Nghiên cứu chế tạo cao su mặt lốp trên cơ sở nanocomposite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG SỸ LUÂN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU MẶT LỐP TRÊN
CƠ SỞ NANOCOMPOSITE

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÁY - 605204

S KC 0 0 0 2 5 9

Tp. Hồ Chí Minh, 2005


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀN H PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG SỸ LN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU MẶT LỐP
TRÊN CƠ SỞ NANOCOMPOSITE

Chuyên ngành : CÔN G NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số ngàn h : 60 52 04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. HỒNG TRỌNG BÁ

Tp. Hồ Chí Minh, 2005


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀN H
TẠI TRƯỜN G ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀN H PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. HỒNG TRỌNG BÁ
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1: ...................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: ...................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨTRƯỜN G ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ngày ……… tháng ……… năm 2005.

LÝ LỊCH KHOA HỌC

Họ và tên : Dương Só Luân
Ngày sinh : 10/03/1975

Nơi sinh: Sài Gòn

Đòa chỉ liên lạc: 560/8 Vườn Lài, P. Tân Thành, Q. Tân Phú, TP.HCM
Quá trình đào tạo:
- 1994 – 1999: học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
Quá trình công tác:
- 1999- 2005: Công tác tại Cty CP SX & TM Minh Phúc.


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Hoàng Trọng Bá, người đã
hướng dẫn và giúp đỡ tôi thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của thầy Đinh Tấn Thành Giám Đốc Côn g Ty TNHH Cao Su Kỹ Thuật Tiến Bộ, đã tạo điều kiện thuận lợi
cho tôi thực hiện các một số thí nghiệm tại công ty.
Xin gởi lời cảm ơn đến tập thể nhân viên trung tâm thí nghiệm cao su Bình
Lợi (Bình Triệu), Cô Thái Thò Thu Hà trung tâm thí nghiệm polymer Trường Đại
Học Bách Khoa Tp.HCM
Cảm ơn anh Nguyễn Thanh Phi Vân (NV: kỹ thuật hóa) và tập thể nhân viên
phòng kỹ thuật công ty cổ phần SX & TM Minh Phúc đã tạo điều kiện về thời gian
trong quá trình thực hiện luận văn này.
Xin cảm ơn gia đình, bạn bè bằng hữu luôn chia sẻ khó khăn với tôi trong
những ngày tháng học tập.

Dương Só Luân

1


MỞ ĐẦU
Nanocomposite là loại vật liệu mới ra đời từ thập niên 90 của thế kỷ 20.
Vẫn được làm từ những nguyên liệu thông thường như nền hữu cơ, khoáng
sét biến tính với chất hoạt động bề mặt, vật liệu tạo thành có những tính chất rất ưu
việt đã thu hút sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu cơ bản, cũng như
những nghiên cứu ứng dụng trong công nghệ composite hiện nay.
Ở nước ta, trong những năm gần đây ngành công nghiệp chế tạo lốp xe đã và
đang dần chiếm lónh thò trường trong nước bởi những tính năng vượt trội so với
những thập niên 70, cụ thể là thương hiệu lốp xe CASUMINA của tổng công ty cao
su Miền Nam, song vẫn chưa đủ sức cạnh tranh với các thương hiệu nổi tie áng khác
như: Bridgestone Corporation, Goodyear Tire & Rubber Co, Akron USA,
Yokohama Rubber Company Ltd, Tokyo, Japan…..
Tuy nhiên, ở mỗi công ty đều có những đơn pha chế riêng để sản xuất ra
những chủng loại sản phẩm đặc trưng cho từn g khu vực (quốc gia, châu lục), từng
mùa. Đặc biệt, nước ta là một quốc gia đang phát triển, hệ thống giao thông đường
bộ còn nhiều bất cập với tình trạng các xe lưu thông quá tải nên các sản phẩm lốp
xe khi sử dụng thường có hiện tượng mòn lốp diễn ra nhanh chóng. (không xãy ra
đối với các lốp ôtô của Nhật, Mỹ. .
Do đó để giải quyết được vấn đề trên, trong luận văn này chúng tôi tiến hành
nghiên cứu chế tạo hỗn hợp cao su mặt lốp bằng phương pháp in-situ với khoáng sét
nhằm tạo ra một hỗn hợp cao su mặt lốp đáp ứng được các yêu cầu về tính năng cơ
lý theo tiêu chuẩn kỹ thuật của Công ty Công Nghiệp Cao Su Miền Nam.
Hiện nay pha chế cao su mặt lốp của Casumina vẫn không tốt, lốp thường
hay bò bể gai, nổ hông và quan trọng nhất là giữa lớp vải và cao su mặt lốp không
có liên kết chặt chẽ.

