Tài liệu Khoá luận tốt nghiệp nghiên cứu chế tạo và ứng dụng keo dán trên cơ sở cao su nitril

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ===03 rea=== ĐỎ THỊ DUNG NGHIÊN CỨU CHÉ TẠO VÀ ỨNG DỤNG KEO DÁN TRÊN c ơ SỞ CAO su NITRIL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC • • • • C h u y ên n g à n h : H ó a C ô n g n g h ệ - M ô i trư ờ n g N gười hướng dẫn khoa học PGS.TS ĐỎ QUANG KHÁNG Hà Nội - 2015 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, nhờ vào nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đõ’ tận tình của thầy giáo em đã hoàn thành đề tài của mình đúng với thời gian quy định. Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc của mình tới PGS.TS Đỗ Quang Kháng - Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài. Em xin gửi lời cảm ơn tới tập thế Phòng công nghệ vật liệu polyme Viện Hóa Học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2, đặc biệt là tập thể cán bộ giảng viên khoa Hóa Học, đã hết sức quan tâm giúp đõ' em trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận. Trong quá trình nghiên cún đề tài này dù đã rất cố gắng nhưng cũng không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em kính mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên quan tâm để đề tài này hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 03 thảng 05 năm 2015 Sinh viên Đ ỗ Thị Dung Đ ỗ Thị Dung K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp D A N H M Ụ C C Á C K Í H IỆ U , C H Ũ V IÉ T T Ắ T « • 7 NBR Cao su nitril butadien HNBR Cao su acrylonitril butadien hydro hóa PVC Polyvinyl cloride TGA Phân tích nhiệt trọng lượng XNBR Cao su nitrile cacboxyl CSTN Cao su thiên nhiên PVA Polyvinyl alcol CR Cao su cloropren TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam ASTM Tiêu chuẩn của Mỹ PSE Polyeste PA Polyamid ĐỖ Thị Dung K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH M ỤC CÁC BANG Bảng 1.1: Đơn pha chế để tổng họp N B R .............................................................11 Bảng 1.2: Một số tính chất vật lý của cao su nitril ............................................. 13 Bảng 1.3: Hệ số thầm thấu khí và nước của một số loại polyme, 107cm2.5'lbar'1............................................................................................13 Bảng 1.4: Đặc trưng kỹ thuật của NBR được xác định trên cơ sở hợp phần.... 14 Bảng 1.5: Đặc trung kỹ thuật một số loại cao su nitril butadien trên thương trường quốc tế ............................................................................................15 Bảng 3 .ỉ: Ảnh hưởng của loại dung môi đến độ bền kéo bóc và kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên mành P S E ................................................................................................................. 27 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian cắt mạch tới độ bền kéo bóc và kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên mành polyeste.............................................................................................28 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ NBR tới độ bền kéo bóc và kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên mành polyeste.............................................................................................31 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của loại chất độn gia cường tới độ bền kéo bóc và kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên mành polyeste.............................................................................. 