Khoá luận tốt nghiệp hóa học Nghiên cứu nâng cao khả năng kết dính và bảo vệ của vật liệu kết dính trên cơ sở blend của NBRPVC bằng phương pháp hóa lý

  • Số trang: 47 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 28 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27700 tài liệu

Mô tả:

Khóa luận tốt nghiệp Trưởng ĐHSP Hà Nội 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC = = £ q QQg3 = TRƯƠNG THỊ THÙY GIANG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG KẾT DÍNH VÀ BẢO VỆ CỦA VẬT LIỆU KẾT DÍNH TRÊN C ơ SỞ BLEND CỦA NBR/PVC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ KHÓA LUẬN • TỐT NGHIỆP • ĐẠI • HỌC • Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ Người hưóng dẫn khoa học PGS.TS ĐỖ QUANG KHANG HÀ NỘI - 2015 Trương Thị Thùy Giang K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 DANH MỤC CÁC TÙ VIẾT TẤT ASTM Tiêu chuẩn của Mỹ FESEM Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ ISO Tiêu chuẩn quốc tế PE Polyetylen pp Polypropylen PVA Polyvinyl ancol PS Polystyren TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Trương Thị Thùy Giang K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc phân từ cao su butadien nitril............................................ 16 Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới độ bền kéo bóc của mối mối dán bằng keo tự lun trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong xyclohexanon với siêu xúc tiến E Z ............................ 31 Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới độ bền kéo trượt của mối dán bằng keo tự lưu trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong xyclohexanon với siêu xúc tiến E Z ...................................31 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới độ bền kéo bóc của mối dán bằng keo tự lưu trên cơ sở blend của NBR/PVC và các chất phụ gia trong hỗn họp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến EZ......................................................................................................... 33 Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới độ bền kéo trượt của mối dán bằng keo tự lun trên cơ sở blend của NBR/PVC và các chất phụ gia trong hỗn họp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến E Z ......................................................................................................... 33 Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian tự lun tới độ bền kéo bóc của mối dán bằng keo tự lun trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong hỗn hợp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến E Z ................................................................................................................ 36 Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian tự lun tới độ bền kéo trượt của mối dán bằng keo tự lưu trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong hỗn hợp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến E Z ................................................................................................................ 36 Hình 3.7. Ảnh FESEM bề mặt kéo bóc của mối dán bằng chất kết dính tự lun trên cơ sở NBR/PVC và các phụ gia trên vật liệu vải mành polyeste.... 37 Trương Thị Thùy Giang K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hỗn họp dung môi cho keo dán cao su nitril.........................................20 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới khả năng kết dính của chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong dung môi xyclohexanon với siêu xúc tiến E Z .................................... 30 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới khả năng kết dính của chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong hỗn hợp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến E Z ...................................................................................................................... 