Nghiên cứu hoàn thiện tính chất vật liệu cao su có sử dụng SiO2 biến tính

- Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội.
- Nguyễn Tiến Phong Nghiên cứu hoàn thiện tính chất vật liệu cao su có sử dụng SiO2 biến tính chuyên Ngành: công nghệ vật liệu hóa học Mã số: Luận văn thạc sĩ khoa học Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS.
- Bùi chơng Hà NộI 2009 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, đợc các đồng tác giả cho phép sử dụng và cha từng đợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
- Tác giả Nguyễn Tiến Phong Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Lời cảm ơn Sau một thời gian học tập và nghiên cứu với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp cùng sự nỗ lực cố gắng của bản thân, luận văn tốt nghiệp cao học của tôi đã hoàn thành.
- Bùi Chơng ngời đã hết lòng hớng dẫn, chỉ bảo trong thời gian thực hiện luận văn này.
- Do thời gian làm luận văn có hạn, điều kiện nghiên cứu hạn chế nên không tránh khỏi có những thiếu sót.
- Tôi rất mong nhận đợc những đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn chỉnh hơn.
- Hà Nội, ngày 23 tháng 10 năm 2009 Học viên Nguyễn Tiến Phong Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Mục lục Trang Trang phụ bìa 1 Lời cam đoan 2 Lời cảm ơn 3 Mục lục 4 Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 6 Danh mục các bảng biểu 7 Danh mục các hình vẽ và đồ thị 8 Mở đầu 9 Chơng 1.
- Cao su thiên nhiên 10 1.2.
- Cao su EPDM 13 1.3.
- Cơ chế tăng cờng lực cho cao su 30 1.5.
- Hóa chất và thiết bị sử dụng 43 2.2.
- Các phơng pháp nghiên cứu và thiết bị sử dụng 44 Chơng 3.
- Nghiờn cứu chế tạo cao su thiờn nhiờn sử dụng silica 47 3.1.1.
- Chế tạo cao su thiờn nhiờn sử dụng Silica 49 3.1.3.
- Chế tạo blend từ cao su EPDM và cao su thiờn nhiờn 57 3.2.1.
- Khảo sát khả năng chịu lão hóa nhiệt 59 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học .
- Khảo sỏt tớnh chất nhiệt của vật liệu 64 kết luận 68 kiến nghị 69 tài liệu tham khảo 70 Tóm tắt luận văn bằng tiêng việt 73 Tóm tắt luận văn bằng tiếng anh 74 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 1BKý hiệu và chữ viết tắt Nội dung CSTN Cao su thiên nhiên EPDM Etylen propylen dien monome PP Polypropylen PE Polyetylen TESPT Bis (3-trimetoxysilyl propyl) tetrasunfit MPTS 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane PS Polystyren PA Polyamid MA Maleic anhydryt SBR Cao su Butadien Styren BR Cao su Butadien Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Danh mục các bảng biểu Bảng số Tên bảng Trang 1.1 Một số tớnh chất tiờu biểu của EPDM 14 1.2 Độ hũa tan của cỏc chất xỳc tiến trong EPDM 17 1.3 Blend giữa CSTN và cao su tổng hợp ứng dụng chế tạo lốp xe 28 1.4 Đặc điểm than đen sử dụng chế tạo lốp 33 1.5 Các loại Silanol 35 3.1 Kết quả khảo sỏt ảnh hưởng thời gian nghiền đến kớch thước silica 47 3.2 Đơn phối liệu cao su thiờn nhiờn theo phần trăm trọng lượng 49 3.3 Kết quả khảo sỏt tớnh chất cơ lý CSTN 52 3.4 Kết quả khảo sát ảnh hởng của nhiệt độ trộn 54 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hởng của tốc độ trộn đến tính chất vật liệu 56 3.6 Đơn phối liệu cao su EPDM 58 