Nghiên cứu chế tạo cao su Blend đi từ cao su tự nhiên

- TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu chế tạo cao su blend đi từ cao su tự nhiên.
- Việc chế tạo vật liệu cao su blend đi từ cao su tự nhiên có thể tạo ra được một vật liệu mới mang những tính chất ưu việt của cao su tự nhiên và cao su EPDM.
- Nghiên cứu chế tạo cao su blend đi từ cao su tự nhiên.
- Đã lựa chọn được hai phối liệu cao su tự nhiên và cao su EPDM với hệ xúc tiến lưu hóa như nhau: EZ, CZ, TMTD.
- Hai phối liệu cao su này có chế độ lưu hóa như nhau: nhiệt độ 120oC, thời gian 25 phút, áp suất 20 Kgf/cm2.
- Đã lựa chọn được tỉ lệ giữa hai loại cao su CSTN/EPDM = 70/30 để chế tạo blend với chế độ lưu hóa: nhiệt độ 120oC, thời gian 25 phút, áp suất 20 Kgf/cm2.
- Cao su thiên nhiên (CSTN.
- Cao su EPDM.
- Cấu tạo hóa học của cao su EPDM.
- Tính chất của cao su EPDM.
- Thiết bị cắt mẫu cao su.
- Nghiên cứu xác định chế độ lƣu hoá cho blend cao su EPDM/CSTN.
- Ảnh hƣởng hàm lƣợng phần than kỹ thuật HAF đến tính chất cơ học của hỗn hợp cao su EPDM.
- Ảnh hƣởng của tỷ lệ cao su.
- 69 Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình vẽ số Tên hình vẽ, đồ thị Trang 1.1 Cấu tạo hoá học CSTN 15 1.2 Biểu đồ sản xuất cao su EPDM trên thế giới.
- Tuy nhiên cao su thiên nhiên có những hạn chế nhất định nhƣ: khả năng Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học chịu dầu, chịu nhiệt chịu hóa chất kém, dễ bị lão hóa trong môi trƣờng không khí, đặc biệt nhanh hỏng dƣới tác dụng của ozon.
- Cao su EPDM là một cao su tổng hợp, có độ bền cơ lý thấp.
- Vật liệu này có một số ƣu thế cơ bản so với các loại vật liệu cao su truyền thống.
- Lấp đƣợc khoảng trống về tính chất công nghệ và giá thành giữa các loại cao su và polyme thành phần.
- Nghiên cứu chế tạo cao blend đi từ cao su tự nhiên” Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học CHƢƠNG 1.
- Cao su thiên nhiên (CSTN) 1.1.1.
- Đến năm 1839, Charles Goodyear phát minh ra quá trình lƣu hoá cao su bằng lƣu huỳnh.
- Bảng1.1: Tình hình sản xuất(SX) CSTN trên thế giới [3] (Đơn vị: nghìn tấn) Năm SX Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học Bảng 1.2 Mức tiêu thụ cao su tự nhiên trên thế giới Hiện nay ở Việt Nam, có hơn 500000 ha cây cao su đƣợc trồng tập trung ở Đông Nam Bộ (339000 ha), Tây Nguyên (113000 ha), Bắc Trung Bộ (41500 ha) và không ngừng tăng lên.
- Hàm lƣợng các chất phi cao su phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
- Tính chất cơ lý cúa CSTN xác định theo hợp phần cao su tiêu chuẩn.
- Bảng 1.5: Hợp phần cao su tiêu chuẩn[5,6].
- CSTN có thể phối trộn với các loại cao su không phân cực khác nhƣ IR, PB.
- Cao su EPDM 1.2.1.
- Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học Cao su EPDM thƣờng đƣợc cung cấp bởi các hãng nổi tiếng nhƣ: Bayer, Crompton Corp, Exxon – Mobil Chemical Co., DSM Elastromers, Dupont Dow Elastromers, Herdillia, JSR, Kumho Polychem, Mitsui Chemicals, Polimeri Europa và Sumitomo Chemical Co.
- …Dƣới đây là biểu đồ sản xuất cao su EPDM trên thế giới những năm gần đây.
- Hình 1.2: Biểu đồ sản xuất cao su EPDM trên thế giới.
- Cấu tạo hóa học của cao su EPDM EPDM là một terpolymer của Ethylene, Propylene và một diene không liên hợp khác [20,21].
- Có thể viết công thức tổng quát của EPDM nhƣ sau: CH2CH2CH CH2()n)mCH3)p(( Hình 1.3: Công thức tổng quát của EPDM Nhóm – dien thƣờng sử dụng trong cao su EPDM là ethylidene norbornene (ENB), dicyclopentadiene (DCPD), và hexadiene (HD) Năm Sản xuất (Ngàn tấn/ nă m) Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học Cấu trúc của monomer dien trong EPDM: a (ENB).
- Tỉ lệ khối lƣợng Ethylene/Propylene (E/P) trong phân tử cao su thƣờng nằm trong khoảng .
- Hàm lƣợng trung bình của diene trong cao su từ 1.5 † 7.0.
- Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học Cao su EPDM có cấu trúc vô định hình, tuy nhiên ở nhiệt độ thấp nó có cấu trúc lớp tinh thể.
- Tính chất của cao su EPDM Cao su EPDM có khả năng bền nhiệt tƣơng đối tốt.
- Đối với cao su lƣu hóa bằng lƣu huỳnh khả năng lão hóa nhiệt xảy ra ở 130oC.
- Độ nhớt Mooney cơ bản để đánh giá khối lƣợng phân tử và tính chất gia công của cao su EPDM.
- Bảng 1.7: Một số tính chất của cao su EPDM [22] Các tính chất của polyme Độ nhớt Mooney, ML 1+4 ở 1250C 5 – 200 Hàm lƣợng Ethylene.
- Các blend này có ứng dụng quan trọng đặc biệt trong sản xuất các loại cao su làm sƣờn lốp [19-21].
- Một hƣớng sản phẩm mới của cao su EPDM là ứng dụng làm màng lợp với khả năng chịu thời tiết tốt, ozon, nhiệt và ẩm.
- Cao su EPDM thƣờng đƣợc bổ sung vào các chất dẻo này để nâng cao khả năng chịu va đập.
- Quá trình này có thể tăng cƣờng sự tƣơng hợp: cao su/cao su.
- cao su/ nhựa nhiệt dẻo nhƣ: CSTN/PB.
- Phƣơng pháp lƣu hoá động thƣờng đƣợc sử dụng để tăng khả năng tƣơng hợp của các polyme trong blend có cao su là thành phần chính với nhựa nhiệt dẻo [1,2].
- Tình hình nghiên cứu ứng dụng trong và ngoài nƣớc của vật liệu Polyme blend trên cơ sở CSTN với các loại cao su khác .
- Nghiên cứu, ứng dụng tại Việt Nam Các tác giả ở Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme (Đại học Bách khoa Hà Nội) đã nghiên cứu chế tạo cao su blend từ CSTN với CR và ứng dụng làm các khe co Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học giãn, gối cầu phục vụ xây dựng các công trình giao thông đƣờng bộ.
- Tác giả Võ Thành Phong và các cộng sự đã nghiên cứu và chế tạo vật liệu polyme nanoclay compozit trên cơ sở blend CSTN và cao su butadien styren.
- Ngoài ra, Viện cũng nghiên cứu cao su blend từ CSTN với NBR.
- từ CSTN với CR hoặc với EPDM rất chịu mài mòn, bền Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học môi trƣờng và thời tiết, có thể đƣợc dùng để chế tạo các sản phẩm cao su với tính năng tƣơng ứng (vải địa kỹ thuật không thấm nƣớc, tấm lợp cao su.
- TBBS có mức độ an toàn khi gia công, tăng khả năng tƣơng thích giữa Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học CSTN và cao su EPDM, nâng cao tính chất cơ lý của polyme blend CSTN/EPDM.
- TMTD cho tốc độ lƣu hóa cao, làm giảm khả năng tƣơng thích của CSTN và cao su EPDM, dẫn đến tính chất của blend kém.
- Hóa chất và nguyên liệu - Cao su thiên nhiên SVR10 của Việt Nam.
- Máy ép thủy lực Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học Máy ép thủy lực 30 tấn GOTECH của Đài Loan thuộc Trung Quốc đƣợc sử dụng để lƣu hóa hợp phần cao su.
- Khối lƣợng hợp phần cao su trộn trong một lần trộn là 70-75g.
- Máy sử dụng bộ hàm kẹp riêng dành cho cao su.
- Vì vậy, khi lƣu hoá blend EPDM/CSTN cần lựa chọn chế độ lƣu hoá sao cho cả hai loại cao su cùng đạt giá trị tính chất tối ƣu (lƣu hoá tối ƣu).
- Vì vậy đã lựa chọn phối liệu cao su EPDM nhƣ sau Bảng 3.1.
- Phối liệu cao su EPDM STT Hóa chất PKL 1 Cao su EPDM 100 2 CaO 2,8 3 Axit stearic 1 4 Xúc tiến EZ 0,4 5 Xúc tiến CZ 0,3 6 Xúc tiến M 0,4 Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học Xúc tiến TMTD 0,25 8 ZnO 4 9 Than HAF thay đổi 10 Lƣu huỳnh 0,6 Mẫu cao su theo đơn phối liệu nhƣ trên đƣợc lƣu hoá ở 130oC, dƣới áp suất 20 Kgf/cm2.