32 Bảng 3.3. Độ bền kéo bóc và bền kéo trượt của mối dán với chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong các dung m ô i.... 34 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian tự lun tới khả năng kết dính của chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong hỗn họp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến EZ..............35 Bảng 3.5. Hệ số già hóa của vật liệu kết dính tự lun trên cơ sở blend của NBR/PVC và các phụ gia khác....................................................................... 38 Trương Thị Thùy Giang K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.................................................................................... 3 1.1. Keo d á n ...............................................................................................................3 1.1.1. Khái niêm, phân loại...................................................................................... 3 1.1.2. Keo cao su và chế tạo keo cao su.................................................................. 5 1.2. Vấn đề kết dính và công nghệ kết dính.........................................................10 1.2.1. Những lý thuyết về bám dính....................................................................... 10 1.2.2. Cơ chế hóa rắn của các chất kết dính...........................................................13 1.3. Các giải pháp nâng cao độ bám dínhcủa mối dán..........................................15 1.4. Chất kết dính trên cơ sở cao su nitril, blend của cao su nitril với polyvinylcloride................................................................................................ 16 1.4.1. Giới thiệu chung về cao su nitril..................................................................16 1.4.2. Chất kết dính và chất kết dính trêncơ sở cao su nitril................................ 19 1.4.3. Polyvinylcloride............................................................................................21 1.4.4. Vật liệu polyme blend trên cơ sở NBR và PVC và chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC................................................................................... 24 1.4.5. Chất kết dính tự’ lưu hóa...............................................................................24 CHƯƠNG 2. THỤC NGHIỆM ..........................................................................26 2.1. Vật liệu nghiên cứ u........................................................................................ 26 2.2. Phương pháp nghiên cún................................................................................. 26 2.2.1. Chế tạo chất kết dính từ vật liệu compozit trên cơ sở blend của NBR/PVC với nanosilica, than đen vàcác phụ g ia ....................................... 26 2.2.2. Đánh giá khả năng bám dính của vật liệu kết dính trên cơ sở compozit trên cơ sở blend NBR/PVC với nanosilica+than đen và các phụ gia lên mành polyeste....................................................................................................27 2.2.3. Ép lun h ó a .....................................................................................................28 Trương Thị Thùy Giang K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 2.2.4. Nghiên cứu cấu trúc hình thái bề mặt kéo bóc của chất kết dính tự lưu trên cơ sở blend NBR/PVC và các phụ g ia ................................................... 28 2.2.5. Đánh giá độ bền môi trường của mối dán.................................................. 28 CHƯƠNG 3. KÉT QUẢ VÀ THẢO LU Ậ N .................................................... 30 3.1. Ảnh hưởng của thời gian khô và dung môi đến khảnăng bám dính của chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50)và các phụ g ia ....... 29 3.2. Khả năng bám dính của hệ chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia khi đóng rắn hoàn toàn.............................................. 34 3.3. Đánh giá khả năng và thời gian tụ’ lun của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở blend của NBR/PVC và các phụ gia với siêu xúc tiến E Z ............................ 