Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp Trường đại học sư phạm hà nội KHOA HOá HọC - - Vũ đình chuyên Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu polyme blend sở cao su nitril butadien, nhựa polyvinyl clorua cao su thiên nhiên Khóa luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hóa công nghệ - Môi trường Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS.Đỗ Quang Kháng Th.S.Lương Như Hải Hà Nội - 2009 Vũ Đình Chuyên K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp Lời cảm ơn Luận văn hoàn thành Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Em xin chân thành cám ơn giúp đỡ nhiệt tình đầy trách nhiệm PGS.TS Đỗ Quang Kháng, ThS Lương Như Hải – phòng Công nghệ Vật liệu Polyme – Viện Hoá Học thầy Lê Cao Khải tổ Công nghệ  Môi trường – Khoa Hoá Học – Trường ĐHSP Hà Nội II Xin chân thành cảm ơn tập thể khoa học: Phòng Công nghệ Vật liệu Polyme , phòng thí nghiệm Phân tích nhiệt – Viện Hoá Học, phân viện Vật liệu Polyme Compozit – Viện Khoa học Vật liệu, phòng Vi phân tích – Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Công ty giầy Thụy Khuê nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khoá luận tốt nghiệp theo thời gian quy định Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Hoá học Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội II tận tình bảo em suốt thời gian học trường Em xin chân thành cảm ơn thầy cô hội đồng bảo vệ, bạn giúp đỡ em hoàn thành khoá luận Xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm2009 Sinh viên Vũ Đình Chuyên Vũ Đình Chuyên K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp Lời cam đoan Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu polyme blend sở cao su nitril butadien, nhựa polyvinyl clorua cao su thiên nhiên” công trình nghiên cứu riêng Tuy đề tài hoàn toàn kết nghiên cứu đề tài không trùng với kết số tác giả khác Nếu sai xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Vũ Đình Chuyên Vũ Đình Chuyên K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp Danh mục ký hiệu viết tắt Vũ Đình Chuyên PVC : Nhựa polyvinyl clorua NBR : Cao su nitril butadien CSTN : Cao su thiên nhiên LDPE : Polyetylen tỷ trọng thấp PVA : Polyvinyl axetat DOP : Dioctyl phtalat SEM : Kính hiển vi điện tử quét TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TGA : Phân tích nhiệt trọng lượng pkl : Phần khối lượng thkl : Tổn hao khối lượng Tg : Nhiệt độ hoá thuỷ tinh K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp Mở đầu Trên giới, vật liệu blend sở cao su nitril butadien nhựa polyvinyl clorua nghiên cứu ứng dụng nhiều đời sống sản xuất Chúng sản xuất làm ống dẫn dầu, dẫn khí, vỏ bọc cáp điện, trục in đế giày đặc chủng, nước ta thời gian gần nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu blend PVC NBR Vật liệu có khả bền môi trường số tính chất lý tốt, nhiên có nhược điểm tính chất học chưa cao Bên cạnh sản lượng cao su thiên nhiên (CSTN) nước ngày tăng CSTN có tính chất lý tốt độ đàn hồi cao hạn chế khả bền môi trường nên ứng dụng sản xuất sản phẩm cao su kỹ thuật CSTN chủ yếu xuất dạng thô, hiệu kinh tế thấp Mặt khác với nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, hàng năm nước ta lại phải nhập loạt sản phẩm cao su kỹ thuật