Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nano compozit trên cơ sở blend của cao su thiên nhiên với cao su nitril butadien và một số phụ gia nano (tóm tắt)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG 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 SỸ KHOA HỌC


Luận văn được hoàn thành tại:
Phòng Công nghệ Vật liệu và Môi trường – Viện Hóa học – Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đỗ Quang Kháng – Viện Hóa
học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Người phản biện khoa học:

 Phản biện 1: PGS.TS. Bạch Trọng Phúc – Đại học Bách
khoa Hà Nội.

 Phản biện 2: PGS.TS. Phạm Ngọc Lân – Khoa Hóa học –
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà
Nội.

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận văn
Khoa học và công nghệ nano là một lĩnh vực đang nổi lên trong
việc nghiên cứu và phát triển vật liệu mới. Vật liệu cao su
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…).
Đặc tính riêng biệt của vật liệu cao su 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, đồng thời cải thiện tính chất cơ lý
của vật liệu.
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. Để tăng khả
năng ứng dụng cho vật liệu cao su blend, các vật liệu này thường
được gia cường bằng một số chất độn gia cường như than đen, silica,
clay,... Các chất độn nano, có thể cải thiện đáng kể tính chất các sản
phẩm cao su. Từ những cơ sở trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên
cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nano compozit trên cơ sở
blend của cao su thiên nhiên với cao su nitril butadien và một số
phụ gia nano” làm chủ đề cho luận văn thạc sĩ của mình.
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án
Mục tiêu nghiên cứu
Đưa ra được điều kiện thích hợp để chế tạo vật liệu cao su nano
compozit trên cơ sở blend của cao su thiên nhiên với cao su nitril
butadien gia cường bằng nanosilica, ống nano carbon.
Nội dung nghiên cứu
- Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật liệu cao su nanocompozit

trên cơ sở blend của CSTN/NBR và nanosilica.
- Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật liệu cao su nanocompozit
trên cơ sở blend của CSTN/NBR và ống nano carbon.
3. Bố cục của luận án
Luận án dày 75 trang với 6 bảng và 31 hình. Kết cấu của luận án:
Lời mở đầu (2 trang), Chương 1 Tổng quan (24 trang), Chương 2 Vật
liệu và phương pháp nghiên cứu (5 trang), Chương 3 Kết quả nghiên
cứu và thảo luận (23 trang), Kết luận (2 trang), Phần Danh mục các


công trình khoa học đã được công bố liên quan đến luận án (1 trang),
Tài liệu tham khảo (6 trang).
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về vật liệu polyme nanocompozit và cao su
nanocompozit
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.
1.2. Các phụ gia nano
1.2.1. Ống nano carbon
- CNT có đường kính càng nhỏ thì khả năng hoạt động hóa học
càng mạnh. Song do ảnh hưởng của hiệu ứng kích thước và hiệu
ứng bề mặt của vật liệu nano nên CNT rất dễ bị kết tụ.
- Phương pháp biến tính bề mặt CNT: Về mặt lý thuyết để biến
tính vật liệu, chúng ta có thể dùng các phương pháp cơ, lý, hóa

tác động lên bề mặt của vật liệu. Nhưng chủ yếu là tập trung vào
việc xử lý hóa học bề mặt của vật liệu CNT để gắn các nhóm
chức lên bề mặt của CNT. Việc xử lý hóa học có thể hiểu đơn
giản là dùng các tác nhân hóa học tác dụng lên các nguyên tử
carbon trên thành ống.
1.2.2. Nanosilica
- Chất độn gia cường có hiệu quả do kích thước nhỏ, dễ phân tán vào
vật liệu. Nanosilica có tác dụng làm tăng khả năng tương hợp giữa
CSTN và NBR.
- Tính ưa nước của nhóm silanol trên bề mặt silica là nhược điểm làm
hạn chế khả năng ứng dụng của silica, do đó cần biến tính silica.
1.3. Cao su thiên nhiên và cao su nitril butadien
1.3.1. Cao su thiên nhiên (CSTN)
Có độ đàn hồi tuyệt vời, tính chất cơ học tốt và dễ gia công, kháng
lạnh tốt.
1.3.2. Cao su nitril butadien (NBR)
- Khả năng chịu môi trường dầu mỡ, dung môi hữu cơ.


