Khảo sát khả năng biến tính cao su thiên nhiên của Elnr, enr

Khảo sát khả năng biến tính cao su thiên nhiên của Elnr, enr

- LUẬN ÁN THẠC SI KHOA HOC HOA HOC ` BIỂNTÍNHCAOS§U THIÊNNHIÊN `

PHAN III:

KHAO SAT KHA NANG BIEN TINH CAO SU THIEN NHIEN

CUA ELNR,ENR:

36

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC BIẾN TÍNH CAO SU THIÊN NHIÊN

I HOA CHAT VA DUNG CU:

1.1 HOA CHAT:

- Cao su thién nhién dang latex ly tam

- Chat hoat dong bể mặt Arkopal

- H,O, ky thuat

- Ethanol céng nghiép

- Aceton ky thuật

- Toluen ky thuat dude tinh ché

- ELNR được điều chế tại phòng polymer ĐHKHTN

- - ZnO loại công nghiệp

- _ Lưu huỳnh dạng bột

- Acid stearic loai công nghiệp

- _ Chất phòng lão TMQ (poly 2,2,3-trimethyl 1,2-ditroquinolul)

- _ Chất xúc tiến DM (Disulfur benzothyazol)

- Than den HAF 330

I1.2 DỤNG CỤ:

- Disk Rheometer Trường ĐH kỹ thuật

- _ Máy đo cường lực Trường ĐH kỹ thuật

- Máy cán giải nhiệt

- Máy ép mẫu gia nhiệt

- - Máy đo mài mon Akron

37

LUAN AN THAC SI KHOA HOC HOA HOC BIEN TINH CAO SU THIEN NHIEN `

II THỰC NGHIỆM:

I1 Công thức phối trộn:

IL1.1 Hệ phối trôn NR/ELNR:

Các mẫu được phối trộn theo đơn pha chế sau:

\: > ÔÔÔÔÔỎ 100

Hóa dẻo -~~ -~~~ =~~~~~====~===~zzr==z=r=rrz>rrreree thay đổi

“~_Ö`Ö`ÔÔÔÔÔÔÔÓỎ 2.5

mi Ô.ÔÔÓ 1

Acld s†€AaTiC -~ ~~-~=~~=~z~~~z~==~=~zrr==rr=rrr=rrrrrrrrrzrr=~rrmr=eem 3

ZnO -~~~~~~~~~=~~~~~~~~=~=~r~==z==rrrrrrrrrrrmrrrrrrrrrr=rmr=r=er 5

TM -~ -2 ~-22-2z-7>~Z>2>=z=z~z~=z=====~=z===zr==rzmr=rre 2

Than đen HAF-N330 -~-~-~-~~-~z~~=z~~z=~z=~z=rrrrrrrrrrer 50 Chất hóa dẻo trong các mẫu được thay đổi theo bảng 1 va bang 2

Bảng 14: Mẫu có hàm lượng chất hóa dẻo cố định, thay đổi loại chất hóa déo:

Héa déo Dầu LNR ELNR-I6 | ELNR-25 | ELNR-51

dutrex Mv=8.470

(phr)

Bảng 15: Mẫu thay đổi hàm lượng chất hóa dẻo là ELNR:

z-„#zMẫu |* 259) Ệ DAC/|ô: nee] Seeds eee sell lề;

ELNR-25 5 10 15 20

ELNR-51 5

10 15 20

H.1.2 Hệ phối trộn NR/ENR:

e Tất cả các mẫu được phối trộn theo đơn pha chế sau :

- CAO §U -~~~~~~~~~~~~7~TT TT TT TT TTTT~~TTT~TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT” 100

- Dầu Naptenni€ -~7-~~~*~~~~~”~^~~”~~~~T~~~~”T”~7TTTTTTTTT7TTT7 5

- Lưu huỳnh -=~-*~~~~~~~*~~T”TT~T~TTT~TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT227227712 7 2

- Chất xúc tiến DM -~-~~~~~~~~~~~~~7~T~TT~~TT~~TT7~T~TTTTTTTT^T7 1.5

- ÁCid S†€ATÍC-~ ~~~~~~~T~T~~~~~~TTTT~TTT~TTTTTTTTTTTTTTTSTTTTTTTTETT7T77 :