với giá thành cao Để nâng cao khả đàn hồi cho vật liệu blend PVC/NBR đáp ứng nhu cầu sản xuất, chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo tính chất vật liệu polyme blend sở cao su nitril butadien, nhựa polyvinyl clorua cao su thiên nhiên” làm chủ đề cho luận văn nghiên cứu tốt nghiệp Mục tiêu đề tài chế tạo vật liệu có tính chất học cao, có khả bền nhiệt bền với môi trường Từ đáp ứng yêu cầu sản xuất số sản phẩm cao su kỹ thuật có yêu cầu bền môi trường, dầu mỡ cao giá thành phù hợp Thông qua góp phần mở rộng phạm vi ứng dụng cho CSTN Việt Nam Vũ Đình Chuyên K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp Chương Tổng quan 1.1 Tổng quan vật liệu polyme blend 1.1.1 Một số khái niệm vật liệu polyme blend Vật liệu tổ hợp polyme (polyme blend) cấu thành từ hai hay nhiều loại polyme nhiệt dẻo polyme nhiệt dẻo với cao su để làm tăng độ bền giảm giá thành sản phẩm vật liệu Giữa polyme thành phần có tương tác không tương tác vật lý hóa học Polyme blend hệ đồng thể dị thể Trong hệ đồng thể polyme thành phần đặc tính riêng, polyme dị thể tính chất polyme thành phần giữ nguyên Polyme blend loại vật liệu có nhiều pha có pha liên tục (pha matrix) nhiều pha phân tán (pha gián đoạn), pha tạo nên polyme thành phần Mục đích việc nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend tạo vật liệu có tính chất lý, kỹ thuật tốt đáp ứng yêu cầu thực tế (nhờ việc điều chỉnh tỷ lệ polyme thành phần, hàm lượng chất tương hợp,…); đồng thời góp phần vào việc giảm nhẹ điều kiện gia công polyme, giảm giá thành sản phẩm [1, 2, 11] Trong nghiên cứu polyme blend người ta cần quan tâm tới số khái niệm sau: - Sự tương hợp polyme (compatibility): mô tả tạo thành pha tổ hợp ổn định đồng thể từ hai nhiều polyme - Khả trộn hợp: nói lên khả polyme điều kiện định trộn vào tạo thành tổ hợp đồng thể dị thể [3] Vũ Đình Chuyên K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp 1.1.2 Sự tương hợp polyme Sự tương hợp polyme khả tạo thành pha tổ hợp ổn định đồng thể từ hai hay nhiều polyme Nó khả trộn lẫn tốt polyme vào tạo nên vật liệu polyme blend Sự tương hợp có liên quan chặt chẽ tới nhiệt động trình trộn lẫn hòa tan polyme Các polyme tương hợp vào lượng tự tương tác chúng mang giá trị âm [2]:  GTr =  HTr – T  STr < đạo hàm riêng bậc hai lượng tự trình trộn theo tỷ lệ thể tích polyme thành phần phải dương  GTr /   tỷ lệ Trong đó:  HTr: Nhiệt trộn lẫn polyme (sự thay đổi entanpy)  STr : Sự thay đổi entropy (mức độ trật tự) trộn lẫn polyme [2] Trong thực tế có cặp polyme tương hợp với mặt nhiệt động học Còn đa phần polyme không tương hợp với Khi trộn với chúng tạo thành tổ hợp vật liệu có cấu trúc ba dạng: pha liên tục pha phân tán, hai pha liên tục, hai pha phân tán Để nghiên cứu khả trộn hợp tương hợp polyme người ta dựa vào định luật cân nhiệt động trình hóa học thuyết định lượng, thuyết Flory – Huggins – Staverman, thuyết cân trạng thái [3] 1.1.