2


Keát caáu voû xe

3


MỤC LỤC
Trang phụ bìa

Trang

MỞ ĐẦU

2

MỤC LỤC

3

CHƯƠNG I: TỔN G QUAN

6

I. TỔN G QUAN

7

I.1 Tính chất của cao su thiên nhiên

7

I.1.1 Tính chất vật lý của cao su thiên nhiên

7

I.1.2 Tính chất hoá học của cao su thiên nhiên

7

I.1.3 Lưu hoá cao su

9

I.2 Sơ lược về vật composite

10

I.2.1 Đònh nghóa

10

I.2.2 Phân loại

10

I.2.3 Đặc điểm và các yếu tố ảnh hưởng lên tính chất của composite

11

I.3. Nanocomposite

12

I.3.1 Sự khác biệt giữa composite & nanocomposite

12

I.3.2 Vật liệu gia cường

12

I.3.3 Tính chất của montmorillonite

16

I.3.4 Khoáng sét biến tính

17

I.4 Phân loại nanocomposite

21

I.5 Các phương pháp tổng hợp và cơ chế tạo thành nanocomposite

22

I.5.1 Phương pháp tách lớp – hấp phụ

22

I.5.2 Phương pháp trùng hợp insitu

24

I.5.3 Phương pháp melt intercalation

25

II. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN

26
4


CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

27

A. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

28

I . NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

28

I.1 Nguyên liệu

28

I.2 Thiết bò thí nghiệm

28

II. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NANOCOMPOSITE

30

II.1 Phương pháp sử dụng nhiễu xạ tia X (XRD)

30

II.2 Phương pháp phân tích cơ lý động DMA

33

II.3 Các phương pháp khác

34

B. THỰC NGHIỆM

37

I. XÁC ĐỊNH KHẢ NĂN G TƯƠNG HP CỦA HỖN HP CAO SU
NR + BR BẰNG CÁCH XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ THỦY TINH HOÁ 37

II. XÁC ĐỊNH KHẢ NĂN G TRỘN KHOÁNG SÉT, MUỐI, NR (70%)
VÀ BR (30%)

38

III. QUY TRÌNH THỰC HIỆN

41

IV. CHỌN CÁC YẾU TỐ KHẢO SÁT

42

V. CHỌN ỨN G DỤN G

42

VI. ĐƠN PHA CHẾ

43

VII. CÁC TIÊU CHUẨN XÁC ĐỊNH CƠ LÝ THEO TCVN 1592-87

43

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

46

I. KHẢO SÁT VÀ BÀN LUẬN TRÊN GIÃN ĐỒ LƯU HOÁ

47

I.1 Khảo sát các mẫu A, B, C, D, E

47

I.2 Khảo sát các mẫu D, E, F, G

47

II. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN TRÊN PHỔ ĐỒ X –RAY

5

49


III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN TRÊN CÁC TÍNH NĂN G CƠ LÝ
III.1. Các đơn pha chế

61
61

III.1.1 Mẫu A

61

III.1.2 Mẫu B

62

III.1.3 Mẫu C

62

III.1.4 Mẫu D

63

III.1.5 Mẫu E

64

III.1.6 Mẫu F

65

III.1.7. Mẫu G

66

III.2. Biểu đồ cột biểu diễn các giá trò trung bình

66

III.3. Bảng giá trò trung bình biểu diễn % Đònh dãn và Lực đứt

72

III.4 Khảo sát độ mài mòn, độ cứng các mẫu A, E & G

74

III.5 Khảo sát độ bám đường và bon đường các mẫu A, E & G

75

IV. TỐI ƯU HOÁ TRONG VẤN ĐỀ SỬ DỤN G MUỐI ALIQUAT

76

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

79

TÀI LIỆU THAM KHẢO

82

PHỤ LỤC

84

6


CHÖÔNG I:
TOÅN G QUAN

7


I. TỔN G QUAN
I.1. Tính chất của cao su thiên nhiên
I.1.1. Tính chất vật lý của cao su thiên nhiên [6].
Vài tính chất vật lý của cao su thiên nhiên:
- Tỷ trọng:

