Nghiên cứu ảnh hưởng của bột khoáng sericit đừn tính chất và quá trình chế tạo vật liệu cao su thiên nhiên

 Tạp chớ Húa học, T. 47 (6), Tr. 768 - 773, 2009 
Nghiên cứu ảnh h−ởng của bột khoáng Sericit đến 
tính chất vμ quá trình chế tạo vật liệu 
cao su thiên nhiên 
Đến Tòa soạn 01-7-2009 
Ngô Kế THế 
Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa học vμ công nghệ Việt Nam 
ABSTRACT 
The using sericite mineral S1 and S2 are supplied by the laboratory on mineral materials of 
IMS. The effect of sericite on the compouding, processing and properties of cured natural rubber 
(NR) is demonstrated. The use of sericite as a filler for NR lowers the viscosity and therefore aids 
its compouding. The surface modified sericite by aminopropyltriethoxysilan accelerates curing 
process and reduces the time required to compoud products. The results indicate that sericite can 
be successful used in the manufacture of NR products. The cured NR with 20% of surface 
modified sericite S1 gives the best mechanical properties. 
I - Mở đầu 
Sericit lμ loại khoáng chất thuộc nhóm 
alumino silicat thù hình ẩn tinh (vi tinh thể), 
một dạng của mica với công thức hoá học chung 
lμ K0.5-1(Al,Fe,Mg)2(SiAl)4O10(OH)2.nH2O, kích 
th−ớc hạt tự nhiên của nó rất nhỏ. Sericit có khả 
năng phân tấm mỏng, tỷ lệ đ−ờng kính bề mặt/ 
độ dμy > 80. Sericit có bề mặt trơn bóng, chống 
mμi mòn tốt, dẫn nhiệt kém, cách điện tốt, cách 
âm vμ không thấm n−ớc. Sericit bền hoá học, 
khó phá huỷ trong dung dịch axít vμ kiềm, có 
khả năng chống tia UV [1]. 
Với các đặc tính nêu trên, sericit đ−ợc sử 
dụng trong nhiều lĩnh vực, nh− xây dựng, công 
nghệ cao su chất dẻo, công nghiệp sơn bột mμu, 
công nghệ chế tạo dầu mỡ bôi trơn vμ kể cả 
dùng trong chế tạo mỹ phẩm [2 - 5]. 
Sericit cũng nh− bột mica đã lμm tăng các 
tính chất cơ lý vμ hóa của PP [6, 7], gia c−ờng 
cho vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy để 
cải thiện tính cách điện vμ cách nhiệt [8, 9]. Các
 nghiên cứu cho thấy cần phải xử lý bề mặt của 
khoáng sericit để tăng khả năng t−ơng tác với 
nền polyme vμ cao su [9, 10]. ở n−ớc ta bột 
khoáng sericit mới đ−ợc nghiên cứu khai thác 
tuyển chọn vμ chế tạo. Các công trình nghiên 
cứu sử dụng loại vật liệu tự nhiên nμy ch−a đ−ợc 
quan tâm, nhất lμ trong công nghệ cao su chất 
dẻo. Cao su thiên nhiên (CSTN) đã đ−ợc lựa 
chọn để nghiên cứu khả năng trộn hợp vμ gia 
tăng các tính của vật liệu khi sử dụng sericit nh− 
chất độn gia c−ờng. 
II - Vật liệu vμ ph−ơng pháp 
nghiên cứu 
1. Vật liệu nghiên cứu 
− Cao su thiên nhiên đ−ợc lựa chọn để 
nghiên cứu lμ cao su trắng của Việt Nam loại 
SVL-3L. Các hóa chất phụ gia cho CSTN nh− 
chất phòng lão, xúc tiến, l−u hóa ... lμ các sản 
phẩm của Trung Quốc, Indonesia vμ Hμn Quốc 
có sẵn trên thị tr−ờng. 
 768
 Bảng 1: Tính chất 2 loại sericit S1 vμ S2 
Tính chất S1 S2 
Cỡ hạt trung bình, μm 
Độ trắng, % 
20 
> 80 
10 
> 75 
− Bột khoáng sericit có xuất sứ Sơn Bình, 
Hμ Tĩnh, đ−ợc nghiên cứu tuyển chọn tại Viện 
KH Vật liệu, viện KHCN Việt Nam. Hai loại 
bột sericit chế biến theo ph−ơng pháp khác nhau 
sử dụng để nghiên cứu có ký hiệu lμ S1 vμ S2. 
Ngoμi các tính chất khác, cỡ hạt vμ độ trắng đã 
đ−ợc ghi nhận trên bảng 1. 