34 3.4. Cấu trúc hình thái bề mặt kéo bóc của chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC và các phụ gia.................................................................................37 3.5. Độ bền môi trường của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở blend của NBR/PVC và các phụ gia có khả năng tự lư u ............................................... 38 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 40 TÀI LIỆU THAM KHĂO................................................................................... 41 Trương Thị Thùy Giang K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 MỞ ĐÀU Do có tính phân cực cao, cao su nitril butadien (NBR) được ứng dụng làm vật liệu kết dính keo dán trong nhiều lĩnh vực như: trong lĩnh vực da giày, gỗ hay gắn kết kim loại với cao su, nhựa, phủ lên vải làm vật liệu bảo v ệ ,...[5,12]. Song, do hạn chế về khả năng bền thời tiết chưa thật cao, nên để khắc phục nhược điểm này, NBR được biến tính với polyvinylcloride (PVC) để tạo thành chất kết dính, bảo vệ vừa có khả năng kết dính tốt, vừa có khả năng bảo vệ cao. Trong cùng thời gian, một số tác giả đã nghiên cún chế tạo các loại chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở blend của NBR, NBR/PVC cũng như NBR/PVC gia cường bằng nanosilica, NBR/PVC khâu mạch bằng dicuminperoxide. Tất cả các loại chất kết dính này đều có khả năng bám dính tốt, và bền với môi trường. Tuy nhiên, các loại chất kết dính và bảo vệ trên đều phải đóng rắn nóng, do vậy không thuận tiện cho mục tiêu sử dụng đặc biệt là đối tượng cần kết dính, bảo vệ khá lớn và cần phải kết dính nhanh. Do vậy, với công nghệ đóng rắn nóng như các loại chất kết dính trên sẽ không thuận tiện cho quá trình gia công, chế tạo sản phẩm là các loại ống mềm từ vải polyeste. Chính vì vậy, trên cơ sở những kết quả trên và tham khảo thêm các tài liệu, chúng tôi tiến hành chế tạo loại chất kết dính từ blend trên cơ sở NBR/PVC với việc sử dụng chất đóng rắn nguội (chất kết dính tự lưu). Mặt khác, để tăng tốc độ cho quá trình bám dính vật lý (khô tự nhiên), hàm lượng phần nhựa (PVC) phải nhiều để sau khi khô vật lý (bay hơi dung môi) mối dán có thể đã khá chắc. Đây là lý do của việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu nâng cao khả năng kết dính và bảo vệ của vật liệu kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC bằng phương pháp hóa lý Trương Thị Thùy Giang 1 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trưởng ĐHSP Hà Nội 2 Mục tiêu của đề tài là: Tạo ra được chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC có khả năng bám dính và bảo vệ cao, thuận tiện cho việc chế tạo ống mềm từ vải polyeste. Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm: - Tìm hiểu để tổng quan chung về lý thuyết bám dính, cơ chế hóa rắn, các biện pháp nâng cao khả năng bám dính của chất kết dính và keo dán tự lun. - Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian khô tới khả năng bám dính của chất kết dính có khả năng tự liru trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia, - Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian tự lưu tới khả bám dính của chất kết dính có khả năng tự lưu trên cơ sở blend NBR/PVC (50/50) và các phụ gia, Nghiên círu độ bền môi trường của vật liệu kết dính, bảo vệ chế tạo được. - Đánh giá khả năng ứng dụng của chất kết dính cho việc chế tạo ống mềm polyeste. Trương Thị Thùy Giang 2 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trưởng ĐHSP Hà Nội 2 CHƯƠNG 1. TỐNG QUAN 1.1. Keo dán [1] 1.1.1. Khải niệm, phân loại Keo dán (chất kết dính) là vật liệu polyme có khả năng kết dính hai bề mặt vật liệu giống nhau hoặc khác nhau mà không làm biến đổi bản chất các vật liệu được kết dính. Có nhiều cách để phân loại keo dán. Cho đến nay chưa có một cách phân loại nào nhất quán, phản ánh một cách đầy đủ, khách quan, chính xác các loại keo dán. Sau đây là một số cách phân loại keo dán theo các tiêu chí khác nhau. 1.1.1.1. Dựa trên nguồn gốc keo - Keo có nguồn gốc tự nhiên: tinh bột, dextrin, cazein, keo cao su, nhựa cây, keo xương, da, nhựa đường, sáp,... - Keo bán tổng họp: họ xelulo, cao su clor hóa, polyoretan, polyester trên cơ sở dầu thực vật, polyamid lỏng,... - Keo dán tông hợp: + Họ vinyl: Polyvinyalcol (PVA), polyvinylaxetat (PVAc), polyacrylic ( PACr), polyeste không no,... + Keo từ cao su tổng hợp: Cloropren, cao su nitril, polysunfid,... + Các polyme tổng họp: Polyuretan (PU), epoxy (ER), polyeste,... 