Nghiên cứu khả năng gia cường của tro bay biến đổi bề mặt tới tính chất của cao su blend trên cơ sở cao su thiên nhiên và cao su styren butadien

Trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Những yếu tố này bị chi phối bởi điều kiện chuẩn bị và gia công vật liệu. 1.1.4. Một số loại polyme blend [2] Sự phát triển và ứng dụng của vật liệu polyme blend nói chung, cao su blend nói riêng, là một trong những thành tựu quan trọng của thế kỉ XX. Do có ưu thế ở nhiều mặt mà chúng đã được sản xuất và ứng dụng ở hầu khắp các lĩnh vực của nền kinh tế, từ các sản phẩm thông dụng cho tới các sản phẩm kĩ thuật cao và được ứng dụng trong ngành điện, chế tạo máy, giao thông vận tải, xây dựng, khai thác dầu khí, lĩnh vực an ninh – quốc phòng,… và các sản phẩm polyme blend đã và đang phát triển mạnh mẽ cả về số lượng cũng như chủng loại. Để cải thiện tính năng vật liệu nhằm đáp ứng nhu cầu kĩ thuật ngày càng cao, trong những năm qua các nhà khoa học, các nhà sản xuất đã không ngừng nghiên cứu để đưa ra những vật liệu mới. Nhiều vật liệu blend trên cơ sở CSTN cũng như cao su tổng hợp đã được nghiên cứu chế tạo, trong đó có nhiều loại cao su blend đã trở thành thương phẩm trên thị trường quốc tế như: Geolast (blend của cao su NBR với cao su EPDM) có khả năng bền nhiệt, bền dầu; JSR NV (blend của NBR với nhựa PVC) có khả năng bền dầu, hóa chất và nhiệt độ thấp; Royalene (blend của cao su EPDM với nhựa PP) có khả năng bền va đập, bền thời tiết và được sử dụng trong kĩ nghệ ô tô,… Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme blend nói chung và cao su blend nói riêng, mới chỉ được quan tâm từ đầu những năm 90 của thế kỉ trước và dần phát triển từ gần trục năm trở lại đây. Mục tiêu đầu tiên nhắm tới của các tác giả thông qua chế tạo các vật liệu cao su blend trên cơ sở CSTN nhằm cải thiện tính năng cơ lý, kĩ thuật để mở rộng phạm vi ứng dụng cho CSTN, nguồn nguyên liệu sẵn có ở Việt Nam. Từ đó nghiên cứu công nghệ chế tạo ra các sản phẩm cao su kĩ thuật với giá thành hợp lí, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, thay thế nhập ngoại và dần tiến tới xuất Phạm Thị Ngoãn 7 Lớp K35B - Hóa Trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp khẩu. Một số loại cao su blend được nghiên cứu chế tạo ở Việt Nam như: cao su blend của CSTN với cao su clopren (CR) ứng dụng làm các khe co dãn, gối cầu phục vụ xây dựng các công trình giao thông đường bộ; blend của ENR với CR để chế tạo một số dụng cụ cứu hộ hỏa hỏa hoạn cao tầng; hệ blend chống cháy trên cơ sở PVC-ENR và hệ CR-ENR; cao su blend trên cơ sở CSTN với polyetylen tỉ trọng thấp (CSTN/LDPE) để chế tạo các loại đệm chống va đập tàu biển cũng như các loại giầy đế nhẹ chất lượng cao phục vụ xuất khẩu; cao su blend với cao su nitril butadien (NBR) có khả năng bền dầu mỡ, có tính chất cơ lí cao, giá thành hạ,… Một số hệ blend có tính năng cao:  Hệ blend trên cơ sở cao su NBR với CSTN  Hệ blend trên cơ sở cao su NBR với CSTN epoxy hóa (ENR)  Hệ blend trên cơ sở cao su NBR với PVC  Hệ blend trên cơ sở cao su NBR với cao su CR  Hệ blend trên cơ sở cao su CR với PVC  Hệ blend trên cơ sở cao su NBR với CR và PVC 1.1.5. Các phương pháp xác định tương hợp của polyme blend Có nhiều phương pháp có thể xác định khả năng tương hợp của polyme blend nói chung và cao su blend nói riêng. Dưới đây là một số phương pháp thông dụng và khá đơn giản để đánh giá khả năng tương hợp của vật liệu này.  