Tài liệu Khoá luận tốt nghiệp Nghiên cứu chế tạo và tính chất cao su blend trên cơ sở cao su epdm và cao su butadien (BR)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ===K>G3ca=== BÙI THỊ THƠM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CAO SU BLEND TRÊN c ơ SỞ CAO s u EPDM VÀ CAO SU BUTADIEN (BR) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC • • • • Chuyên ngành: Hóa Học Hữu Cơ Người hướng dẫn khoa học TS. Lương Như Hải HÀ NỘI - 2015 Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 LỜI CĂM ƠN Khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tại Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc về sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn TS. Lương Như Hải. Em cũng bày tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS. Đỗ Quang Kháng, ThS. Lưu Đức Hùng (phòng Công nghệ Vật liệu và Môi trường, Viện Hóa học) đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này. Nhân dịp này em xin được chân thành cảm ơn thầy Chu Anh Vân và các thầy cô giáo ở Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã dạy dỗ em tận tình, trang bị cho em các kiến thức khoa học cơ bản trong suốt quá trình em học tập tại trường. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên em trong suốt thời gian hoàn thành khóa luận này. Em xỉn chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2015 Sinh viên Bùi Thị Thơm Bùi Thi Thơm K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT ABS: Acrylonitril butadien styren BR: Cao su butadien CR: Cao su clopren DCP: Dicumyl peroxit EPDM: Cao su etylen propylen dien đồng trùng hợp HIPS: Polystyrol bền va đập cao NBR: Cao su nitril butadien PVC: Polyvinylclorua SBR: Cao su styren butadien SEM: Kính hiển vi điện tử quét TGA: Phân tích nhiệt trọng lượng Bùi Thi Thơm K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Mau vật liệu cho chất cơ lý...............................................................29 Hình 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng BR tới độ bền kéo đứt của vật liệu......32 Hình 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng BR tới độdãn dài khi đứt của vật liệu........................................................................................................33 Hình 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng BR tới độ mài mòn của vật liệu......... 33 Hình 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng BR tới độ cứng của vật liệu............... 34 Hình 3.5. Ảnh hưởng của chất tương hợp VLP tới độ bền kéo đứt của vật liệu................................................................................................. 35 Hình 3.6. Ánh hưởng của chất tương họp VLP tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu................................................................................................. 36 Hình 3.7. Ảnh hưởng của chất tương họp VLP tới độ mài mòn của vật liệu....................................................................................................... 36 Hình 3.8. Ánh hưởng của chất tương họp VLP tới độ cứng của vật liệu...... 37 Hình 3.9. Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu cao su blend EPDM/BR (70/30)........ 38 Hình 3.10. Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu cao su blend EPDM/BR/VLP (70/30/1).............................................................................................. 38 Hình 3.11. Giản đồ TGA mẫu cao su EPDM ...................................................39 Hình 3.12. Giản đồ TGA mẫu cao su B R .........................................................40 Hình 3.13. Giản đồ TGA mẫu cao su EPDM/BR (70/30)............................... 40 Hình 3.14. Giản đồ TGA mẫu cao su EPDM/BR/VLP (70/30/1)....................41 Bùi Thi Thơm K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. So sánh một số tính chất giữa cao su butadien với cao su thiên nhiên, cao su stytren butadien.............................................................4 Bảng 1.2. Tính chất của EPDM........................................................................ 10 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tói khả năng bền nhiệt của vật liệu.......................................................................................................................41 Bùi Thi Thơm K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................... 3 1.1. Cao su butadien (BR)................................................................................... 3 1.1.1. Lịch sử phát triển cao su butadỉen (BR) ...............................................3 1.1.2. Cấu tạo và phương pháp điều chế cao su butadien (BR).................... 3 1.1.3. Đặc tỉnh................................................................................................. 4 1.1.4. Khả năng gia công................................................................................ 4 1.1.5. ứng dụng............................................................................................... 5 1.2. Cao su EPDM (etylen- propylene- dien đồng trùng hợp)......................... 6 7.2.7. Quá trình phát trỉến và điều chế..........................................................6 1.2.2. Tính chất của EPDM............................................................................. 9 1.2.3. Các ứng dụng của EPDM................................................................... 10 1.3. Tổng quan về vật liệu polyme blend.......................................................... 13 1.3.1. Những khái niệm cơ bản về polyme blend.......................................... 13 1.3.2. Một sổ thành tựu nối bật.....................................................................15 1.3.3. Sự tương hợp của polyme blend.......................................................... 16 1.3.4. Các phương pháp chế tạo polyme blend.......................................... 25 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM........................................................................27 2.1. Thiết bị và hóa chất.................................................................................... 27 2.1.1. Thiết b ị ................................................................................................ 27 2.1.2. Hóa chất.............................................................................................. 27 2.2. Phương pháp chế tạo mẫu.......................................................................... 27 2.2.7. Thành phần cơ bản của vật liệu..........................................................27 2.2.2. Chế tạo mâu vật liệu........................................................................... 28 2.2.3. Ép lưu hóa........................................................................................... 28 2.3. Phương pháp xác định một số tính chất cơ học của vật liệu..................... 29 Bùi Thi Thơm K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 2.3.1. Phương pháp xác định độ bền kéo đứt của vật liệu........................... 29 2.3.2. Phương pháp xác định độ dãn dài khi đứt của vật liệu..................... 29 2.3.3. Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu..................................... 30 2.3.4. Phương pháp xác định độ mài mòn của vật liệu............................... 30 2.4. Nghiên cún cấu trúc hình thái của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)............................................................................................................. 30 2.5. Nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)......................................................................................... 31 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................32 3.1. Nghiên cứu biến tính cao su EPDM bằng cao su B R ............................... 32 3.1.1. Anh hưởĩig của hàm lượng BR tới tính chất cơ lý của vật liệu........ 32 3.1.2. Anh hưởĩĩg của chất làm tương họp tới tính chất cơ học của vật liệu......................................................................................................................35 3.1.3. Cấu trúc hình thái của vật liệu ...........................................................37 3.1.4. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới tính chất nhiệt của vật liệu....... 39 KẾT LUẬN....................................................................................................... 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 43 Bùi Thi Thơm K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 M Ở ĐẦU Ngày nay, vật liệu polyme blend nói chung và cao su blend nói riêng được nghiên cún ứng dụng trên khắp thế giới. Hằng năm tốc độ tăng trưởng của các sản phẩm từ vật liệu này tới hon chục phần trăm, có thể thấy đây là loại vật liệu phát triển nhanh và ngày càng có vai trò quan trọng trong nền kinh tế, kỹ thuật hiện tại và tương lai. Nhiều loại cao su blend có tính năng đặc biệt như có khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt, chịu mài mòn, bền nhiệt, giá thành hạ,... Chúng có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ các ngành kỹ thuật cao như kỹ thuật điện, điện tử, trong công nghiệp chế tạo máy, trong công nghiệp hóa chất nơi đòi hỏi có những vật liệu có khả năng chịu hóa chất,... cho đến các sản phẩm dân dụng như đế giày, dép và các đồ dùng khác. Vì vậy, nhiều vật liệu blend đã trở thành thương phẩm trên thị trường quốc tế. Ở Việt Nam, trong những năm qua cũng có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo, tính chất và ứng dụng các loại cao su blend mang lại những hiệu quả khoa học, kinh tế- xã hội đáng kể. Tuy nhiên, những nghiên cún này chủ yếu tập trung vào một số hệ blend trên cơ sở cao su thiên nhiên nên phạm vi ứng dụng còn hạn chế. Riêng các vật liệu cao su blend có tính năng cao, chịu mài mòn, bền nhiệt, nhất là các hệ blend trên cơ sở cao su tổng họp, để chế tạo ra các sản phẩm cho công nghệ cao vẫn còn chưa được quan tâm nghiên cứu, ứng dụng nhiều. Mặt khác, bản thân vật liệu polyme blend là một loại vật liệu tổ hợp, người ta có thế chế tạo được nhiều loại blend từ những polyme thành phần khác nhau. Những loại blend này có thể có những tính chất vượt trội tùy thuộc vào mục đích sử dụng và loại polyme thành phần. Cao su etylen propylen dien đồng trùng hợp (EPDM) có nhiều đặc tính nổi bật như bền thòi tiết, khả năng bền hóa chất và ozon rất tốt, tuy nhiên cao Bùi Thi Thơm T K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 su EPDM có tính chất cơ học không cao và giá thành lại khá cao. Cao su butadien (BR) là cao su dân dụng, có cấu trúc không gian điều hòa. Cao su này có độ cúng tương đối cao, khả năng chống mài mòn tốt và có giá thành vừa phải. Ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng loại vật liệu polyme blend và đã mang lại những hiệu quả kinh tế, xã hội đáng kể. Tuy nhiên, vật liệu polyme blend trên cơ sở cao su EPDM và cao su BR chưa có tác giả nào nghiên cứu. Với mục đích kết hợp những ưu điểm của các cao su trên, chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và tính chất cao su blend trên cơ sở cao su EPDM và cao su butadiene (BR) ” nhằm nâng cao tính chất cơ học và giảm giá thành cho sản phẩm từ cao su EPDM. Đe thực hiện mục tiêu trên, chúng tôi đã tiến hành các nội dung nghiên cún sau đây: - Chế tạo vật liệu cao su blend EPDM/BR với hàm lượng BR khácnhau, - Chế tạo vật liệu cao su blend EPDM/BR với hàm lượng chấttương hợp khác nhau, - Xác định tính chất cơ học của vật liệu cao su blend theo tiêu chuẩn Việt Nam cũng như quốc tế, - Nghiên cún cấu trúc hình thái của vật liệu cao su blend, - Nghiên cứu khả năng bền của vật liệu cao su blend. Bùi Thi Thơm K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 C H Ư Ơ N G 1: TỎNG QUAN 1.1. Cao su butadỉen (BR) 1.1.1. Lịch sử phát triến cao su butadien (BR) Từ năm 1936, cao su butadien đã trở thành sản phẩm sản xuất quan trọng của Đức và cạnh tranh với các nước trên thế giới, mặc dù giá thành của nó cao hơn cao su thiên nhiên. Vào thời gian đó, Đức đã sản xuất ra được những loại cao su khác nhau phân biệt những mã số liền sau buna, trong đó có ba loại quan trọng là buna 32, 115 và nhất là buna 85. Sau người Đức, người Nga bắt đầu sản xuất cao su cùng chủng loại này và được định dạng bằng mã số SK. Hai chủng loại lớn là SK A (được sản xuất từ butaien, dẫn xuất từ dầu hỏa) và SK B (trong đó butadien sản xuất từ ancol). Những công trình của người Mỹ đã chứng tỏ rằng sự polyme hóa butadien với sự có mặt của xúc tác olefin (muối của natri của ancol và dẫn xuất natri của olefin) xảy ra rất nhanh và tạo thành những polyme có khối lượng phân tử rất cao với cấu trúc điều hòa lập thể. Mặt khác, ở mức công nghệ và xúc tác mới được đưa vào từ những năm 1956-1959, được coi là cải tiến đáng kể đối với chất đàn hồi polybutadien [25]. /.7.2. Cấu tạo và phương pháp điều chế cao su butadỉen (BR) - BR là loại cao su rất phổ biến. Cao su BR có hai loại: • BR có hàm lượng cis cao • BR có hàm lượng cis thấp - Cao su butadien được trùng họp từ 1,3- di vinyl trong dung dịch nCH2= CH- CH= CH2 [-CH2 - CH = CH - CH2-]n - Phương pháp sản xuất • BR có hàm lượng cis cao được tạo ra bằng cách ion hóa dung dịch butadien bằng cách xúc tác hữu cơ kim loại như: Ziegler Natta. Bùi Thi Thơm 5 K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp • T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 BR có hàm lượng cis thấp: Được tạo ra bằng các dung dịch nhiệt phân với xúc tác là các Lithium hữu cơ [26]. 1.1.3. Đặc tính Cao su butadien ít khi sử dụng riêng lẻ một mình mà thường pha trộn với cao su khác nhau như: Pha trộn với cao su thiên nhiên cải thiện tính kháng xé khi đã tạo vết nên được sử dụng mạch lốp vỏ xe. + BR pha trộn với cao su cloropren sẽ cải thiện tính chịu giòn ở nhiệt độ thấp. + Đàn hồi tốt + Chịu mỏi mòn tốt + Kháng mài mòn tốt + Kháng dập nứt tốt Bảng 1.1: So sánh một số tính chất giữa cao su butadien với cao su thiên nhiên, cao su styrene butadien Tính chất Lực kéo đứt (PSI) Cao su butadien 2500 Cao su styrene butadien 3400 Cao su thiên nhiên 4000 Độ dãn dài khi đút (%) 500 580 520 Nhiệt nội sinh (°C) 40 67 40 Độ nảy (%) 75 62 72 Độ cứng (Shore A) 60 45 45 1.1.4. Khả năng gia công - Khả năng gia công: BR khó sơ luyện, khó ép hình, khó đùn so với cao su SBR khi tăng nhiệt độ quá, cao su butadien trở nên nhám, không bám trục cán, kém dính và võng xuống do đó khó cán luyện. Tuy nhiên cũng có thể dùng vài chất làm mềm đế dễ cán như axit sunfonic tan trong dầu với Bùi Thi Thơm K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 paraffin, Di- ortho- benzamidophenyl disulphit và các dẫn xuất muối kẽm của Peutachclothiophenol. - Phối họp với cao su thiên nhiên: Không nhũng cải thiện được tính công nghệ mà còn mang lại những tính năng cơ lý tốt cho hỗn họp và ngoại quan sản phẩm tốt hơn. - BR có thể lun hóa bằng lun huỳnh và chất xúc tiến khác loại thông thường. Tuy nhiên có thể lưu hóa bằng các peroxit. • Kháng mòn, mỏi mệt, nút, xé, uốn gãy tốt. Kháng nhiệt, sinh nhiệt ít. • Mem dẻo ở nhiệt độ thấp. Độ nảy cao • Sức bám ẩm ướt thường thấp. Độ biến dạng ít. Kháng điện kém. 1.1.5. ứng dụng - Polybutadien được sử dụng làm lốp xe, và phần lớn là sử dụng kết họp với các loại polyme khác như cao su thiên nhiên, cao su styren butadien, ở đây polybutadien có tác dụng làm giảm nhiệt nội sinh và cải thiện tính chịu mài mòn của hỗn họp cao su. Độ ma sát của lốp xe trên băng vào mùa đông có thể được cải thiện bằng cách sử dụng hàm lượng polybutadien cao trong hỗn hợp cao su mặt lốp. - Ở các ứng dụng khác, cao su butadien được sử dụng trong hỗn họp cao su, nhằm mục đích tăng tính chịu mài mòn và độ uốn dẻo ở nhiệt độ thấp của sản phẩm, ví dụ như giày, băng tải, dây đai. - Khoảng 25% của polybutadien sản xuất được sử dụng để cải thiện các tính chất cơ học của nhựa, đặc biệt là tác động cao polystyren (HIPS) và một mức độ ít hơn acrylonitril butadien styren (ABS). - Ngoài ra polybutadien còn dùng để sản xuất bóng golf, việc sản xuất bóng golf tiêu thụ khoảng 2 0 .0 0 0 tấn polybutadien mỗi năm. - Cao su polybutadien có thể được sử dụng trong các ống bên trong của vòi phun nước cho phun cát, cùng với cao su thiên nhiên. Ý tưởng chính là Bùi Thi Thơm 5 K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 để tăng khả năng phục hồi. Cao su này cũng có thể được sử dụng trong các tấm lót đường sắt, các khối cầu,... - Cao su polybutadien có thể được pha trộn với cao su nitril để gia công dễ dàng. Tuy nhiên tỷ lệ lớn sử dụng có thể ảnh hưởng đến sức kháng dầu của cao su nitril [28]. 1.2. Cao su EPDM (etyỉen- propylene- dien đồng trùng hợp) Cao su EPDM là một loại vật liệu đàn hồi, được tổng hợp từ etylen với các monome propylen. Cao su EPDM có dải nhiệt độ làm việc từ -50°c tới 120 °c, dải nhiệt độ này còn phụ thuộc vào hệ thống lưu hóa. Cao su EPDM thường được sử dụng cho các sản phẩm làm kín trong sản xuất công nghiệp và trong các công trình thể thao. Tính chất nổi bật của loại vật liệu EPDM là nhờ khả năng kháng được rất tốt với các loại dung môi, axit loãng, kiềm loãng, hơi nước, ánh sáng mặt trời, tác động của tia ozon và làm việc được trong môi trường nhiệt độ cao. EPDM tổng họp không nên sử dụng cho các thiết bị cao su kỹ thuật làm việc trong môi trường tiếp xúc với các loại xăng dầu, dầu mỡ và các hydrocacbon. 1.2.1. Quá trình phát triển và điều chế Cao su tổng họp etylen propylen đien đồng trùng hợp (EPDM) là một loại elastome được tổng hợp muộn hơn so với các loại cao su tổng hợp khác. EPDM được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1961- 1962 và được sản xuất ở qui mô công nghiệp vào năm 1962 bởi công ty Chemical Enjay. Qúa trình tổng hợp EPDM sử dụng xúc tác dị the Ziegler. 1.2.1.L Phản ứng tổng hợp Etylen và propylen được trùng họp trong dung môi hữu cơ. Nhiệt của quá trình trùng hợp phụ thuộc vào thành phần của copolyme. Bùi Thi Thơm ~6 K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp 11C 2H4 T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 ->■ (C2H4)„ AH°= - 2588kcal/mol nC3Hf, -> (C3H6)„ AH° = - 2498kcal/mol Khối lượng phân tử trung bình thu được khoảng 10 —2.10 đvC • Cấu trúc phân tử Phân tử etylen propylen có cấu trúc xen kẽ, dạng cis Dạng cấu trúc xen kẽ này có thể thay đổi bởi ảnh hưởng của điều kiện trùng hợp và tỷ lệ monome ban đầu. Do bản thân phân tử etylen propylen không có nối đôi nên muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình lun hóa thì cần đưa vào trong cấu trúc những nối đôi. Một trong những cách đó là đưa thêm phân tử 5- etyldien- 2- norbomen (từ 1- 2% mol): - ( CH2- cH2)m-( c H - C H 2 )n Ỷ ~ ỵ ) ° - <=H3 H CH.CH3 Ngoài ra cũng có thể sử dụng 1,4-hexandien và dicvclo pentadien: CH2 = CH - CH2 - CH = CH - CH3 và 1.2.1.2. Điểu kiện phản ứng • Yêu cầu đối với monome Với etylen Etylen Hydrocacbon no Propylen và sản phâm nặng >99% khôi lượng < 1 % khôi lượng < 40 ppm thê tích < 5 ppm thê tích < 1 ppm thê tích < 1 ppm thê tích < 1 ppm khôi lượng < 2 ppm thê tích < 1 ppm khôi lượng < 1 ppm khôi lượng < 5 ppm khôi lượng co2 Axetylen Liru huỳnh H2o CO o2 H2 Clo Bùi Thi Thơm 7 K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 Với propylen Propylen Hydrocacbon no CO2 Metyl axetylen Lưu huỳnh >99% khôi lượng < 1% khôi lượng < 5 ppm thê tích < 1 ppm thê tích < 1 ppm thê tích H2o < 5 ppm khôi lượng < 2 ppm thê tích CO < 5 ppm khôi lượng o2 H2 < 2 0 ppm khôi lượng Clo < 5 ppm khôi lượng Allen < 5 ppm khôi lượng Hydrocacbon không no < 2 0 ppm thê tích • Xúc tác: Hệ xúc tác sử dụng là hệ xúc tác Zicgler dị thể như: V O C l3 -(C 2H5)3Al2Cl3 VOCI3 - (C2H5)2A1C1 VOCI3 - (C4H9)2A1C1 1.2.1.3.Quá trình tổng hợp Quá trình tổng họp có thể tiến hành theo hai cách trùng hợp dung dịch hay trùng hợp huyền phù. • Trùng họp trong dung dịch: Quá trình được sản xuất bởi công ty Esso Research and Engineering. Phản ứng được tiến hành trong pha lỏng có mặt dung môi là hexan. Xúc tác là VOCI3 - (C2H5)3Al2Cl3. Quá trình phản ứng được giữ ở nhiệt độ 30- 40°c và áp suất 15 bar. Sản phẩm thu được chứa 50% etylen, 10% propylen, 8 % đien • Trùng hợp huyền phù Được sản xuất bởi hãng Monjecatini Edison gồm 5 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Trùng hợp - Giai đoạn 2: tách xúc tác bằng toluene Bùi Thi Thơm K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 - Giai đoạn 3: Chưng cất phần hơi, thu hồi dung môi và monome chưa phản ứng - Giai đoạn 4: Tuần hoàn monome và dung môi - Giai đoạn 5: Rửa sản phẩm. Sản phẩm thu được là EPDM ở dạng rắn. /.2.2. Tính chất của EPDM EPDM có thể lưu hóa bằng lưu huỳnh nhưng trong mạch chính không có liên kết đôi mà chỉ cho phép liên kết đôi của dien ở mạch nhánh. Chất oxy hóa tấn công vào liên kết đôi, quá trình lun hóa tạo cho EPDM chịu được tác động của môi trường, ôzôn và ăn mòn hóa học, cách điện tốt chịu được nhiệt độ trên 100°c [17]. Cùng với lun huỳnh thì EPDM còn có thể sử dụng hệ xúc tiến lun hóa như: nhóm thiazol, sulphelamit, thiruam, dithiocacbamat, ngoài ra cũng có thể bằng peroxit, tạo cho EPDM có khả năng chịu nhiệt tốt và có độ ổn định kích thước cao [12]. Cao su tổng hợp EPDM được sử dụng để tạo blend với một số monome và polyme để chế tạo các sản phẩm có tính chất mong muốn như chịu dầu, bám dính tốt và có tính chất cơ lý cao cũng như chế tạo các chất tương họp cho vật liệu blend trên cơ sở EPDM và các polyme có cực, người ta thực hiện phản ứng ghép với các monome và EPDM [11]. Đối với EPDM xét về thành phần và cấu trúc chúng có ảnh hưởng đến tính năng công nghệ và sản phẩm như sau: - Thành phần: Neu thành phần propylen trong cao su cao, thường dễ cán luyện, nhưng nếu etylen cao, lý tính và tính dễ đun tốt hơn. - Tính kết dính: Thường cao su sống không kết tinh được ưa chuộng hơn, tuy nhiên khi kéo dãn tính kết tinh phát triển dần, đôi lúc cũng được ưa chuộng. - Mạch nhánh: Phải tránh cấu trúc cao su có mạch nhánh dài, ngoại trừ cấu trúc cao su cứng rắn, mạch nhánh ngắn không có ảnh hưởng. Bùi Thi Thơm V K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp - T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 Khối lượng phân tử trung bình: Độ nhớt Mooney cao thì tính năng sản phẩm càng tốt nhưng khó cán, khó ép hình... Bảng 1.2: Các tính chất của EPDM Khối lượng riêng (g/cm3) 0,86-0,87 Độ kêt tinh soi băng tia X Không Ngoại quan Không màu Độ nhớt Mooney Thay đôi Nhiệt dung (Cal/g.C) 0,52 Độ truyền nhiệt (Cal/cm.sec°C) 8,5 . 104 Độ khuyên tán nhiệt (cm/sec) 1,9. 10 j 00 o Hệ sô truyên nhiệt thăng Điểm dòn (°C) -95 Nhiệt độ thủy tinh hóa -60 Độ thấm khí tương đối (cm2.sec'1.atm'1) 100 Bên cạnh đó, EPDM cũng còn một số nhược điểm như đàn hồi và độ bền kéo thấp hơn cao su thiên nhiên và cao su isoprene, khả năng chịu dầu của EPDM không cao và có thể bị phá hủy bởi dầu mỏ, dung môi hay các hydrocacbon thơm. Khả năng cách điện bị kém đi khi trộn họp với than đen nên cũng ít sử dụng thuần túy EPDM trong vật liệu cách điện. Ngoài ra, cao su EPDM là tính dính của cao su sống rất kém gây khó khăn rất lớn trong việc tạo thành sản phẩm. 1.23. Các ứng dụng của EPDM - Trong lĩnh vục thể thao: Sử dụng trong làm đường chạy sân vận động, sân chơi trẻ em, sân chơi thể thao đa năng. - Công nghiệp điện- điện tử: Dùng làm vật liệu phụ các chi tiết như cáp điện, giắc cắm,... Bùi Thi Thơm TTT K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 - Thủy sản: Ống dẫn nước sử dụng trong ao, hồ nuôi thủy sản. - Các đồ dân dụng: Chi tiết trong máy giặt, máy rửa. - Cao ốc và xây dựng: Tấm lợp mái nhà và profile nhà cao tầng, cửa sổ và đệm cầu, tấm trải sàn. - Công nghiệp xe hơi: Óng các loại (ống thoát, ống chịu nhiệt, ống chân không,...), chi tiết giảm chấn. - Các ứng dụng khác như làm chất tăng chỉ số độ nhớt của dầu nhờn, ứng dụng trong sản xuất xăm và lốp,... Một số sản phẩm từ cao su EPDM [27] Ị ) EPDM làm gioăng bít kín cho cửa máy giặt Gioăng cửa của máy giặt loại cửa trước giữa cửa kính và ống trước lồng máy giặt. Gioăng làm kín này phải chịu được mức độ rung động đáng kế trong khi lồng giặt chứa quần áo quay tốc độ cao trong giai đoạn làm khô. Ống trước lồng máy giặt được di chuyển tự do trên hệ thống treo của nó vì trọng tải giặt không bao giờ cân bằng. Gioăng này cũng phải bền với lão hóa gây ra bởi ảnh hưởng của khí quyển và các thành phần của bột giặt. Để có thể thực hiện được chức năng làm kín của mình một cách hoàn hảo hỗn họp cao su làm gioăng cần có độ bền xé và bền nén tốt. Hỗn họp cao su này cũng phải được thiết kế để có độ chảy tốt khi gia song bằng phương pháp ép và thường nó phải có màu sáng. Thiết kế hỗn hợp cao su: Hỗn hợp cao su này được làm từ một loại cao su EPDM có trọng lượng phân tử cao và đã có sẵn 100 phần trọng lượng dầu trong thành phần (buna EPG 3569). Trọng lượng phân tử cao của cao su cùng với silica tăng cường lực (Vulkasyl S) và silan giúp đảm bảo độ bền xé và bền nén cao. EPDM có khả năng chịu lão hóa và bền với các hóa chất mạnh của bột giặt. Độ bền lão hóa của nó còn được tăng cường bằng việc đưa vào cao su hỗn hợp phòng lão có tính hiệp lực Rhenofit DDA 70 và Vulkanox ZMB2. Bùi Thi Thơm TT K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 Hệ lưu hóa sử dụng các xúc tiến không gây nguy cơ ung thư mà tạo ra tốc độ lun hóa nhanh. Hàm lượng lun huỳnh thấp cùng với các chất mang lun huỳnh không gây nguy cơ ung thư được người ta sử dụng để tạo ra độ bền nén tốt nhất. 2) Hạt cao su EPDM màu Hạt cao su EPDM màu đàn hồi và dẻo dai, được sử dụng làm bề mặt: sân chơi, đường chạy, sân thể thao nhằm: + Kháng trượt, kháng mòn + Giảm sóc, giảm chấn thương + Kháng thời tiết, ƯV, bền theo thời gian Hạt cao su EPDM màu hiện nay được cung cấp: + Màu sắc đa dạng + Kích thước hạt nhỏ + Độ cứng shore A trong khoảng rộng. + Có sẵn công thức kháng cháy nếu có yêu cầu 3) Biến tính polyme propylene (PP) bằng EPDM pp là vật liệu polyme được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vục y tế do ưu thế về tính năng cơ lý và giá thành. Nhược điểm của nó là có độ cứng cao, kém bền với bức xạ tủ’ngoại nên thời gian sử dụng ngắn ở ngoài trời. Biến tính pp bằng EPDM làm giảm hầu hết các tính năng cơ lý nhưng lại làm tăng độ mềm dẻo cho vật liệu. Các chất tương họp đã làm thay đổi cấu trúc hình thái của vật liệu blend được cấu thành từ hai hoặc nhiều loại polyme nhiệt dẻo với cao su đế làm tăng độ bền hoặc giảm giá thành sản phẩm của vật liệu. Giữa các polyme thành phần có thể tương tác hoặc không tương tác vật lý hoặc hóa học PP/EPDM, vật liệu có cấu trúc đều đặn và chặt chẽhơn và do vậy làm tăng độ bền nhiệt và tính chất cơ lý của vật liệu. Bùi Thi Thơm T2 K37A - Hóa Hoc Khóa luận tố t nghiệp T r ư ờ n g ĐHSP Hà Nội 2 1.3. Tổng quan về vật liệu polyme bỉend Vật liệu tổ hợp (Polyme blends) là một trong những thành tựu của ngành khoa học vật liệu trong nhiều năm trở lại đây. Loại vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vục từ kỹ thuật cao cho đến đời sống như hàng không, đường sắt, ô tô, điện, điện tử, dệt may, nông nghiệp, y tế,.. .Đây là loại vật liệu mới kết họp được nhiều tính chất của các vật liệu thành phần, đáp úng được các yêu cầu về kỹ thuật, giá thành, tiết kiệm thời gian hơn so với các vật liệu được tổng hợp từ các phương pháp trùng họp, đồng trùng hợp,... [2,4,5]. 1.3.1. Những khái niệm cơ bản về polyme blend Vật liệu polyme blend là loại vật liệu polyme được cấu thành từ hai hoặc nhiều polyme nhiệt dẻo hoặc polyme nhiệt dẻo với cao su để làm tăng độ bền cơ lý hoặc hạ giá thành của vật liệu. Giữa các polyme có thế tương tác hoặc không tương tác vật lí, hóa học với nhau [4,6-9,18,20]. Polyme blend có thể là hệ đồng thể hoặc dị thể. Trong hệ đồng thể các polyme thành phần không đặc tính riêng còn trong polyme blend dị thế thì các tính chất của các polyme thành phần hầu như vẫn được giữ nguyên. Polyme blend thường là loại vật liệu có nhiều pha, trong đó có một pha liên tục (pha nền, matrix) và một hoặc nhiều pha phân tán (pha gián đoạn) hoặc tất cả các pha đều phân tán, mỗi pha được tạo nên từ một polyme thành phần. Sự tương hợp của các polyme: Là sự tạo thành một pha tố họp ốn định và đồng thể từ hai hoặc nhiều polyme. Sự tương hợp của các polyme cũng chính là khả năng trộn lẫn tốt của các polyme vào nhau, tạo nên một vật liệu polyme mới- vật liệu polyme blend. Khả năng trộn hợp: Là khả năng những polyme dưới nhũng điều kiện nhất định có thế trộn lẫn vào nhau tạo thành những tổ họp đồng thế hoặc dị thể. Bùi Thi Thơm Ĩ3 K37A - Hóa Hoc