Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC o0o BÙI THỊ HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CAO SU BLEND TRÊN CƠ SỞ CAO SU EPDM VÀ CAO SU BUTADIEN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Công Nghệ Môi Trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS.Lƣơng Nhƣ Hải HÀ NỘI, 2012 Khóa luận tốt nghiệp Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp hoàn thành Viện Hóa học thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình, đầy trách nhiệm thầy giáo hướng dẫn ThS Lương Như Hải Em bày tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS Đỗ Quang Kháng (phòng Công nghệ Vật liệu Polyme, Viện Hóa học), người tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực hoàn thành khóa luận Nhân dịp em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Cao Khải thầy cô giáo Trường Đại học Sư phạm Hà Nội dạy dỗ em tận tình, trang bị cho em kiến thức khoa học suốt trình em học tập trường Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân bạn bè bên cạnh động viên em suốt thời gian hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 08 tháng 05 năm 2011 Sinh viên Bùi Thị Hà Khóa luận tốt nghiệp Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học MỤC LỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu polyme blend 1.1.1 Những khái niệm 1.1.2 Sự tương hợp polyme 1.1.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới tính chất vật liệu tổ hợp 10 1.1.4 Một số loại polyme blend 10 1.1.5 Các phương pháp xác định tương hợp polyme blend 11 1.1.6 Chất tương hợp polyme blend 12 1.1.7 Công nghệ phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend 16 1.1.8 Ứng dụng vật liệu polyme blend 17 1.2 Cao su EPDM (etylen – propylen – dien đồng trùng hợp) 21 1.2.1 Quá trình phát triển điều chế 21 1.2.2 Tính chất ứng dụng EPDM 24 1.3 Cao su butadien 26 1.3.1 Cấu tạo cao su butadien 26 1.3.2 Tính chất cao su butadien 27 1.3.3 Ứng dụng cao su butadien 27 1.4 Vật liệu blend sở cao su EPDM cao su butadien 27 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 31 2.1 Thiết bị hóa chất 31 2.1.1 Thiết bị 31 2.1.2 Hóa chất 31 2.2 Phƣơng pháp chế tạo mẫu 31 2.2.1 Thành phần vật liệu 31 Khóa luận tốt nghiệp Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học 2.2.2 Chế tạo mẫu vật liệu 32 2.2.3 Ép lưu hóa 32 2.3 Phƣơng pháp xác định số tính chất học vật liệu 33 2.3.1 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt 29 2.3.2 Phương pháp xác định độ dãn dài đứt 29 2.3.3 Phương pháp xác định độ cứng vật liệu 29 2.3.4 Phương pháp xác định độ mài mòn vật liệu 34 2.4 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu kính hiển vi điện tử quét (SEM) 34 2.5 Nghiên cứu độ bền nhiệt vật liệu phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng 35 PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Nghiên cứu biến tính cao su EPDM cao su BR 36 3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng BR tới tính chất học vật liệu 39 3.1.2 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu 39 3.1.3 Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu 40 3.2 Nâng cao tính chất học cho blend EPDM/BR nano-SiO2 39 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT AAHR : Hỗn hợp chất béo DCP nhựa hydrocacbon thơm EAR : Cao su etylen acrylat ABS : Acrylonitril butadien styren EPDM : Cao su etylen- propylen- ASA : Acrylonitril styrol acrylat BR : Cao su butadien CPE : Polyetylen clo hóa Khóa luận tốt nghiệp : Dicumyl peroxit dien đồng trùng hợp EVA : Etylen vinylaxetat Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học