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới tính chất vật liệu tổ hợp Tính chất vật liệu tổ hợp định tương hợp polyme tổ hợp Từ kết nghiên cứu người ta tương hợp polyme phụ thuộc vào yếu tố sau: - Bản chất hóa học cấu trúc phân tử polyme Vũ Đình Chuyên K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp - Khối lượng phân tử phân bố khối lượng phân tử - Tỷ lệ cấu tử tổ hợp - Năng lượng bám dính ngoại phân tử - Nhiệt độ Tính chất tổ hợp không tương hợp phụ thuộc vào: - Sự phân bố pha - Kích thước pha - Sự bám dính pha Những điều kiện bị ảnh hưởng điều kiện chuẩn bị gia công vật liệu [3] 1.1.4 Một số loại polyme blend Polyme blend chia làm loại theo tương hợp polyme thành phần [2, 11]: a Polyme blend trộn lẫn tương hợp hoàn toàn b Polyme blend trộn lẫn không tương hợp hoàn toàn c Polyme blend không trộn lẫn không tương hợp hoàn toàn 1.1.5 Các phương pháp xác định tương hợp polyme blend Để đánh giá tương hợp polyme blend thường vào lượng tương tác tự polyme, tính chất chảy nhớt, tính chất nhiệt, khả hòa tan, cấu trúc hình thái học polyme blend thu Một số phương pháp xác định tương hợp vật liệu polyme blend [2, 11]: * Hòa tan polyme dung môi: xảy tách pha polyme không tương hợp với * Tạo màng mỏng từ dung dịch loãng hỗn hợp polyme: màng thu mờ dễ vỡ vụn polyme không tương hợp Vũ Đình Chuyên K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp * Quan sát bề mặt hình dạng bên sản phẩm polyme blend thu trạng thái nóng chảy: Nếu mỏng thu bị mờ, polyme không tương hợp; mỏng thu suốt, polyme tương hợp * Dựa vào việc xác định chiều dày bề mặt tiếp xúc hai pha polyme Sự tương hợp polyme có liên quan tới tương tác bề mặt hai pha polyme, ảnh hưởng tới chiều dày bề mặt tiếp xúc hai pha polyme không lớn từ – 50 nm Khi đặt màng polyme lên gia nhiệt tới nhiệt độ lớn nhiệt độ nóng chảy chúng, polyme tương hợp bề mặt tiếp xúc pha giảm theo thời gian * Dựa vào nhiệt độ hoá thuỷ tinh: Nếu polyme blend thu có hai nhiệt độ hoá thuỷ tinh (Tg) hai polyme ban đầu polyme không tương hợp Nếu polyme blend có nhiệt độ hoá thuỷ tinh T g có chuyển dịch giá trị Tg polyme phía giá trị Tg polyme tương hợp không hoàn toàn Nếu polyme blend có nhiệt độ hoá thuỷ tinh polyme tương hợp hoàn toàn * Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét * Phương pháp đo tán xạ ánh sáng * Phương pháp đo độ nhớt dung dịch polyme blend: Khi trộn lẫn hai polyme hòa tan tốt vào dung môi polyme tương hợp độ nhớt hỗn hợp tăng lên Nếu polyme không tương hợp độ nhớt hỗn hợp polyme giảm xuống 1.1.6 Chất tương hợp polyme Các chất tương hợp đưa vào polyme blend với mục đích làm tăng tương hợp polyme blend không tương hợp phần Vũ Đình Chuyên K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp không tương hợp hoàn toàn, giúp cho phân tán pha polyme vào tốt Ngoài tăng cường bám dính bề mặt hai pha polyme, giảm ứng suất hai pha polyme, ngăn ngừa kết tụ polyme thành phần trình gia công Vì chất tương hợp có tác dụng làm cho polyme dễ phân tán vào polyme nhờ tương tác đặc biệt [2, 11] Các chất tương hợp cho polyme thường hợp chất thấp phân tử copolyme Mạch chất tương hợp có cấu trúc khối ghép Trong có khối có khả trộn hợp tốt với polyme thứ nhất, khối thứ hai có khả trộn hợp tốt với polyme thứ hai [2] 1.1.7 Những biện pháp tăng cường tính tương hợp polyme 1.1.7.1 Sử dụng chất tương hợp polyme - Thêm vào copolyme khối ghép - Thêm vào polyme có khả phản ứng với polyme thành phần 1.1.7.2 Thêm vào hệ hợp chất thấp phân tử - Đưa vào peoxit: Trong trình gia công, chế tạo blend, tác dụng nhiệt, peoxit đưa vào bị phân hủy