cơ bản, trực tiếp và chất dẫn của
SBR
32
3.3
Biểu đồ so sánh độ bền kéo đứt mẫu cơ bản, trực tiếp và chất dẫn
của cao su thiên nhiên
34
3.4
Phổ XRD của mẫu nanoclay I.28E và mẫu chất dẫn của cao su SBR
37
3.5
Phổ XRD của mẫu nanoclay I.28E và mẫu chất dẫn của cao su thiên
nhiên
38
3.6
Đồ thị sự phụ thuộc độ mài mòn vào hàm lượng nanoclay của SBR
40
3.7
Đồ thị sự phụ thuộc độ mài mòn vào hàm lượng nanoclay của CSTN
41
3.8
Đồ thị sự phụ thuộc độ mài mòn vào hàm lượng lưu huỳnh của SBR
với 1PKL nanoclay
41
3.9
Đồ thị sự phụ thuộc độ bền kéo đứt vào hàm lượng lưu huỳnh của
SBR với 1PKL nanoclay
42
3.10
Đồ thị sự phụ thuộc độ mài mòn SBR ở các nhiệt độ lưu hóa khác
nhau
43
3.11
Mẫu thử theo phương pháp ép lớp
44
10
3.12
Ảnh SEM chụp bề mặt phân chia hai pha
46
3.13
Đồ thị sự phụ thuộc độ bền kéo đứt và độ mài mòn ở các tỷ lệ blend
khác nhau
47
3.14
Đồ thị biểu diễn thời gian lưu hoá với momen xoắn khi nhiệt độ lưu
hoá là 145oC của blend 70PKL SBR/30PKL CSTN
49
3.15
Đồ thị biểu diễn thời gian lưu hoá với momen xoắn khi nhiệt độ lưu
hoá là 120oC của blend 70PKL SBR/30PKL CSTN
51
3.16
Đồ thị biểu diễn thời gian lưu hoá với momen xoắn khi nhiệt độ lưu
hoá là 130oC của blend 70PKL SBR/30PKL CSTN
54
3.17
Biểu đồ độ bền kéo đứt blend ở các nhiệt độ lưu hóa khác nhau
56
3.18
Qui trình điều chế nanoclay trong phòng thí nghiệm
57
3.19
Phổ XRD của mẫu sét hữu cơ
59
3.20
Kết quả chụp XRD mẫu nanoclay mới và mẫu cao su
62
3.21
Biểu đồ so sánh độ bền kéo đứt của mẫu cơ bản với các mẫu có chứa
Nanoclay I.28E và có chứa Nanoclay mới
63
11
MỞ ĐẦU
Một trong những thành tựu quan trọng của nghành khoa học vật liệu những năm
gần đây là nghiên cứu chế tạo và ứng dụng có kết quả các vật liệu polyme compozit,
trong đó có vật liệu blend [2]. Đây là loại vật liệu mới có mức tiêu thụ hàng năm trên
thế giới cỡ khoảng 1,5 triệu tấn và có tốc độ tăng trưởng nhanh, ước tính vào khoảng 8
– 10% trong những năm tới [19]. Vật liệu blend có tiềm năng phát triển và ứng dụng
rất lớn, là chủng loại vật liệu của hiện tại và tương lai do đáp ứng được những yêu cầu
ngày càng cao của kỹ thuật và đời sống [1,3]. Các nhà khoa học nhận định thế kỷ 21 là
thế kỷ của công nghệ cao và vật liệu mới, trong đó vật liệu blend sẽ được chú ý nhiều
[3].
Để tạo ra một polyme mới với nhưng tính năng ưu việt, có thể dùng nhiều
phương pháp khác nhau, tuy nhiên phải chịu nhiều phí tổn [1]. Song với phương pháp
blend hóa người ta có thể :
+ Sử dụng các máy móc và thiết bị thông dụng trong công nghệ và gia công
nhựa nhiệt dẻo để chế tạo và gia công vật liệu blend.
+ Chế tạo được vật liệu có tính chất là tổ hợp các tính chất tối ưu của các
polyme thành phần theo hướng có lợi, phù hợp với yêu cầu sử dụng khác nhau.
+ Tạo nên vật liệu có tính chất hoàn toàn mới so với các polyme thành phần.
+ Có khả năng tổ hợp nhiều loại polyme tổng hợp, nhân tạo và tự nhiên hiên có
[1,2,4,5].
