Chất độn gia cường nano cho cao su tự nhiên từ bã mía
Việc nghiên cứu xenlulozơ từ bã mía để chế tạo sản xuất ra vật liệu nano xenlulozơ với rất nhiều ứng dụng trong thực tế đời sống đồng thời giải quyết được vấn đề ô nhiễm phế phẩm nông nghiệp là vấn đề mà PGS.TS. Ngô Trịnh Tùng và nhóm nghiên cứu Viện Hóa học hướng tới trong đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu chế tạo tinh thể nano xenlulozơ từ phụ phẩm nông nghiệp bã mía định hướng ứng dụng làm vật liệu gia cường cho cao su tự nhiên” (Mã số: VAST03.08/21-22). Đề tài đã được Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam xếp loại A.
Đối với vật liệu cao su tự nhiên, một thế mạnh của Việt Nam, việc nghiên cứu chế tạo các loại vật liệu cao su mới có tính năng cơ lý cao, thân thiện môi trường không chứa than đen có khả năng ứng dụng trong lĩnh vực y tế cũng như các sản phẩm cao su kỹ thuật khác đang rất được quan tâm. Cao su tự nhiên có tính chất cơ học tốt nhưng khả năng bền dầu, bền nhiệt kém. Để tăng khả năng ứng dụng cho vật liệu cao su, vật liệu này thường được gia cường bằng một số chất độn gia cường như than đen, silica, clay.... Khả năng gia cường của chất độn cho cao su phụ thuộc vào kích thước hạt, hình dạng, sự phân tán và khả năng tương tác với cao su. Các chất độn nano có kích thước từ 1-100 nm, có thể cải thiện đáng kể tính chất cơ học của các sản phẩm cao su.
Với các đặc tính tuyệt vời và có thể phân hủy sinh học, nano xenlulozơ hấp dẫn cho các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nanocompozit, vật liệu biến tính bề mặt và giấy trong suốt với các chức năng đặc biệt. Vật liệu nanocompozit sử dụng nano xenlulozơ luôn có một số tính chất đặc biệt như độ bền cơ học cao và đặc tính nhiệt cao với trọng lượng nhẹ và trong suốt. Ngoài việc nâng cao các tính chất cơ học và nhiệt cho vật liệu cao su nano compozit, nano xenlulozơ còn cải thiện một số tính năng khác như đặc tính che chắn của nanocompozit, đặc biệt là vật liệu mới nanocompozit phân hủy sinh học như cao su/xenlulozơ nanocompozit đang thu hút sự chú ý lớn và các đặc tính thông minh khác như kháng khuẩn hoặc cảm biến sinh học.
Cao su tự nhiên được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng và sản phẩm, chẳng hạn như lốp xe, chất kết dính, … Việc nghiên cứu chế tạo các loại vật liệu cao su mới có tính năng cơ lý cao, thân thiện môi trường nhằm định hướng chế tạo các sản phẩm cao su sáng màu ứng dụng trong lĩnh vực y tế (gang tay, bao ngón tay,…), thể thao (đế giầy trong, cao su lót sàn,…) và trong nhiều ngành kỹ thuật khác (hình 1). Việc nghiên cứu chế tạo nano xenlulozơ từ bã mía có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo ra sản phẩm mới có giá trị cao từ nguồn nguyên liệu sẵn có, giá thành rẻ. Với những tính chất cơ lý cao, vật liệu nano xenlulozơ là vật liệu gia cường lý tưởng để chế tạo các loại vật liệu polyme compozit thân thiện môi trường.
Gang tay y tế Bao ngón tay Giầy với đế cao su trong
Hình 1. Các ứng dụng của cao su tự nhiên
Qua quá trình nghiên cứu, nhóm đã chế tạo thành công tinh thể nano xenlulozơ từ bã mía bằng phương pháp thủy phân axit sunfuric có đường kính 30-70 nm, độ dài 30-70 nm và độ kết tinh cao 87,9%. Tinh thể nano xenlulozơ cũng có thể được chế tạo bằng phương pháp oxi hóa TEMPO kết hợp rung siêu âm, tuy nhiên độ kết tinh chỉ đạt 66%, thấp hơn so với phương pháp thủy phân trong axit.
Hình 2. Ảnh chụp mẫu xenlulozơ thủy phân trong dung dịch H2SO4 trong thời gian 3h ở các nhiệt độ khác nhau: (a) 35oC, (b) 45oC, (c) 50oC, (d) 55oC
Đồng thời, nhóm đã chế tạo thành công vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở cao su tự nhiên (NR)/ tinh thể nano xenlulozơ bằng phương pháp trộn hợp trong dung dịch latex NR kết hợp cán trộn. Tinh thể nano xenlulozơ được biến tính với silane Si69 cho tính chất cơ lý tốt hơn so với không biến tính.
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng được 02 quy trình công nghệ ở quy mô phòng thí nghiệm là quy trình chế tạo tinh thể nano xenlulozơ và quy trình chế tạo cao su tự nhiên/nano xenlulozơ compozit. Đồng thời, đã chế tạo chế tạo được 115g tinh thể nano xenlulozơ và 5,1 kg vật liệu cao su nanocompozit.
Đề tài cũng đã công bố được 03 bài báo, trong đó có 02 bài báo quốc tế (01 bài trên tạp chí thuộc danh mục SCI-E và 01 bài trên tạp chí thuộc danh mục Scopus) và 01 bài báo trong nước. Với những kết quả đã đạt được của đề tài, nhóm nghiên cứu mong muốn được tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện quy trình sớm đưa các kết quả nghiên cứu này vào ứng dụng thực tiễn trong thời gian tới.
https://vast.gov.vn/
