Khảo sát khả năng biến tính PVC của Elnr

Khảo sát khả năng biến tính PVC của Elnr

LUAN AN THAC SI KHOA HOC HOA HỌC

PHAN II:

KHAO SAT KHA NANG BIEN

TINH PVC CUA ELNR

“BIEN TINH PVC

15

-DOP,DBP thương mại Hàn Quốc

-Dầu đậu nành epoxy (Epoxidized Soybean Oil: ESO) cla hang

HARCROS(ĐỨC) có chỉ số epoxy là 6.8, độ nhớt là 350cps ở 20°C

-PE sáp loại thương mại

-Acid stearic loại thương mại

-Tribasic chi sulfate loai thudng mai

-Chất kháng oxi hoá SP (Styrenated Phenol) cia hang Bayer (Đức)

-Máy trộn cao tốc hiệu Mechanika Precyzyona, Ba lan

-Thiết bị đo va đập ITR 200 Radmana ( Đức ) , Trường ĐH Kỹ Thuật

-Máy đo DSC hiệu NEZTSCH ( Đức ) , Trường ĐH Kỹ Thuật

-Máy đo cường lực hiệu TOYOSELKI STROGRAPH VI0-C ( Nhật)

Trung Tâm Kỹ Thuật Hạt Nhân

-Máy ép gia nhiệt , Trung Tâm Kỹ Thuật Chất Dẻo

16

-Phối trộn : Hóa chất được cân theo hàm lượng trong bảng 1 PVC và

ELNR được trộn sơ bộ trên máy trộn cao tốc trong khoảng 5 — 10 phút

-Đùn : Mẫu sau trộn được đùn 1 lần trên máy đùn có kích thước trục dài

700mm, đường kính xy lanh 25mm, với các điều kiện :

.Vùng chảy : 160°G

.Vùngnén =: 165°C

.Ving gel héa: 170°C

.Tốc độ trục : 20 vòng / phút

-Thời gian lưu : 2 phút 10 giây

Mẫu sau din được cán xuất tấm dày khoảng 0,2 mm

-Cán trộn gia nhiệt: Mẫu dạng tấm ban đầu được cán với tốc độ nhanh

trên trục trong khoảng 1 phút Điều kiện nhiệt độ :

_ Trục trước : 205 °C

.Trục sau : 195°C

Sau đó , máy được đưa về tốc độ chậm, tiến hành cắt đảo liên tục (khi nhựa đã chảy) trong khoảng 4 phút Trục khe được mở rộng dẫn trong quá trình

cắt đảo: từ trục khe 0 mm đến khi xuất tấm trục khe đạt I mm

-Ép định hình mẫu trên máy ép gia nhiệt :

._Kích thước khuôn : 80 X 80 X 0,4 mm, có đường nước giải nhiệt

17

eS ae ee Ee ee

LUAN AN THAC ST KHOA HOC HOA H BIEN TINH PVC

Tấm nhựa được cắt thành từng miếng kích thước 70 X 70 mm , đặt vào trong khuôn khối lượng khoảng 40 g, ép trong điều kiện :

Cắt thành mẫu chuẩn đo tính chất cơ lý

Sơ đồ quy trình gia công :

18

LUẬN ÂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC BIẾN TÍNH PVC ˆ

Trong đó chất hóa dẻo là hỗn hợp và tỉ lệ phối trộn của các thành phần

thay đổi theo bảng 2,3và 4

Bảng 2 : Chất hóa dẻo là hỗn hợp của DOP và ELNR-52

ELNR DOP 50 0 0 0 25 25 25 20 25 15 25 10 25 5 25 0-

b Các bước tiến hành :

-Phối trộn: Hóa chất được cân theo đơn pha chế trong bảng 2,3 và 4 Chất

hóa dẻo ELNR, DOP,DBP và ESO được đánh tan đều vào nhau bằng máy trộn

cao tốc Sau đó, hỗn hợp khô được đảo đều và trộn từ từ với hỗn hợp chất hóa dẻo trong khoảng 5 phút

