Nghiên cứu chế tạo dung dịch nano ứng dụng trong bảo quản lốp

Bài báo này trình bày về quá trình chế tạo dung dịch nano có khả năng tạo một lớp phủ mỏng, đồng nhất lên bề mặt của lốp trên cơ sở cao su. Lớp phủ này có tác dụng bảo quản vật liệu khỏi quá trình lão hoá bởi tác động của môi trường. Quá trình lão hoá được nghiên cứu bởi tủ gia tốc lão hoá. Các kết quả đã chỉ ra rằng lớp phủ trên cơ sở dung dịch nano có khả năng làm chậm quá trình lão hóa của vật liệu cao su.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo dung dịch nano ứng dụng trong bảo quản lốp Hóa học và Kỹ thuật môi trường NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DUNG DỊCH NANO ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN LỐP Nguyễn Mạnh Tường*, Nguyễn Thị Hòa, Nguyễn Trần Hùng, Nguyễn Văn Cành Tóm tắt: Bài báo này trình bày về quá trình chế tạo dung dịch nano có khả năng tạo một lớp phủ mỏng, đồng nhất lên bề mặt của lốp trên cơ sở cao su. Lớp phủ này có tác dụng bảo quản vật liệu khỏi quá trình lão hoá bởi tác động của môi trường. Quá trình lão hoá được nghiên cứu bởi tủ gia tốc lão hoá. Các kết quả đã chỉ ra rằng lớp phủ trên cơ sở dung dịch nano có khả năng làm chậm quá trình lão hóa của vật liệu cao su. Sau 400 giờ già hóa, vật liệu với lớp phủ vẫn chưa xuất hiện vết nứt trên bề mặt và độ giảm của lực kéo đứt ít hơn 2,6 lần so với vật liệu không phủ lớp bảo vệ. Từ khóa: Dung dịch nano, Ống nano cacbon, Bảo vệ chống lão hoá, Cao su. 1. MỞ ĐẦU Hiện nay cao su được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Chúng được dùng làm các vật liệu cách nhiệt trong các thiết bị (máy phát điện, máy biến áp...), làm chất kết dính, làm các lớp sơn phủ trong xây dựng, sản xuất săm, lốp trong ngành giao thông vận tải...[1]. Tuy nhiên dưới tác động của môi trường như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm… các vật liệu cao su có thể bị lão hóa dẫn đến sự thay đổi cấu trúc hóa học và làm giảm độ bền cơ lý của vật liệu [2]. Do đó việc nghiên cứu bảo quản các vật liệu bằng cao su như lốp xe khỏi sự lão hóa nhằm tăng tuổi thọ, nâng cao hiệu quả sử dụng và thân thiện với môi trường là việc làm hết sức cần thiết. Có hai phương pháp thường xuyên được sử dụng để bảo vệ cao su khỏi sự lão hoá. Thứ nhất là phương pháp phối trộn trực tiếp các chất ổn định, chống lão hoá vào quá trình gia công, sản xuất với tỉ lệ thích hợp [3,4]. Hiện nay phương pháp này được sử dụng khá phổ biến tuy nhiên còn nhiều hạn chế. Khi phối trộn sẽ ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ, độ đa phân tán của chất ổn định UV kém. Do đó hiệu quả đạt được không cao và ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của vật liệu. Hơn nữa phương pháp này có các thành phần đều cố định sau khi gia công nên khó linh động với các điều kiện sử dụng khác nhau và không áp dụng được với các vật liệu cao su đã chế tạo thành sản phẩm. Phương pháp thứ hai là sử dụng lớp phủ bảo vệ. Lớp phủ bảo vệ là một lớp mỏng được phủ lên vật liệu cần được bảo vệ. Thành phần của lớp phủ này bao gồm các chất ổn định và các chất hấp thụ UV có tác dụng hấp thụ các bức xạ UV và làm giảm quá trình phân huỷ do tác động bên ngoài [5]. Chất hấp thu UV phải có khả năng hấp thu bước sóng ở vùng từ 290 – 400 nm, trong suốt đối với các bức xạ khác và không có màu [6,7]. Thành phần lớp phủ còn có chất kết dính, tạo màng, chất làm bóng nhằm liên kết các chất ổn định, chống lão hóa với vật liệu polyme cần được bảo vệ. Ngoài tác dụng hấp thụ UV, chống lão hóa nhiệt, màng bảo vệ 196 N.M. Tường, N.T. Hòa, …,“Nghiên cứu chế tạo dung dịch … bảo quản lốp.” Nghiên cứu khoa học công nghệ còn có tác dụng ngăn cản vật liệu tiếp xúc với oxy, ozon, hơi nước trong không khí, do đó nâng cao khả năng chống lão hóa của vật liệu. Trong bài báo này chúng tôi lựa chọn phương pháp thứ hai, sử dụng một lớp phủ để nghiên cứu chống lão hóa lốp trong điều kiện niêm cất, bảo quản. Lớp phủ trên cơ sở chất kết dính và các chất ổn định, các hạt nano như TiO2, ZnO, SiO2, ống nano cacbon… hoàn toàn có khả năng bảo vệ vật liệu khỏi sự lão hóa. Các hạt nano có khả năng hấp thụ các tia cực tím do đó làm giảm quá trình quang hóa gây ra sự oxy hóa. Khả năng chống lão hóa được tuân theo cơ chế dập tắt các gốc tự do sinh ra trong quá trình lão hóa và phụ thuộc vào số lớp, và chức năng hóa bề mặt của ống nano cacbon. Bề mặt ống nano cacbon càng nhiều nhóm hydroxy thì khả năng chống lão hóa càng lớn [6,7]. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hoá chất và thiết bị Các hoá chất được sử dụng trong nghiên cứu là các hoá chất như TiCl4, axit chlohydric 36%, axit sunfuric 98%, polyethylenglycol (PEG), polyvinylalcohol (PVA), polymetylmetacrylat (PMMA), chất chống oxi hoá và các hoá chất khác. Ống nano cacbon được sử dụng là các ống nano cacbon điều chế bằng phương pháp nhiệt phân khí hyđrocacbon tại phòng Vật liệu nano/Viện Hoá học – Vật liệu. Các mẫu TEM được chụp trên kính hiển vi điện tử truyền qua JEOL TEM 5410 có điện thế 40-100kV, độ phân giải với điểm ảnh là 0,2 nm, đối với ảnh mạng tinh thể là 0,15, độ phóng đại từ 20-500.000 lần. Các mẫu SEM được chụp trên kính hiển vi điện tử quét Jeol JSM – 7500F. Giản đồ phân bố cỡ hạt được đo bởi máy phân tích cỡ hạt LA-950V2/Horiba với dải đo 0,01µm – 3000 µm, độ phân giải < 0,01 µm. Ảnh MO của vật liệu được chụp bởi kính hiển vi Axio vert 40 MAT, cho phép chụp ảnh phóng đại từ 50 đến 1000 lần. Độ bền kéo đứt của cao su được đo trên thiết bị QC- ...