HIPS : Polystyrol bền va đập cao PP : Polypropylen MA : Anhydrit maleic PPE : Polyphenylen ete NBR : Cao su nitril butadien PPS : Polyphenylen sulfit NR (CSTN) : Cao su thiên nhiên PSU : Polysulfua PA : Polyamit PTFE : Polytetraflotylen PBT : Polybutadien terephtalat PVC : Polyvinylclorua PC : Polycacbonat SAN : Styren acrylonitril PEG : Polyetylen glycol SBR PET : Poly etylen terephtalat SEM : Kính hiển vi điện tử quét PIB : Polyisobutylen TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam : Cao su styren butadien PMMA: Polymetyl metacrylat TGA : Phân tích nhiệt trọng lƣợng POM : Polyoxymetylen TOR : Cao su trans- polyoctylen Khóa luận tốt nghiệp Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học MỞ ĐẦU Một thành tựu quan trọng kỷ 20 phát triển ứng dụng vật liệu tổ hợp polyme (polymer blends) loại vật liệu có nhiều tính quý báu mà không vật liệu khác có đƣợc Vì vậy, khoa học vật liệu, việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu tổ hợp polyme đóng vai trò quan trọng Hàng năm, tốc độ tăng trƣởng sản phẩm từ vật liệu tới chục phần trăm, vật liệu có nhiều ƣu nhƣ lấp đƣợc khoảng trống tính chất công nghệ nhƣ kinh tế loại polyme, tối ƣu hóa đƣợc mặt giá thành tính chất vật liệu sử dụng; Tạo khả phối hợp tính chất mà loại vật liệu khác khó đạt đƣợc; Quá trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm sở vật liệu tổ hợp polyme nhanh nhiều so với sản phẩm từ vật liệu khác đƣợc chế tạo sở vật liệu công nghệ sẵn có Vật liệu polyme blend loại vật liệu với tính vƣợt trội nhƣ có khả làm việc môi trƣờng khắc nghiệt, chịu mài mòn, bền nhiệt, giá thành hạ, Chúng đƣợc sử dụng nhiều lĩnh vực từ ngành kỹ thuật cao nhƣ kỹ thuật điện, điện tử, công nghiệp chế tạo máy máy xác, công nghiệp hóa chất nơi đòi hỏi có vật liệu có khả chịu hóa chất, sản phẩm dân dụng nhƣ đế giầy, dép đồ dùng khác Với khả ứng dụng rộng rãi nhƣ vật liệu polyme blend hứa hẹn vật liệu tƣơng lai Bản thân vật liệu polyme blend loại vật liệu tổ hợp, ngƣời ta chế tạo đƣợc nhiều loại blend từ polyme thành phần khác Những loại blend có tính chất vƣợt trội tùy thuộc vào mục đích sử dụng loại polyme thành phần Cao su etylen propylen dien monome (EPDM) có nhiều đặc tính bật nhƣ bền thời tiết, khả bền hóa chất ozon tốt, nhiên cao su Khóa luận tốt nghiệp Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học EPDM có tính chất học không cao giá thành lại cao Cao su butadien (BR) cao su dân dụng, có cấu trúc không gian điều hòa Cao su có độ cứng tƣơng đối cao, khả chống mài mòn tốt có giá thành vừa phải Ở Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo ứng dụng loại vật liệu polyme blend mang lại hiệu kinh tế, xã hội đáng kể Tuy nhiên, vật liệu polyme blend sở cao su EPDM cao su BR chƣa có tác giả nghiên cứu Với mục đích kết hợp ƣu điểm cao su trên, chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend sở cao su EPDM cao su butadien” nhằm nâng cao tính chất học giảm giá thành cho sản phẩm từ cao su EPDM Để thực mục tiêu trên, tiến hành nội dung nghiên cứu sau đây: - Chế tạo vật liệu cao su blend EPDM/BR với thay đổi hàm lƣợng BR để tìm tỷ lệ tối ƣu hai cấu tử - Xác định tính chất học vật liệu cao su blend theo tiêu chuẩn Việt Nam nhƣ quốc tế - Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu cao su blend phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) - Đánh giá khả bền nhiệt vật liệu cao su phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) - Nâng cao tính chất học cho vật liệu blend EPDM/BR nanoSiO2 Khóa luận tốt