1.1.1.2. Phân loại theo đối tượng ảp dụng: Keo được phân loại dựa trên bản chất vật liệu nền cần dán keo. Ví dụ như: Keo dán gỗ, kim loại, chất dẻo, bê tông, sứ, thủy tinh, cao su,... Cách phân loại này không có cơ sở khoa học, thiếu chặt chẽ và nhiều khi bị trùng lặp. Trương Thị Thùy Giang 3 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 1.1.1.3. Phân loại theo bản chất hóa học: Cách phân loại này dựa vào bản chất hóa học của cấu tử quyết định độ bám dính và khả năng làm việc của keo. Ví dụ như: Keo epoxy, keo acrylic,... 1.1.1.4. Phân loại theo trạng thải tồn tại của keo: - Keo dạng dung dịch, huyền phù hay nhũ tương - Keo dán nóng chảy - Keo dưới dạng sơn - Keo màng - Keo dạng bột nhão - Keo dạng mỡ - Keo khô 1.1.1.5. Phân loại theo cơ chế đỏng rắn: Cách phân loại này dựa trên bản chất và cơ chế hóa rắn, hình thành màng keo. - Keo khô nhờ bay hơi: đó là các keo trong dung dịch, nhũ tương, huyền phù, keo bột nhão,... Mối dán được hình thành do bay hơi dung môi và không khí hay do hấp thụ vào lớp nền vật liệu. Họ keo này có nhược điếm là phải dùng nhiều dung môi, có hàm khô thấp, nguy cơ cháy nổ, ô nhiễm đáng kể và lãng phí dung môi. - Keo dán nóng chảy: là các loại keo trên cơ sở polyme nhiệt dẻo, dễ nóng chảy, có độ bám dính cao. Các loại keo truyền thống có các nhóm keo xương, sáp dính, dẫn xuất xelulo. - Các keo dán nhiệt rắn: là các polyme có chứa nhóm chức có thể đan lưới trong điều kiện nhiệt độ cao, có hay không có tác nhân đan lưới, xúc tác, chất hóa rắn mạch. Khi mối dán hình thành phải xảy ra phản ứng hóa học tạo liên kết bền vững. Các phản ứng hóa học này có thế là phản ứng ngưng tụ hay phản ứng trùng hợp. Trương Thị Thùy Giang 4 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp - Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nhóm keo dán nhạy áp lực: các keo dán này có đặc điểm là duy trì độ bám dính thường xuyên, độ bền liên kết lớn hơn dính kết. Chúng được làm băng dính y tế, băng dính kĩ thuật, các băng che chắn trong kĩ nghệ sơn phủ, băng cố định các bề mặt, các tiếp điểm tức thời hay lâu dài. 1.1.2. Keo cao su và chế tạo keo cao su [6] 1.1.2.1. Keo cao su a) Khải niệm và phân loại Keo cao su là dung dịch của cao su hoặc hỗn hợp cao su trong dung môi. Trong kỹ thuật gia công cao su, keo cao su được sử dụng để sản xuất các sản phẩm màng mỏng, phủ phết lên vải mành, vải bạt và dán các bán thành phẩm cao su cho các sản phẩm có cấu trúc phức tạp, nhiều lóp. Các loại keo cao su có hàm lượng styren cao dùng để sản xuất giả da cho công nghiệp giày dép... Một vài loại keo cao su còn sử dụng để hàn gắn, dán các vật liệu khác: kim loại, sành sứ, bêtông,... Phụ thuộc vào thành phần hóa học của hợp phần cao su, keo cao su có thể được phân loại không lưu hóa, loại lun hóa và loại keo tự lun hóa ở nhiệt độ thấp. Keo không lưu hóa không chứa các hợp chất lưu hóa trong thành phần của nó. Độ bền kết dính và các đặc trưng kỹ thuật của keo phụ thuộc vào bản chất hóa học của vật liệu, loại, hàm lượng các chất phối họp có tác dụng hóa rắn keo và nhiệt độ môi trường. Khi nhiệt độ môi trường cao loại keo này chuyển tù’ trạng thái thủy tinh, mềm cao sang trạng thái chảy nhớt vì vậy độ bền cơ học giảm và độ bền bám dính giảm. Keo lưu hóa ở nhiệt độ có chứa trong thành phần của nó hệ thống lưu hóa thông dụng có mức độ hoạt động hóa học trung bình và các loại chất phối hợp khác cho cao su làm tăng độ bền cấu trúc của vật liệu. Trương Thị Thùy Giang 5 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trưởng ĐHSP Hà Nội 2 Keo tự lưu hóa là keo được cấu thành từ hai họp phần, một trong hai họp phần chứa chất lưu hóa, hợp phần kia chứa xúc tiến lưu hóa có mức độ hoạt động hóa học cực mạnh. Siêu xúc tiến thường được sử dụng trong hợp phần này là cacbamat Natri, cacbamat kẽm