Chất độn từ bã mía đưa vào cao su thiên nhiên để chế tạo các sản phẩm găng tay, bao ngón tay, đế giầy trong, cao su lót sàn… và trong nhiều ngành kỹ thuật khác.

Chất độn trong suốt cho cao su

PGS.TS Ngô Trịnh Tùng và nhóm nghiên cứu Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vừa hoàn thiện đề tài “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”.

Việc nghiên cứu xenlulozơ từ bã mía để chế tạo sản xuất ra vật liệu nano xenlulozơ giải quyết được vấn đề ô nhiễm phế phẩm nông nghiệp, tạo ra sản phẩm có giá trị cao, gia tăng giá trị cho công nghiệp cao su ở Việt Nam.

PGS.TS Ngô Trịnh Tùng cho biết, cao su tự nhiên có tính chất cơ học tốt nhưng khả năng bền dầu, bền nhiệt kém. Để tăng khả năng ứng dụng, vật liệu này thường được gia cường bằng một số chất độn 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. Nhưng chất độn truyền thống nói trên khiến cao su khó được ứng dụng vào lĩnh vực y tế hay các sản phẩm cao su kỹ thuật khác do màu sắc của chúng.

“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”, PGS.TS Ngô Trịnh Tùng cho biết.

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.

Nhiều tiềm năng ứng dụng

PGS.TS Ngô Trịnh Tùng cho biết, 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 (găng tay, bao ngón tay…), thể thao (đế giầy trong, cao su lót sàn…) và trong nhiều ngành kỹ thuật khác.

“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”, TS Tùng nói.

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 oxy 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.

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 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 2 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.