thành gốc tự gốc tự có khả phản ứng với polyme thành phần để tạo thành copolyme nhánh hai polyme thành phần ban đầu - Đưa vào hợp chất có hai nhóm chức: Các hợp chất có hai nhóm chức đưa vào có khả phản ứng với nhóm chức cuối mạch hai polyme thành phần để tạo copolyme khối - Đưa vào hỗn hợp peoxit hợp chất đa chức: Có thể giúp tăng cường tốt cho tương hợp polyme Trong vai trò peoxit hoạt hóa phản ứng polyme với nhóm chức hợp chất đa chức Sau xảy phản ứng nhóm chức lại với polyme thứ hai tạo thành copolyme ghép 1.1.7.3 Sử dụng polyme có phản ứng chuyển vị Vũ Đình Chuyên 10 K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp Kết nghiên cứu cho thấy độ cứng vật liệu giảm dần hàm lượng CSTN tăng lên, điều giải thích CSTN có độ cứng thấp vật liệu blend NBR/PVC 3.1.2 ảnh hưởng tới độ bền dầu vật liệu Để nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng CSTN đến độ bền dầu vật liệu, tiến hành ngâm vật liệu dầu biến xác định độ trương dầu Quá trình nghiên cứu cho thấy thời gian đầu, độ trương dầu không đáng kể, sau kết thu sau ngâm vật liệu dầu biến với thời gian 120 Bảng 5: ảnh hưởng hàm lượng CSTN tới độ trương dầu biến vật liệu Khối Hàm lượng CSTN [%] lượng ban đầu (mo) Khối lượng sau Độ trương 120 h (ml) (%) 1,15 1,15 - 10 1,26 1,26 - 20 1,03 1,04 0,97 30 1,19 1,24 4,42 40 1,19 1,02 13,33 50 0,95 1,18 24,21 Các kết nghiên cứu bảng cho thấy hàm lượng CSTN tăng lên, khả bền dầu vật liệu giảm dần thể độ trương dầu tăng lên Khi hàm lượng CSTN nhỏ 10% độ trương dầu không đáng kể, từ 20 – 30% độ trương dầu tăng lên, thấp hàm lượng CSTN lớn 30% độ trương dầu vật liệu tăng Vũ Đình Chuyên 43 K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp mạnh Nguyên nhân hàm lượng CSTN nhỏ ([...]... Tình hình nghiên cứu vật liệu blend trên cơ sở cao su nitril butadien, nhựa polyvinylclorua và cao su thiên nhiên Đối với việc nghiên cứu vật liệu blend trên cơ sở cao su nitril butadien, nhựa polyvinyl clorua và cao su thiên nhiên, ta biến tính vật liệu PVC/NBR – với tỷ lệ PVC và NBR cho kết quả tốt nhất bằng cao su thiên nhiên * Nghiên cứu về vật liệu blend NBR/PVC Vật liệu blend trên cơ sở NBR/PVC... chế tạo sản phẩm mới trên cơ sở vật liệu polyme blend nhanh và thuận lợi hơn nhiều so với các vật liệu khác vì nó được chế tạo từ những vật liệu và công nghệ sẵn có [2, 11] 1.2 Vật liệu polyme blend trên cơ sở cao su nitril butadien, nhựa polyvinyl clorua và cao su thiên nhiên Vũ Đình Chuyên 14 K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp 1.2.1 Cao su thiên nhiên 1.2.1.1 Lịch sử... cầu chế tạo một số sản phẩm cao su kỹ thuật bền dầu mỡ và môi trường 2.2 Nội dung nghiên cứu Căn cứ vào kết quả nghiên cứu trước đây đã thu được vật liệu blend NBR/PVC tỷ lệ 80/20 có tính chất tốt nhất nên chúng tôi chọn blend NBR/PVC ở tỷ lệ này để biến tính bằng cao su thiên nhiên - Chế tạo mẫu vật liệu blend trên cơ sở blend NBR/PVC được biến tính bằng CSTN với các hàm lượng khác nhau - Khảo sát tính. .. hóa của vật liệu đạt giá trị lớn nhất khi hàm lượng PVC ở khoảng 20 – 30% Kết quả nghiên cứu trên cho thấy vật liệu blend PVC/NBR với tỷ lệ PVC và NBR là 20/80 cho kết quả tốt nhất [27] * Vật liệu blend trên cơ sở nitril butadien, nhựa polyvinyl clorua và cao su thiên nhiên Vật