nghiệp Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu polyme blend 1.1.1 Những khái niệm Vật liệu tổ hợp polyme (polyme blends) loại vật liệu polyme, đƣợc cấu thành từ hai nhiều polyme nhiệt dẻo polyme nhiệt dẻo với cao su để làm tăng độ bền lý hạ giá thành vật liệu [2] Giữa polyme tƣơng tác không tƣơng tác vật lý, hóa học với Polyme blend hệ đồng thể dị thể Trong hệ đồng thể polyme thành phần không đặc tính riêng, hệ dị thể tính chất polyme thành phần hầu nhƣ đƣợc giữ nguyên Polyme blend loại vật liệu có nhiều pha có pha liên tục (pha - matrix) nhiều pha phân tán (pha gián đoạn), pha đƣợc tạo nên polyme thành phần Mục đích việc nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend việc tạo vật liệu có tính chất đặc biệt theo yêu cầu sản phẩm nhờ việc điều chỉnh tỷ lệ polyme thành phần, hàm lƣợng chất tƣơng hợp mà đóng góp vào việc giảm nhẹ điều kiện gia công polyme, giảm giá thành sản phẩm [1,2,12] Trong nghiên cứu polyme blend ngƣời ta cần quan tâm tới số khái niệm sau: - Sự tƣơng hợp polyme: Mô tả tạo thành pha tổ hợp ổn định đồng thể từ hai nhiều polyme Sự tƣơng hợp polyme khả trộn lẫn tốt polyme vào tạo nên vật liệu polyme [1] - Khả trộn hợp: Nói lên khả polyme dứoi điều kiện định trộn vào tạo thành tổ hợp đồng thể dị thể [3] Khóa luận tốt nghiệp Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học Có tổ hợp polyme cấu tử trộn lẫn vào tới mức độ phân tử cấu trúc tồn trang thái cân bằng, ngƣời ta gọi hệ tƣơng hợp mặt nhiệt động học (miscibility), hệ nhƣ đƣợc tạo thành mặt kỹ thuật (compatible blend) Những tổ hợp polyme tồn pha khác dù nhỏ (micro) gọi tổ hợp không tƣơng hợp (incompatible blend) 1.1.2 Sự tương hợp polyme Sự tƣơng 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 tƣơng hợp có liên quan chặt chẽ tới nhiệt động trình trộn lẫn hòa tan polyme Các polyme tƣơng hợp vào lƣợng tự tƣơng tác chúng mang giá trị âm [1]: ∆GTr = ∆HTr - ∆STr < Và đạo hàm riêng bậc hai lƣợng tự trình trộn theo tỷ lệ thể tích polyme thành phần phải dƣơng : Nghĩa trộn polyme : ∆GTr < ∆HTr < (tỏa nhiệt) ∆STr > Trong : ∆HTr : Nhiệt trộn lẫn polyme (sự thay đổi entanpy) ∆STr : Sự thay đổi entropy (mức độ trật tự) trộn lẫn polyme Trong thực tế có cặp polyme tƣơng hợp với mặt nhiệt động học Còn đa phần polyme không tƣơng hợp với Khi trộn với chúng tạo thành tổ hợp vật liệu có cấu trúc ba dạng: pha liên tục môt pha phân tán, hai pha liên tục, hai pha phân tán Để nghiên cứu khả trộn hợp nhƣ tƣơng hợp polyme ngƣời ta dựa vào định luật cân nghiệt động trình hóa học Khóa luận tốt nghiệp Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học nhƣ thuyết định lƣợng, 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 đƣợc định tƣơng hợp polyme tổ hợp Từ kết nghiên cứu ngƣời ta tƣơng hợp polyme phụ thuộc vào yếu tố sau: - Bản chất hóa học cấu trúc phân tử polyme - Khối lƣợng phân tử phân bố khối lƣợng phân tử - Tỷ lệ cấu tử tổ hợp - Năng lƣợng bám dính ngoại phân tử - Nhiệt độ Tính chất tổ hợp không tƣơng hợp phụ thuộc vào: - Sự phân bố pha - Kích thƣớc hạt - Loại bám dính pha Những yếu tố bị chi phối điều kiện chuẩn bị chế độ gia công vật liệu [3] 1.1.4 Một số loại polyme blend Polyme blend chia làm loại theo tƣơng hợp polyme thành phần [1,12]: a) Polyme blend trộn lẫn tƣơng hợp hoàn toàn: polyme thành phần tan hoàn toàn vào thành khối đồng nhất, đồng đƣợc quan sát mức độ nano phân tử b) Polyme blend trộn lẫn không tƣơng hợp hoàn toàn: phần polyme hòa tan polyme kia, ranh giới phân chia pha không rõ ràng Cả hai pha polyme đồng thể có hai giá trị nhiệt độ hóa thủy tinh nằm khoảng nhiệt độ hóa thủy