0,92

- Chiết suất

1,52

- Hệ số trương nở thể tích

0,00062 / 0C

- Khả năng toả nhiệt khi đốt

10,7 ca l / gam

- Độ dẫn nhiệt

0,00032 cal/ giây / cm3 / 0 C

- Hằng số điện môi

2,37

- Hệ số công suất

0,15 + 0,20 (1000 chu kỳ)

- Trở kháng thể tích

1015  / cm3

I.1.2 Tính chất hoá học cao su thiên nhiên
Cao su thiên nhiên là đại phân tử gồm nhiều đơn vò isoprene (C 5H8)n, Mn=
50.000 đến 3.000.000, có hai loại đồng phân: cis và trans. Đồng phân cis thường cho
cao su có tính chất cơ lý tốt hơn nhiều so với đồng phân trans.

HìnhI.1: Hai loại đồng phân của polyisopren
Ở Việt Nam thường trồng loại cao su giống Hevea Brasiliensis có lớn hơn 99%
đồng phân cis trong dây phân tử cao su.
Chính sự đều đặn này (khác với polyisopren tổng hợp) làm cho cao su kết tinh
khi bò kéo căng, lực kéo đứt của cao su sống rất cao.
8


Mỗi đơn vò C5H8 của dây phân tử có một nối đôi (chưa bão hoà) nên có thể lưu
hoá dễ dàng với lưu huỳnh; và chính điều này làm cho cao su thiên nhiên dễ bò oxy,
ozon tác kích dẫn đến tình trạng lão hóa (đứt mạch), do đó tính chòu nhie ät của cao
su kém. Cao su thiên nhiên dễ bò phân hủy ở 192 0C. Ngoài ra dây phân tử cao su
thiên nhiên không có cực nên dễ bò hoà tan trong dầu khoáng nhưng lại không tan
trong aceton.
Ngoài phản ứng cộng vào các nối đôi bình thường còn có thể xảy ra các phản
ứng khác như phản ứng thế, hủy, đồng phân hóa, vòng hóa (nhờ hydro H  ở nhóm

CH3) polymer hoá. Tuy nhiên khó phân biệt chính xác loại phản ứng nào xảy ra vì
có thể nhiều phản ứng xảy ra cùng một lúc.
Nhìn chung cao su thiên nhiên là loại Polymer có các tính chất sau:
 Cao su thô có độ bền và tính bắt dính cao
 Cơ tính tốt (kháng đứt, kháng xé, ...)
 Nhiệt nội sinh thấp
 Mềm dẻo ở nhiệt độ thấp
 Kết dính tốt với các loại sợi
 Chòu nước, acid, baz loãng
 Kháng lão hoá kém (ozon, oxy, UV, nhiệt độ)
 Độ trương nở cao
Cao su thiên nhiên ngày càng được dùng nhiều cho các sản phẩm tiêu dùng và
công nghiệp như : thảm lót, đệm giảm chấn, nệm hơi, keo dán, đường ống dẫn khí,
hơi,... cũng như các trang thiết bò y dược; cho đến những sản phẩm yêu cầu tính
năng cao như săm , lốp xe ôtôâ, xe gắn máy, xe đạp, xe nông nghiệp, băng tải, ....