Hòa tan vật liệu trong dung môi  Tạo màng polyme blend  Quan sát bề mặt vật liệu  Đánh giá qua nhiệt độ thủy tinh hóa của vật liệu  Phương pháp cơ nhiệt động  Phương pháp sử dụng kính hiển vi  Phương pháp tán xạ tia X góc hẹp Phạm Thị Ngoãn 8 Lớp K35B - Hóa Trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 1.1.6. Các biện pháp tăng tính tương hợp của polyme blend Trong thực tế, có rất ít cặp polyme nói chung và cao su hay nhựa nhiệt dẻo nói riêng tương hợp nhau về mặt nhiệt động, còn đa phần các polyme không tương hợp với nhau. 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 sử dụng các biện pháp làm tăng tính tương hợp như:  Sử dụng các chất tương hợp  Sử dụng các peroxit  Sử dụng các tác nhân gồm peroxit và hợp chất đa chức  Chế tạo các blend trên cơ sở các polyme có khả năng tham gia phản ứng trao đổi  Sử dụng các chất hoạt động bề mặt  Sử dụng các chất độn hoạt tính  Sử dụng phương pháp cơ nhiệt  Sử dụng phương pháp lưu hóa động 1.1.7. Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend Để chế tạo vật liệu polyme blend nói chung, hay cao su blend nói riêng người ta có thể tiến hành trộn trực tiếp các polyme ngay trong quá trình tổng hợp hoặc còn đang ở dạng huyền phù hay nhũ tương. Đối với các polyme thông thường người ta thường phối trộn trong các máy trộn kín (internal mixer), máy đùn (extruder) một trục hoặc hai trục và có thể dùng máy cán có gia nhiệt hoặc không gia nhiệt (khi phối trộn các cao su có nhiệt độ chảy mềm không cao),… [1]. 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 đối với mỗi hệ cụ thể, căn cứ vào tính chất của các polyme (cao su hay nhựa) ban Phạm Thị Ngoãn 9 Lớp K35B - Hóa Trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp đầu cũng như đặc tính lưu biến của tổ hợp để chọn chế độ chuẩn bị (tạo blend) và gia công thích hợp. Quá trình chế tạo vật liệu polyme blend có thể được tiến hành bằng các phương pháp như:  Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme  Chế tạo polyme blend từ hỗn hợp các latex polyme  Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy 1.2. Cao su thiên nhiên [4] 1.2.1. Thành phần và cấu tạo Thành phần của cao su thiên nhiên gồm nhiều nhóm các chất hóa học khác nhau; hiđrocacbon (thành phần chủ yếu), độ ẩm, các chất trích ly bằng axeton, các chất chứa nitơ, chất khoáng. Hàm lượng các chất này có thể dao động tương đối lớn và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như phương pháp sản xuất, tuổi cây cao su, cấu tạo thổ nhưỡng, khí hậu nơi cây sinh trưởng, phát triển và mùa khai thác mủ cao su. Trong bảng 1.2 trình bày thành phần hóa học của CSTN sản xuất bằng các phương pháp khác nhau. Bảng 1.2: Thành phần (phần khối lượng – PKL) của CSTN sản xuất bằng các phương pháp khác nhau Loại cao su STT 1 2 Thành phần chính Hydrocacbon Chất trích ly bằng axeton Hong khói Crếp trắng Bay hơi (PKL) (PKL) (PKL) 93 ÷ 95 93 ÷ 95 85 ÷ 90 1,5 ÷ 3,5 2,2 ÷ 3,24 3,6 ÷ 5,2 3 Chất chứa nitơ 2,2 ÷ 3,5 2,4 ÷ 3,8 4,2 ÷ 4,3 4 Chất tan trong nước 0,3 ÷ 0,85 0,2 ÷ 0,4 5,5 ÷ 5,72 5 Chất khoáng 0,15 ÷ 0,85 0,16 ÷ 0,85 1,5 ÷ 1,8 6 Độ ẩm 0,2 ÷ 0,9 0,2 ÷ 0,9 1,0 ÷ 2,5 Phạm Thị Ngoãn 10 Lớp K35B - Hóa Trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CSTN là polyisopren mà mạch đại phân tử của nó được hình thành từ các mắt xích isopren: CH2 C CH CH2 CH3 n Các mắt xích isopren có đồng phân cis liên kết ở vị trí 1,4 chiếm 98%. ch3 h c=c ch2 ch3 ch2 ch2 h c=c ch2 ch2 ch2 c=c h ch3 Dạng đồng phân trans còn lại chỉ chiếm 2%. Khối lượng phân tử trung bình của cao su thiên nhiên là 1,3.106. Mức độ dao động khối lượng phân tử rất nhỏ (từ 105 đến 2.106). 1.2.2. Tính chất vật lí Cao su ở nhiệt độ thấp (-250C) có cấu trúc tinh thể, nhiệt độ nóng chảy xảy ra đồng thời với hiện tượng hấp phụ nhiệt. Ở 20-300C, CSTN ở dạng crêp có đại lượng biến dạng dài là 70%. Ngoài ra, CSTN được đặc trưng bởi các tính chất vật lí sau: - Khối lượng riêng 913 kg/m3 - Nhiệt độ hóa thủy tinh -700C - Hệ số giãn nở thể tích 656.10-4 dm3/0C - Nhiệt dẫn riêng 0,14 W/m.0K 1,88 kJ/kg.0K - Nhiệt dung riêng - Nửa chu kì kết tinh ở -250C 2 - 4 giờ - Thẩm thấu điện môi ở tần số dao động 1000 hec/giây 2,4 – 2,7 - Tang của góc tổn thất điện môi 1,6.10-3 - Điện trở riêng: 5.1012 Ω.m + Crếp trắng + Crếp hong khói Phạm Thị Ngoãn 11 3.1012 Ω.m Lớp K35B - Hóa Trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CSTN tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng, CCl4, CS2 nhưng không tan trong rượu và axeton. Khi pha vào dung dịch cao su, các dung môi hữu cơ như rượu, axeton xuất hiện hiện tượng kết tủa cao su từ dung dịch. 1.2.3. Tính chất công nghệ Cao su thiên nhiên có độ nhớt ở 1440C là 95 Muni, có khả năng phối trộn tốt với các loại chất độn, các phụ gia trên máy luyện kín và máy luyện hở. Hợp phần trên cơ sở CSTN có độ bền kết dính nội cao, có khả năng cán tráng và ép phun tốt, mức độ co ngót kích thước sản phẩm nhỏ. - Cao su thiên là cao su không phân cực do đó nó không có khả năng làm việc trong môi trường dầu mỡ. - Cao su thiên nhiên ít độc. - Cao su thiên nhiên có khả năng trộn tốt với các loại cao su và nhựa nhiệt dẻo không phân cực khác theo bất cứ tỉ lệ nào. 1.24. Tính chất cơ lý CSTN có khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh phối hợp với các loại xúc tiến lưu hóa thông dụng. Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên được xác định theo tính chất cơ lý của hợp phần cao su tiêu chuẩn trên bảng 1.3: Bảng 1.3: Hợp phần cao su tiêu chuẩn STT Thành phần Hàm lượng (PKL) 1 CSTN 100,0 2 Lưu huỳnh 3,0 3 Mercaptobenzothiazon 0,7 4 ZnO 5,0 5 Axit stearic 0,5 Phạm Thị Ngoãn 12 Lớp K35B - Hóa