tinh hai polyme thành phần Khóa luận tốt nghiệp 10 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học Cấu trúc hình thái vật liệu đƣợc xác định máy kính hiển vi điện tử quét (SEM) có ký hiệu JEOL JMS 6490 Nhật Bản, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam 2.5 Nghiên cứu độ bền nhiệt vật liệu phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng Phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) phƣơng pháp phân tích thay đổi liên tục khối lƣợng mầu theo tăng nhiệt độ Phƣơng pháp cho thấy đƣợc thông tin nhiệt độ bắt đầu phân hủy, tốc độ phân hủy phần trăm khối lƣợng vật liệu nhiệt độ khác Các điều kiện để phân tích nhiệt trọng lƣợng: + Môi trƣờng: không khí + Tốc độ tăng nhiệt độ: 10oC/phút + Khoảng nhiệt độ nghiên cứu: từ 30oC đến 600oC Quá trình phân tích TGA đƣợc thực máy DTG-60H hãng Shimadzu (Nhật Bản) đặt khoa Hóa học, trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 35 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu biến tính cao su EPDM cao su BR 3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng BR tới tính chất học vật liệu Tính chất vật liệu từ cao su nói chung cao su EPDM nói riêng không phụ thuộc vào yếu tố nhƣ chất vật liệu, phụ gia sử dụng, điều kiện phối trộn công nghệ gia công mà phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ cấu tử polyme hợp phần Trong phần nghiên cứu này, cố định yếu tố chất vật liệu, thành phần phụ gia khác nhƣ chế độ gia công khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng cao su tổng hợp BR tới tính chất học vật liệu Kết khảo sát đƣợc thể hình vẽ dƣới Độ bền kéo đứt (MPa) 0 10 20 30 40 50 60 Hàm lượng BR (%) Hình 3: Ảnh hƣởng hàm lƣợng BR tới độ bền kéo đứt vật liệu Khóa luận tốt nghiệp 36 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học 250 Độ dãn dài đứt (%) 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60 Hàm lượng BR (%) Hình 4: Ảnh hƣởng hàm lƣợng BR tới độ dãn dài đứt vật liệu Độ mài mòn (cm3/1,61km) 1.04 1.02 0.98 0.96 0.94 10 20 30 40 50 60 Hàm lượng BR (%) Hình 5: Ảnh hƣởng hàm lƣợng BR tới độ mài mòn vật liệu Khóa luận tốt nghiệp 37 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học Độ cứng (Shore A) 80 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 Hàm lượng BR (%) Hình 6: Ảnh hƣởng hàm lƣợng BR tới độ cứng vật liệu Từ kết hình cho thấy hàm lƣợng BR tăng từ đến 30% độ bền kéo đứt, độ dãn dài đứt vật liệu tăng, độ mài mòn vật liệu giảm Khi hàm lƣợng BR tiếp tục tăng tính chất vật liệu lại có xu hƣớng ngƣợc lại Điều giải thích hàm lƣợng BR khoảng 30%, vật liệu cao su blend đạt tỷ lệ tƣơng hợp tốt nên tính chất vật liệu đạt giá trị cao Bên cạnh đó, độ cứng vật liệu tăng dần hàm lƣợng BR tăng Điều giải thích độ cứng cao su BR cao so với cao su EPDM, có mặt BR tổ hợp làm thay đổi tính chất theo xu hƣớng Trên sở kết thu đƣợc, để đảm bảo tính tính học vật liệu, lựa chọn hàm lƣợng cao su BR biến tính 30% (so với tổng lƣợng polyme) để khảo sát tiếp Khóa luận tốt nghiệp 38 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học 3.1.2 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu Để đánh giá cấu trúc hình thái vật liệu, dùng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để chụp bề mặt gãy số mẫu vật liệu tiêu biểu dƣới Hình 7: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu cao su blend EPDM/BR (70/30) Hình 8: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu cao su blend EPDM/BR (50/50) Khóa luận tốt nghiệp 39 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học Quan sát hai hình ảnh mẫu vật liệu chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) thấy rằng: mẫu cao su blend EPDM/BR tỷ lệ 70/30 bề mặt có cấu trúc đồng nhất, bề mặt mịn vết gãy không sâu cho thấy khả tƣơng tác pha hai cao su tƣơng đối bền Khi hàm lƣợng BR tăng (50%) bề mặt gãy vật liệu cho thấy bề mặt gãy mấp mô, không mịn, có vết gãy sâu Điều cho thấy hàm lƣợng BR khoảng 30% khả tƣơng hợp cấu tử với tốt 3.1.3 Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu Để đánh giá khả bền nhiệt vật liệu, sử dụng phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng (TGA) Dƣới giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su blend Trên giản đồ TGA vật liệu, thông số đƣợc quan tâm vùng nhiệt độ bắt đầu phân hủy, vùng nhiệt độ phân hủy mạnh ban đầu độ tổn hao khối lƣợng vùng Các giá trị nhiệt độ bắt đầu phân hủy, nhiệt độ phân hủy mạnh tổn hao khối lƣợng mẫu vật liệu nghiên cứu đƣợc tổng hợp bảng Hình 9: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su EPDM Khóa luận tốt nghiệp 40 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học Hình 10: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su EPDM/BR (90/10) Hình 11: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su blend EPDM/BR (70/30) Khóa luận tốt nghiệp 41 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học Hình 12: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su blend EPDM/BR (50/50) Bảng 4: Kết phân tích TGA mẫu vật liệu Nhiệt độ bắt đầu o Mẫu vật liệu phân hủy ( C) EPDM EPDM/BR (90/10) EPDM/BR (70/30) EPDM/BR (50/50) Nhiệt độ phân Tổn hao khối hủy mạnh lƣợng đến 600oC, (oC) [%] 255,28 436,95 99,961 291,23 452,79 99,810 295,78 476,85 99,237 280,33 324,68 99,877 Nhận thấy rằng, hàm lƣợng cao su BR tăng đến 30%, nhiệt độ bắt đầu phân hủy phân hủy mạnh vật liệu tăng lên tổn hao Khóa luận tốt nghiệp 42 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học khối lƣợng vật liệu đến 600 oC giảm xuống Tuy nhiên hàm lƣợng BR tiếp tục tăng, nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt độ phân hủy mạnh lại giảm Nhƣ nói hàm lƣợng BR 30% làm cho cấu tử tƣơng hợp với tốt vậy, hàm lƣợng BR biến tính 30% hầu hết tính học vật liệu tăng Căn vào kết nghiên cứu thu đƣợc trên, chọn hàm lƣợng cao su BR biến tính 30% để tiến hành nghiên cứu 3.2 Nâng cao tính chất học cho blend EPDM/BR nano-SiO2 Đối với loại cao su nói chung cao su blend nói riêng hàm lƣợng độn gia cƣờng tối ƣu khác Để xác định đƣợc hàm lƣợng nano-SiO2 tối ƣu cao su blend EPDM/BR tỷ lệ (70/30), cố định thành phần khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng nano-SiO2 đến tính chất học vật liệu Kết khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng nano-SiO2 tới tính chất vật liệu đƣợc trình bầy đồ thị dƣới đây: 14 Độ bền kéo đứt (MPa) 12 10 0 10 15 20 25 30 35 40 Hàm lượng nano-SiO2 (%) Hình 13: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nano-SiO2 tới độ bền kéo đứt vật liệu Khóa luận tốt nghiệp 43 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học 450 Độ dãn dài đứt (%) 400 350 300 250 200 150 100 10 15 20 25 30 35 40 Hàm lượng nano-SiO2 (%) Hình 14: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nano-SiO2 tới độ dãn dài đứt vật liệu 0.955 Độ mài mòn (cm 3/1.61 km) 0.95 0.945 0.94 0.935 0.93 0.925 0.92 0.915 0.91 10 15 20 25 30 35 40 Hàm lượng nano-SiO2 (%) Hình 15: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nano-SiO2 tới độ mài mòn vật liệu Khóa luận tốt nghiệp 44 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học 70 Độ cứng (Shore A) 65 60 55 50 45 40 10 15 20 25 30 35 40 Hàm lượng