- Độ mài mòn, g Trên cơ sở đơn cơ bản trên, đã tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của một số yếu tố nhƣ nhiệt độ, thời gian lƣu hoá và hàm lƣợng than đen kỹ thuậtđến tính chất cơ học của cao su 3.1.1.1.
- Ảnh hƣởng của nhiệt độ lƣu hoá Nhiệt độ lƣu hoá là một trong những yếu tố quyết định tính chất vật liệu cao su.
- Mặc dù cao su EPDM có thể lƣu hoá ở nhiệt độ khá cao (170-180oC) nhƣng do trong blend có chứa CSTN thƣờng lƣu hoá ở nhiệt độ thấp (130-140oC) nên trong nghiên cứu này đã khảo sát khả năng lƣu hoá của đơn phối liệu trong khoảng nhiệt độ 110 – 135oC.
- Các kết quả thử nghiệm tính chất cơ học đƣợc trình bày trong bảng 3.3 Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học Bảng 3.3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ lƣu hoá đến tính chất cơ học của hỗn hợp cao su EPDM (Thời gian 30 phút, áp suất 20 Kgf/cm2) Nhiệt độ, ºC Độ cứng, shoreA Độ bền kéo đứt, MPa Độ dãn dƣ sau đứt.
- Ảnh hƣởng của thời gian lƣu hoá Với nhiệt độ lƣu hoá đã chọn là 120oC, đã tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian lƣu hoá đến tính chất cao su.
- Kết quả thử nghiệm tính chất cơ học đƣợc trình bày trong bảng 3.4 Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học Bảng 3.4: Ảnh hƣởng thời gian lƣu hóa đến tính chất cơ học của cao su EPDM Thời gian, phút Độ cứng, shoreA Độ bền kéo đứt, MPa Độ dãn dƣ sau đứt.
- Độ mài mòn, g Các kết quả ở bảng 3.4 cho thấy, trong khoảng thời gian lƣu hoá từ 15 tới 30 phút các tính chất cơ học của vật liệu cao su ít thay đổi.
- Điều này chứng tỏ thời gian lƣu hoá kéo dài có thể gây nên sự phân huỷ một phần cao su.
- Ảnh hƣởng hàm lƣợng phần than kỹ thuật HAF đến tính chất cơ học của hỗn hợp cao su EPDM Chất độn hoạt tính than đen có ảnh hƣởng lớn đến tính chất cơ học của sản phẩm cao su nói chung.
- Vì vậy, đã nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng than HAF đến tính chất cơ học của mẫu cao su EPDM .
- Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học Bảng 3.5: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng phần than HAF đến tính chất cơ học của mẫu cao su EPDM (Nhiệt độ 120oC, thời gian 25 phút, áp suất 20 Kgf/cm2 ) Hàm lƣợng than HAF, PKL Độ cứng, shoreA Độ bền kéo đứt, MPa Độ mài mòn, g Từ kết quả nhận đƣợc trình bày ở bảng 3.5 nhận thấy ở 20 PKL than HAF mẫu cho các tính chất cơ học tốt nhất.
- Sau khi đã khảo sát đơn phối liệu và chế độ lƣu hóa đã lựa chọn đơn cơ bản của cao su EPDM với hàm lƣợng than HAF là 20 pkl (so với 100 pkl cao su) để chế tạo blend với CSTN.
- Chế độ lƣu hoá khác xa chế độ lƣu hoá của cao su EPDM (nhiệt độ 140ºC so với 120ºC.
- thời gian 30 phút so với 25 phút của cao su EPDM).
- Để dễ tạo blend CSTN/EPDM sau này, CSTN cần có chế độ lƣu hoá giống nhƣ cao su EPDM.
- Trong nghiên cứu này đã sử dụng chất xúc tiến TMTD nhằm giảm nhiệt độ lƣu hoá của CSTN cho phù hợp với đơn cao su EPDM đã chọn ở trên.
- Từ đó, có thể thấy chọn thời gian lƣu hoá trong khoảng này là hoàn toàn phù hợp với chế độ lƣu hoá đơn phối liệu cao su EPDM (xem .
- Ảnh hƣởng của hàm lƣợng TMTD đến tính chất cơ học CSTN Trong các mục trên đã sử dụng đơn phối liệu CSTN với hàm lƣợng chất xúc tiến TMTD là 0,06 pkl so với 100 pkl cao su.
- Tuy nhiên, việc sử dụng TMTD với hàm lƣợng hợp lý có thể ảnh hƣởng tích cực đến tính chất hỗn hợp cao su.
- Các mẫu cao su đƣợc lƣu hoá ở nhiệt độ 120oC, thời gian 25 phút, áp suất 20 Kgf/cm2.