- Ứng dụng màng bơm cao su nitrile kháng dầu, lớp lót trong các
đường ống, bọc trục, đế giày và các lớp lót thiết bị.
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Vật liệu nghiên cứu
- Cao su thiên nhiên (CSTN) loại SVR-3L (Công ty cao su
Đồng Nai).
- Cao su nitril butadien (NBR) Kosyl – KNB35L (Hàn Quốc).
- Ống nano carbon (CNT) của hãng Nanocyl S.A. (Bỉ).
- Nanosilica Reolosil (Akpa, Thổ Nhĩ Kỳ).
- Tác nhân ghép nối silan Si69 là bis-(3-trietoxysilyl propyl)
tetrasulphit (TESPT) và hỗn hợp dung môi toluen và isooctan

(50:50) (Trung Quốc).
- Các chất phụ gia gồm: Lưu huỳnh, oxit kẽm, axit stearic, xúc
tiến DM, xúc tiến CZ, phòng lão D.
- Hóa chất khác như CHCl3, NaOH, AlCl3, THF, axeton đều
là các hóa chất thông dụng của Trung Quốc, bột PVC-S của
Việt Nam.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Biến tính phụ gia nano
2.2.1.1. Phối trộn nanosilica với Si69
- Cân nanosilica (7% so với cao su) và Si69 (lượng Si69 thay đổi
từ 0-15% so với nanosilica), hỗn hợp này được nghiền trộn đều trong
cối sứ..
2.2.1.2. Biến tính CNT bằng polyvinylchloride (PVC)
- Cân 0,2g CNT và 0,5g PVC cho vào bình cầu 3 cổ có sẵn 30ml
CHCl3 khan, bình cầu được nối với một ống đựng CaCl 2 khan và
một ống dẫn khí khác được nhúng trong dung dịch NaOH 10% để
loại bỏ HCl sinh ra trong quá trình phản ứng. Thêm từ từ 0,5g
AlCl3 trong thời gian 1giờ, đồng thời khuấy trộn trong môi trường
nitơ ở 60oC trong 30 giờ tiếp theo. Sau khi làm nguội đến nhiệt độ
phòng hỗn hợp sản phẩm CNT-PVC được khuấy rung siêu âm
trong dung môi tetrahydrofuran (THF) 10 phút, lọc và rửa nhiều
lần bằng axeton và ete dầu hỏa, sấy ở 60oC trong 10 giờ.
2.2.2. Chế tạo mẫu cao su nanocompozit
Trên cơ sở đơn phối trộn từ cao su blend CSTN/NBR có tỷ lệ là
80/20 với các phụ gia cố định, ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia nano
tới tính chất của vật liệu đã được khảo sát. Thành phần cơ bản của các


mẫu được trình bày trong bảng sau:
Bảng 2.1: Thành phần cơ bản của mẫu vật liệu cao su nanocompozit

Hàm lượng
Thành phần
Pkl-phần khối lượng
CSTN
80
NBR
20
Kẽm oxit
4,5
Phòng lão D
0,6
Axit stearic
1,0
Xúc tiến D
0,2
Xúc tiến DM
0,4
Lưu huỳnh
2,0
Nanosilica (hoặc CNT)
Thay đổi
2.3. Phương pháp xác định một số tính chất cơ học của vật liệu
a. Tính chất cơ học: Độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt theo tiêu
chuẩn TCVN 4509 : 2006. Độ cứng được xác định theo tiêu chuẩn
TCVN 1595-1:2007. Độ mài mòn của được xác định bằng phương
pháp AKRON, theo tiêu chuẩn TCVN 1594-87.
b. Xác định khả năng lưu hóa của vật liệu: Quá trình lưu hóa của vật
liệu được khảo sát theo tính chất lưu biến trên thiết bị đo lưu biến của
hãng EKTRON.
c. Phương pháp xác định cấu trúc hình thái của vật liệu: bằng

phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) thực hiện trên thiết bị JSM6490 (JEOL-Nhật Bản).
d. Đánh giá khả năng bền nhiệt của vật liệu: Khả năng bền nhiệt của
các mẫu vật liệu cao su và cao su blend được đánh giá bằng phương
pháp nhiệt trọng lượng (TGA) được thực hiện trên thiết bị Labsys TG
của hãng Setaram (Pháp).
e. Đánh giá độ bền môi trường: Thông qua hệ số già hóa và khả
năng bền dầu mỡ của vật liệu.


Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su nanocompozit
trên cơ sở blend của CSTN/NBR và nanosilica
3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ học
của vật liệu
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính
chất cơ học của vật liệu được mô tả trong các hình dưới đây.

Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ

bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu

1


Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ

cứng và độ dãn dư của vật liệu

Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ

mài mòn của vật liệu
Nhận thấy rằng, khi hàm lượng nanosilica tăng lên, độ bền kéo
đứt, độ dãn dài khi đứt và độ bền mài mòn của vật liệu tăng lên khi
hàm lượng nanosilica tăng tới 7%. Sau đó, nếu hàm lượng nanosilica
tiếp tục tăng, độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt của vật liệu và độ
bền mài mòn của vật liệu lại có xu hướng giảm xuống. Riêng độ
cứng của vật liệu tăng lên liên tục nhưng với tốc độ chậm. Điều này
có thể giải thích do nanosilica là một loại gia cường cho vật liệu
polyme nói chung và cao su nói riêng. Khi có mặt của vật liệu này,
chúng phân tán đều trong vật liệu, tạo thành màng lưới riêng, đan xen
màng lưới polyme đã làm tăng tính chất cơ học của vật liệu. Riêng độ
cứng của vật liệu tăng không nhiều vì nanosilica là chất độn “mềm”
nên không làm tăng nhiều độ cứng của vật liệu [8]. Căn cứ những kết
quả thu được, chúng tôi chọn hàm lượng nanosilica biến tính blend
CSTN/NBR là 7% để tiến hành các khảo sát tiếp theo.
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Si69 tới tính chất cơ học của vật liệu
Để nâng cao khả năng tương hợp giữa nanosilica với chất nền
cao su và cũng làm tăng mức độ phân tán cho chất độn, nanosilica
được biến tính với tác nhân ghép nối silan Si69. Các hình dưới đây
trình bày sự ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân Si69 (so với
nanosilica) tới tính cơ học của vật liệu blend CSTN/NBR.

2


Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng Si69 tới độ bền kéo

đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu

3

Hình 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng Si69 tới độ cứng và

độ dãn dư của vật liệu

Hình 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng Si69 tới độ

mài mòn của vật liệu
Kết quả trên cho thấy, độ bền kéo đứt và độ cứng của blend tăng
khi hàm lượng Si69 tăng và đạt giá trị cực đại ở hàm lượng 5% Si69
(so với nanosilica hay 0,6% so với cao su). Điều này có thể giải
thích, Si69 có thể kết hợp với bề mặt chất gia cường nanosilica, mặt
khác, các nhóm chức hữu cơ của Si69 phản ứng với các liên kết đôi
của mạch cao su, dẫn đến hình thành cầu nối giữa phân tử chất gia
cường với phân tử cao su, do đó nâng cao khả năng gia cường cho
chất gia cường.
3.1.3. Cấu trúc hình thái của vật liệu
Cấu trúc hình thái của vật liệu được nghiên cứu bằng kính hiển vi
điện tử quét trường phát xạ (FESEM). Các hình dưới đây là ảnh chụp

4


FESEM bề mặt cắt của một số mẫu vật liệu cao su compozit trên cơ
sở blend CSTN/NBR với 3% nanosilica, 7% nanosilica, 10%
nanosilica và 7% nanosilica biến tính 5% Si69.