− Chất biến đổi bề mặt aminopropyltrieto-
xysilan (aminsilan) lμ sản phẩm của Dow 
corning. 
− Phổ IR của các mẫu sericit biến đổi bề 
mặt bằng silan xuất hiện các vạch phổ mới, lμ 
các vạch phổ không xuất hiện trong mẫu sericit 
ch−a xử lý bề mặt. Các đỉnh hấp thụ ở 3433 cm-1 
vμ 1613 cm-1 đặc tr−ng cho dao động hóa trị vμ 
dao động biến dạng của nhóm amin bậc 1 trong 
phân tử silan. Vạch phổ ở 3038 cm-1 đặc tr−ng 
cho nhóm –NH3
+ trong phân tử silan đã đ−ợc 
proton hóa. 
2. Ph−ơng pháp nghiên cứu 
− Mẫu nghiên cứu đ−ợc chế tạo từ CSTN với 
các thμnh phần cơ bản vμ bột khoáng sericit có 
hμm l−ợng thay đổi trên máy cán 2 trục vμ máy 
ép thủy lực phòng thí nghiệm Toyoseiki (Nhật 
Bản). Mẫu có chiều dμy 2 mm để đo các tính chất 
cơ lý của vật liệu. Các tính chất cơ lý của vật liệu 
đ−ợc xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam. 
− Nghiên cứu khả năng trộn của bột 
khoáng sericit với CSTN đ−ợc tiến hμnh ở nhiệt 
độ ban đầu lμ 50oC vμ 60oC trên thiết bị trộn kín 
Brabender, CHLB Đức. Quá trình l−u hóa của 
hỗn hợp CSTN đ−ợc khảo sát ở 145oC trên thiết 
bị Rheometer 145, VQ Anh. 
− Nghiên cứu ảnh h−ởng của khoáng 
sericit biến đổi bề mặt đến cấu trúc hình thái 
của vật liệu đ−ợc thực hiện trên thiết bị FESEM 
S-4800 của hãng Hitachi, Nhật Bản. 
III - Kết quả vμ thảo luận 
1. ảnh h−ởng của bột khoáng sericit đến 
tính chất của vật liệu CSTN 
Độ bền cơ học của vật liệu CSTN khi sử 
dụng các loại sericit ở các hμm l−ợng khác nhau 
(0, 5, 10, 20 vμ 30 pkl) đã đ−ợc khảo sát. Các 
giá trị σkđ, εdãn dμi, εd−, (độ bền kéo đứt, độ dãn 
dμi, độ dãn d− t−ơng ứng) vμ độ cứng của các 
mẫu nghiên cứu có sử dụng sericit không biến 
đổi bề mặt (NS1 vμ NS2) vμ đ−ợc biến đổi bằng 
aminsilan đ−ợc trình bμy trên bảng 2. 
ở tất cả các mẫu, độ dãn dμi đều có giá trị 
khá cao, lớn hơn 600 %, độ dãn d− tăng theo 
chiều tăng của hμm l−ợng sericit. Hai giá trị độ 
bền kéo đứt vμ độ cứng của vật liệu đ−ợc quan 
tâm nhiều hơn. Các vật liệu đ−ợc gia c−ờng 
bằng sericit S1n, S2n vμ S1ta, S2ta có độ bền 
kéo đứt đạt cực đại ở hμm l−ợng 20 pkl. ở hμm 
l−ợng nμy, độ bền kéo đứt của vật liệu có chứa 
sericit không biến đổi bề mặt S1n, S2n tăng gấp 
1,5 lần. Trong khi đó sericit S1ta vμ S2ta đã giúp 
cho độ bền kéo đứt của vật liệu cao su tăng lên 
gấp đôi. 
Nh− vậy, khoáng sericit lμ một loại bột gia 
c−ờng rất có ích cho cao su, nó đã lμm tăng độ 
bền kéo đứt cho vật liệu. Sericit đ−ợc xử lý bề 
mặt có tác dụng gia tăng độ bền kéo đứt cho cao 
su hơn lμ sericit nguyên thuỷ. Sericit xử lý bằng 
aminsilan có thể trộn hợp với cao su đến hμm 
l−ợng 20 pkl. 
Các mẫu NS1 vμ AS1 đều có độ bền kéo đứt, 
độ cứng lớn hơn các mẫu NS2 vμ AS2 t−ơng 
ứng. Độ trắng của sericit cũng thể hiện độ sạch 
của bột khoáng. Sericit S1 có chất l−ợng tốt hơn 
sericit S2 nên đã phản ánh sự khác nhau của tính 
chất vật liệu CSTN/sericit. 
2. khả năng trộn hợp của bột khoáng sericit 
với CSTN 
Trên bảng 3 thấy rằng, ở nhiệt độ 50 0C các 
giá trị momen xoắn cực đại (Mmax) vμ cực tiểu 
(Mmin) của tất cả các mẫu có các loại khoáng 
sericit đều nhỏ hơn nhiều so với mẫu đối chứng 
sử dụng chất độn gia c−ờng lμ SiO2 vμ Kaolin. 
Điều nμy chứng tỏ tổ hợp CSTN/sericit dễ trộn 
hợp hơn lμ tổ hợp CSTN/ SiO2 hoặc Kaolin, vμ 
 769
 dẫn đến thời gian trộn hợp cần thiết để tổ hợp 
đồng đều ít hơn. Vì thế, nhiệt độ sinh ra trong 
quá trình trộn hợp CSTN với kaolin, nhất lμ với 
SiO2 cũng cao hơn. 
Tất cả các mẫu có khoáng sericit ký hiệu S1 
đều có Mmax vμ Mmin lớn hơn các giá trị nμy của 
sericit ký hiệu S2 t−ơng ứng. Quá trình trộn hợp 
của sericit S2 với cao su dễ dμng hơn. Điều nμy 
lμ phù hợp vì sericit S2 có kích th−ớc hạt vμ độ 
phân bố nhỏ hơn (bảng 1 vμ hình 1 vμ 2). 
Bảng 2: Tính chất cơ lý của tổ hợp CSTN với bột khoáng serricit 
Serricit 
Mẫu Ký hiệu pkl σkđ, MPa εdãn dμi, % εd−, % 
Độ cứng 
(ShoreA) 
NS1-0 
NS1-1 
NS1-2 
NS1-3 
NS1-4 
S1n 
0 
5 
10 
20 
30 
11,56 
14,13 
14,69 
17,91 
16,08 
624 
640 
620 
620 
524 
7,2 
24,8 
34,4 
49,6 
50,6 
45 
47,1 
53 
53 
53,2 
NS2-0 
NS2-1 
NS2-2 
NS2-3 
NS2-4 
S2n 
0 
5 
10 
20 
30 
11,56 
12,7 
13,41 
16,82 
12,43 
624 
720 
620 
700 
600 
7,2 
16 
18 
25,2 
26 
45 
45,5 
48,6 
50,5 
51 
AS1-0 
AS1-1 
AS1-2 
AS1-3 
AS1-4 
S1ta 
0 
5 
10 
20 
30 
11,56 
15,82 
22,3 
26,50 
20,45 
652 
600 
692 
630 
640 
6,8 
13,6 
30,4 
38 
44 
45 
46,2 
48,6 
55,77 
58,1 
AS2-0 
AS2-1 
AS2-2 
AS2-3 
AS2-4 
S2ta 
0 
5 
10 
20 
30 
11,56 
12,17 
13,51 
23,62 
20,33 
652 
620 
660 
600 
740 
6,8 
6,8 
11,2 
24 
24 
45 
48,6 
47,4 
49,1 
49,7 
Ghi chú: - S1n đ−ợc đọc lμ sericit S1 không biến đổi bề mặt 
- S1ta đ−ợc đọc lμ sericit S1 biến đổi bề mặt bằng aminsilan. 
Bảng 3: Khảo sát khả năng trộn hợp khoáng serricit với CSTN ở 50oC 
Sericit Mẫu 
Ký hiệu pkl 
Mmax, 
Nm 
Mmin, 
Nm 
Nhiệt độ cuối 
t, oC 
NS1-3 
NS2-3 
S1n 
S2n 
20 22,4 
20,3 
11,6 
11,6 
83 
83 
AS1-3 
AS2-3 
S1ta 
S2ta 
20 22,3 
20,1 
12,7 
11,3 
83 
82 
ĐC1 
ĐC2 
SiO2 
Kaolin 
20 28 
25,8 
17,6 
12,6 
99 
85 
ở nhiệt độ trộn hợp 50oC, các mẫu CSTN sử 
dụng sericit đ−ợc biến đổi bề mặt bằng 
aminsilan (S1ta, S2ta) có các giá trị Mmax vμ 
Mmin không khác nhiều so với sericit không biến 
đổi bề mặt t−ơng ứng (S1n, S2n). ở nhiệt độ 
trộn hợp cao hơn (60oC), sự khác biệt nμy đã thể 
 770
 hiện rõ nét (bảng 4). Các giá trị Mmax vμ Mmin 
của các mẫu AS1-3 vμ AS2-3 thấp hơn vμ nhiệt 
độ phát sinh trong quá trình trộn hợp cũng ít hơn 
so với các mẫu NS1-3 vμ NS2-3 t−ơng ứng.
Bảng 4: Khảo sát khả năng trộn hợp khoáng sericit với CSTN ở 60oC 
Sericit 
Mẫu 
Ký hiệu pkl 
Mmax, 
N.m 
Mmin, 
N.m 
Nhiệt độ cuối 
t, oC 
NS1-3 
NS2-3 
S1n 
S2n 
20 18,1 
18 
11,7 
11,5 
87 
86 
AS1-3 
AS2-3 
S1ta 
S2ta 
20 15,2 
16,6 
11 
11,1 
80 
82 
Nh− vậy khoáng sericit có thể trộn hợp tốt 
với cao su. Nếu đ−ợc xử lý bề mặt thì quá trình 
trộn hợp sẽ dễ dμng hơn. Sericit S2 tỏ ra thuận 
lợi hơn so với S1 trong quá trình gia công chế 
tạo mẫu. 
3. ảnh h−ởng của bột khoáng sericit đến 
quá trình l−u hóa CSTN 
Khảo sát quá trình l−u hoá của tổ hợp cao su 
đ−ợc thực hiện trên thiết bị Rheometer. ảnh 
h−ởng của các loại khoáng sericit ở hμm l−ợng 
10 vμ 30 pkl đến quá trình l−u hoá đã đ−ợc 
nghiên cứu ở 145oC. Các thông số cơ bản đ−ợc 
thể hiện trên bảng 5. 
Các giá trị Mmin thể hiện tính dẻo của hỗn 
hợp cao su ở nhiệt độ l−u hoá. Các giá trị Mmax 
thể hiện độ bền của cao su sau quá trình l−u 
hoá. Hầu nh− ở tất cả các loại sericit, khi hμm 
l−ợng sericit tăng lên các giá trị Mmin của hỗn 
hợp CSTN/sericit giảm đi vμ ng−ợc lại, các giá 
trị Mmax lại tăng lên. 
Khi so sánh giữa các loại sericit đ−ợc biến 
đổi bề mặt bằng aminsilan (S1ta vμ S2ta) với các 
sericit ban đầu S1n vμ S2n thấy rằng, các giá trị 
Mmax của hỗn hợp CSTN/sericit không khác 
nhau nhiều, song thời gian l−u hoá 90 % (TC90) 
đã giảm đi rõ rệt, nhất lμ khi có sericit S1ta. Các 
sericit S1ta vμ S2ta đã có tác dụng thúc đẩy 
nhanh hơn quá trình l−u hoá, đây lμ một trong 
các đặc tính rất quan trọng của các phụ gia tăng 
c−ờng. Điều nμy còn đ−ợc thể hiện ở sự suy 
giảm TC90 của hỗn hợp cao su/sericit khi hμm 
l−ợng sericit S1ta vμ S2ta tăng, trong khi đó các 
giá trị nμy lại tăng khi sử dụng các sericit S1n vμ 
S2n t−ơng ứng. 
Bảng 5: Khả năng l−u hoá của tổ hợp CSTN/Sericit 
Sericit Mẫu 
Ký hiệu pkl 
Mmin, 
kgf.cm 
Mmax, 
kgf.cm 
TC90, 
phút-giây 
Số 0 0 0 2,76 13,54 8-54 
NS1-2 
NS1-4 
S1n 10 
30 
2,06 
1,21 
13,67 
13,69 
7-45 
8-05 
NS2-2 
NS2-4 
S2n 10 
30 
1,04 
0,89 
11,75 
13,27 
6-18 
7-23 
AS1-2 
AS1-4 
S1ta 10 
30 
1,95 
1,34 
12,44 
13,46 
6-32 
6-04 
AS2-2 
AS2-4 
S2ta 10 
30 
0,25 
0,78 
12,58 
13,18 
6-18 
6-01 
 771
 4. ảnh h−ởng của bột khoáng sericit biến đổi 
bề mặt đến cấu trúc hình thái của vật liệu 
Cấu trúc hình thái của vật liệu cao su đ−ợc 
gia c−ờng bằng các khoáng sericit đã đ−ợc khảo 
sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên bề 
mặt gãy của mẫu đo. 