34 Bảng 3.5: Ket quả phân tích TGA của vật liệu kếtdính trên cơ sở NBR.......... 36 Bảng 3.6: Hệ số già hóa của vật liệu kếtdính trên cơ sở N B R ..........................37 Đ ỗ Thị Dung K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1: Anh hưởng của thời gian cắt mạch tới độ bền kéo bóc của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia trên mành polyeste............ 29 Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian cắt mạch tới độ bền kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia trên mành polyeste.... 29 Hình 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ NBR tới độ bền kéo bóc của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia trên mành polyeste............ 32 Hình 3.4: Ánh hưởng của nồng độ NBR tới độ bền kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia trên mành polyeste............ 32 Hình 3.5: Biểu đồ phân tích TGA của vật liệu kết dính trên cơ sở N B R .........35 Đ ổ Thị Dung K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỠ Đ Ầ U ............................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG Q U A N ...........................................................................................3 1.1.. Keo dán kĩ th u ậ t................................................................................................... 3 l . ỉ . ỉ . Lịch sử phát triên, khái niệm về keo dán .................................................3 1.1.2. Nhừng ưu, nhược điềm của keo d á n ......................................................... 4 1.1.3. ứng dụng của keo d á n .................................................................................6 1.2. Cao su nitril butadien...........................................................................................8 1.2.1. Lịch sử phát triến của cao su nitril (NBR)................................................8 1.2.2. Đặc điếm cấu tạ o ..........................................................................................8 1.2.3. Phương pháp tông hợp N B R .................................................................. 10 1.2.4. Tính chất cơ lý và công n g h ệ................................................................. 12 1.3 Keo dán từ N B R...................................................................................................19 1.3.1. Lịch sử phát triên của keo dán từ N B R ................................................... 19 1.3.2 Đặc điếm cấu tạ o .........................................................................................19 1.3.3 Tính chất........................................................................................................ 19 1.3.4 Úng dụng.......................................................................................................20 1.4 Tình hình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng của keo dán từ N B R ............. 20 1.4.1 Trên thế g iớ i...............................................................................................20 1.4.2 Trong nước................................................................................................... 20 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u ......................... 22 2.1 Thiết bị và vật liệu nghiên cún.........................................................................22 2.1.1 Thiết bị nghiên cứu...................................................................................... 22 2.1.2 Vật liệu nghiên c ứ u .....................................................................................22 2.2 Phương pháp chế tạo keo dán và mẫu th ử ...................................................... 