19

Dee RAR aes ee pe eee te Wee ee St ee

LUAN AN THAC ST KHOA HOC HOA HOG — BIẾN TÍNH PVC

-Đùn : Hỗn hợp sau trộn được đùn sơ bộ trên máy đùn trong điều kiện:

.Vùng chảy : 145 °C,

.Vùng nén : 145 °C, Vùng gel hóa : 155 °C

.Tốc độ trục : 30 vòng / phút

.Thời gian lưu : 1 phút 30 giây

Mẫu sau đùn được cán xuất tấm dày khoảng 0,2 mm

-Cán trôn gia nhiệt:Tấm nhựa thô ban đầu được cán trên máy cán gia nhiệt với tốc độ máy nhanh trong thời gian khoảng I phút Với điều kiện cán:

.Nhiệt độ trục trước : 180 °C, Nhiệt độ trụcsau : 175 °C

Máy được chỉnh về tốc độ chậm, tiến hành cắt đảo liên tục trong khoảng 4

phút cho hỗn hợp thật đều Trong quá trình cán trục khe được mở rộng dần từ 0

Do co ly

“LUẬN AN THẠO SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC ˆ oes SS" TEN TINH PVC `

Il KET QUA VA BIEN LUAN:

H.1.Khả năng tuwong hop cia PVC_va ELNR-52 :

Để đánh giá sự tương hợp của ELNR-52 và PVC chúng tôi tiến hành đo

nhiệt độ thủy tỉnh hóa Tg của hỗn hợp bằng phương pháp DSC Điều kiện do được dựa theo chuẩn ASTM D 3418 _ §2:

.Khối lượng mẫu đo : 10- 20 mg

.Tốc độ thay đổi nhiệt : 20 °C / phút

.Khoảng nhiệt quét : - 50 °C đến 180 °C

Do nhiệt độ Tg của ELNR-52 và PVC cách xa nhau nên chúng tôi đo ở 2

khoảng nhiệt độ để khảo sát sự thay đổi Tg: Từ — 50 đến 50 °C và từ 0 đến_

Nhận xét : Theo kết quả bảng 5, các mẫu kiểm tra đều cho thấy có 1 Tp

Vậy có sự tương hợp giữa PVC và ELNR-52 Khi tăng hàm lượng ELNR-52 thì

Tg của hệ giảm dần Nhiệt độ thủy tinh hóa của ELNR-52 là Tg = -20,6, kết quả này phù hợp với quy luật mà I R Gelling và các cộng sự đã khám phá

trước đây là: với cao su thiên nhiên Tg = -70 °C khi tang 1 chi s6 epoxy thi Tg tang 1°C [26]

H.2.Ảnh hưởng của ELNR lên quá trình gia công hệ PVC/ELNR:

Nhằm khảo sát điểu kiện gia công hệ PVC/ELNR chúng tôi tiến hành đo

>

giản đổ nhựa hoá (plastigram) PÒh¿ i„el ở 170°C của các hệ phối trộn

PVC/ELNR Từ đó chúng tôi thu được kết quả sau :

ie pil on EVORING) | too [Sooo | 10015 | M23 `

Thời gian chảy (phút) 1,7 0,7 0,6 0,6

Torque (Nm) khi hé 6n dinh 31 29 27 24

Thời gian phân hủy (phút) 13,5 14 17,5

21

————errmmm HH xe Teen LUẬN AN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC : CT7” BIẾNTÍNH PVC

Ghi chú : Thời gian chảy (time fusion): là thời gian cần thiết để hệ phối

trộn ở dạng bột chảy ra

Thời gian phân huỷ : là thời gian từ lúc bắt đầu đo tới lúc hệ phân hủy

Nhận xét :

Khi tăng hàm lượng ELNR trong hệ phối trộn thì:

Giá trị moment xoắn (torque) giảm, giá trị này càng nhỏ thì lực cần trong quá trình gia công càng nhỏ