Hình 3.7: Ảnh FESEM bề mặt cắt của các mẫu

blend CSTN/NBR với hàm lượng 3% nanosilica

5


Hình 3.8: Ảnh FESEM bề mặt cắt của các mẫu blend

CSTN/NBR với hàm lượng 7% nanosilica

Hình 3.9: Ảnh FESEM bề mặt cắt của các mẫu blend

CSTN/NBR với hàm lượng 10% nanosilica
6


Hình 3.10: Ảnh FESEM bề mặt cắt của các mẫu blend
CSTN/NBR với hàm lượng 7% nanosilica biến tính 5%
Si69
Từ những hình trên cho thấy, khi hàm lượng nanosilica thấp (từ
3% đến 7%) các hạt nanosilica phân tán trong nền cao su khá đồng
đều, kích cỡ hạt khá nhỏ chỉ dưới 100 nm (hình 3.7 và 3.8). Chính vì
lý do này mà tính năng cơ học của vật liệu tăng lên. Khi hàm lượng
nanosilica tăng lên tới 10% thì trên bề mặt cắt của vật liệu xuất hiện
các tập hợp hạt cỡ gần 1 µm và sự phân bố nanosilica trong nền cao
su cũng không đồng đều (hình 3.9), làm giảm tính chất cơ học vật
liệu. Ảnh FESEM mẫu vật liệu CSTN/NBR/7% nanosilica
nanocompozit có thêm 5% tác nhân ghép nối silan Si69 (so với
nanosilica) cho thấy, các hạt nanosilica phân tán trong nền cao su
đồng đều hơn, kích thước hạt nhỏ hơn (cỡ 60 nm) và tương tác giữa
chất độn và nền cao su tốt hơn (hình 3.10).

3.1.4. Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu
Kết quả nghiên cứu được trình bày trong các hình và bảng dưới đây.

7


Hình 3.11: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su blend

CSTN/NBR

Hình 3.12: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su

CSTN/NBR/7% nanosilica
8


Hình 3.13: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su

CSTN/NBR/7% nanosilica bt 5% Si69
Nhận thấy rằng, nhiệt độ bắt đầu phân hủy và nhiệt độ phân hủy
mạnh đầu tiên (tương ứng với quá trình phân hủy của CSTN) của vật
liệu đều tăng khi có 7% nanosilica và nhất là mẫu có thêm tác nhân
ghép nối silan Si69. Nhiệt độ bắt đầu phân hủy của vật liệu tăng
mạnh từ 281,5°C lên 298,3°C và nhiệt độ phân hủy mạnh đầu tiên
tăng từ 372,2°C lên 375,3°C. Đối với mẫu vật liệu blend CSTN/NBR
không gia cường, xuất hiện pic nhiệt độ phân hủy mạnh thứ 2 ở
434°C (ứng với nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của NBR). Trong khi
đó ở các mẫu blend gia cường 7% nanosilica, pic này xuất hiện
không rõ. Bên cạnh đó, tổn hao khối lượng đến 600°C của vật liệu
cũng giảm từ 92,62 xuống còn 85,38%. Điều này có thể giải thích,

một mặt do nanosilica là chất độn vô cơ, có khả năng bền nhiệt cao.
Khi đưa vào phân tán đều trong nền cao su có tác dụng che chắn tác
động của nhiệt và cản trở quá trình phân hủy nhiệt của cao su. Mặt
khác, cũng giống như nanoclay, nanosilica (chưa và đã biến tính) còn
có tác dụng làm tăng khả năng tương hợp giữa CSTN và NBR, do
vậy nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của hai cấu tử đã tiến lại gần nhau
và gần như hòa vào nhau. Chính vì vậy, với hàm lượng nanosilica và
tác nhân ghép nối silan Si69 thích hợp đã làm tăng khả năng bền
nhiệt và tương hợp cho vật liệu.

9


3.1.5. Nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ của vật liệu
Để đánh giá đầy đủ hiệu quả gia cường của nanosilica, chúng tôi
tiếp tục nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ thông qua đánh giá độ
trương của vật liệu trong hỗn hợp dung môi toluen và isooctan (50:50).
Hình 3.14 là kết quả đo độ trương trong dung môi của vật liệu theo
TCVN 2752:2008.

