Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên cơ sở cao su tự nhiên biến tính
Trong thời gian từ năm 2017 đến năm 2020, TS. Nguyễn Thu Hà đã phối hợp với nhóm nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Hóa học thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên cơ sở cao su tự nhiên biến tính”.
Đề tài này nhằm tổng hợp loại vật liệu hấp thụ sóng điện từ có cấu trúc nanomatrix trên cơ sở cao su tự nhiên biến tính. Vật liệu này có khả năng hấp thụ trên 90% sóng điện từ ở cả dải tần số thấp và tần số cao. Vật liệu có cơ tính tốt, có khả năng bám dính tốt trên các bề mặt khác nhau, có khả năng chống chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt. Trên cơ sở tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước là cao su tự nhiên, vật liệu sản phẩm được chế tạo dựa trên quy trình “xanh”, hoàn toàn thân thiện môi trường.
Sau ba năm nghiên cứu, đề tài đã thu được một số kết quả nổi bật như sau:
- Trong giai đoạn thứ nhất của quá trình chế tạo vật liệu cấu trúc nanomatrix trên cơ sở cao su tự nhiên, nhóm nghiên cứu đã tiến hành biến tính cao su tự nhiên bằng phương pháp hidro hoá ở trạng thái latex và đã tìm được điều kiện tối ưu cho quá trình hidro hoá: phản ứng dùng khí hydro, tốc độ dòng khí 150 ml/phút sục liên tục vào hệ latex, tốc độ cánh khuấy 200 vòng/phút, xúc tác nano palladi. Sản phẩm thu được là cao su tự nhiên hidro hoá (HNR). Cấu trúc vật liệu được phân tích thông qua phổ NMR 1 chiều và 2 chiều. Mức độ hidro hoá của vật liệu được điều chỉnh thông qua điều chỉnh thời gian phản ứng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng sự cắt mạch xảy ra trong quá trình hidro hoá, nhưng kích thước hạt cao su tự nhiên không đổi.
- Trong giai đoạn thứ hai của quá trình chế tạo vật liệu cấu trúc nanomatrix trên cơ sở cao su tự nhiên, đề tài đã tiến hành đồng trùng hợp ghép styren và acrylonitrin lên bề mặt hạt cao su tự nhiên hidro hoá ở trạng thái latex. Kết quả cho thấy copolyme styrenco-acrylonitrin đã hình thành mạng nanomatrix, các hạt cao su tự nhiên hidro hoá có kích cỡ micromet phân tán trong mạng lưới này. Vật liệu có độ bền nhiệt, độ bền thời tiết, cơ tính… cao hơn hẳn vật liệu cao su tự nhiên tổ hợp thông thường.
- Đề tài đã tổng hợp hai loại vật liệu tổ hợp: (1) blend cao su tự nhiên epoxy hoá - polyanilin, và (2) blend cao su tự nhiên - polyanilin có chất tương hợp là graphit biến tính.
- Nhóm nghiên cứu đã tiến hành epoxy hoá cao su tự nhiên ở trạng thái latex. Sản phẩm thu được được làm khô, sau đó trộn hợp với polyanilin. Kết quả cho thấy nhóm epoxy làm tăng cường khả năng tương hợp giữa pha cao su cao su tự nhiên và pha polyanilin. Sự tương hợp này góp phần làm tăng cơ tính và độ dẫn điện của vật liệu cao su tự nhiên epoxy hoá - polyanilin. Kết quả này cho thấy vật liệu này phù hợp làm vật liệu hấp thụ sóng điện từ và có thể sản xuất ở quy mô công nghiệp.
- Trên cơ sở những nghiên cứu về ảnh hưởng của các thành phần polyaniline và cao su tự nhiên đến khả năng hấp thụ sóng điện từ và những nghiên cứu về tính ưu việt của cấu trúc nanomatrix, nhóm nghiên cứu đã chế tạo vật liệu cao su tự nhiên có cấu trúc nanomatrix polyanilin. Anilin được tinh chế, sau đó được tiến hành đồng trùng hợp ghép lên bề mặt hạt cao su tự nhiên ở trạng thái latex. Các tác giả đã khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố pH, nhiệt độ, chất khơi mào, hàm lượng chất khơi mào đến độ chuyển hoá anilin thành polyanilin. Kết quả cho thấy khi pH trong khoảng từ 4 - 5, nhiệt độ 10 - 15oC, chất khơi mào APS có hàm lượng 5,5×10-2 mol/kg cao su, độ chuyển hoá của anilin là cao nhất. Trong điều kiện phản ứng, polyanilin tạo thành một mạng nanomatrix với kích cỡ khoảng vài nanomet bao quanh các hạt cao su tự nhiên. Vật liệu thu được có khả năng dẫn điện 5,39×10-5 S/cm, cao hơn hẳn so với vật liệu cao su tự nhiên - polyanilin cùng thành phần không có cấu trúc nanomatrix. Độ dẫn điện cao của vật liệu cấu trúc nanomatrix cho thấy vật liệu nanomatrix này có khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt dù hàm lượng polyanilin trong vật liệu không cao.
Đây là nghiên cứu đầu tiên về chế tạo vật liệu cấu trúc nanomatrix trên cơ sở cao su tự nhiên hidro hoá. Loại vật liệu này có tiềm năng ứng dụng to lớn trong thực tế do chỉ cần một lượng nhỏ styren và acrylonitrin (tạo thành cấu trúc nanomatrix) đã có thể cái thiện đáng kể tính chất của cao su tự nhiên hidro hoá. Nghiên cứu cũng góp phần hoàn thiện quy trình chế tạo vật liệu nanomatrix, được ứng dụng trong phần sau của đề tài.
Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18822/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
https://vista.gov.vn/