3.7 Kết quả phân tích nhiệt TGA của các mẫu vật liệu 67 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Danh mục các hình vẽ và đồ thị Hình vẽ, đồ thị số Tên hình vẽ, đồ thị Trang 1.1 ảnh chụp sản phẩm cao su EPDM làm gioăng chịu thời tiết 14 1.2 Công thức cấu tạo EPDM và cấu trúc không gian của EPDM 15 1.3 Cấu trỳc của hạt silica 35 1.4 Cỏc loại hydroxyl trờn bề mặt silica 36 3.1 Mẫu silica ban đầu khi chưa biến tớnh 48 3.2 Mẫu silica biến tớnh bằng TESPT trong thời gian 8 giờ 48 3.3 Biểu đồ sự phụ thuộc của momen xoắn vào thời gian 51 3.4 Biểu đồ sự phụ thuộc của nhiệt độ vào thời gian 51 3.5 Ảnh chụp bề mặt của mẫu 1( khụng sử dụng silica) 52 3.6 Ảnh chụp bề mặt của mẫu 2 (sử dụng silica 20PTL) 53 3.7 Ảnh chụp bề mặt của mẫu 3(sử dụng silica 10PTL) 53 3.8 Biểu đồ sự phụ thuộc của momen xoắn vào thời gian 55 3.9 Biểu đồ sự phụ thuộc của nhiệt độ vào thời gian 55 3.10 Biểu đồ sự phụ thuộc của momen xoắn vào thời gian 57 3.11 Biểu sự phụ thuộc của nhiệt độ vào thời gian 57 3.12 Sự phụ thuộc độ bền kéo vào tỉ lệ CSTN/EPDM 59 3.13 Sự ảnh hởng của nhiệt độ đến tính chất blend 60 3.14 Biểu đồ sự ảnh hởng của nhiệt độ đến tính chất blend 61 3.15 Sự ảnh hởng của chất trợ tơng hợp đến tính chất bend 62 3.16 Sự ảnh hởng của nhiệt độ đến tính chất blend khi sử dụng chất trợ tơng hợp 63 3.17 Ảnh chụp mẫu cao su blend khi chưa sử dụng chất trợ tương hợp 63 3.18 Ảnh chụp mẫu cao su blend khi sử dụng chất trợ tương hợp 64 3.19 Đồ thị và TGA của EPDM 65 3.20 Đồ thị DSC và TGA của blend khi cha có chất trợ tương hợp 66 3.21 Đồ thị DSC và TGA của blend khi có chất trợ tương hợp 66 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học MỞ ĐẦU Cao su là vật liệu có nhiều tớnh năng kỹ thuật đặc biệt.
- Chúng được sử dụng rộng rói trong cỏc Ngành cụng nghiệp để chế tạo săm lốp ụtụ, xe mỏy và cỏc sản phẩm dõn dụng khỏc như băng truyền, băng tải, dõy cu-roa… Cao su cú độ bền cơ học thấp nhưng cú đại lượng biến dạng, đàn hồi rất lớn.
- Sự đa dạng trong cỏc lĩnh vực sử dụng, chủng loại sản phẩm, tớnh năng kỹ thuật của cỏc sản phẩm cao su đó khiến nhu cầu sử dụng cỏc sản phẩm cao su trong cụng nghiệp và đời sống ngày càng tăng.
- EPDM là cao su có độ bền cơ lý thấp nhng ngợc lại có khả năng chịu khí hậu rất tốt.
- Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Chơng I: TỔNG QUAN 1.1.
- Cao su thiờn nhiờn 1.1.1.
- Lịch sử hỡnh thành và phỏt triển của cao su thiờn nhiờn Cao su thiờn nhiờn là loại vật liệu được sản xuất từ mủ cõy cao su thiờn nhiờn Hevea Brasiliensis của họ Đại Kớch (Euphorbiaceae).
- Cao su cú lẽ được biết tới đầu tiờn là Christophe Colomb trong hành trỡnh thỏm hiểm sang chõu Mỹ lần thứ hai.
- Đến khi loài người tỡm ra được quỏ trỡnh lưu húa chuyển cao su sang trạng thỏi đàn hồi bền vững thỡ sản lượng cao su sản xuất ra mỗi năm tăng vọt.
- Nhờ hai phỏt minh của Handcook (nghiền dẻo) và Goodyear (lưu húa) mà cụng nghệ cao su phỏt triển mạnh mẽ, nhu cầu tiờu thụ tăng lờn rất nhiều.
- Ngành cụng nghiệp cao su tiến triển mạnh mẽ như ngày nay cũng phải nhờ cỏc khỏm phỏ sau này như khỏm phỏ ra chất xỳc tiến lưu húa, chất chống lóo húa, chất độn tăng cường lực cho cao su …[1] 1.1.2.