23 2.2.1. Ché tạo keo dán trên cơ sở cao su nitril butadien................................ 23 Đ ỗ Thị Dung K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 2.2.2. Chế tạo mẫu thử khả năng kết dính của chắt kết dính với vải mành polyeste.........................................................................................................23 2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởỉig đến khả năng bám dính của chất kết clính lên mành polyeste...................................................................................23 2.3 Phương pháp xác định một số tính chất cơ lí của keo dán.......................... 24 2.3.1 Phương pháp xác định khả năng bám dính của keo dán ......................24 2.3.2 Phương pháp xác định độ bền nhiệt, bền môi trường của keo d á n ... 24 2.3.3 Phương pháp xác định độ bền môi trường của keo dán ....................... 25 CHƯƠNG 3. KẾT QUÀ VÀ THẢO LU Ậ N .............................................................27 3.1. Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste............................................................................................................. 27 3.2. Ánh hưởng của thời gian cắt mạch sơ bộ đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste........................................................................................ 28 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ NBR đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste............................................................................................................. 30 3.4. Ảnh hưởng của loại chất độn gia cường đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste........................................................................................ 33 3.5. Độ bền nhiệt và bền môi trường của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở cao su nitril butadien................................................................................................. 35 3.5.1. Độ bền nhiệt của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở cao su nitril butadien...................................................................................................................35 3.5.2. Độ bền môi tnròng của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở cao su nitríl butadien....................................................................................................................36 KẾT L U Ậ N .....................................................................................................................38 TÀI LIỆU THAM K HẢO.............................................................................................39 Đ ỗ Thị Dung K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tôt nghiệp M Ở ĐẦU Hóa học cao phân tử đã có quá trình phát triển tích cực và liên tục từ sau năm 1920 với những công trình nghiên cún lý thuyết hệ keo của Herman Staudinger (giải Nobel hóa học 1953). v ề mặt vật liệu, thập kỉ 1930 đã đem đến nhiều polyme mới có ý nghĩa kinh tế, kĩ thuật quan trọng như cao su clorpren, sợi polyamid và chất dẻo polyamid. Đến đầu thập kỉ 40 có sự bùng nô hàng loạt polyme mới. Các lĩnh vực ứng dụng mới của polyme đòi hỏi phải có nghiên cứu sâu hon về hiện tượng bám dính, nắm vững vấn đề liên quan đến keo dán và chất keo dính.Trong thế kỉ XX, công nghệ keo dán có bước tiến khổng lồ. Keo dán có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong kĩ thuật và y tế, trong xây dựng, trong hàng không...Với những khả năng ứng dụng rộng rãi như vậy, keo dán đã chiếm vị trí rất quan trọng. Người ta có thể chế tạo keo dán từ những polyme khác nhau. Trong đó, cao su nitril hay cao su nitril butadien (NBR) là cao su tống hợp từ 2 monome acrylonitril và butadien. Đây là một trong những cao su tống hợp được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay do những ưu điểm chịu dầu, bền môi trường và thời tiết cao và có giá thành hạ. Loại cao su này không chỉ ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phấm cao su kỹ thuật, nó còn được ứng dụng làm các loại keo dán kỹ thuật. Với những ưu thế trên, để làm chất kết dính, bảo vệ cho hệ thống ống mềm từ vật liệu dệt đế xây dựng kết cấu bảo vệ các công trình kinh tế, quốc phòng, chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cún chế tạo và úng dụng keo dán trên cơ sở cao su nitril” làm đề tài cho khóa luận của mình. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là: Chê tạo được chất kêt dính trên cơ sở cao su nitril butadien Đê thực hiện mục tiêu trên, chúng tôi tiên hành các nghiên cứu sau: Đ ỗ Thị Dung 1 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tôt nghiệp - Tống quan chung về keo dán, cao su NBR, keo dán từ NBR và khả năng ứng dụng của chúng - Nghiên cứu lưa chọn dung môi phù hợp để chế tạo dung dịch keo trên cơ sở NBR - Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt mạch cơ học đến khả năng kết dính của chất kết dính - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng kết dính của chất kết dính - Nghiên cứu chất độn gia cường cho vật liệu - Nghiên cứu độ bền nhiệt, bền môi trường của vật liệu Đ ỗ Thị Dung 2 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1 TỐNG QUAN 1.1.. Keo dán kĩ thuật 1.1.1. Lịch sử phát triển, khái niệm về keo dán [8] Lịch sử keo dán gắn liền với lịch sử phát triển của nền văn minh nhân loại. Ngay từ thời cố đại, con người đã biết sử dụng keo trong các công trình kiến trúc, xây dựng hay trong trang trí, hội họa. Vật liệu keo và chất trám vô cơ đã được dùng trong xây dựng các kim tự tháp thuộc Ai Cập cố đại (nền văn minh Tebơ). Trong nền văn minh Hi lạp cổ đại, người ta dùng keo để gắn những tấm tranh hoành tráng trong lâu đài thò' thần Knosos trên đảo Cret từ cách đây trên 5.000 năm. Người Trung Quốc, La Mã cố đại đã biết dùng keo gồm nhựa cây và sáp ong để trám kín các chiến thuyền của họ. Tuy nhiên, cho đến đầu thế kỉ XX, các keo dán chủ yếu được sử dụng đều có nguồn gốc tự nhiên như keo từ động vật (keo xương, da, keo cazein keo từ sữa, keo gốc album in...) hoặc từ thực vật (như amidon, dextrin, gôm arbic, nhựa, sáp cây...) hay các keo gốc khoáng chất như nhựa than đá, nhựa đường. Những biến đồi mạnh mẽ về kĩ thuật công nghệ và các thành tựu vĩ đại, sâu sắc trong các nghiên cứu lí thuyết về vật lý, hóa học, sinh học, toán học... đã đưa đến những đối thay có tính chất cách mạng trong lĩnh vực vật liệu. Hàng loạt vật liệu mới ra đời, có tính năng ưu việt hơn hẳn, vưọt xa các vật liệu sẵn có trong tự nhiên về độ bền chắc, khả năng chịu nhiệt, chịu ứng xuất, đã cho phép chế tạo nhưng máy móc trang bị, phương tiện kĩ thuật mới và làm đảo lộn nếp sinh hoạt truyền thống của con người. Phần lớn các thiết bị, vật liệu chúng ta quen dùng ngày nay chỉ mới ra đời trong vòng vài chục năm qua (ví dụ: sợi tống hợp, cao su tống họp, tivi m àu...). Đ ỗ Thị Dung 3 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Các tiến bộ đó đã xảy ra trên cơ sở cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật trong thế kỉ XX, thể hiện điểm chính sau : - Nông nghiệp không còn là cơ sở của nền kinh tế nữa. Nhiều quốc gia có số dân làm nông nghiệp chỉ còn < 5% (Mỹ 4%, Anh quốc 3%). - Mức tiêu thụ năng lượng (chỉ tiêu về sức mạnh công nghiệp và sức sống của xã hội) tăng vọt. - Khoa học trở nên lực lượng sản xuất trực tiếp. Do nhu cầu phát triển của khoa học - công nghệ do yêu cầu của xã hội và các quy trình đào tạo, huấn luyện tối ưu, chất lượng ngày càng nâng cao. Kỹ nghệ keo dán đã ra đời và phát triên trong bối cảnh đó, đáp ứng những nhu cầu và thành tựu khoa học - công nghệ hiện đại, đó là : - Sử dụng triệt để và có hiệu quả cao các nguồn tài nguyên, những nguyên liệu có sẵn. - Chế tạo các sản phẩm mới có nhiều ưu thế, vượt xa sản phẩm tương tự của tự nhiên. - Tạo ra các phương pháp công nghệ mới trong sản xuất có hiệu quả cao hơn, tiết kiệm hơn, cho sản phẩm chất lượng tốt hơn. Keo cao su là dung dịch của cao su hoặc hỗn họp cao su trong dung môi. Trong kĩ thuật gia công keo cao su được sử dụng đế sản xuất các sản phẩm màng mỏng, phủ phết lên vải mành, vải bạt và dán các bán thành phâm cao su cho các sản phấm có cấu trúc phức tạp, nhiều lóp. 1.1.2. Những ưu, nhược điêm của keo dán Ưu điểm: Khi dùng keo có thể đạt được nhiều lợi thế về công nghệ và chất lượng sản phấm trong khai thác, sử dụng : 1. Keo có thê gắn kết các vật liệu không thể gắn hay khó gắn liền bằng kĩ thuật khác (bột mịn, bột gỗ, kết cấu ngoắt nghoéo, phức tạp). Đ ỗ Thị Dung 4 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 2. Cho phép tạo mối dán bền chắc giữa các vật liệu khác bản chất mà không gây ra ăn mòn, phá hủy lẫn nhau (gắn các kim loại khác bản chất, kim loại với chất dẻo, cao su, da, gỗ...). 3. Đe tạo nên bề mặt hay chu vi nhẵn, bóng, giảm được ma sát, chống tiêu hao nhiên liệu, tăng được tốc độ làm việc (cánh quay, thân máy bay, khóp nối, tiếp điếm ...). 4. Bảo đảm chuyển ứng xuất đều, phân bố tải trọng tốt hơn kĩ thuật hàn, tán ri vê, ghép cơ học... (làm dầm, xà, panel chịu lực, rotor động cơ ...) tăng tuồi thọ và độ tin cậy trong làm việc. 5. Cho phép chế tạo các vật liệu compozit có tính năng biến thiên trong giới hạn rất rộng, đáp ứng các đòi hỏi đa dạng của kỹ thuật hiện đại (các kết cấu tấm ép chịu nhiều lớp, vật liệu cốt sợi, cốt bột độn gia cường, cốt tổ ong) chịu lực tốt, chịu mệt mỏi và uốn vặn cao. 6. Mối dán cho phép giảm bớt rung lắc khi hoạt động trong chế độ ứng xuất động, tăng tuối thọ của vật liệu khi bị rung xóc thường xuyên. 7. vết dán có độ kín khít cao, chống rò rỉ, thấm dầu, thấm khí, bảo vệ tốt hơn phương pháp gia công cơ khí. - Phương pháp dán làm giảm đáng kể trọng lượng sản phẩm, hạ giá thành gia công và chi phí khai thác cho phép sản xuất hàng loạt thuận lợi (kỹ thuật dán bằng keo màng, keo nóng chảy thuận lợi hon hẳn tán ri vê). Các khó khăn và nhược điếm chính khi dùng keo: 1. Độ bền mối dán phụ thuộc nhiều vào hướng tác dụng lực (nén, kéo, trượt, bóc, xé, uốn...). Mối dán thường chịu nén và chịu uốn trượt tốt, chịu kéo đứt vừa phải, chịu bóc và xé yếu. 2. Thông thường các mối dán cần có thời gian và nhiệt độ, áp suất phù họp đế hình thành và on định độ bền. Đ ỗ Thị Dung 5 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 3. Độ bền mối dán phụ thuộc nhiều vào chất lượng xử lý bề mặt nền dán. Khâu này rất quan trọng, đòi hỏi kỹ năng chuyên môn cao, tốn kém về trang bị, hóa chất, năng lượng và khá độc hại. 4. Việc chọn lựa và chỉ định đúng keo dán phù họp với nền dán và chế độ thi công có ảnh hưởng quyết định đến thành công cho mối dán. Nhiều khi, chỉ định keo là duy nhất và rất đặc thù do đó cần tham khảo chuyên gia giỏi, có kinh nghiệm trong lĩnh vực này. Hiện nay vẫn chưa có một loại keo vạn năng cho mọi nền dán và mọi môi trường làm việc. 5. Độ bền và tuồi thọ làm việc của mối dán phụ thuộc vào yếu tố của môi trường (độ âm, nhiệt độ, bức x ạ ...). 6. Công nghệ dán cần các thiết bị và điều kiện công nghệ đặc trưng: máy ép, thiết bị gia nhiệt, bộ phận xử lí bề mặt, khuôn m ẫu... Các khó khăn vừa liệt kê trên không hạn chế việc phát triển và các tiến bộ lớn lao trong công nghệ keo dán thời gian qua. Thực tế cuộc sống đã chứng minh các loại keo ngày càng có chất lượng cao hơn, đáp ứng ngày một tốt hơn đòi hỏi của con người trong sản xuất và đời sống. 1.1.3. Úng dụng của keo dán Trong thế kỷ XX, công nghệ keo dán có những bước tiến khổng lồ, các sản phâm của keo dán tham gia hầu hết mọi hoạt động của con người, cả trong sinh hoạt đến hoạt động sản xuất, công nghệ và kỹ thuật đỉnh cao. Ngày nay không thế có các chuyến bay du hành vũ trụ, các phương tiện hàng không, thông tin liên lạc hiện đại nếu không có keo dán cao cấp góp phần chế tạo ra những vật liệu siêu bền, kết cấu vững chắc, có tồn hao nhỏ hoặc che chắn tốt sóng điện từ. Keo dán được dùng trong kỹ thuật và y tế (dùng để dán mạch máu, xương, da. m ô...). Trong công nghiệp cơ khí keo dùng nhiều để dán các chi Đ ỗ Thị Dung 6 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp tiết kim loại, dán kín các chồ thoát khói, thoát chất lỏng, Trong công nghiệp điện và điện từ, keo dán dùng để chế tạo các vi mạch, các tấm compozit (kết dính tạo nền và gắn các tiếp điểm, các mạch dẫn, bán dẫn...). Trong xây dựng, thi công các nhà cửa, keo dùng đê chống thấm, dán cách âm, cách nhiệt, làm tường bảo vệ, dán các chi tiết trang trí, các cụm chức năng, gắn kết bê tông, kim lo ại... Trong hàng không và du hành vũ trụ, dùng để chế tạo các chi tiết máy bay, tên lửa, vệ tinh (các cacbin, cánh, mũi, thân, tấm chắn nhiệt) chế tạo các kết cấu tổ ong chịu lực, tấm pin mặt trời. Trong công nghiệp ô tô, keo dùng đế chế tạo các tấm cửa, chi tiết máy, dán kính an toàn (triplex) và lượng keo rất lớn được dùng trong chế tạo các lốp xe (lớp cốt sợi tống họp hay lớp cốt thép), các phụ tùng, nội thất xe (ghế + xốp cao su, xốp PU). Trong công nghiệp giày dép, công nghệ dệt, giấy, gia công đồ da, giả da, công nghiệp thuốc lá, công nghiệp thực phẩm, đều cần một khối keo dán rất lớn. Các nước công nghiệp hóa cao nhất đều là các quốc gia sản xuất và tiêu thụ keo dán lớn nhất như Mỹ, Nhật Bản, Đức, P háp... Hiện nay trên thương trường có hàng trăm loại keo dán và hàng chục ngàn mặt hàng. Bên cạnh các loại keo dán truyền thống, giờ đây đã xuất hiện hàng loạt keo dán mới, hết sức ưu việt và đa dụng. Đó là các nhóm keo : - Keo cấu trúc: Dán các chi tiết thường xuyên chịu lực, có độ bền cơ lý cao (dán cao su - kim loại, kim loại - kim lo ại...) - Keo dán nóng chảy: Cho mối dán bền chắc, tức thời ngay trên dây chuyền sản xuất. - Keo nhạy áp lực: Dùng để dán nhanh, cố định các vị trí tương đối, che chắn hay các mục đích thông dụng khác Đ ỗ Thị Dung 7 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp - Keo dán yếm khí: Keo tạo mối dán rất chắc chắn khi không có mặt Ơ 2 , dùng để cố định trong gia công cơ khí. - Keo bán dẫn và keo dẫn điện: Dùng đặc biệt cho chế tạo các linh kiện hay sửa chữa trong kỹ thuật điện tử. Ngoài ra còn có những nhóm keo chuyên dụng quan trọng khác như keo chịu nhiệt độ siêu lạnh (Cryogenic adhesive), keo chịu chân không cao, keo chịu nhiệt đặc b iệt... Các loại keo mới không ngừng ra đời, góp phần giải quyết nhiều vấn đề nảy sinh trong thực tế cuộc sống. Ở Việt Nam, trong vòng 10 năm qua, hàng loạt keo tổng hợp nhập ngoại đã đổi mới đáng kể kỹ thuật và phạm vi sử dụng trong nhiều ngành sản xuất tại chỗ. 1.2. Cao su nitril butadỉen 1.2.1. Lịch sử p h át triên của cao su nitrỉỉ (NBR) Cao su nitril butadien công nghiệp ra đời năm 1937 ở Cộng Hòa Liên Bang Đức. Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, cao su nitril butadien được tổ chức sản xuất công nghiệp ở Liên Xô cũ. Ngày nay NBR trở thành một trong những cao su được sử dụng nhiều nhất [6,7]. 1.2.2. Đặc điếm cấu tạo NBR là sản phẩm đồng trùng hợp Butadien-1,3 và Acrylonitril với sự có mặt của hệ xúc tác oxy hóa khử persuníat và trietanolamin. Cao su này là một trong những loại cao su chịu dầu điển hình. Cao su nitril, được hydro hóa một cách chọn lọc, gọi là cao su nitril hydro hóa (HNBR). Acrylonitril tham gia vào phản ứng với butadien tạo ra hai loại sản phẩm khác nhau [6]. Phản ứng diễn ra như sau: Đ ỗ Thị Dung 8 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp ch2 CH2^ = ch ----CH x2 ch2= ch + - — (-C H 2 C H ^ = C H ----------C H 2 CN — - ( — C H 2 --------- C H Ỵ N Sản phâm chính của quá trình này là đại phân tử nitril butadien, ngoài ra sản phẩm phụ hình thành khi acrylonitril tham gia vào phản ứng vòng hóa với butadien để tạo thành nitril mạch vòng 4 - xiano xiclorhexen tạo cho NBR mùi đặc trưng (mùi nhựa cây đu đủ). ^ H(J CH’ _ . A _ ỌH2 . CH2 ch CH^ HC X CH, l2 -CH c CH----- CN »2 Phản ứng tạo sản phẩm phụ 4- xiano xiclorhexen xảy ra càng mạnh khi hàm lượng monome acrylonitril trong hỗn họp phản ứng càng cao. Cao su nitril butadien chứa càng nhiều 4- xiano xiclorhexen càng có màu xẫm hơn và mùi rõ hơn [1J. Dựa vào đặc điểm này ta có thể dễ dàng phân biệt được loại cao su và hàm lượng nhóm nitril có trong cao su. Monome Butadien-1,3 tham gia vào phản ứng hình thành mạch đại phân tử chủ yếu ở vị trí 1,4 trans đồng phân. Ví dụ: Trong cao su CKH-26 được sản xuất ở Liên Xô cũ có 77,4% monome Butadien tham gia vào phản ứng ở 1,4 trans 12,4% monome butadien tham gia vào phản ứng ở 1,4-cis 10,2% monome Butadien tham gia vào phản ứng ở vị trí 1,2. Đ ỗ Thị Dung 9 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Khối lượng phân tử trung bình của NBR dao động trong khoảng từ 200.000 đến 300.000 đvC. Cao su nitril butadiene có cấu trúc không gian không điều hòa vì thế nó không kết tinh trong quá trình biến dạng. Đây là loại cao su vô định hình, rất khó kết tinh. 1.2.3. Phương pháp tông hợp NBR NBR được sản xuất bằng hệ thống đồng trùng hợp nhũ tương tương tự như SBR. Đe bắt đầu đồng trùng họp nhũ tương, monome butadien và acrylonitril được đưa vào thùng phản ứng và trộn với nước mềm và chất tạo nhũ, sau đó đưa thêm chất xúc tác và chất điều chỉnh. Đối với đồng trùng họp lạnh, hệ thống xúc tác oxy hóa khử được sử dụng, hệ thống này bao gồm các peroxit vô cơ như hydro peroxit, kali persunfat hay các hydroperoxit hữu cơ như cumen hydroperoxit, diisopropyl benzen hydroperoxit hay parametan hydroperoxit và tác nhân khử như muối sắt hoặc tetraetylen pentamin. Tác nhân điều chỉnh pH như natri photphat cũng được sử dụng. Khi sự chuyển hóa thích hợp đạt đến mức từ 60- 90 %, phản ứng trùng họp được hãm lại bởi hydroquinon hay carbamat. Đơn pha chế để tổng họp NBR thể hiện trong bảng 1.1 dưới đây. Đ ỗ Thị Dung 10 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Bảng 1.1: Đơn pha chế để tổng hợp NBR Tỷ lệ Thành phần [Phần khối lượng] Butadien 67 Acrylonitril 33 Nước 230 Natri oleat 5,0 KOH 0,05 KC1 0,30 Natri naphtalen suníonat ngưng tụ và 0,20 formaldehit EDTA- Na4.4H20 0,02 Dodecyl mercaptan 0,38 FeSƠ4 0,01 SFS (NaSO 2 .CH 2 OH.2 H 2 O) 0,05 p- Metanehydroperoxit 0,04 Sau khi loại bỏ và thu hồi các monome không phản ứng từ latex bằng cách làm nóng, giảm áp suất, lọc hơi, các tác nhân ổn định được đưa vào để duy trì tính ổn định của polyme. Latex được làm đông lại bởi canxi clorrua, nhôm sunfat, natri clorua với axit suníuric hoặc chất làm đông. Sản phẩm được lọc, rửa và sấy khô trong thành sản phấm cuối cùng. Trong trường họp sản xuất NBR không có kim loại sắt hoặc với lượng kim loại sắt, chất nhũ, huyền phù tương đối nhỏ, có thể sử dụng đồng trùng họp khối. Đ ỗ Thị Dung 11 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 1.2.4. Khóa luận tôt nghiệp Tỉnh chất cơ lý và công nghệ Tính chất nổi bật nhất của NBR là bền với các dung môi mạch thẳng và các loại dầu khoáng, nhưng tan trong kêtôn [5]. Những đặc tính kỹ thuật cơ bản của vật liệu này bao gồm: - Độ bền kéo đứt, modul đàn hồi và độ cứng cao - Ben dầu mỡ (ít thay đối thế tích trong môi trường dầu hoặc nhiên liệu) - Độ linh động ở nhiệt độ thấp kém - Quá trình hồi phục chậm, khả năng bền nhiệt ở điều kiện động thấp - Độ biến dạng dư khi nén cao NBR có cấu trúc không gian không điều hòa, vì thế nó không kết tinh trong quá trình biến dạng. Tính chất cơ lý, tính chất công nghệ của NBR phụ thuộc vào hàm lượng nhóm nitril trong nó [2,6,9]. Khả năng chịu môi trường dầu mờ, dung môi hữu cơ tăng cùng với hàm lượng nhóm Acrylonitril tham gia vào phản ứng tạo mạch phân tử cao su. Anh hưởng của nhóm nitril đến khả năng chịu dầu mỡ của NBR có thể giải thích theo 2 cách sau : CL Theo thuyết hấp phụ Do liên kết -C = N trong cao su có độ phân cực lớn (ô+ ở nguyên tử Cacbon và ô' ở nguyên tử nitơ) nên lực tác dụng tương hỗ giữa các đoạn mạch phân tử có chứa nhóm -C N tăng. Năng lượng liên kết vật lý giữa các đoạn mạch cao, năng lượng kết dính nội càng lớn khi hàm lượng nhóm -C N càng cao. Năng lượng liên kết nội ngăn chặn hiện tượng tách các phân tử polyme ra xa trong quá trình trương và hòa tan. Vì thế cùng với hàm lượng nhóm nitril tăng khả năng chịu dầu mỡ của cao su cũng tăng. Bảng 1.2 dưới đây thống kê một số tính chất vật lý của cao su nitril [2,9]. Đ ỗ Thị Dung 12 K37B - Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Bảng 1.2: Một số tính chất vật lý của cao su nitril Tính chât Giá trị Khối lượng riêng [kg/m3]: H: 0,999, MH: 0,987, M: 0,968 Hệ số dãn nở nhiệt [10'6 ° c 1]: H: 150, MH: 170, M: 175 Nhiệt độ hóa thủy tinh [°C]: H: -22, MH: -38, M: -46, L: -56 1 Hằng số điện môi 8 [1000 hzj: 7-12 Điện áp đánh thủng [kv/mm]: 20 o r- Điện trở thể tích riêng [Q.cm] b. Theo thuyết che chắn Do kích thước không gian các nhóm -C N lớn và khoảng cách không gian giữa nhóm này với liên kết không no gần nên nó đã bao trùm lên không gian các liên kết không no, ngăn chặn sự xâm nhập của các tác nhân tác dụng (phân tử của dầu, m ỡ ...) vào không gian liên kết đôi và khoảng không gian giữa các mạch đại phân tử. Khi hàm lượng nhóm nitril trong mạch cao su càng cao khả năng và hiệu quả che chắn càng cao. Tuy nhiên, nhóm -C N trong mạch đại phân tử làm tăng độ thấm thấu của NBR so với một số loại cao su không phân cực khác [12]. Bảng 1.3 : Hệ số thấm thấu khí và nước của một số loại polyme, 107cm2.5-1bar_1 [5] Polyme He o2 h 2o Polyetylen 1,14 0,40 12 1,3 120 0.0003 300 Cao su Butyl - Cao su NBR 0,55 Đ ỗ Thị Dung 13 K37B - Hóa Học