Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su tái sinh và polyetylen tỷ trọng thấp

Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Đại học - Kích thước hạt - Loại bám dính pha. Những yếu tố này bị chi phối bởi điều kiện chuẩn bị và gia công của vật liệu [6]. Trong thực tế để tăng độ tương hợp cũng như khả năng trộn hợp của các polyme người ta dùng các chất làm tăng khả năng tương hợp như các copolyme, chất hoạt tính bề mặt bên cạnh việc chọn chế độ chuẩn bị và gia công thích hợp cho từng loại tổ hợp thông qua việc khảo sát tính lưu biến của tổ hợp vật liệu. Từ kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng, các polyme có bản chất hóa học giống nhau sẽ dễ phối hợp với nhau, những polyme khác nhau về cấu tạo hóa học hoặc độ phân cực sẽ khó trộn hợp với nhau. Trong những trường hợp này ta phải dùng các chất làm chất tương hợp (trợ tương hợp). Trong tất cả các trường hợp, thời gian trộn, nhiệt độ, và tốc độ trộn có ảnh hưởng quyết định tới cấu trúc cũng như tính chất của vật liệu. Vì thế, với mỗi hệ cụ thể, căn cứ vào tính chất của các polyme ban đầu cũng như đặc tính lưu biến của tổ hợp để chọn chế độ chuẩn bị (tạo blend) và gia công thích hợp. 1.1.4. Các phương pháp xác định sự tương hợp của polyme blend [3, 14] - Hòa tan các polyme trong cùng một dung môi: nếu xảy ra sự tách pha thì các polyme không tương hợp với nhau. - Tạo màng mỏng từ dung dịch loãng của hỗn hợp polyme: nếu màng thu được mờ và dễ vỡ vụn thì các polyme không tương hợp. - Quan sát bề mặt và hình dạng bên ngoài của sản phẩm polyme blend thu được ở trạng thái nóng chảy: nếu các tấm mỏng thu được bị mờ thì các polyme không tương hợp. Nếu tấm mỏng thu được trong suốt thì các polyme có thể tương hợp. - Phương pháp cơ nhiệt động Đỗ Thị Yến 6 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Đại học - Dựa vào nhiệt độ thủy tinh hóa: nếu polyme blend thu được giữ nguyên nhiệt độ nóng chảy của các polyme thành phần thì các polyme này không tương hợp. Nếu polyme blend thu được có nhiệt độ nóng chảy chuyển dịch so với các nhiệt độ nóng chảy của các polyme ban đầu thì sự tương hợp không hoàn toàn. Nếu polyme blend chỉ có một nhiệt độ nóng chảy nhất định là sự tương hợp hoàn toàn. - Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM): chụp ảnh hiển vi của bề mặt cắt hoặc gẫy của polyme blend có thể quan sát thấy tính đồng nhất hoặc không đồng nhất, đồng thể hay dị thể của polyme blend. - Phương pháp tán xạ tia X góc hẹp. - Phương pháp đo độ nhớt của dung dịch polyme blend: khi trộn lẫn hai polyme cùng hòa tan tốt trong một dung môi, nếu hai polyme tương hợp thì độ nhớt của hỗn hợp tăng và ngược lại. 1.1.5. Những biện pháp tăng cường tính tương hợp của các polyme 1.1.5.1. Đưa thêm vào hệ các chất tương hợp  Sử dụng các chất tương hợp là các copolyme nhánh hoặc khối Để làm chất tương hợp, các copolyme khối hoặc nhánh phải có một khối hoặc một nhánh có khả năng tương hợp tốt với một polyme, và nhánh hoặc khối kia phải có khả năng tương hợp tốt với polyme còn lại trong hệ. Các copolyme ở đây thường có hai khối, mỗi khối bao gồm monome của mỗi polyme thành phần. Như vậy, khối có cùng monome với polyme thành phần nào sẽ có cùng bản chất và cấu tạo hóa học tương tự như polyme đó, do vậy chúng có khả năng trộn hợp, liên kết chặt chẽ với nhau. Kết quả là hai polyme thành phần của hệ sẽ được liên kết với nhau, trong đó copolyme khối đóng vai trò như một chất kết dính [8].  