Với hệ PVC/ELNR = 100/0 cần 1,7 phút thì hệ mới chảy hết, trong khi đó chỉ cần 0,6 phút cho hệ PVC/ELNR = 100/25 Thời gian chảy càng ngắn càng

thuận lợi cho quá trình gia công do thời gian lưu nguyên liệu trong máy ngắn

Như vậy khi tăng hàm lượng ELNR thì thời gian chảy càng giảm

Khi tăng hàm lượng ELNR thì thời gian phân hủy càng tăng Đây cũng là điểm thuận lợi cho quá trình gia công do thời gian phân hủy càng lớn thì nguyên

liệu càng khó phân hủy trong quá trình gia công

Như vậy, ELNR có khả năng giúp PVC dễ gia công hơn

H.3.Ảnh hưởng của hàm lượng ELNR lên tính va đập của hệ

Mẫu được đo trên máy đo va dap hiéu ITR 2000 Radmana ( Đức ),

trường Đại Học Kỹ Thuật Kết quả được ghi trong bảng 6 và hình l, 2

22

~~ aS ee ri

BIENTINHPVC -

“LUAN AN THAC SI KHOA QC HÓA HỌC

Bảng 6 :Giá trị năng lượng va đập & gradien của hệ PVC /ELNR-52:

[ Phân khối lượng ELNR - Phần khối lượng ELNR

Al - Năng lượng va đập của hệ PVC /ELNR-52 H.2:Giá trị gradien của hệ PVC / ELNR-52

Nhận xét :

Với kết quả năng lượng va đập được biểu diễn trên hình 1 ta thấy khi

tăng hàm lượng ELNR-52 khả năng chịu va đập của hệ PVC / ELNR tăng

Đường thực nghiệm biểu diễn giá trị gradien của các mẫu đo cho thấy

khi tăng hàm lượng ELNR-52 giá trị gradien của hệ PVC / ELNR tăng, có nghĩa

là vật liệu càng cứng điều này có thể do sự tạo thành liên kết ngang giữa PVC

va ELNR, dẫn đến cấu trúc bền vững của hệ, đồng thời làm tăng tính năng cơ

lý của hệ Giá trị gradien của hệ đạt cực đại khi hệ tương ứng với phần khối

lượng của ELNR-52 là 20 % Sau đó, gradien của hệ giảm, vật liệu có tính chất

mềm dẻo, lúc này vai trò của ELNR-52 như là một chất dẻo hóa

23

LUẬN AN THẠC SĨ KHOA HOC HOA HOC - BIEN TINH PVC

IL4.Ảnh hưởng của ELNR-52 lên tinh năng cơ lý của hệ PVC déo:

H.4.1.Ảnh hưởng của ELNR-52 lên hệ PVC/ELNR/DOP :

Mẫu thử được cắt theo tiêu chuẩn ASTM D412 — 87 với các thông số kỹ

Lực cài đặt max là 20 kef

a.Ảnh hưởng lên modul,bên đứt, dấãn dài của hé PVC / DOP / ELNR-52:

Kết quả tính toán từ thực nghiệm được ghi nhận trong bảng 7 và hình

24

Độ bền đứt: của hệ tăng dần khi tăng hàm lượng ELNR-52, đạt cực đại khi thay 30 phần khối lượng DOP bằng ELNR-52 (hình 4) Độ bền đứt của hệ rất thấp khi ta thay hoan toan DOP bằng ELNR-52

Độ dãn dài của hệ tăng dần khi tăng hàm lượng ELNR-52 và cũng qua cực

đại khi thay 7 —10 phần khối lượng DOP bằng ELNR-52 Sau đó càng tăng hàm lượng ELNR thì độ dãn dài giảm dần (hình 5)

Kết quả trên có thể do sự tương hợp tốt của ELNR-52 và PVC giúp cho sự phân tán đều DOP vào giữa các phân tử của hệ làm chúng dễ dàng trượt lên nhau , dẫn đến độ dãn dài tăng đồng thời tăng độ bền đứt của vật liệu

b._ Ảnh hưởng lên độ kháng xé:

Mẫu kháng xé được đo theo chuẩn ASTM D624 — 86, trên máy cường lực

hiệu LOYDS, Anh, Trường đại học kỹ thuật Tốc độ kéo mẫu 250mm/phút

Kết quả được ghi nhận trong bắng 8 và hình 6

Bảng 8: Giá trị kháng xé của hệ PVC/ELNR/DOP:

Nhận xét : Theo kết quả bảng 8 và hình 6, khi tăng hàm lượng ELNR thì

độ kháng xé của sản phẩm phối trộn tăng lên

Kết quả này có thể do hệ có thêm tính mềm dẻo, đàn hồi cao của cao su epoxy Đồng thời khi tăng hàm lượng ELNR thì khả năng lên kếtgiữa ELNR

- PVC tăng do đó độ kháng xé càng tăng

LL4.2 Ảnh hưởng của ELNR-52 lén hé PVC/ ELNR/ DOP/ ESO:

Với hệ phối trộn PVC/ELNR/DOP (hệ PVC dẻo), sản phẩm có tính năng cơ

lý tốt nhất khi tỉ lệ phối trộn là 100/25/25 Nghĩa là trong đó 25 phần khối lượng

chất hóa dẻo DOP được thay thế bằng ELNR Tuy nhiên, hàm lượng DOP vẫn

còn khá cao trong hệ PVC dẻo

Với mong muốn giảm hàm lượng chất hóa dẻo DOP sử dụng xuống mức thấp nhất, hoặc có thể thay thế hoàn toàn DOP trong sản phẩm PVC dẻo Chúng tôi tiếp tục khảo sát việc thay thế 25 phần khối lượng DOP còn lại bằng dầu đậu nành epoxy hoá (ESO) hoặc bằng DBP

Khi thay dần DOP bằng ESO chúng tôi thu được kết quả trong bảng 9 và hình 7,8,9,va 10 ,

26

"LUẬN, AN THẠC SĨ KHOA HOC HOA (HỌC 7 BIEN TINH PVC

Bảng 9: tính năng cơ lý của hệ PVC déo (hé PVC/ELNR/DOP/ESO):

Bén đứt | 1.592 | 1.978 | 1.950 | 1.900 | 2.006 | 1.994 | 1.990 (kgf/mm?)

LUẬN AN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _

‘BIEN TINH PVC

D6 dan dai (%)

Trong hệ phối trộn PVC/ELNR/DOP/ESO khi thay din DOP bang ESO tr

2% đến 10% và giữ cố định tổng hàm lượng chất hóa dẻo (ELNR,DOP và ESO)

là 50 phr chúng tôi nhận thấy:

-khi có sự hiện diện của ELNR trong hỗn hợp chất hoá đẻo thì tính năng

cơ lý của mẫu đó (Mẫu 2,3,4,5,6,7) tốt hơn mẫu chỉ sử dụng đơn thuần DOP làm chất hoá dẻo (Mẫu 1)

-Khi thay dan DOP bằng ESO thì các tính năng cơ lý không thay đổi

nhiều Như vậy ta có thể sử dung ESO để thay thế một phẳn DOP -

Trong khảo sát này chúng tôi thay dần 25 phr DOP của hệ

PVC/ELNR/DOP = 100/25/25 bằng DBP đây cũng là chất hoá dẻo nhóm

Phtalate nhưng chúng có độ độc hại thấp hơn DOP Kết quả được ghi nhận trong bảng 9 và hình11,12

28

HN

LUẬN ẤN THẠC SĨ KHOA HỌC HỎAHỌC ' mm

TT “THIÊN TÍNH Pưế

Bảng 9: tính năng cơ lý của hệ PVC/ELNR/DOP/DBP:

Se Mau ese cues |S <3 Sal lg | ae 2

sẽ: PVCEINRĐ0OP/DBB

100/0/ [ 100/0/ | 100/25/ | 100/25 |'100/257 | '169/2s/, 109/25/ |:T08/25) ›

S00 | 050 | 250 | 205 | 15/10 | 10/15 -| (4/20 |' 02s Modul-50 | 0.567 | 0.461 | 1.087 | 0.912 | 0.867 | 0.881 | 0.857

Khi giữ cố định tổng hàm lượng chất hoá dẻo là 50 phr trong đó ELNR là

25 phr, 25 phr DOP còn lại trong hỗn hợp chất hoá dẻo được thay thế dần bằng

-Mẫu PVC dẻo sử dụng chất hóa dẻo đơn thuần là DBP (mẫu 2) có tính

năng cơ lý kém hơn mẫu sử dụng chất hóa dẻo là DOP (mẫu 1)

-Khi có sự hiện diện của ELNR trong hỗn hợp chất hoá dẻo

(ELNR,DOP,DBP) thì tính năng cơ lý của chúng (mẫu 4,5,6,7) được nâng lên tốt

hơn mẫu 1 là mẫu chi ding DOP làm chất hoá dẻo

29

Ses :

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC HOA HOC l BIẾN TÍNH PVC

-Khi DOP được thay thế hoàn toàn bằng DBP trong mẫu 8 có hàm lượng

PVC/ELNR/DBP = 100/25/25 thì tuy tính năng cơ lý của chúng không tốt bằng

mẫu PVC/ELNR/DOP =100/25/25 (mẫu 3) nhưng vẫn cao hơn tính năng cơ lý của mẫu 1 là mẫu chỉ dùng DOP làm chất hoá dẻo

Như vậy, có thể sử dụng kết hợp ELNR và DBP để thay thế hoàn toàn DOP trong sản phẩm PVC dễo

IL5.Khảo sát ảnh hưởng của ánh sáng lên tính năng cơ lý

cua hé PVC / DOP / ELNR-52:

ø Trường hợp không sử dụng chất kháng oxi hóa:

Để khảo sát sự lão hóa dưới điểu kiện ánh sáng của hệ PVC / DOP /

ELNR-52 khi thay đổi hàm lượng ELNR-52, chúng tôi tiến hành khảo sát sự lão

hóa theo thời gian : 24, 48 và 72 giờ chiếu UV liên tục trên máy Solarbox ( Y),

trường Đại Học Kỹ Thuật Thời gian chiếu 24 giờ thì tương đương khoảng 1 tháng 15 ngày ngoài trời Kết quả được ghi nhận trong bang 10, 11va hinh 24,

25

Bảng10 :Giá trị độ bên đứt (kgf / mm ? 3 của hệ PVC / DOP / ELNR-52 khi

thay đổi hàm mine ELNR- 52 va ing i gia chiéu UV

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC BIỂN TÍNH PVC ` ì

Bảng 11 : Giá trị độ dãn dài ( % ) của hệ PVC / DOP / ELNR-52 khi thay đổi hàm lượng ELNR-52 và thời gian chiếu UV

BIEN TINH PVC

LUAN AN THAC SI KHOA HOC HOA HOC

Để đánh giá độ lão hóa của vật liệu theo hàm lượng ELNR-52, chúng tôi

tính độ giảm tương đối tính bển đứt và tính dãn dài của vật liệu sau khi chiếu

UV 48 giờ so với ban đầu , theo công thức sau :

(T —To)*100

To

G : Độ giảm tính chất so với ban đầu (%)

T : Giá trị tính chất sau khi lão hóa

Tạ: Giá trị tính chất ban đầu

Kết quả tính toán được trình bay trong bang 12

Bảng 12 : Bảng giá trị độ giảm tương đối của tính chất dãn dài và tính bền đứt của mẫu sau khi thử lão hóa UV 48 giờ theo hàm lượng ELNR-52

1: Bên đứt

2: Bên xé

0 5 10 1%5 2 Z # % @ % Ø8 đài theo ham lượng ELNR 52

Điân kiối lung EUNR(%) | sau khi chiếu UV 48 giờ

32