Hình 3.14: Độ trương của các mẫu vật liệu trên cơ sở

CSTN/NBR trong hỗn hợp dung môi toluen và isooctan
Kết quả trên cho thấy, độ trương của các mẫu vật liệu trên cơ sở
blend CSTN/NBR đều tăng mạnh sau 6 giờ ngâm trong hỗn hợp
dung môi, sau đó tăng chậm và đạt cân bằng sau 48 giờ. Khi có thêm
7% nanosilica, độ trương của vật liệu giảm đáng kể, nhất là khi có
thêm 5% tác nhân ghép nối silan Si69. Điều đó minh chứng tác nhân
ghép nối silan Si69 đã tạo cầu nối giữa chất độn và cao su, dẫn đến
vật liệu có cấu trúc chặt chẽ đã cản trở sự xâm nhập của dung môi

(giảm độ trương) đồng nghĩa với việc làm tăng khả năng bền dầu mỡ
cho vật liệu.
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
3.2.1. Biến tính CNT bằng polyvinylchloride
Cấu trúc của CNT gồm nhiều nguyên tử carbon (C) trong đó mỗi
nguyên tử Csp2 lại tham gia liên kết với 2 nguyên tử Csp 3 gần giống
với vòng benzen. Dưới điều kiện thích hợp có mặt xúc tác axit Lewis
phản ứng thế Electrophin xảy ra dễ dàng. Vì vậy, việc thực hiện phản

10


ứng giữa polyvinylcloride với CNT có AlCl 3 khan làm chất xúc tác
có thể theo cơ chế như sau:

Hình 3.15: Sơ đồ phản ứng ghép PVC lên bề mặt CNT
Hàm lượng PVC ghép lên bề mặt CNT được xác định bằng
phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). Kết quả phân tích
TGA được trình bày trong các hình và bảng sau.

Hình 3.17: Giản đồ TGA của CNT

11


Hình 3.18: Giản đồ TGA của CNT-PVC
Kết quả trên cho thấy, ở khoảng trên 500oC mẫu CNT mới bắt
đầu bị phân hủy và phân hủy mạnh nhất ở 577 oC. Trong khi đó, ở
mẫu CNT-g-PVC nhiệt độ bắt đầu phân hủy ở khoảng 170 oC và phân

hủy mạnh nhất 1 ở khoảng 318 oC. Quá trình phân hủy, mất khối
lượng kéo dài đến khoảng 400oC thì dừng lại cho đến khoảng 450oC
lại tiếp tục giảm khối lượng và tốc độ mất khối lượng mạnh nhất ở
634oC. Bên cạnh đó, tổn hao khối lượng của mẫu CNT đến 400 oC là
khoảng 1,21%, trong khi đó ở mẫu CNT ghép PVC đã mất 24,28%
khối lượng. Điều này có thể giải thích do PVC bền nhiệt thấp (nếu
không có chất ổn định, khoảng 150 oC PVC đã bị phân hủy và tới
khoảng 380oC đã bị phân hủy hoàn toàn. Từ những kết quả phân tích
nhiệt trọng lượng giữa 2 mẫu CNT (chưa biến tính và biến tính) đã
xác định được hàm lượng PVC ghép lên bề mặt CNT là khoảng 23%
khối lượng.

12


Hình 3.19: Ảnh TEM của CNT

Hình 3.20: Ảnh TEM của CNT-g-PVC
Cấu trúc hình thái của CNT-g-PVC cũng được quan sát rõ ràng qua
hình ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM). CNT-g-PVC có đường kính
cỡ 25nm, lớn hơn đường kính của CNT ban đầu (10-15 nm), điều này
càng minh chứng PVC đã được ghép lên bề mặt ống CNT.
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng CNT biến tính và chưa biến tính
đến tính năng cơ học của vật liệu
Kết quả khảo sát thu được được trình bày trong các hình dưới đây.