liệu blend trên cơ sở 3 cấu tử vẫn chưa được nghiên cứu phổ biến ở Việt Nam, song cũng có một số công trình nghiên cứu Mới... Đập cao su là sản phẩm mới của ngành xây dựng thủy lợi và tiền bộ khoa học kỹ thuật trong ứng dụng thực tế của vật liệu blend cao su Việt Nam Cho đến nay chúng ta đã thay thế được 40% cao su tổng hợp bằng cao su thiên nhiên, nhưng vẫn đảm bảo độ bền vững và ổn định của đập - Vật liệu phục vụ vận tải biển và khai khoáng: Blend trên cơ sở cao su thiên nhiên và PE tỷ trọng thấp (LDPE) đã được dùng để chế. .. khoa học và các nhà kinh tế có thể cân đối, tối ưu hóa về mặt giá thành và công nghệ chế tạo cũng như tính chất vật liệu - Vật liệu polyme blend phối hợp được các tính chất quý của các vật liệu thành phần, tạo ra các vật liệu có tính chất đặc biệt mà các vật liệu riêng rẽ không có được Do đó có thể đáp ứng được yêu cầu trong các lĩnh vực khoa học, đời sống và kinh tế Quá trình nghiên cứu chế tạo sản... của các chất độn hoạt tính là phải nằm ở bề mặt phân chia hai pha [30] 1.1.8 Cơ sở lựa chọn và phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend 1.1.8.1 Cơ sở lựa chọn các polyme thành phần trong chế tạo polyme blend Điều quan trọng là trong công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp là chọn ra những polyme phối hợp được với nhau và đưa lại hiệu quả cao Những căn cứ để lựa chọn là: - Yêu cầu kỹ thuật của vật liệu cần... phân tán đều vào nhau * Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy Phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend ở trạng thái nóng chảy đó là phương pháp kết hợp đồng thời các yếu tố cơ - nhiệt, cơ - hóa và tác động cưỡng bức lên các polyme thành phần, phụ gia, trên máy gia công nhựa nhiệt dẻo để trộn hợp chúng với nhau 1.1.9 Ưu điểm của vật liệu polyme blend - Việc chế tạo vật liệu polyme blend giúp cho... lượng CaCO3 lớn hơn mà vẫn đạt được tính chất cơ lý như blend chứa nhiều DOP Như vậy thay đổi tỷ lệ các thành phần NBR, DOP và CaCO3 ta có thể điều chỉnh tính chất tổ hợp theo yêu cầu chất lượng và đạt hiệu quả kinh tế cao Trên cơ sở trên, vừa qua tại viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã có một đề tài nghiên cứu vật liệu blend trên cơ sở cao su nitril butadien và nhựa polyvinyl clorua bằng việc thay... nhất để chế tạo vật liệu blend 3 thành phần Sản phẩm thu được từ phương pháp này có tính chất cơ học tốt, độ bền oxy hóa nhiệt cao Vũ Đình Chuyên 33 K31D – Hoá Trường đại học sư phạm Hà Nội II Khoá luận tốt nghiệp Chương II Mục tiêu, nội dung, vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là chế tạo được vật liệu có tính chất cơ học cao, có khả năng bền nhiệt và bền ... 1.1 Tng quan v vt liu polyme blend 1.1.1 Mt s khỏi nim v vt liu polyme blend Vt liu t hp polyme (polyme blend) c cu thnh t hai hay nhiu loi polyme nhit hoc polyme nhit vi cao su lm tng bn hoc... loi polyme blend Polyme blend cú th chia lm loi theo s tng hp ca cỏc polyme thnh phn [2, 11]: a Polyme blend trn ln v tng hp hon ton b Polyme blend trn ln v khụng tng hp hon ton c Polyme blend. .. vt liu blend cao su Vit Nam Cho n chỳng ta ó thay th c 40% cao su tng hp bng cao su thiờn nhiờn, nhng m bo bn vng v n nh ca p - Vt liu phc v ti bin v khai khoỏng: Blend trờn c s cao su thiờn