Hình 1 vμ 2 lμ ảnh SEM của CSTN có chứa 
sericit không biến đổi bề mặt S1n vμ S2n. Sericit 
có cấu trúc dạng hình vảy ngay cả khi có kích 
th−ớc rất nhỏ 5-10 μm, chúng tồn tại t−ơng đối 
độc lập, không thấy có liên kết với CSTN. 
Các sericit đ−ợc biến đổi bề mặt S1ta vμ 
S2ta (hình 3 vμ 4) đã phân bố trong CSTN đều 
đặn hơn vμ không thấy tách pha mạnh nh− các 
mẫu có sericit nguyên thủy. T−ơng tác pha giữa 
sericit S1ta vμ S2ta với CSTN tốt hơn nhờ các 
nhóm chức aminsilan trên bề mặt sericit lμm cho 
sức căng bề mặt giữa 2 pha giảm, t−ơng tác pha 
tốt hơn. 
Hình 2: ảnh SEM mẫu CSTN có 
sericit S2n 
Hình 1: ảnh SEM mẫu CSTN có 
sericit S1n 
Hình 4: ảnh SEM mẫu cao su có 
sericit S2ta 
Hình 3: ảnh SEM mẫu cao su có 
sericit S1ta 
Trên các ảnh SEM nμy, sự khác biệt về 
t−ơng tác với pha nền cao su của 2 loại sericit S1 
vμ S2 không thể hiện rõ, tuy nhiên độ mịn của 
chúng đã đ−ợc phản ánh. Sericit loại S2 có kích 
th−ớc vμ độ phân bố của hạt nhỏ hơn so với 
sericit loại S1 (hình 1 vμ 2). 
IV - Kết luận 
Sericit lμ loại bột khoáng có cấu trúc vảy với 
 772
 nhiều tính chất quí, đ−ợc nghiên cứu gia c−ờng 
cho CSTN. Khả năng trộn hợp của CSTN với 
sericit thuận lợi hơn so với kaolin vμ SiO2, tuy 
nhiên cần phải biến đổi bề mặt của sericit để 
tăng khả năng trộn hợp, t−ơng tác pha vμ tính 
chất của vật liệu. Sericit đ−ợc biến đổi bề mặt 
bằng aminsilan có tác dụng thúc đẩy quá trình 
l−u hóa của CSTN. 
Kích th−ớc hạt của sericit cμng nhỏ (sericit 
S2), khả năng trộn hợp của nó với CSTN cμng 
dễ dμng. Sericit S1 đ−ợc tuyển chọn tốt, có độ 
trắng cao đã gia tăng nhiều hơn các tính chất 
của vật liệu. 
Kích th−ớc hạt của sericit nhỏ mịn, có sẵn 
trong tự nhiên, lμ vật liệu gia c−ờng rất hữu ích 
cho CSTN vμ các vật liệu polyme compozit. 
Thực nghiệm cho thấy, tổ hợp CSTN/sericit có 
tính chất tốt hơn cả khi sử dụng 20% sericit S1. 
Tμi liệu tham khảo 
1. Tran Trong Hue, Kieu Quy Nam. Sericite 
Mineralization in Vietnam and its Economic 
Significance, Institute of Geology, VAST, 
Hoang Quoc Viet, Cau Giay, Hanoi (2006). 
2. Sericit. Aplication in rubber, plastic., 
Chuzhou Grea Minerals Co. LTD, WWW. 
Chinagrea.com. 
3. Sericit, Aplication in Ceramic Industry, 
Chuzhou Grea Minerals Co. LTD, WWW. 
Chinagrea.com. 
4. Sericit, Aplication in Constructional material, 
Chuzhou Grea Minerals Co. LTD, WWW. 
Chinagrea.com. 
5. Sericit. Aplication in Fine Chesericitl and 
Cosmetic Industry, Chuzhou Grea Minerals 
Co. LTD, WWW. Chinagrea.com. 
6. Luss, R. T. Woodhams and M. Xanthos, 
Polym. Eng. Sci., 13, 139 (1973). 
7. S. E. Tausz and C. E. Chaffey. J. Appl. 
Polym. Sci., 27, 4493 (1982). 
8. V. K. Srivastava, J. P. Pathak, K. Tahzibi. 
Wear, 152, 343 - 350 (1992). 
9. Puspha Bajaj, N. K. Jha and A. Kumar. J. 
Appl. Polym. Sci., 56, 1339 - 1347 (1988). 
10. Sodergard, K. Ekman, B. Stenlund and A. 
Lassas. J. Appl. Polym. Sci., 59, 1709 - 1714 
(1996).
Effect of sericite mineral on the processing and 
properties of natural rubber material 
 773