38

: eae a ae < eyo ST ral = OY SE RA: ki i s aS = ea Wage KV - =] LUẬN ÂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOA HOC BIẾN TÍNH CAO SU THIÊN NHIÊN

- Chất phòng lão SPP - ~~~~~~~~~~>>>>~>===~====== 2

- Than den HAF — N330 -~-~-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~====~~ 50

Tỷ lệ phối trộn giữa NR và ENR-25, NR và ENR-50 được trình bày

trong bảng 16

Bảng 16: Tỷ lệ phối trộn giữa NR và ENR:25 ,NR và ENR-50:

Thanh phan Seems | reer | H5 | vn J2 rên hss

Ghi chú : Chúng tôi phối trộn các mẫu NR , ENR-25/ NR, ENR-50/

NR ở đạng latex, sấy khô và lưu hóa theo đơn pha chế trên

H.2 Cách phối trôn và tao mẫu:

a.Phương pháp cán luyện:

Tất cả các mẫu được cán luyện theo trình tự sau:

Cao su được sơ luyện trên máy cán giải nhiệt hai trục đến khi đạt được độ dẻo phù hợp Khe hở giữa hai trục 1.5mm

Sau khi đã sơ luyện có độ dẻo phù hợp chúng tôi tiến hành giai đoạn hỗn luyện Bậc hệ thống nước giải nhiệt trục cán, mở khe hở giữa hai trục là 0.5mm, thêm lần lược chất phòng lão, acid stearic, oxid kẽm, chất xúc tiến, lưu huỳnh và sau cùng là cho than đen và chất hóa dẻo vào cùng lúc Trong quá trình cho hóa chất vào ta luôn cắt đảo hỗn hợp liên tục tạo điểu kiện cho các chất lưu hóa phân tán đều

Khi đã cho hết các phụ gia và cắt đảo đều, tiến hành cán đổi đầu sáu lần, trong khi cán đổi đầu cần phải cuộn thật chặt để tránh tạo bọt khí khi xuất tấm

Xuất tấm dày 2.5mm

Tổng thời gian cán luyện không được quá 30 phút

Lưu mẫu 24 giờ

Cắt mẫu đo thời gian lưu hóa trên máy Disk Reometer

b Lưu hóa định hình mẫu:

Dùng máy ép nén thủy lực

Nhiệt độ lưu hóa 150°C

Thời gian lưu hóa được xác định từ đường cong lưu hóa

Áp lực nén 50 Kgf/cm”

39

LUẬN ÁN THẠC Si KHOA HOC HOA HOC BIEN TINH CAO su THIEN NHIEN

- Khéi lugng mẫu ding luu héa bang mong :75 ~ 80 g

- - Khối lượng mẫu dùng lưu hóa bánh xe : 65 — 70 g

- _ Khối lượng mẫu dùng lưu hóa đo uốn gấp : 40 — 45 g

- Khi ép lưu hóa bảng mỏng cần phải xả hai lần để tránh tạo bọt khí

trên bể mặt sản phẩm

- Thời gian lưu hóa bánh xe đo mài mòn được tính thêm 6 phút so với tính toán

II3 Tao mẫu:

a.Mẫu kháng đứt: Các mẫu được đo theo tiêu chuẩn ASTM D41287 với các thông số kỹ thuật như sau:

L

C

Tike 2| 2:6: TT

Kích thước 110 30 25

(mm)

b.Mẫu kháng xé: Đo theo tiêu chuẩn ASTM D624-86 với các thông số kỹ thuật như sau:

90°

<> H

40

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC ˆ “BIEN TINH CAO SU THIEN NHIEN Ki

Kích thước 102 51 9 Tp 2

(mm)

11.4 Khao sat tính năng cơ lý:

- — Sau khi tạo mẫu chúng tôi tiến hành khảo sát tính năng cơ lý của tất cả các mẫu

- — Đo modul 100 , modul 300 , ứng suất kháng đứt , ứng suất kháng xé ,

độ biến dạng đứt , độ biến dạng dư trên máy Strograph V10 - C (tốc

46 500 mm/phit)

- Đo mài mon trén may Akron

- — Đo độ cứng bằng đồng hồ Shore A

Có thể tóm tắt quy trình thí nghiệm như sau:

Hỗn hợp cao su

Cán trộn -

| én dinh 24°

Rheometer

Lưu hóa 150°C

ì

Cắt mẫu đo cơ lý

41

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HOC HOA HOC BIỂN TÍNH CAO SU THIÊN NHIÊN

Il KET QUA VA BIEN LUAN:

LIL1.Tính năng cơ lý của hỗn hợp NR/ELNR:

“2 -

1H.1.1 Ẩnh hưởng của các loại chất hoá dễo :

Khi cố định hàm lượng chất hóa dẻo là 10 phr, thay đổi loại chất hóa dẻo là: dầu dutrex, LNR và ELNR có chỉ số epoxy thay đổi Chúng tôi thu được các kết quả trong bảng 17 và hình 16, 17, 18, 19, 20, 21

Bắng17: Ảnh hưởng của các loại chất hóa dẻo lên cao su thiên nhiên lưu

hóa:

Độ cứng (shore A) 53 51 55 _ 5s 60

Ghi chú:

1B : Dau dutrex/NR

3B: ELNR-16/NR

+ 2B : LNR(Mv=8760)/NR

4B : ELNR-25/NR ; 5B: ELNR-5L/NR

42

LUẬN ẤN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC BIEN TINH CAO SU THIEN NHIEN 7

D6 dan dai (%)

650

1B 2B 3B 4B 3B

H.16: Độ đãn dài khi thay loại hoá dẻo

lun

lộ leg

ị

iz

lễ l

H.18: Modul khi thay loại chất hoá đềo

1B 2 3 4 3B

Độ bền xé (N/cm)

H20 : Độ bên xé khi thay loại hoá đễo

0.56 0.55 0.54 0.53 0.52 0.51 0.5

3B

H.21: Đệ mài mòn khi thay loại hoá dẻo

43

LUẬN ĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC BIẾN TÍNH CAO SU THIÊN NHIÊN

Nhận xét:

-Khi sử dụng LNR thay thế cho dầu hoá dẻo Dutrex tuy hoá dẻo tốt nhưng

không cải thiện được tính chất cơ lý của sản phẩm

-Khi sử dụng ELNR thì tính chất cơ lý của sản phẩm tăng, và khi chỉ số

epoxi càng tăng thì độ bền đứt, bển xé và độ kháng mài mòn cũng tăng và

đạt cực đại khi chỉ số epoxi là 51% (chỉ số cao nhất) Trường hợp này có thể giải thích do khi dùng ELNR như là chất hoá dẻo thì nhờ khả năng đồng lưu hóa của ENLR với NR cao (vừa lưu hóa trên nối đôi, vừa khâu mạng do mở

vòng epoxy) dẫn đến cấu trúc sản phẩm tốt hơn Do đó, khi tăng chỉ số epoxy cơ tính của sản phẩm cũng tăng lên

Như vậy, khi sử dụng ELNR thay thế cho dầu hóa đẻo thì do ELNR ở dạng

lỏng dễ dàng phân tán vào trong hệ nên yếu tố tương hợp giữa NR và ELNR không đóng vai trò quan trọng, mà khả năng đồng lưu hoá gi? vai trò quyết định nên khi tăng chỉ số epoxy của ELNR cơ tính của sản phẩm cũng tăng lên

44

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC BIẾN TÍNH CAO SU THIÊN NHIÊN `

LHI.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng ELNR-25 và ELNR-51:

Tính năng cơ lý của hệ phối trộn NR/ELNR (trong đó ELNR đóng vai trò như là chất hóa dẻo) khi thay đổi hàm lượng ELNR được ghi nhận trong bắng18

và hình 22, 23,24, 25, 26, 27 va 28

Bảng 18: Tính năng cơ lý của hệ NR/ENR:

Zz

Độ bền xé(N/cm) 725 753 711 634

(N/cm’) Thời gian lưu hóa (Teo) 10.0 9.0 9.0 11.5

Độ mài mòn (cm?/1,61Km) | 0.55615 | 0.53469 0.53839 | 0.57233

Đô bên đứt(N/cm?) 2922 3080 2886 2687

Thời gian lưu hóa (T

Độ mài mòn (cm?/1.61Km) 0.52839 | 0.51775 | 0.52494 | 0.55697

45

UAN AN THAC SI KHOA HOG HOA Hoc ` BIỂN TÍNH CAOSU THIÊN NHIÊN `

Độ dãn dư (%) - |

30

25

20

15

10

5

0 5% 10% 15% 20%

5% 10% 15% 20% |} L_ |

H.22: Dé dan dai(%) theo ham luong ELNR H.23:Độ đãn du(%) theo hàm lượng ELNR

Moaul 300(N/cm?) Độ bền đứt (N/cm?)

1700 : RELNR-25 3200 1 NELNR.25

1500 2800

1400 2600

1300 2400

1200 2200

1100

1000 |

5% 10% 15% 20% | 5% 10% 15% 20%

Độ bền xé (N/cm) Độ mài mòn (cm”/1.6†km)

1300 NELNR-25 0.58

1209 HELNR-5I 0.56

0.54 0.52

0.5

5% 10% 15% 20%

H.27: Gidn dé d6 mai mén theo ham lugng ELNR:

46

H26: Giản dé độ bên xé the2 hàm lượng ELNR

LUẬN ÂN THẠC SĨ KHOẢ HỌC HÓA HỌC CC CC “BIEN TÍNH CAO SU THIEN NHIÊN ˆ

Nhận xét:

Khi thay đổi hàm lượng ELNR-25, ELNR-51 thì ở tỷ lệ phối trộn

NR/ELNR =100/10 mẫu có tính chất cơ lý tốt nhất

IMI.1.3 Xác định độ dị hành (release) của chất hóa déo:

Độ di hành của chất hoá dẻo được xác định bằng cách ngâm mẫu trong dung môi CHC]; trong 48 giờ

m¡ :Khối lượng mẫu trước khi ngâm trong dung môi

mạ :Khối lượng mẫu sấy khô sau khi ngâm trong dung môi

m, :Khối lượng chất hóa đẻo có trong mẫu

Kết quả được trình bày trong bảng 19 và hình 28

Bảng 19: Độ di hành của chất hoá dẻo:

Hoá dẻo Dầu LNR ELNR-16 | ELNR-25 | ELNR-51 (10 phr) Dutrex

Độ đi hành 91.6 15.0 15.3 13.5 11.8

(%)

—

100 Độ di lành của hóa đèo (5)

2B:LNR 3B: ELNR-16 4B: ELNR-25 5B: ELNR-51

hod dẻo

47

Nhận xét:

LUẬN AN THẠC SĨ KHOA HỌC HOA HỌC BIẾN TÍNH CAO SU THIÊN NHIÊN

-Trong mau 1B dầu hóa dẻo Dutrex bị trích ra gần hoàn toàn ( 91,6 %) sau

48 giờ ngâm mẫu

-Nhưng với các mẫu dùng LNR hay ELNR thay thế dầu hoá dẻo thì hàm bị trích bởi dung môi thấp ( < 20%)

Như vậy, LNR và ELNR có khả năng hoá dẻo và đồng lưu hoá với NR

IIL2 Ánh hưởng của ENR lên tính năng cơ lý của hệ phối trộn NR/ENR:

Kết quả được trình bày trong bảng 20, bảng 21 và hình 29,30,31,31,32,33

và 34

Bảng 20: Ảnh hưởng của ENR-25 lên hệ phối trộn NR/ENR-25:

T 3

Mau NR _ |NR/ENR-25 | NR/ENR-25 | NR/ENR-2

mz 2 | 100 | 90/10 70/30 50/50 _

Modul 300 (N/cm”) 1016 1042 1081 1129 Ứng suất kháng đứt(N/cm”) | 1709 1932 2017 2111

Ứng suất kháng xé(N/cm) 893 942 1015 1058

Dãn dài (%) 512 496 478 468 Dãn dư (%) 30.00 36.67 40.00 45.00 Mài mòn (cm”/1.61Km) 1.090 0.811 0.774 0.643

B6 cttng(shore A) 53 62 63 63

Thời gian lưu hóa 10.25 5.80 6.30 5.70

(Tos,phut)

Bang 21: J: Anh hưởng của BÓN HẦU lên hệ phối An NR/ENR- 50

, sả 32 |, 100 | 90/10 Se| -70/30 | 50/502: 3

Modul 300 (N/em om 1016 1046 1146 1273 Ứng suất kháng đứt(N/cm *) | 1709 _ 1948 1832 1862

Ứng suất kháng xé(N/cm) | 833 885 853 607

Dãn dài (%) 512 487 475 450 Dan du (%) 30.00 32.45 35.21 37.00

| Mai mon (cm’/1.61Km) 1.090 0.744 0.578 0.502

Thời gian lưu hóa 10.25 6.10 7,50 |

6.40

hut |

48

LUAN AN THAC SI KHOA HOC HOA HOC Tee BIẾN TÍNH CAO SU THIÊN NHIÊN `

D6 din dai (%) Dé din aut (%)

WI NRENR-25

500 40

480

30

460 MW NRENR-25

440 20 DINR/ENR-50

420 10

400 2 g3

0% 10% 30% 50% 0% 10% 30% 50%

H.29: Độ dãn dài của hệ NR/ENR H.30:D6 ddn du của hệ NÑ/ENR

Modul 300 (N/em”) Độ bên đứt (N/em’)

BNR/ENR-25

1200 22007 | ONR/ENBR-50

2100

1100 2000

BNRENR-25|} 1999

1000 CINR/ENR:50 1800

1700

900 1600

0% 10% 30% 50% 0% 10% 30% 50% H.31:Modul 300 của hệ NR/ENR _H.32: Độ bên đứt của hệ NR/ENR

INR/ENR-25 ¬

NR/ENR-25

L100 1 | DNR/ENR-50 2 DNR/ENR-50

1000 \

900

0.8

800

700 0.6

600 0.4 |

500 0% 10% 30% 50% 0% 10 % 30 % 50%

H.34:Độ mài mòn của hệ NR/ENR

49 1

“LUẬN ÂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓAHỌC ỐC CC BIEN TINH CAO §U THIÊN NHIÊN `

Nhận xét:

Từ kết quả cơ lý chúng tôi nhận thấy:

-Khi phối trộn NR với ENR-25 hoặc ENR-50 thì hệ phối trộn NR/ENR-25

có tính năng cơ lý tốt hơn hệ NR/ENR-50 Trong trường hợp này khi tăng chỉ số epoxy của ENR thì tính năng cơ lý của hệ càng giảm, bởi vì khi tăng chỉ số epoxy thi tinh phân cực của ENR càng tăng, ENR càng khó tương hợp với NR Như vậy khi phối trộn ENR với NR yếu tố tương hợp đóng vai trò quan trọng Kết quả này khác với trường hợp phối trộn ELNR với NR đã khảo sát trong phẩn trước có thể do trọng lượng phân tử của ENR lớn hơn rất nhiều so với

ELNR

-Với hệ NR/ENR-25, khi hàm lượng ENR-25 tăng thì modull00,

modul300, ứng suất kháng đứt, ứng suất kháng xé tăng hơn mẫu thuần cao su tự nhiên Điều này là do tính phân cực và hiệu quả lưu hóa cao của ENR-25

Độ mài mòn giảm là do tính phân cực của nhóm epoxy

Độ dãn dài của sản phẩm giảm là do cao su ENR-25 có tính đàn hồi thấp

hơn cao su thiên nhiên ở nhiệt độ phòng

-Với hệ NR/ENR-50, ENR-50 đã giúp hệ cải thiện được modul, bền đứt

và đặc biệt tính kháng mài mòn tăng cao khi có sự hiện diện của ENR-50 trong

hệ Độ kháng mài mòn tăng tỉ lệ với hàm lượng ENR-50 có trong hệ phối trộn

-Hiệu quả lưu hóa của hệ phối trộn ENR/NR cao hơn hệ thuần NR, thời gian lưu hóa ngắn

50