Cao su thiên nhiên là một loại polyme tự nhiên, có tính đàn hồi cao, khả năng
phối trộn với các phụ gia, chất độn tốt, hợp phần có tính kết dính nội tốt. Có khả năng
gia công trên các thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo như ép, cán, tráng, đùn …Đặc biệt,
nó có tính chất cơ lý cao như: độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt, độ dãn dư sau khi
đứt, độ nén dư…
Ngoài ra cao su thiên nhiên có giá thành thấp và sẵn có ở Việt Nam cũng như
trên thế giới [4,5,6]. Tuy nhiên cao su thiên nhiên có những hạn chế nhất định như: khả
năng chịu dầu, chịu nhiệt chịu hóa chất kém, dễ bị lão hóa trong môi trường không khí,
đặc biệt nhanh hỏng dưới tác dụng của ozon. Vì vậy, cao su thiên nhiên thuần túy
không dùng làm cao su chất lượng cao trong kỹ thuật [1,4,5,6].
12
Ngược lại cao su butadienstyren có độ cứng lớn, khả năng chống mài mòn tốt,
có độ ổn định tốt trong các môi trường axit hữu cơ và vô cơ cũng như bazơ hay rượu,
nước nhưng lại ổn định kém đối với các dung môi như các hợp chất béo, hợp chất thơm
và các hydro cacbon clo hóa [20].
Cách đây vài thập niên, các chất độn và gia cường dạng bột cho sản phẩm cao
su có kích cỡ micoromet (µm) như: Than đen, graphit, một số loại oxyt… cũng đã làm
cho vật liệu cao su có những tính chất vượt trội về độ bền kéo đứt, khả năng chịu nén,
bền xé và chịu mài mòn…
Tuy nhiên với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, ở một số nước phát
triển đã có những nghiên cứu sử dụng các hạt khoáng nanoclay (kích cỡ nanomet) làm
phụ gia cho cao su tạo ra nguyên liệu dùng để sản xuất các loại gioăng, phớt, vỏ bọc lót
chống ăn mòn trong các thiết bị hóa chất…với những ưu điểm vượt trội.
Những năm gần đây, ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng
nanoclay làm phụ gia cho cao su thiên nhiên, clopren, butadien nitryl cho những kết
quả khả quan làm tăng đáng kể tính chất cơ lý, khả năng chịu thời tiết của cao su.
Theo hướng chế tạo vật liệu blend và ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật,
nhiêm vụ đặt ra là:
“ Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend trên cơ sở cao su butadienstyren/cao su
thiên nhiên với phụ gia nanoclay”
13
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ POLYME BLEND CSTN/CSBS
1.1. Hiểu biết chung về cao su thiên nhiên (CSTN)
1.1.1. Lịch sử phát triển
CSTN lần đầu tiên được các thổ dân Nam Mỹ sử dụng vào nửa cuối thế kỷ 16.
Khi ấy họ chỉ biết trích cây lấy nhựa rồi tẩm vào sợi làm giày dép đi rừng, leo núi.
Những chiếc giày làm bằng vải tẩm nhựa này có thời gian sử dụng không lâu lại dính
và gây cảm giác khó chịu. Sau đó các thổ dân đã biết sử dụng đất cát ở những nơi có
núi lửa hoạt động để xoa vào, vừa chống dính vừa kéo dài thời gian sử dụng [6,19].
Đến năm 1839, loài người phát minh ra quá trình lưu hóa cao su bằng lưu
huỳnh, các sản phẩm kỹ thuật được sản xuất từ CSTN tăng lên, đồng thời diện tích
trồng cây cao su cũng tăng lên [4,5,6].
Bảng 1.1: Tình hình sản xuất (SX), tiêu thụ (TT) CSTN trên thế giới.
Năm
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2007
2008
SX
3.845
4.300
5.708
5.922
6.566
7.180
9.850
10.000 9.500
TT
2.760
4.350
5.723
5.790
6.450
7.120
9.730
9.840
2009*
9.560
*Dự báo (theo tài liệu).Đơn vị: nghìn tấn.
Ở Việt Nam, diên tích trồng cây cao su cũng như sản lượng mủ khai thác không
ngừng tăng lên. Điều này thể hiện rõ qua bảng 1.2 và 1.3
Bảng 1.2:Diện tích cây cao su ở Việt Nam [4].