9


5%

2% 2%

10%

14%
67%

Vỏ ruộ t xe
Sả n phẩ m cơ khí

Sả n phẩ m latex
Ngà nh giầ y
Keo dá n
Sả n phẩ m khá c

Hình I.2: Đồ thò phân bố lượng cao su thiên nhiên sử dụng trong các lónh vực
I.1.3 Lưu hóa
Bản chất của phản ứng lưu hóa là tạo các liên kết ngang, ngăn sự trượt giữa các
mạch cao su. Lưu huỳnh tác dụng với H 2 tại vò trí  của cả hai mạch cao su và tạo
thành cầu nối liên kết. Cầu nối này có thể bao gồm hai hay nhiều nguyên tử lưu
huỳnh.
Có nhiều loại công thức lưu hóa khác nhau và nhiều phụ gia đi kèm. Trong đó
có ba công thức chính: lưu hóa thông thường (conventional-CV), lưu hóa bán hiệu
quả (Semi-effcient vulcanization-SEV), và lưu hóa hiệu quả (effcient vulcanizationEV). Các công thức này khác nhau chủ yếu ở hàm lượng lưu huỳnh và tỉ lệ chất xúc
tiến, kết quả sẽ tạo các kiểu cấu trúc mạng lưới khác nhau trong vật liệu cao su [18,
19].
Công thức của phương pháp lưu hóa thông thường:
Cao su ..................................................100%
ZnO .......................................................5%
Acid Stesric ...........................................2%
Phòng lão CBS ………………………………..…………….2%
Xúc tiến ………………………………………….………………..1.5%
Lưu huỳnh ……………………………………………….………..2 %
10


Ngoài những thành phần cơ bản trên, trong các công thức lưu hóa thường có
chất tăng hoạt hoặc trì hoãn lưu hóa, chất phòng lão, bột độn, chất tạo xốp.

HìnhI.3: Mô hình liên kết trong lưu hóa

I.2 Sơ lược về vật liệu composite
I.2.1. Đònh nghóa
Composite là loại vật liệu được tổ hợp từ những vật liệu có bản chất khác nhau,
gồm hai thành phần chính là nền (matrix) và cốt (reinforced materials), ngoài ra
còn có các phụ gia khác.
Vật liệu tạo thành có tính năng vượt trội hơn hẳn các vật liệu thành ph ần khi xét
riêng lẻ [1].
I.2.2. Phân loại
Composite được phân loại theo hai cách:
-

Theo hình dạng của vật cốt.

-

Theo bản chất của vật liệu nền.

a. Theo hình dạng của vật liệu côt, composite được chia thành hai loại :
-

Composite cốt sợi: vật liệu cốt là các sợi (sợi thủy tinh, sợi cacbon, amid,
sợi kim loại,…), có thể phân bố ở dạng liên tục hay gián đoạn trong nền.
Người ta có thể điều khiển sự phân bố, phương của sợi để tạo ra những
vật liệu có cơ tính theo mục đích sử dụng riêng.

11


-

Composite cốt hạt: vật liệu cốt là các hạt như silica, khoáng sét, hạt kim
loại,… được dùng để nâng cao cơ tính của vật liệu nền, giảm độ co ngót,
tăng khả năng chòu va đập, chòu mài mòn ,…

b. Theo bản chất của vật liệu nền, có ba loại:
-

Composite nền hữu cơ: là các loại nhựa nền có nguồn gốc hữu cơ như
nhựa nhiệt dẻo PP, PE, PVC, PET,… và nhựa nhiệt rắn: polyester,
polyurethane, epoxy,…

-

Composite nền khoáng (gốm).

-

Composite nền kim loại (hợp kim AL, Ti,…).

Vật liệu nền hữu cơ thường được sử dụng rộng rãi trong nhiều lónh vực khác
nhau nhưng nhiệt hạn chế trong khoảng 2000 – 3000C, trong khi đó composite nền
kim loại có thể chòu nhiệt ở 6000C và trên 1000 0C với composite nền khoáng
(gốm).[2]
I.2.3. Đặc điểm và các yếu tố ảnh hưởng lên tính chất của composite
 Đặc điểm:
-

Cơ tính của vật liệu được đặc trưng bằng hai thông số: modul (E/  ) và
ứng suất (  /  ) . Các thống số này ở composite thường cao hơn so với
nhựa nền ban đầu.

-

Để đạt yêu cầu sử dụng, hàm lượng thành phần cốt phải ở mức rất cao so
với nền, tỷ lệ này có thể tăng đến 40-50% về khối lượng.