Sử dụng chất tương hợp là các polyme có khả năng phản ứng với các polyme thành phần của hệ Đỗ Thị Yến 7 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Đại học Đưa một polyme C có khả năng phản ứng vào polyme blend A/B, trong đó polyme này có khả năng tương hợp với một trong hai polyme thành phần của hệ còn polyme không tương hợp với polyme C thì phải chứa nhóm chức có khả năng phản ứng với polyme C. Nếu cả hai polyme A và B đều không chứa nhóm chức có khả năng phản ứng với polyme C thì có thể đưa thêm vào một polyme D nữa, với điều kiện polyme C và D có khả năng phản ứng được với nhau và mỗi polyme này có khả năng tương hợp với một polyme chính của hệ (polyme A hoặc B).  Chất tương hợp là các tác nhân có hai nhóm chức Nhờ có hai nhóm chức nên các hợp chất này có thể tương tác với các nhóm chức trên mạch phân tử của hai polyme thành phần để tạo thành copolyme khối. 1.1.5.2. Đưa vào hệ các peroxit Dưới tác dụng của nhiệt, peoxit bị phân hủy tạo gốc tương tác với các polyme thành phần tạo copolyme nhánh của các polyme thành phần ban đầu. 1.1.5.3. Đưa vào hỗn hợp của peoxit và hợp chất đa chức Phương pháp này kết hợp cả vai trò của peoxit và hợp chất đa chức nên có khả năng tăng cường tốt hơn cho sự tương hợp của các polyme. Trong đó, peoxit hoạt hóa phản ứng giữa một polyme và ít nhất với một nhóm chức của hợp chất đa chức. Sau đó sẽ xảy ra phản ứng giữa nhóm chức còn lại với polyme thứ hai và tạo thành copolyme ghép. 1.1.5.4. Chế tạo các blend trên cơ sở các polyme có khả năng tham gia phản ứng trao đổi Khi hai hay nhiều polyme trùng ngưng được trộn hợp với nhau ở trạng thái nóng chảy, nhiều phản ứng trao đổi có thể xảy ra. Các phản ứng trao đổi dẫn tới việc tạo thành các copolyme là chất tương hợp của các polyme trong blend. Đỗ Thị Yến 8 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Đại học 1.1.5.5. Đưa vào hệ các chất hoạt động bề mặt Các chất hoạt động bề mặt sẽ tập trung trên bề mặt phân pha, có vai trò như chiếc cầu nối giữa hai pha, làm giảm sức căng bề mặt phân pha và do đó tạo điều kiện cho các pha phân tán tốt vào nhau trong quá trình chế tạo blend. Tuy nhiên cần lưu ý, chất hoạt động bề mặt thường có khối lượng phân tử thấp do vậy hàm lượng sử dụng tối ưu thường không cao. Qua các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, khi sử dụng các chất hoạt động bề mặt có khối lượng phân tử thấp (dưới đơn vị nghìn) hàm lượng tối ưu chỉ khoảng 1% so với cấu tử có hàm lượng thấp. 1.1.5.6. Đưa vào hệ các chất độn hoạt tính Một số chất độn hoạt tính có tác dụng nâng cao khả năng tương hợp của các polyme. Trong những trường hợp này, chất độn được phân bố một cách chọn lọc tại bề mặt phân cách pha giữa hai pha polyme, có tác dụng như các chất tương hợp ở trên. Đối với các hệ này, mức độ khả năng tương hợp của các cấu tử phụ thuộc vào tương tác giữa chất độn với các polyme thành phần. Nếu tương tác càng mạnh, mức độ tăng tương hợp càng cao. 1.1.5.7.Sử dụng phương pháp cơ nhiệt Khi gia công trong điều kiện ứng suất và nhiệt độ cao có thể xảy ra quá trình phân hủy của polyme, trong đó có phản ứng đứt mạch tạo thành gốc tự do. Các gốc tự do này cũng có thể được tạo thành dưới tác dụng của nhiệt hoặc của đồng thời của hai yếu tố cơ và nhiệt. Phản ứng tạo thành gốc tự do có thể xảy ra cả trong điều kiện có và không có mặt oxi. Sau đó gốc tự do của các phân tử khác nhau kết hợp lại với nhau hoặc tác dụng với nối đôi có trong các phân tử polyme trong hệ. Khi gốc tự do của hai mạch polyme khác loại kết hợp với nhau sẽ tạo thành copolyme khối hay ghép tại bề mặt phân cách pha. Chính các liên kết này có tác dụng nâng cao khả năng tương hợp của hai polyme thành phần. Đỗ Thị Yến 9 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Đại học 1.1.5.8. Sử dụng phương pháp lưu hóa động Đây là phương pháp thường được sử dụng để tăng khả năng tương hợp của các polyme trong blend có cao su với nhựa nhiệt dẻo. Khi lượng cao su lớn, đồng thời độ nhớt của hai polyme tương đương nhau ở nhiệt độ gia công, nếu không được khâu mạch, thì blend tạo thành có cấu trúc gồm pha nhựa phân tán trong pha liên tục cao su. Trong điều kiện có tác nhân khâu mạch, độ nhớt của pha cao su tăng lên, và đến một mức độ nào đó sẽ có sự chuyển pha xảy ra. Kết quả là pha nhựa nhiệt dẻo tái hợp lại tạo thành pha liên tục có cấu trúc mỏng, bao quanh các vùng thuộc pha phân tán cao su. Trong trường hợp này, pha nhựa nhiệt dẻo đóng vai trò như lớp chất kết dính các vùng cao su đã khâu mạch với nhau. Hệ vật liệu được lưu hóa động tạo thành có tính chất giữa nhựa nhiệt dẻo và cao su. 1.1.6. Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend Điều quan trọng đầu tiên trong công nghệ chế tạo vật liệu polyme là chọn ra những polyme phối hợp được với nhau và đưa lại hiệu quả cao. Những căn cứ để lựa chọn: - Yêu cầu kĩ thuật của vật liệu cần có - Bản chất và cấu tạo hóa học của polyme ban đầu - Giá thành. Để tạo vật liệu polyme, người ta có thể tiến hành trực tiếp trong các máy trộn các polyme còn ở dạng huyền phù hoặc nhũ tương. Đối với các polyme thông thường người ta phối trộn trong các máy ép đùn một trục hoặc hai trục. 1.1.6.1. Chế tạo polyme blend từ các dung dịch polyme blend Yêu cầu của phương pháp này là các polyme thành phần phải hòa tan tốt với nhau trong cùng một dung môi hoặc trong các dung môi có khả năng trộn lẫn với nhau. Có thể kèm theo quá trình khuấy ở nhiệt độ cao và gia nhiệt Đỗ Thị Yến 10 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Đại học trong thời gian dài để tạo điều kiện cho các polyme phân tán vào nhau tốt hơn. Sau khi thu được màng polyme blend cần phải đuổi hết dung môi bằng các phương pháp khác nhau (sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp) tránh để màng bị rạn nứt, bị phân hủy nhiệt hay phân hủy oxi hóa nhiệt [3]. 1.1.6.2. Chế tạo polyme blend từ hỗn hợp các latex polyme Phần lớn các sản phẩm polyme trùng hợp trong nhũ tương tồn tại dưới dạng latex có môi trường phân tán là nước. Quá trình trộn các latex dễ dàng và polyme thu được có hạt phân tán đều vào nhau. Nhược điểm của phương pháp này: khó tách hết các chất nhũ hóa, các phụ gia như nước ra khỏi polyme blend. Vì vậy các tính chất cơ, lý, hóa, nhiệt, điện của polyme blend giảm đi. 1.1.6.3. Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy Phương pháp này kết hợp các yếu tố cơ - nhiệt, cơ - hóa và tác động cưỡng bức lên các polyme thành phần, phụ gia,... Trên máy gia công nhựa dẻo để trộn hợp chúng với nhau (máy ép đùn, máy ép phun). 1.1.7. Ưu điểm của polyme blend - Vật liệu polyme blend ra đời đã lấp được khoảng trống về tính chất công nghệ và giá thành giữa các loại cao su và polyme thành phần. Qua đó người ta có thể tối ưu hóa về mặt giá thành và tính chất của vật liệu sử dụng. - Vật liệu polyme blend tạo khả năng phối hợp tính chất mà những loại vật liệu khác khó có thể đạt được từ các tính chất quý của các vật liệu thành phần. Do vậy, đáp ứng những yêu cầu cao của hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật. - Quá trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm trên cơ sở cao su blend (hoặc polyme blend nói chung) thường nhanh hơn nhiều so với nghiên cứu chế tạo sản phẩm từ vật liệu mới khác vì người ta có thể sử dụng những vật liệu với những tính chất đã biết và công nghệ sẵn có [3, 14]. Đỗ Thị Yến 11 K35C-Hóa