Năm thống kê
Diện tích trồng cao su ở Việt Nam(ha)
12/1975
72.200
1994
175.600
2008
601.800
14
Bảng 1.3: Sản lượng chế biến mủ cao su ở Việt Nam [4]
Năm
Sản lượng (tấn)
Năm
Sản lượng (tấn)
1977
41.000
1987
51.700
1978
34.500
1988
49.700
1979
41.270
1989
50.600
1980
41.000
1990
57.900
1981
43.600
1991
64.600
1982
46.000
1992
67.000
1983
47.200
1993
80.000
1984
47.200
1994
94.700
1985
47.900
2000
290.800
1986
50.100
2008
644.200
1.1.2. Mủ cao su thiên nhiên ( Latex)
Mủ cao su thiên nhiên là dạng nhũ tương trong nước của các hạt cao su với hàm
lượng phần khô từ 28 ÷ 40%. Kích thước hạt cao su rất nhỏ, cỡ khoảng 0,05 ÷ 3 µm và
có hình quả trứng gà. Trong 1 gam mủ cao su với hàm lượng phần khô 40% có 5.103
hạt với đường kính trung bình 0,26 µm, tất cả các hạt này đều ở trạng thái chuyển động
Browner [5,6,19].
1.1.2.1. Cấu tạo hóa học của hạt latex
Hạt latex có cấu tạo gồm 2 lớp : lớp trong cùng là cacbuahidro, lớp ngoài – vỏ
bọc, là lớp hấp phụ làm nhiệm vụ bảo vệ latex không bị keo tụ.Thành phần chính của
lớp bảo vệ là các hợp chất chứa nitơ thiên nhiên: protein, các chất béo và muối xà
phòng của axit béo [1,6,19].
1.1.2.2. Thành phần, tính chất của latex
Thành phần của latex phụ thuộc vào tuổi cây cao su ,khí hâu, thổ nhưỡng nơi
cây sinh trưởng, phát triển và mùa thu hoạch mủ.Tuy nhiên, thành phần chính của mủ
cao su thiên nhiên được cho trong bảng 1.4.
15
Bảng 1.4: Thành phần của latex [10,11].
Nước
52,3 ÷ 67(%)
Cacbuahydro
29,5 ÷ 37,3(%)
Polysacarit
1,2
÷ 4,2(%)
Nhựa thiên nhiên
1,0
÷ 3,4(%)
Protêin
1,9
÷ 2,7(%)
Chất khoáng
0,2
÷ 0,4(%)
Các hạt latex mủ cao su thiên nhiên mang điện tích tích âm, giá trị điện tích phụ
thuộc vào nồng độ mủ, trị số pH của môi trường, dao động từ 40-110(mV). Khối lượng
riêng của latex phụ thuộc vào nồng độ mủ , dao động 914-917 (kg/m3).
Khi chảy ra từ cây cao su, mủ CSTN có tính kiềm pH = 7,2. Sau vài giờ, pH
giảm xuống còn 6,5÷6,6 và latex dần bị keo tụ. Do vậy, khi khai thác thường sử dụng
chất ổn định pH môi trường như dung dịch NH3 0,5% với 3 ÷ 5% thể tích, duy trì pH =
10 ÷ 11 [5,6,19].
1.1.3. Thành phần và cấu tạo hóa học của CSTN
1.1.3.1. Thành phần của CSTN
Tùy thuộc vào tuổi của cây cao su, cấu tạo thổ nhưỡng nơi cây sinh trưởng, khí
hậu, mùa khai thác mủ và phương pháp sản xuất mà CSTN có thành phần khác nhau.
Bảng 1.5: Thành phần chính của CSTN [4,5].
STT Thành phần chính (%)
Loại cao su
Hong khói
Crep trắng
Bay hơi
1
Cacbuahidro
93 ÷ 95
93 ÷ 95
85 ÷ 90
2
Chất trích ly bằng axeton
1,5 ÷ 3,5
2,2 ÷ 3,45
3,6 ÷ 5,2
3
Chất chứa nitơ
2,2 ÷ 3,5
2,4 ÷ 3,8
4,2 ÷ 4,8
4
Chất tan trong nước
0,3 ÷ 0,85
0,2 ÷ 0,4
5,5 ÷5,72
5
Chất khoáng
0,15 ÷ 0,85
0,16 ÷ 0,85
1,5 ÷ 1,8
6
Độ ẩm
0,2 ÷ 0,9
0,2 ÷ 0,9
1,0 ÷ 2,5
- Xem thêm -