nano-SiO2 (%) Hình 16: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nano-SiO2 tới độ cứng vật liệu Các kết từ hình 13 đến hình 16 cho thấy, hàm lƣợng nano-SiO2 tăng từ đến 25% khối lƣợng độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt cao su blend EPDM/BR tăng chậm Khi hàm lƣợng nano-SiO2 30% tính chất vật liệu tăng đột biến đạt cực đại hàm lƣợng này, hàm lƣợng nano-SiO2 tăng tính chất lại có xu hƣớng giảm Độ cứng vật liệu tăng dần hàm lƣợng nano-SiO2 tăng Trong đó, độ mài mòn vật liệu giảm dần hàm lƣợng nano-SiO2 tăng từ đến 25%, sau tính chất lại tăng hàm lƣợng nano-SiO2 lớn 25% Điều giải thích hàm lƣợng nano-SiO2 chƣa lớn (nhỏ 30%) hạt nanoSiO2 phân bố cao su blend chƣa đủ, nên khả tƣơng tác chất độn cao su không cao Còn hàm lƣợng nano-SiO2 lớn 30% chất độn lớn hàm lƣợng tối ƣu, chúng có xu hƣớng tập hợp lại gây cản trở tƣơng tác chất độn cao su lại giảm tính học vật liệu giảm Khóa luận tốt nghiệp 45 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thu đƣợc cho thấy rằng: - Biến tính cao su EPDM cao su BR với tỷ lệ khác nhau, mẫu cao su blend EPDM/BR với tỷ lệ 70/30 cho tính chất học cao tốt - Cao su blend EPDM/BR với tỷ lệ 70/30 có cấu trúc trúc đồng nhất, bề mặt mịn màng khả tƣơng tác pha hai cao su chặt chẽ - Độ bền nhiệt cao su EPDM đƣợc cải thiện đáng kể biến tính cao su BR Tuy nhiên, hàm lƣợng cao su su BR cao (50%) lại làm giảm khả bền nhiệt vật liệu - Nano-SiO2 làm tăng hầu hết tính chất học vật liệu cao su blend EPDM/BR Ở hàm lƣợng nhỏ 25%, tính chất học tăng chậm nhƣng tăng mạnh hàm lƣợng nano-SiO2 30% Vật liệu cao su blend EPDM/BR/nano-SiO2 có tính lý kỹ thuật phù hợp, đáp ứng yêu cầu chế tạo số sản phẩm ứng dụng đời sống kỹ thuật Khóa luận tốt nghiệp 46 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học T ÀI LIỆU THAM KHẢO Thái Hoàng, Vật liệu polyme Blend, Tập giảng cho lớp Công nghệ vật liệu polyme khóa 45 Đỗ Quang Kháng, Đỗ Văn Khôi, Đỗ Trƣờng Thiện, Vật liệu tổ hợp polyme ứng dụng, Tạp chí hoạt động khoa học, số 10, tr 37 - 41, (1995) Đỗ Quang Kháng, Đỗ Văn Khôi, Đỗ Trƣờng Thiện, Quá trình phát triển ứng dụng vật liệu polyme, Tạp chí hoạt động khoa học, số 3, tr 40 42, (1996) Ngô Phú Trù, Kĩ thuật chế biến gia công cao su, Đại học Bách Khoa Hà Nội, tr 34- 36, (1995) J P Arlie, Synthetic Rubbers, 2nd, Edition, Edition technip 27 Rue ginoux 75737 Paris codex 15 technip, p 45- 54, (1993) Botros, S H., Preparation and characteristics of NR/EPDM rubber blends, Polym-Plast Technol Eng., 41(2), 341, (2002) Botros, S H and Sayed, A M., Swelling behavior of NR/EPDM rubber blends under compression strain, J Appl Polym Sci., 82, 3052, (2001) Chang, Y W.; Shin, Y S.; Chun, H.; and Nah, C., Effects of transpolyoctylene rubber (TOR) on the properties of NR/EPDM blends, J Appl Polym Sci., 73, 749, (1999) I Fanta, Elastome and rubber compounding material, Amsterdam- OxfordNewYork- Tokyo, p 138- 139, (1989) 10 Ghosh, A K.; Debnath, S C.; Naskar, N.; and Basu, D K., NR-EPDM covulcanization: A novel approach, J Appl Polym Sci., 81, 800, (2001) 11 G Holden, N R Legge, R Quirk, H Eschroeder, Thermoplastic Elastomer, Hanser Publisher, 2nd Edition, Munich Vienna NewYork, p 369-370 (1996) 12 Jungnickel.B, J, Polymer blends, Carl Hasner Verlag, Muenchen, Wien, (1990) Khóa luận tốt nghiệp 47 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học 13 Jin Hwan Go, Chang Sik Ha, Effect of a compatibilizer on the properties of EPDM/BR blend, Korea Polymer Journal, Vol (1), 25-34, (1995) 14 Jin Hwan Go, Chang Sik Ha, Effect of coupling agents on