13


Hình 3.21: Ảnh hưởng của hàm lượng chất gia cường tới

độ bền kéo đứt của vật liệu

Hình 3.22: Ảnh hưởng của hàm lượng chất gia

cường tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu

14


Hình 3.23: Ảnh hưởng của hàm lượng chất gia cường tới

độ cứng của vật liệu

Hình 3.24: Ảnh hưởng của hàm lượng chất gia cường tới

độ mài mòn của vật liệu
15


Nhận thấy rằng, chỉ cần một lượng nhỏ CNT (chưa biến tính và
biến tính) đã làm tăng đáng kể tính chất cơ học của blend
CSTN/NBR. Khi hàm lượng CNT và CNT-g-PVC tăng lên, các tính
chất cơ học (độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt) của vật liệu tăng lên
và đạt giá trị lớn nhất với hàm lượng CNT là 4% hoặc CNT-g-PVC là
3%. Điều này có thể giải thích do tại hàm lượng này, số lượng các
phần tử CNT hoặc CNT-g-PVC đạt mức tối ưu để gia cường cho vật
liệu, chúng sắp xếp theo trật tự nhất định và các sợi này tạo liên kết
bề mặt tốt với phân tử cao su. Khi hàm lượng CNT vượt quá 4%
cũng như đối với CNT-g-PVC là 3% thì các ống carbon nano được

sắp xếp theo nhiều hướng khác nhau tạo thành các ống dài dẫn đến sự
móc nối giữa các ống càng làm cho sự phân tán trở nên khó khăn dẫn
đến sự kết tụ làm giảm tính chất cơ học của vật liệu. Riêng độ cứng
của vật liệu tăng dần với sự tăng của hàm lượng CNT. Riêng đối với
CNT-g-PVC đã cải thiện tính chất cơ học của vật liệu rõ ràng hơn so
với CNT không biến tính. Điều này có thể giải thích do PVC tương
hợp tốt với NBR [7] nên sự có mặt của đoạn mạch PVC trên bề mặt
giúp cho CNT-g-PVC tương tác với nền cao su tốt hơn. Chính vì vậy,
các tính chất cơ học của vật liệu được cải thiện tốt hơn.
3.2.3. Cấu trúc hình thái của vật liệu
Cấu trúc hình thái của vật liệu được nghiên cứu bằng phương
pháp kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM). Các hình
dưới đây là ảnh FESEM bề mặt cắt của các mẫu vật liệu
CSTN/NBR/CNT và CSTN/NBR/CNT-g-PVC.
Từ các ảnh FESEM cho thấy, đối với mẫu CSTN/NBR/CNT
(hình 3.25, hình 3.26, hình 3.27) thì ống nano carbon phân tán chưa
thật đồng đều trong nền cao su và khả năng tương tác của chúng với
nền cao su chưa thật tốt. Trong khi đó mẫu CSTN/NBR/CNT-g-PVC
(hình 3.28), ống carbon nano biến tính phân tán đồng đều hơn và
chúng tương tác, bám dính tốt với nền cao su. Chính vì vậy, tính chất
cơ học cũng như khả năng bền nhiệt của mẫu CSTN/NBR chứa
CNT-g-PVC cao hơn so với mẫu chứa CNT. Mặt khác trên ảnh
FESEM còn cho thấy, đường kính ống CNT biến tính PVC lớn hơn
CNT không biến tính. Điều này càng khẳng định, PVC đã được ghép
lên bề mặt của ống nano carbon.

16


Hình 3.25: Ảnh FESEM của mẫu CSTN/NBR/3%CNT

Hình 3.26: Ảnh FESEM của mẫu CSTN/NBR/4%CNT

17


Hình 3.27: Ảnh FESEM của mẫu CSTN/NBR/6%CNT

Hình 3.28: Ảnh FESEM của mẫu CSTN/NBR/3%CNT-g-

PVC

18


3.2.4. Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu
Khả năng bền nhiệt của vật liệu được đánh giá bằng phương
pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). Kết quả phân tích TGA của
một số mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR, CSTN/NBR/CNT và
CSTN/NBR/CNT-g-PVC được trình bày trong các hình và bảng sau.

Hình 3.29: Giản đồ TGA của mẫu vật liệu CSTN/NBR

19