-

Vật liệu composite tạo thành có thể cải thiện những tính chất của vật liệu
như độ cứng, giảm khả năng thấm dầu, giảm tính bắt cháy của sản
phẩm,…[3]

 Các yếu tố ảnh hưởng lên tính năng cơ lý của composite

12


Với một hệ phức tạp như composite sẽ có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng lên tính
năng của vật liệu cuối cùng [4], các yếu tố này không chỉ phụ thuộc vào bản
chất của các nguyên vật liệu sử dụng ban đầu mà còn phụ thuộc vào :
-

Cách phân bố, sắp xếp của vật liệu cốt trong nhựa nền, hình thái các pha
trong hệ composite.

-

Tính chất bề mặt giữa các pha, sự tương tác trên bề mặt liên diện của nền
và pha cốt.

I.3. Nanocomposite
Giống như composite truyền thống, nanocomposite cũng được hình thành từ ít
nhất hai loại vật liệu có bản chất khác nhau. Tuy nhiên, nanocomposite được tạo ra
khi pha pha nền và pha cốt liên kết với nhau ở cấp độ nanomét[5].
I.3.1. Sự khác biệt giữa composite và nanocomposite
-

Hàm1ượng pha gia cường ở composite thường chiếm 40-50% khối lượng, với
nanocomposite, hàm lượng này ở mức thấp hơn rất nhiều (< 5%).

-

Nếu như composite truyền thống liên kết giữa hai pha ởp cấp độ mili met và
micromet, trong nhiều trường hợp ta có thể quan sát được bằng mắt thường
thì ngược lại, nanocomposite được hình thành khi pha gia cường phân bố ở
cấp độ nanomet mà mắt thường khôntg thể thấy.

-

Khả năng cải thiện các tính chất của vật liệu composite (thường là mul).
Phụ thuộc vào bản chất của vật liệu gia cường. Nanocomposite cho các tính
năng cơ lý cao hơn nhiều so với vật liệu nền ban đầu [2].

I.3.2 Vật liệu cốt (gia cường):
Cấp độ liên kết giữa hai pha trong hệ nanocomposite là điểm khác biệt cơ bản
của nanocomposite với composite truyền thống. Người ta chọn khoáng sét chủ yếu
để gia cường cho nanocomposite nhờ vào cấu trúc sau[7]:
13

-

Diện tích bề mặt tiếp xúc rất lớn, đặc biệt là montmorillonite 700-800 m2/g.

-

Có khả năng trao đổi cation và độ trương nở tốt.

a. Cấu trúc của khoáng sét [7]
Khoáng sét tự nhiên là các alumosilicat có cấu trúc từ hai đơn vò cơ bản:
-

Tứ diện SiO44-

-

Bát diện MO6 (M: Al, Fe, Mg, …)

Các lớp tứ diện SiO44- liên kết thành mạng tứ diện qua nguyên tố oxy theo
không gian hai chiều. Oxy góp chung nằm trên một mặt phẳng và gọi là oxy đáy.
Các oxy đáy này liên kết và tạo ra những khoảng trống có sáu cạnh, mỗi đỉnh của
hình sáu cạnh chính là nguyên tố oxy. Oxy cuối mạng tứ diện được gọi là oxy đỉnh.

Hình I.4: Cấu trúc mạng tứ diện của khoáng sét
Tương tự như mạng tứ diện, mạng bát diện cũng được tạo thành từ các bát diện
MO6 qua nguyên tố oxy theo không gian hai chiều.

Hình I.5 : Cấu trúc mạng bát diện của khoáng sét .
Hai loại cấu hình này sắp xếp luân phiên nhau theo những trật tự nhất đònh tạo
ra những lớp khoáng sét có cấu trúc lớp 1:1, 2:1, 2:1:1.

14


-

Nhóm khoáng sét 1:1: cấu trúc lớp cơ bản gồm một mạng tứ diện liên kết với
mạng bát diện, đại diện lớp này là kaolinite, halloysite...

-

Nhóm khoáng sét 2:1: cấu trúc lớp cơ bản gồm hai mạng tứ diện liên kết với
mạng bát diện, đại diện nhóm này là montmorillonite, vermiculite,...