the properties of EPDM/BR blend, The Korean Journal of Rheology, Vol (1), 60-67, (1995) 15 Lewis, C.; Bunyung, S and Kiatkamjornwong, S., Rheological properties and compatibility of NR/EPDM and NR/brominated EPDM blends, J Appl Polym Sci., 89, 837, (2003) 16 Mohammad Ali Semsarzadeh, Gholam Reza Bakhshandeh, Massoud Ghasemzadeh-Barvarz, Effect of Carbon Black on Rate Constant and Activation Energy of Vulcanization in EPDM/BR and EPDM/NR Blends, Iranian Polymer Journal, Vol.14 (6), 573-578, (2005) 17 Somjate Patcharaphun, Watcharapong Chookaew, Tanawat Tungkeunkunt, Influence of Thermal and Oil Aging on Weldline Strength of NR/EPDM and NR/NBR Blends, Kasetsart J (Nat Sci.), Vol.45, 909 – 916, (2011) 18 G L Rempel and W Arayapranee, Properties of NR/EPDM Blends with or without Methyl Methacrylate-Butadiene-Styrene (MBS) as a Compatibilizer, International Journal of Materials & Structural Reliability, Vol.5, No.1, 1-12, (2007) 19 Oliveira, M G and Soares, B G., Mercapto-modified copolymers in polymer blends III The effect of functionalized ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) on curing and mechanical properties of NBR/EPDM blends, J Appl Polym Sci., 82, 38, (2001) 20 Saad, A L G and El-Sabbagh, S., Compatibility studies on some polymer blend systems by electrical and mechanical techniques, J Appl Polym Sci., 79, 60, (2001) 21 Sirqueira, A S and Soares, B G , J Appl Polym Sci., Mercaptomodified copolymers in elastomer blends IV The compatibilization of natural rubber/EPDM blends, J Appl Polym Sci 83, 2892, (2002) Khóa luận tốt nghiệp 48 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khoa Hóa học 22 Sombatsompop, N., Dynamic mechanical properties of SBR and EPDM vulcanisates filled with cryogenically pulverized flexible polyurethane foam particles, J Appl Polym Sci., 74, 1129, (1999) 23 Suma N., Joseph R., and George, K E., Improved mechanical properties of NR/EPDM and NR/butyl blends by precuring EPDM and butyl, J Appl Polym Sci., 49, 549, (1993) 24 http://www.coloradolining.com/products/epdm.htm 25 http://devlin.olsza.krakow.pl/serwis/ServiceTips/tips_plastic.htm 26 http://www.rubberimpex.com/ Khóa luận tốt nghiệp 49 Bùi Thị Hà [...]... QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu biến tính cao su EPDM bằng cao su BR 3.1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng BR tới tính chất cơ học của vật liệu Tính chất của vật liệu từ cao su nói chung và cao su EPDM nói riêng không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ bản chất vật liệu, phụ gia sử dụng, điều kiện phối trộn và công nghệ gia công mà còn phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ các cấu tử polyme trong hợp phần Trong phần nghiên. .. cao su sống và cũng nhƣ hỗn hợp cao su sống rất cao nên cản trở quá trình gia công chế biến Một số hãng ở Bắc Âu, việc sản xuất cao su butadien dựa trên cơ sở hệ xúc tác naftenat niken, trietyl nhôm và florit Bo Phụ thuộc vào loại xúc tác, tỷ lệ các cấu tử của hệ xúc tác, chế độ của quá trình tổng hợp mà cao su butadien đƣợc sản xuất ra nhiều loại khác nhau 1.3.2 Tính chất của cao su butadien Cao su. .. với cao su không bão hòa thấp nhƣ etylen propylen dien đồng trùng hợp (cao su EPDM) [6-8,13-23] Trong một số cao su dien cao, thì cao su thiên nhiên là một polyme sở hữu tính chất cơ lý tuyệt vời và ƣu điểm trong gia công, tuy nhiên nó là không bền đối với nhiệt và khả năng chống tia cực tím Vì vậy, phối trộn cao su thiên nhiên với EPDM là một cách tiếp cận hữu ích cho việc chế tạo các vật liệu cao su. .. các