- Các nghiên cứu ở trên cho thấy, trong đơn phối liệu CSTN cần có chất xúc tiến TMTD để có thể áp dụng chế độ lƣu hoá tƣơng tự với đơn cao su EPDM đã chọn.
- Trong phần này sẽ tiếp tục khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ EPDM/CSTN và các loại chất trợ tƣơng hợp đến mức độ tƣơng hợp của hai loại cao su EPDM và CSTN.
- Ảnh hƣởng của tỷ lệ cao su Tỷ lệ cao su trong blend có ảnh hƣởng trực tiếp đến mức độ tƣơng hợp của chúng.
- Trong nghiên cứu này đã xác định sự thay đổi của tính chất cơ học khi tỉ lệ cao su thay đổi ( không sử dụng chất trợ tƣơng hợp trong blend).
- Tuy vậy, sự thay đổi độ cứng ít thể hiện mức độ tƣơng hợp của hai loại cao su.
- Khi lƣợng CSTN chƣa đủ (tỷ lệ CSTN/EPDM khoảng 60/40), mức độ trộn hợp của hai cao su nhỏ hơn trƣờng hợp lý tƣởng rất Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học nhiều, chỉ bằng 1/3 (bảng 3.11).
- Bên cạnh đó, việc sử dụng khoảng 30 pkl cao su EPDM trong blend với CSTN cũng đủ để tăng cƣờng đáng kể khả năng chịu thời tiết của CSTN.
- Vì vậy đã lựa chọn tỉ lệ CSTN/EPDM là 70/30 để khảo sát khả năng áp dụng một số chất trợ tƣơng hợp nhằm làm tăng mức độ trộn hợp của hai loại cao su nói trên.
- Sự thay đổi momen xoắn và nhiệt độ của quá trình trộn DTDM với cao su EPDM đƣợc trình bày trong hình 3.1.
- Điều này cho thấy trong blend CSTN/EPDM tỷ lệ 70/30, chất trợ tƣơng hợp DTDM không có tác dụng đáng kể trong việc tăng mức độ trộn hợp của hai loại cao su trên.
- Sau đó là quá trình trộn hai loại cao su với nhiệt độ tăng dần (từ 50 lên 70oC) làm momen xoắn giảm xuống.
- Độ cứng (Shore A) Mài mòn (g) Cao su EPDM CSTN CSTN/EPDM CSTN/EPDM/DTDM 0,75 pkl CSTN/EPDM/PEgMA 3 pkl CSTN/EPDM/AM 2pkl BPO CSTN/EPDM/AM 2pkl Các giá trị trong bảng 3.16 cho thấy các chất trợ tƣơng hợp đƣợc sử dụng, trừ DTDM, đều có khả năng tăng cƣờng tính chất cơ học của blend.
- Đã lựa chọn đƣợc hai phối liệu cao su tự nhiên và cao su EPDM với hệ xúc tiến lƣu hóa nhƣ nhau: EZ, CZ, TMTD.
- Hai phối liệu cao su này có chế độ lƣu hóa nhƣ nhau: nhiệt độ 120oC, thời gian 25 phút, áp suất 20 Kgf/cm2.
- Đã lựa chọn đƣợc tỉ lệ giữa hai loại cao su CSTN/EPDM = 70/30 để chế tạo blend với chế độ lƣu hóa: nhiệt độ 120oC, thời gian 25 phút, áp suất 20 Kgf/cm2.
- Vũ Ngọc Hùng (2009), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend trên cơ sở cao su butadiene styrene/cao su thiên nhiên với phụ gia nanoclay”, Luận văn thạc sỹ, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội 4.
- Khoa học kĩ thuật công nghệ cao su thiên nhiên”, Nhà xuất bản trẻ.
- Trần Kim Liên (Vinachemia), Phạm Thế Trinh (VIIC), Đỗ Quang Kháng (VAST) (2009), “Cao su blend - Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam”, Tạp chí CN Hóa chất, số 9.
- NORDEL™ IP Hydrocarbon Rubber Product Selection Guide, DOW elastomer Luận văn tốt nghiệp cao học Lê Như Đa – Cao học TÓM TẮT LUẬN VĂN Cao su thiên nhiên có tính chất cơ lý cao nhƣ: độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt, độ dãn dƣ sau khi đứt, độ nén dƣ…Nhƣng có hạn chế nhất định nhƣ: khả năng chịu dầu, chịu nhiệt chịu hóa chất kém, dễ bị lão hóa trong môi trƣờng không khí, đặc biệt nhanh hỏng dƣới tác dụng của ozon.
- Trong luận văn: “Nghiên cứu chế tạo cao su blend đi từ cao su tự nhiên” tác giả đã chế tạo đƣợc vật liệu blend CSTN/EPDM = 70/30 với chất trợ tƣơng hợp AM/BPO

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