và xúc tiến p. Trước khi sử dụng, phối trộn hai hợp phần lại với nhau, hàm lượng các hợp phần được sử dụng sao cho tỷ lệ chất lun hóa và xúc tiến lưu hóa phù hợp với yêu cầu kỹ thuật keo dán. Ngoài phương pháp phân loại trên keo cao su còn được phân loại theo gốc polyme và độ nhớt của keo. Phụ thuộc vào độ nhớt của keo được phân thành các loại: keo lỏng (tỷ lệ polyme: dung môi là 1: 1(H 1: 20), keo có độ nhớt trung bình (tỷ lệ polyme: dung môi là 1: 5^-10) và Past (tỷ lệ polyme: dung môi là 1:1 đến 1: 5) Ngoài thành phần hóa học của keo cao su, dung môi đế hòa tan hợp phần cao su đó cũng có ảnh hưởng rất lớn đến tính năng kỹ thuật và ngoại quan của sản phẩm. Lựa chọn dung môi cho hợp phần cao su để chế tạo keo dán trong sản xuất không những phải đảm bảo các tính năng kỹ thuật của keo dán mà phải đảm bảo các yêu cầu vệ sinh công nghiệp và an toàn cho sản xuất. b) Yêu cầu đối với dung môi Đe tạo được keo - tạo được dung dịch polyme điều kiện quan trọng đối với dung môi là phải hòa tan tốt polyme (hợp phần cao su) đó. Neu xem xét quá trình hòa tan polyme vào dung môi như quá trình phối trộn hai chất lỏng, điều kiện cần và đủ để chúng trộn họp được với nhau là chúng phải có cùng chỉ số hòa tan. Đối với hỗn hợp dung môi có chỉ số hòa tan khác nhau và khác với hợp phần cao su. Quá trình hòa tan xảy ra tốt khi và chỉ khi các số chỉ hòa tan quan hệ với nhau theo phương trình: ổp = ổị.Ọị + S2.ọ2 Trương Thị Thùy Giang 6 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trưởng ĐHSP Hà Nội 2 Trong đó : ỗp là chỉ số hòa tan SịiỌị là chỉ số hòa tan và phần trăm tính theo thể tích của dung môi thứ nhất trong hỗn họp dung môi ổ2,ọ2là chỉ số hòa tan và phần trăm theo thế tích của dung môi thứ hai trong hỗn hợp dung môi Thực tế đã chúng tỏ, khi chọn dung môi cho họp phần cao su khác nhau nên tuân thủ nguyên tắc: polyme phân cực hòa tan tốt vào dung môi phân cực và polyme không phân cực hòa tan tốt vào dung môi không phân cực. Đe đảm bảo mức độ ổn định của keo cao su dung môi phải trơ hóa học không tham gia vào bất kì một phản ứng nào với polyme. Đối với hợp phần cao su, các loại dung môi như benzin, benzen hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu này. Các loại dung môi là cacbua hydro clor hóa hoặc chứa clor trong phân tử của nó như dicloetan... là các loại dung môi không hoàn toàn trơ hóa học. Ở nhiệt độ cao hoặc ngay ở nhiệt độ thường trong thời gian bảo quản và sử dụng keo các loại dung môi có chứa halozen là chất oxy hóa mạnh có khả năng giải phóng HC1 và Cl2 oxy hóa mạch đại phân tử làm thay đổi độ bền cũng như khả năng kết dính của màng keo. Một trong số các yêu cầu quan trọng đối với dung môi để đảm bảo các tính năng kỹ thuật của keo là mức độ hút ẩm của dung môi. Dung môi hút ẩm mạnh thường làm giảm khả năng kết dính của keo vì nước trong keo là chất ngăn cách các vật liệu dán. Đối với một số loại keo có chứa -SCI với sự có mặt của vết nước quá trình lưu hóa của màng keo không thể thực hiện được vì trong màng keo xảy ra phản ứng phân hủy: -SCI + H20 —►S 0 2 + HC1 tạo bọt xốp cho màng keo và giảm độ bền kết dính nội, ngoại của màng keo. Độ bền và mức độ kết dính của màng keo phụ thuộc vào vận tốc bay hơi dung môi. Các loại dung môi có nhiệt độ sôi thấp, vận tốc bay hơi lớn trong quá trình sử dụng làm giảm các tính chất cần thiết của keo. Trong quá trình Trương Thị Thùy Giang 7 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 bay hơi nhiệt độ bề mặt màng keo giảm. Khi nhiệt độ giảm nhanh đến nhiệt độ ngưng của hơi nước trên bề mặt của keo dán xuất hiện một lớp sương mỏng ngăn chặn các liên kết chặt chẽ giữa keo dán và vật liệu dán. Mặt khác, vận tốc bay hơi của dung môi lớn tạo trên bề mặt một lóp màng polyme ngăn chặn quá trình bay hơi tiếp theo của dung môi làm giảm độ bền cơ học của màng keo. Vận tốc bay hơi của dung môi tỷ lệ thuận với áp suất hơi bão hòa trên bề mặt dung môi và phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ tăng, vận tốc bốc hơi của dung môi cũng tăng, chính vì vậy, để sản xuất keo cao su và các loại keo khác không nhũng phải lựa chọn các