loại cao su không phân cực khác 1.4 Vật liệu blend trên cơ sở cao su EPDM và cao su butadien Trong sản xuất các sản phẩm cao su, sự phối trộn các cao su để tạo ra vật Khóa luận tốt nghiệp 27 Bùi Thị Hà Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khoa Hóa học liệu mới với rất nhiều ứng dụng vì chúng có tiềm năng để kết hợp các thuộc tính hấp dẫn của cả hai thành phần phối trộn, khi so sánh về giá thành và kỹ thuật... Công nghệ và phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend 1.1.7.1 Các điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu polyme blend Điều quan trọng đầu tiên trong công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp là chọn ra những polyme phối hợp đƣợc với nhau và đƣa lại hiệu quả cao Những căn cứ để lựa chọn là: - Yêu cầu kỹ thuật của vật liệu cần có - Bản chất và cấu tạo hóa học của polyme ban đầu - Cấu trúc, tính chất vật lý của... Hóa học 80/20, 70/30, 60/40, 50/50 Khảo sát tính chất cơ lý để xác tỷ lệ EPDM/ BR tối ƣu Sau đó để nâng cao tính chất cơ lý cho hệ cao su blend ở trên, chúng tôi khảo sát hàm lƣợng nano-SiO2, xác định hàm lƣợng nano-SiO2 tối ƣu 2.2.2 Chế tạo mẫu vật liệu Các mẫu vật liệu cao su blend EPDM/ BR và các phụ gia đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp cán trộn trên máy cán hai trục của hãng Toyoseiki, Nhật Bản Trục... tính chất cơ lý cao cũng nhƣ chế tạo các chất tƣơng hợp cho vật liệu blend trên cơ sở EPDM và các polyme có cực ngƣời ta thực hiện phản ứng ghép với các vinyl monome và EPDM [11] Đối với EPDM xét về thành phần và cấu trúc chúng có ảnh hƣởng đến tính năng công nghệ và sản phẩm nhƣ sau : - Thành phần: Nếu thành phần propylen trong cao su cao, thƣờng dễ cán luyện, nhƣng nếu etylen cao, lý tính và tính dễ... đã nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc hình thái, quá trình gia công, và các tính chất vật lý, lƣu biến học và cơ học của cao su blend không tƣơng hợp Suma và các cộng sự [23] cho rằng, ảnh hƣởng của sự lƣu hóa sơ bộ chậm hơn trong cao su lƣu hóa (EPDM trong NR /EPDM) là một con đƣờng có thể đạt đƣợc một trạng thái đồng lƣu hóa blend NR /EPDM, do đó dẫn đến một sự cải thiện các đặc tính cơ học của vật. .. gia công và cũng nhƣ là một tác nhân tƣơng hợp đã cải thiện khả năng tƣơng hợp của blend NR /EPDM [8] Ngoài ra, sự kết hợp của bis disulfit thiophotphoryl (diisopropyl) (DIPDIS) vào EPDM trƣớc khi đƣợc trộn với NR cải thiện các tính chất cuối cùng của blend [10] Đối với blend trên cơ sở EPDM và BR đã đƣợc một số tác giả nghiên cứu Jin Hwan Go và cộng sự [13] đã nghiên cứu khả năng tƣơng hợp và tính chất... nhƣ độ đàn hồi và độ bền kéo thấp hơn cao su thiên nhiên và cao su isopren, khả năng chịu dầu của EPDM không cao và có thể bị phá huỷ bởi dầu mỏ, dung môi hay các hydrocacbon thơm Khả năng cách điện bị kém đi khi trộn hợp với than đen nên cũng ít sử dụng thuần tuý 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 ... điểm cao su trên, chọn đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend sở cao su EPDM cao su butadien nhằm nâng cao tính chất học giảm giá thành cho sản phẩm từ cao su EPDM Để thực mục tiêu trên, ... công trình nghiên cứu chế tạo ứng dụng loại vật liệu polyme blend mang lại hiệu kinh tế, xã hội đáng kể Tuy nhiên, vật liệu polyme blend sở cao su EPDM cao su BR chƣa có tác giả nghiên cứu Với mục... loại vật liệu khác khó đạt đƣợc; Quá trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm sở vật liệu tổ hợp polyme nhanh nhiều so với sản phẩm từ vật liệu khác đƣợc chế tạo sở vật liệu công nghệ sẵn có Vật liệu