-

Nhóm khoáng sét 2:1:1: gồm một cấu trúc tương tự nhóm 2:1 nhưng có thêm
một mạng bát diện, đại diện nhóm này là clorite.

Khoáng sét sử dụng cho nanocomposite thường thuộc nhóm bentonite có cấu
trúc lớp 2:1 với các khoáng chính là montmorillonite, hectorite, saponite. Công thức
tổng quát của các khoáng thường dùng được cho trong bảng I.I
Tên khoáng

Công thức

Mật độ điện tích lớp
(trên đơn vò O 20 0

Montmorillonite

Mx(Al4Mgx)[Si8O20](OH)4

0.6-1.0

Hectorite

Mx(Mg6-xLix)[Si8O20](OH)4

0.4-1.2

Saponite

MxMg6 (Si8-xalx)[Si8O20](OH)4

0.6-1.2

M = cation hoá trò I
x

: mức độ thay thế đồng hình

Trong [ ] là công thức cấu trúc đặc trưng, ( ) chỉ rõ sự thay thế đồng hình của
các nguyên tố trong dấu ngoặc này.
b. Cấu trúc của montmorillonite:

15


~10A 0

Hình I.6: Cấu trúc của một lớp khoáng montmorillonite
Giữa các lớp khoáng sét là khoảng không gian chứa các cation trao đổi nước và
hấp phụ. Chiều dày của một lớp cấu trúc montmorillonite (cấu trúc 2:1) là 9.6 0. nếu
kể cả lớp cation trao đổi và lớp nước hấp phụ thì bề dày tăng lên k hoảng 15A0.

Hình I.7: Mô hình tập hợp các hạt sét

Hình I.8: Mô hình cấu trúc lỗ trống của hạt sét

16


I.3.3 Tính chất của montmorillonite [8]
a. Tính trương nở : Đây là đặc tính quan trong của montmorillonite.
Khi hai lớp khoáng sét ở cạnh nhau, chúng liên kết với nhau bằng lực Van Der
Waals yếu gây nên bởi dãy –O-Si-O- mà không phải là nhóm –OH nên không có
liên kết hydro. Chính vì vậy mà khoảng cách giữa hai lớp khoáng sét được nông ra
bởi nước và các chất lỏng phân cực khác gây ra hiện tượng trương nở mạnh rất đặc
trưng của montmorillonite.
Có thể thay đổi sự trương nở, khả năng hấp phụ nước và độ phân tán của
montmorillonite bằng cách thay thế các cation giữa các lớp khoáng bằng các cation
khác để tạo ra montmorillonite có tính chất khác phù hợp với yêu cầu sử dụng.
b. Tính trao đổi ion
Trao đổi ion nói chung được đònh nghóa là khả năng của vật liệu rắn hấp thụ các
ion có điện tích âm hoặc dương từ dung dòch điện ly và giải phóng một lượng cân
bằng các ion khác trở lại dung dòch. Đây là quá trình cân bằng, có thể xãy ra theo
chiều ngược lại. Đối với đất sét chỉ xãy ra sự trao đổi cation do bề mặt mang điện
tích âm, đất sét hấp thụ những ion mang điện tích dương từ dung dòch điện ly.
Clay-Xn+ + Ym+

Clay-Ym+ + Xn+

Nguyên nhân tạo ra khả năng này của montmorillonite là sự thay thế đồng hình
Si4+ bằng Al3+ (Fe3+) trong mạng tứ diện và Al 3+ bởi Mg2+ trong mạng bát diện là
xuất hiện điện tích âm trong cấu trúc. Điện tích âm đó bù trừ bởi các cation trao đổi
giữa các lớp, thông thường là các kim loại kiềm (Na + , K +) và các loại kiềm thổ
(Ca +, Ba+ ,…)
Dung lượng trao đổi cation này (được thể hiện qua khả năng trao đổi cation) thay
đổi trong khoảng rộng từ 80 – 140 meq/100g, chúng phản ánh hai tính chất cơ bản
của montmorillonite: diện tích bề mặt và điện tích âm trong mạng lưới khoáng sét.

17