dung môi mà còn phải lựa chọn điều kiện sấy màng keo thích hợp đảm bảo các đặc trưng kỹ thuật tốt nhất cho màng keo. Ngoài những yêu cầu nhằm đảm bảo các tính năng kỹ thuật cần thiết cho hệ keo trong sản xuất dung môi còn phải đáp ứng hàng loạt các yêu cầu kỹ thuật khác nhằm mục đích bảo vệ sức khỏe cho người sản xuất, an toàn và đảm bảo hiệu quả cho sản xuất. Hầu hết, các loại dung môi sử dụng cho sản xuất keo cao su đều độc hại. Mức độ độc hại của dung môi được đánh giá bằng nồng độ tới hạn cho phép của nó trong không gian của khu vực sản xuất. Nồng độ tới hạn cho phép được tính bằng [mg/m3] là hàm lượng tính bằng mg dung môi đó trong lm 3 không khí trong không gian sản xuất không gây ảnh hưởng ngay tới sức khỏe của người sản xuất. Đối với các loại dung môi khác nhau nồng độ tới hạn cho phép khác nhau. Xăng kỹ thuật: dicloretan 300 10 Xyclohexan 80 sunfua carbon 10 Xylen 50 Cloropooc 10 Toluen 50 etylaxetat 200 Benzen 20 metyl etyl xeton 200 Trương Thị Thùy Giang 8 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Ngoài đặc to n g độc hại của dung môi trong sản xuất tất cả các loại carbua hydro sử dụng làm dung môi cho keo cao su đều dễ dàng cháy, nổ. Những thông số đặc trung cho quá trình cháy nổ của các loại dung môi là: nhiệt độ bốc cháy, nhiệt độ tự bốc cháy và giới hạn nổ. Nhiệt độ bốc cháy là nhiệt độ nhỏ nhất của hỗn hợp dung môi và không khí mà khi đó hơi dung môi có thể bốc cháy nếu ở đó tồn tại nguồn lửa hở. Nhiệt độ tự bốc cháy là nhiệt độ nhỏ nhất của môi trường mà khi đó hơi dung môi bão hòa trong không khí có thể tự bốc cháy. Nhiệt độ tự bốc cháy của các loại dung môi rất khác nhau và dao động từ 90°c đến 500°c. Giới hạn nổ của dung môi là nồng độ lớn nhất và nhỏ nhất của dung môi trong không khí mà trong khoảng giới hạn nồng độ đó có thế xảy ra quá trình nổ. Giới hạn nổ cho mỗi loại dung môi không cố định mà phụ thuộc vào điều kiện của môi trường: nhiệt độ, áp suất, công suất nguồn lửa. Cùng với nhiệt độ tăng giới hạn nổ của dung môi được mở rộng. Đe đảm bảo an toàn trong sản xuất dung môi được lựa chọn phải ít gây nguy hiếm cho khả năng cháy nổ. Từ góc độ an toàn cháy nổ, dung môi phải có nhiệt độ tự bốc cao và giới hạn nổ càng hẹp càng tốt. Một trong số các yêu cầu đối với dung môi quan trọng đảm bảo cho quá trình sản xuất được tồn tại và phát triển là nguyên vật liệu và giá thành của nó. Dung môi có thể đáp ứng tất cả các yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu vệ sinh công nghiệp kể trên nhưng nếu nguồn và giá thành của nó gây khó khăn cho sản xuất nó vẫn không được sử dụng. Vì vậy, đứng trên quan điểm kinh tế sản xuất dung môi phải có nguồn dễ kiếm và giá thành hạ... Ị. Ị. Ị.2. Chế tạo keo cao su. Keo không lưu hóa được chế tạo từ cao su tinh khiết (không độn) có khả năng kết tinh loại tốt. Thông thường, keo không lun hóa được sản xuất chủ yếu từ crếp hong khối và crếp trắng loại tốt. Đe tăng khả năng bám dính và Trương Thị Thùy Giang 9 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trưởng ĐHSP Hà Nội 2 giảm độ nhót của dung dịch keo trước khi hòa tan crếp được sơ luyện làm đút mạch đại phân tử đến độ dẻo 0,8. Các loại cao su không kết tinh chỉ dùng để sản xuất các loại keo lun hóa. Keo lun hóa để sản xuất giả da và các tấm bạt cao su vải có độ nhớt cao và được chế tạo trong máy trộn trục z. Đe giảm độ nhớt của keo có thể dùng phối hợp dung môi thông dụng với 5% đến 10% xeton, rượu. Tuy nhiên, rượu và xeton làm giảm độ ổn định của keo. Keo lưu hóa trong quá trình bảo quản thường không ổn định, mức độ đồng nhất của keo không được duy trì. Lớp dưới của thùng keo xuất hiện nhũng các chất độn sa lắng và một hàm lượng hợp phần cao su gel hóa. Đe giảm khả năng gel hóa của keo cao su nên hạn chế sử dụng các loại độn hoạt tính cao. Lun huỳnh hòa tan vào cao su và dung môi ở hàm lượng hạn chế. Mức độ hòa tan phụ thuộc vào nhiệt độ nên trong quá trình bảo quản và sử dụng lun huỳnh có xu hướng kết tinh và kết tủa, để chống hiện tượng này trong tập hợp phần của keo nên sử dụng các chất hoạt động bề mặt ( axit oleic, axit steoric). 1.2. Vấn đề kết dính và công nghệ kết dính Trong keo dán kỹ thuật cũng như chế tạo màng phủ, vấn đề bám dính giữa keo dán với vật liệu cần kết dính cũng như khả năng bám dính của màng lên vật liệu cần phủ, bảo vệ là vấn đề cốt lõi, xuyên suốt cả quá trình nghiên cứu chế tạo vật liệu cũng như công nghệ chế tạo, ứng dụng keo dán kỹ thuật là vấn đề kết dính [1,3,12]. 1.2.1, Những lý thuyết về bám dính Vấn đề bám dính giữa nền (vải hoặc các chất cần kết dính khác) và keo hoặc chất tạo màng là một trong những vấn đề hàng đầu trong quá trình chế tạo chất kết dính, nó quyết định đến việc thành bại của quá trình, về vấn đề bám dính có những lý thuyết sau đây: Trương Thị Thùy Giang 10 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trưởng ĐHSP Hà Nội 2 - Thuyết hấp phụ: Thuyết hấp phụ đã được De-Brugne và Me-laren nêu ra vào khoảng năm 1944-1947. Theo thuyết này, quá trình bám dính xảy ra trên bề mặt, lực tương tác giữa các phân tủ’ keo dán và bề mặt dán tạo ra mối liên kết giữa chúng. Quá trình này có thể được chia thành hai giai đoạn: giai đoạn thứ nhất là sự chuyển dịch các chất cao phân tử từ dung dịch keo dán đến bề mặt dán, các nhóm có cực của chất cao phân tử tiến dần đến phần phân cực của bề mặt dán. Giai đoạn hai diễn ra quá trình hấp phụ khi khoảng cách giữa các nhóm có cực của chất cao phân tử và nhóm phân cực của bề mặt dán nhỏ hơn 5A° sẽ xảy ra tương tác giữa chúng và dần dần đạt tới cân bằng hấp phụ. Theo thuyết này, độ bền bám dính cao không thể đạt được giữa bề mặt dán phân cực và keo dán không phân cực và ngược lại. Đe có sự bám dính tốt cần thiết phải tạo cho chất bám dính và bề mặt được bám những nhóm chức phân cực có khả năng tương tác với nhau. Thuyết hấp phụ bám dính có một số nhược điểm là thuyết này không giải thích được vì sao công thức để tách màng keo ra khỏi bề mặt bám lớn hơn công cần thiết để thắng lực tương tác các phân tử và độ bền kéo bóc mối dán phụ thuộc vào tốc độ kéo bóc. - Thuyết khuếch tản: Thuyết này được Mark và Josetovit là những người đầu tiên đưa ra. Theo thuyết này sự tự’ bám dính và bám dính là kết quả của quá trình khuếch tán các mạch hoặc các đoạn mạch từ loại polyme này sang loại polyme khác và dẫn đến sự tạo thành liên kết bền vững giữa chúng. Điều kiện xảy ra sự khuếch tán tương hỗ là hai polyme phải tương hợp về mặt nhiệt động học và động học, quá trình khuếch tán làm mất ranh giới phân chia giữa các bề mặt và tạo lóp biên có phần trung gian. Theo thuyết này, độ bám dính cao chỉ có được trong trường hợp cả hai polyme có cực hoặc không có cực. Thuyết khuếch tán giải thích được công cần thiết để tách màng keo lớn hơn lực tương tác giữa các phân tử keo và polyme. Thuyết khuếch tán chỉ giải thích được cơ chế bám dính giữa polyme với polyme trong điều kiện chúng Trương Thị Thùy Giang 11 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 hòa tan lẫn trong nhau, với trường họp dán polyme với kim loại (polyme không khuếch tán vào kim loại) hoặc trường hợp dán các polyme không tan lẫn trong nhau thì thuyết khuyếch tán không thể giải thích được hiện tượng bám dính. - Thuyết điện: Khi phá vỡ mối liên kết bám dính, thường quan sát thấy sự phóng điện thể hiện bằng tiếng lách tách và phát sáng còn trên bề mặt bị phá vỡ tích điện trái dấu. Hiện tượng trên xảy ra khi bóc tách màng không dẫn điện ra khỏi bề mặt kim loại. Hiện tượng này được Helmhols giải thích là do có hiệu điện thế ở hai lớp biên hai vật thể khác nhau. Hiệu điện thế đó gây ra ở vùng tiếp xúc lóp điện tích kép. Sự xuất hiện lớp điện tích kép ở vùng tiếp xúc giữa hai vật liệu khác nhau có thể giải thích được sự nhiễm điện bề mặt. Theo thuyết trên, lực phá hủy liên kết bám dính cũng vừa tiêu phí để phân tách lớp điện tích kép phát sinh trên ranh giới phân chia chất bám dính và bề mặt vật liệu. Sử dụng thuyết điện có thể giải thích được hiện tượng bám dính tốt của dung dịch cao su clopren và cao su halogen lên bề mặt kim loại. Tuy nhiên, theo thuyết điện chưa giải thích được hiện tượng bám dính giữa các polyme có bản chất tương tự và các polyme không phân cực không thể có được các mối dán có độ bền cao vì không tạo được lớp điện kép, trong hai trường hợp này lực tương tác giữa các phân tử đóng vai trò chủ yếu trong quá trình bám dính chứ không phải lực hút tĩnh điện. - Thuyết hóa học: Năm 1903, Veber lần đầu tiên đã giải thích được hiện tượng bám dính ebonit với kim loại bằng việc tạo thành các sunílt kim loại trên bề mặt phân chia pha ebonit kim loại. Sau đó, Byer đã thành công trong việc dán cao su với kim loại nhờ keo isocyanat tác dụng với oxit và hydroxit kim loại trên bề mặt kim loại, ngoài ra nguyên tử nitơ trong keo isocyanat có xu hướng tạo liên kết phức với bề mặt kim loại. Keo isocyanat còn tác dụng trực tiếp với cao su và một số phụ gia trong cao su như than đen. Như vậy, Trương Thị Thùy Giang 12 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trưởng ĐHSP Hà Nội 2 tương tác giữa hỗn họp cao su và keo dán trong quá trình lun hóa ở nhiều trường hợp đã tạo thành các liên kết hóa học giữa cao su, chất lưu hóa và polyme của keo dán. Sự bám dính của keo ureíormandehyt và keo phenolíòrmandehyt trên bề mặt gỗ được giải thích là do tạo ra các liên kết hóa học giữa nhóm hydroxyl của phân tử xenlulo với nhóm metylol của keo như vậy độ bền bám dính giữa keo dán và bề mặt được quyết định bởi liên kết hóa học. - Thuyết cơ học: Theo thuyết cơ học, sự bám dính giữa nền và cốt được thực hiện nhờ liên kết cơ học theo kiểu các khớp nối thông qua độ mấp mô trên bề mặt của cốt do lực ma sát. Polyme ở dạng lỏng sẽ điền đầy các vị trí lõm của cốt khi đóng rắn sẽ tạo thành các chốt hãm như đối với cốt sợi polyamit có cấu tạo kiểu cuộn thừng bám dính tương đối tốt với nền cao su. Như vậy, sự bám dính giữa nền vải và keo dán trong quá trình chế tạo mối dán hai màng phủ bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hiệu quả tương tác giữa các pha, tính chất nhiệt động học và bản chất của vật liệu, độ linh động của mạch cao phân tử, cấu trúc bề mặt và một số yếu tố khác. 1.2,2. Cơ chế hóa rắn của chất kết dính Đe hình thành mối dán cuối cùng, keo dán phải hóa rắn. Có ba cơ chế hóa rắn chủ yếu là: - Hóa rắn do nguội đi - Do dung môi bay hơi - Do phản ứng hóa học 1.2.2.1. Cơ chế hóa rắn do làm lạnh Một số họp chất hay hỗn hợp có khả năng nóng chảy không phân hủy. Neu được đưa lên bề mặt cần kết dính thì khi nguội đi chúng có khả năng gắn chặt các bề mặt cần dán. Muốn keo dán tốt, tốc độ hóa rắn cả khối phải lớn hơn nhiều so với tốc độ phát triển tinh thể trong hệ. Trong trường hợp ngược Trương Thị Thùy Giang 13 K37B - Hóa Học Khóa luận tốt nghiệp Trưởng ĐHSP Hà Nội 2 lại mối dán sẽ có các vùng tinh thể rời rạc xen kẽ vùng vô định hình và bị tập trung ứng xuất không đều. Nguyên tắc trên đây là cơ sở để phối chế các loại keo dán nóng chảy (HMA). Lợi thế lớn của HMA là hệ keo này chủ yếu chứa các đon chất, tốc độ hóa rắn dễ điều khiển, ngoài ra còn hàng loạt lợi thế khác như tốc độ khá nhanh, tránh dung môi độc hại, cháy nổ, có khả năng dán lớp keo dày không sợ bị xốp rỗ. ứ ng dụng thực tế của chúng khá rộng rãi như dán kính xe ôtô bằng PVB (polyvinylbutyral), tẩm giấy cách điện, cách âm bằng PE, dán dày dép, đồ cơ khí bằng keo polyamide rắn,... 1.2.2.2. Cơ chế hóa rắn do bay hơi dung mỏi Nhiều loại keo được phối đơn và pha chế trong dung môi hữu cơ. Khi dán, dung môi tách ra khỏi hệ bằng cách bay hơi hay thẩm thấu vào nền xốp. Ví dụ dán giấy bằng dung dịch keo dextrin, khi đó dextrin sẽ bám lên sợi xenluloza còn nước chuyển dịch về phía dưới các lỗ xốp trên nền giấy, một phần bay hơi qua nền. Keo dán dùng dung môi có khó khăn quan trọng nhất là cần tách loại hết được dung môi khi phải dán nhiều lớp, nhiều tầng nhưng do đơn giản, dễ dùng nên keo rất phổ biến. Các ví dụ về keo dùng dung môi có rất nhiều: - Keo xương, da - Keo tinh bột - Keo PVA - Keo cao su - Keo latex các loại 1.2.2.3. Cơ chế hóa rắn hóa học Cơ chế hình thành liên kết dán keo qua phản ứng hóa học là cơ chế quan trọng nhất đối với các loại keo dán có chất lượng cao (keo dán cấu trúc). Chất lượng và các tính năng cơ lý của nhóm keo này, dù hóa rắn ở nhiệt độ thường Trương Thị Thùy Giang 14 K37B - Hóa Học
- Xem thêm -