- Cấu trỳc húa học của cao su thiờn nhiờn Cao su thiờn nhiờn là polizopren - polymer của isoprene cú cụng thức: CH2C CH CH2CH3n Mạch đại phõn tử cao su thiờn nhiờn hỡnh thành từ đồng phõn cis của cỏc mắt xớch isoprene liờn kết với nhau ở vị trớ 1,4 như hỡnh dưới đõy: CH3CH2HCH2CCCH2C CCH3CH2HCH2CCCH3HCH2 Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Ngoài đồng phõn cis 1, 4 isopren trong cao su thiờn nhiờn cũn khoảng 2% cỏc mắt xớch liờn kết ở vị trớ 3,4.
- Khối lượng phõn tử trung bỡnh của cao su thiờn nhiờn là 1,3 x 106.
- Tớnh chất vật lý Ở nhiệt độ thấp, cao su thiờn nhiờn cú cấu trỳc tinh thể.
- Cao su thiờn nhiờn kết tinh với vận tốc lớn ở -250C.
- Cao su thiờn nhiờn là polyme khụng phõn cực nờn tan tốt trong cỏc dung mụi khụng phõn cực như dung mụi hữu cơ mạch thẳng, mạch vũng, CCl4, CS2 … Khối lượng riờng: ρ = 913 kg/m3 Nhiệt độ thủy tinh húa Tg = -700C 1.1.4.
- Tớnh chất cơ học Tớnh chất cơ học của cao su thiờn nhiờn được xỏc định từ hợp phần cao su tiờu chuẩn cú thành phần như sau: Cao su thiờn nhiờn: 100PTL Lưu huỳnh: 3,0PTL Mercapto Benzothiazol: 0,7PTL Kẽm oxớt: 5PTL Axớt stearic: 0,5PTL Cỏc tớnh chất cơ học của hợp phần cao su tiờu chuẩn như sau: Độ bền kộo đứt: 23 MPa Độ gión dài tương đối: 700% Độ gión dài dư.
- 12% Độ cứng ShoreA: 65 Hỗn hợp cao su này cú tớnh chịu lạnh tốt, đàn tớnh cao và chịu tỏc dụng lực động học lớn.
- Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học .
- Tớnh chất cụng nghệ Độ nhớt của cao su thiờn nhiờn phụ thuộc vào chất lượng cao su và là đại lượng đặc trưng cho tớnh chất cụng nghệ của cao su thiờn nhiờn.
- Để đỏnh giỏ mức độ ổn định cỏc tớnh chất cụng nghệ của cao su thiờn nhiờn người ta thường sử dụng độ dẻo PRI.
- PRI được đỏnh giỏ bằng tỷ số (tớnh bằng phần trăm) độ dẻo mẫu cao su được xỏc định sau 30 phỳt đốt núng ở nhiệt độ 1400C so với độ dẻo ban đầu.
- Hệ số ổn định độ dẻo PRI cho cỏc loại cao su khỏc nhau thỡ khỏc nhau.
- Cao su hong khúi mắt sàng loại I: PRI = 80 ữ 90.
- Cao su hong khúi SMR – 5: PRI < 60.
- Cao su hong khúi SMR – 50: PRI < 30% Hệ số ổn định độ dẻo PRI càng cao thỡ vận tốc húa dẻo cao su đú càng nhỏ, điều đú cú nghĩa là cao su cú hệ số PRI càng lớn thỡ khả năng chống lóo húa càng tốt.
- Cao su thiờn nhiờn cú khả năng phối trộn với cỏc chất độn và phụ gia trờn mỏy luyện kớn, luyện hở, cú khả năng cỏn trỏng, ộp phun tốt, mức độ co ngút kớch thước sản phẩm nhỏ.
- Trong quỏ trỡnh bảo quản dễ chuyển sang trạng thỏi tinh thể, làm giảm tớnh mềm dẻo của cao su thiờn nhiờn.
- Cao su thiờn nhiờn là cao su khụng phõn cực nờn cú thể trộn hợp với cỏc lọai cao su khụng phõn cực khỏc: cao su butadien, cao su isopren, cao su butyl …[1] 1.1.6.
- Ứng dụng của cao su thiờn nhiờn Cao su thiờn nhiờn là loại cao su mà từ nú cú thể sản xuất cỏc mặt hàng dõn dụng như săm lốp xe mỏy, xe đạp, cỏc sản phẩm cụng nghiệp như băng chuyền, băng tải, dõy cu-roa làm việc trong mụi trường khụng cú dầu mỡ.
- Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Cao su thiờn nhiờn khụng độc nờn từ nú cú thể sản xuất cỏc sản phẩm dựng trong y học và trong cụng nghiệp thực phẩm .
- Cỏc phương phỏp sản xuất cao su thiờn nhiờn Cao su thiờn nhiờn được sản xuất từ latex chủ yếu bằng hai phương phỏp.
- Keo tụ mủ cao su, rửa phần keo tụ bằng nước mềm rồi sấy cao su đến độ ẩm cần thiết.
- Sản xuất cao su sống bằng phương phỏp keo tụ cho phộp nhận được sản phẩm cú độ tinh khiết cao vỡ trong quỏ trỡnh keo tụ hầu hết cỏc hợp chất tan trong nước được giữ lại ở phần nước thải (serum.
- Cho bay hơi nước ra khỏi mủ cao su.
- Phương phỏp bay hơi cho sản phẩm cao su sống ở dạng cục chứa nhiều tạp chất cơ học và tất cả cỏc hợp chất tan trong nước.
- Phụ thuộc vào phương phỏp sản xuất cao su thiờn nhiờn cú những tờn thương mại khỏc nhau.[1] 1.2.
- Cao su EPDM Cao su EPDM (Ethylen Propylen Dien Monome) được sử dụng hầu hết trờn thế giới với nhiều mục đớch khỏc nhau như: gioăng cửa chịu thời tiết trờn ụ tụ, tàu biển, gioăng kớnh, sản phẩm chống bức xạ, sản phẩm cỏch điện, tấm lút mỏi nhà chịu thời tiết và cỏc sản phẩm dõn dụng khỏc.
- EPDM là cao su khụng phõn cực do vậy cao su rất bền với cỏc dung mụi phõn cực như: nước, axit, kiềm, rượu và xeton.
- Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Hỡnh 1.1: ảnh chụp sản phẩm cao su EPDM làm gioăng chịu thời tiết Cao su EPDM cú khả năng bền nhiệt tương đối tốt.
- Đối với cao su lưu húa bằng lưu huỳnh khả năng lóo húa nhiệt xảy ra ở 1300C và 1600C khi lưu húa bằng peroxit.
- Dưới đõy là một số tớnh chất tiờu biểu của cao su EPDM Bảng 1.1: Một số tớnh chất tiờu biểu của EPDM Cỏc tớnh chất của polyme Độ nhớt Mooney, ML 1+4@125oC 5 – 200 + Hàm lượng Etylen.
- KL 0 – 15 Trọng lượng riờng, gm/ml phụ thuộc thành phần polyme) Tớnh chất của cao su đó lưu húa Độ cứng, shore A Durometer 30 A – 95A Độ bền kộo, MPa 7 – 21 Độ gión dài.
- 20 – 60 Khoảng nhiệt độ sử dụng, oC -50oC tới +160oC Chống xộ rỏch Thường tới tốt Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học Chống mài mũn Tốt tới cực tốt Biến dạng đàn hồi Thường tới tốt Tớnh chất điện Cực tốt EPDM thường được cung cấp bởi cỏc hóng nổi tiếng như: Bayer, Crompton Corp., Exxon-Mobil Chemical Co., DSM Elastomers, Dupont Dow Elastomers, Herdillia, JSR, Kumho Polychem, Mitsui Chemicals, Polimeri Europa, and Sumitomo Chemical Co.
- PP và PE gắn kết với nhau tạo nờn cấu trỳc no trong mạch, do đó hình thành cấu trỳc bền nhiệt, bền ozon và bền thời tiết.[17,18] Hình 1.2: (a) Công thức cấu tạo EPDM (b) Cấu trúc không gian của EPDM a b Luận văn tốt nghiệp cao học Nguyễn Tiến Phong – Cao học EPDM được tổng hợp đầu tiờn bằng phản ứng trựng hợp sử dụng xỳc tỏc Zeigler-Natta.
- Một số tính chất của cao su EPDM a.
- Cỏc blend này cú những ứng dụng quan trọng đặc biệt trong sản xuất cỏc cao su sườn lốp.
- Tuy vậy, nhược điểm này cú thể được khắc phục bằng cỏch bổ sung dầu pha loóng vào vật liệu để tạo ra loại cao su xốp pha

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt