EPR là cao su no nên không thể lưu hoá bằng lưu huỳnh. Để giải quyết vấn đền này người ta phải ghép vào mạch cao su chính một số mạch nhánh có chứa nối đôi (dien) và chúng ta thu được cao su EPDM. Tuy nhiên, các loại cao su EPDM hiện nay đều chứa ít nối đôi hơn các cao su dien truyền thống như NR, BR, SBR, NBR. So với nối đôi trong các cao su dien truyền thống trên, nối đôi trong EPDM cũng kém hoạt tính hơn. Bởi vậy, khi lưu hoá bằng S, tốc độ khâu mạch trong EPDM là khá chậm, do đó thường đòi hỏi sự kết hợp của các chất xúc tiến hoạt tính cao. Để lưu hoá cao su EPDM người ta thường dùng 1,01,5 phr S với khoảng 35 phr chất xúc tiến. Sự giảm bớt S sẽ dẫn đến giảm độ khâu mạch (Vernetzungsgrad) và cơ tính kém cho cao su. Lượng S tối ưu là 1,5 phr. Nếu bắt buộc phải giảm lượng lưu huỳnh xuống còn 0,51,0 phr S thì phải tăng tổng lượng chất xúc tiến lên thành 56 phr. Khi tăng lượng S từ 0,51,5 phr thì tốc độ lưu hoá và độ khâu mạch đều tăng lên. Khi lượng S đạt từ 2 phr trở lên sẽ dẫn đến suy giảm độ bền nhiệt và tăng độ nén dư nhiệt cho cao su (tính đàn hồi giảm đi).
Trang 1Lưu hoá cao su EPDM bằng lưu huỳnh (S)
EPR là cao su no nên không thể lưu hoá bằng lưu huỳnh Để giải quyết vấn đền này người ta phải ghép vào mạch cao su chính một số mạch nhánh có chứa nối đôi (dien) và chúng ta thu được cao su EPDM Tuy nhiên, các loại cao su EPDM hiện nay đều chứa ít nối đôi hơn các cao su dien truyền thống như NR, BR, SBR, NBR So với nối đôi trong các cao su dien truyền thống trên, nối đôi trong EPDM cũng kém hoạt tính hơn Bởi vậy, khi lưu hoá bằng S, tốc độ khâu mạch trong EPDM là khá chậm, do đó thường đòi hỏi sự kết hợp của các chất xúc tiến hoạt tính cao
Để lưu hoá cao su EPDM người ta thường dùng 1,0-1,5 phr S với khoảng 3-5 phr chất xúc tiến Sự giảm bớt S sẽ dẫn đến giảm độ khâu mạch (Vernetzungsgrad) và cơ tính kém cho cao su Lượng S tối ưu là 1,5 phr Nếu bắt buộc phải giảm lượng lưu huỳnh xuống còn 0,5-1,0 phr S thì phải tăng tổng lượng chất xúc tiến lên thành 5-6 phr
Khi tăng lượng S từ 0,5-1,5 phr thì tốc độ lưu hoá và độ khâu mạch đều tăng lên Khi lượng S đạt từ 2 phr trở lên sẽ dẫn đến suy giảm độ bền nhiệt và tăng độ nén dư nhiệt cho cao su (tính đàn hồi giảm đi)
Nếu một phần S được thay thế bởi các chất giải phóng lưu huỳnh (Schwefelspender) như DTDM, DPTT hay MBSS, sẽ có tác dụng làm chậm phản ứng khâu mạch nhưng sản phẩm cao su sau đó sẽ có độ khâu mạch cao hơn và độ nén dư nhiệt thấp hơn Nhờ phương pháp này cũng có thể tăng độ bền cơ học (Spannungswert) lên max 30%
Việc giảm lượng lưu huỳnh xuống đến 0 (EV System) sẽ dẫn đến một độ khâu mạch thấp cho EPDM dù đã sử dụng lượng lớn chất giải phóng S và chất xúc tiến
Chất giải phóng S thông dụng nhất là DTDM vì nó có giới hạn phong hoá (Ausbluegrenze) cao và có khả năng tăng tốc cho phản ứng lưu hoá Ví dụ để lưu hoá ENB-EPDM có thể dùng 0,75 phr S + 1,5 phr DTDM
Theo kinh nghiệm, việc sử dụng một loại chất xúc tiến duy nhất không đem lại hiệu quả cao trong việc lưu hoá cao su Sử dụng một chất xúc tiến thuộc dòng Thiazole (MBT, MBTS, CBS) sẽ làm kéo dài thời gian lưu hoá hoàn toàn, cao su có độ khâu mạch và tính đàn hồi thấp Ngoài ra, MBTS sẽ làm chậm phản ứng lưu hoá hơn MBT
Trong thực tế, bao giờ người ta cũng sử dụng một hệ gồm nhiều chất xúc tiến để lưu hoá cao su với hy vọng vào hiệu ứng thăng hoa của chúng (synergism effect) Hệ xúc tiến cổ
Trang 2điển nhất là MBT/TMTD Tuy nhiên hệ này theo tiêu chuẩn hiện nay cũng không còn phù hợp vì phản ứng lưu hoá xảy ra còn chậm và chưa thực sự nâng cao tính chất cơ lý cho cao su Ví dụ lưu hoá ENB-EPDM bằng 1,5 phr S + 1,5 MBT + 0,5 TMTD làm tăng
25 % độ khâu mạch (đối với NR là 55%) so với lưu hoá chỉ sử dụng S, tính đàn hồi tăng 38% (giảm độ nén dư)
Để nâng cao hiệu ứng thăng hoa, bên cạnh việc sử dụng các chất xúc tiến thuộc dòng Thiazole, Thiuram (TMTD, TMTM, TETD) và dithiocarbamat (ZDMC, ZDEC, ZDBC) cần sử dụng thêm một số chất xúc tiến có độ hoạt tính cao khác ví dụ như ETU, TeDEC, đặc biệt thích hợp với EPDM là OTOS
Cần lưu ý rằng, hoạt tính và hiệu quả của chất xúc tiến có liên quan chặt chẽ với khả năng hoà tan của nó trong cao su Sử dụng lượng chất xúc tiến lớn hơn khả năng hoà tan của
nó trong cao su sẽ dẫn đến hiện tượng phong hoá, qua đó chất xúc tiến sẽ nổi lên bề mặt của cao su gây ảnh hưởng đến màu sắc cũng như chất lượng sản phẩm
Khả năng hoà tan của chất xúc tiến phân cực trong cao su EPDM không phân cực phụ thuộc nhiều vào loại EPDM, điều kiện trộn hợp và chế độ lưu hoá Thông thường, đối với một tỷ lệ hỗn hợp nhất định, kéo dài thời gian lưu hoá, tăng nhiệt độ lưu hoá hoặc dùng phương pháp nhiệt luyện đều làm giảm khả năng phong hoá
Bảng 1 cung cấp giới hạn phong hoá cho một số chất xúc tiến trong EPDM
Chất xúc tiến Giới hạn phong hoá (phr) TMTD, TMTM, ZDMC
TETD, ZDEC, DPTT
DTDM TBTD, ZDBC, ZDEP, OTOS
ZDBP MBT, MBTS, CBS
0,5-0,7 0,7-0,9 0,8-1,0 2,0 3,0 3,0
Khả năng hoà tan của các chất xúc tiến có thể được cải thiện nhờ việc sử dụng chất trợ hoà tan (Solubilisator), chủ yếu là Acid stearic Trong cùng điều kiện lưu hoá, việc sử dụng acid stearic sẽ làm tăng độ khâu mạch và tăng mối liên kết ngang S1 hoặc S2 trên cơ
sở giảm các liên kết ngang dài và ít bền vững hơn như S3-8
Trang 3Oxit kẽm cũng thường được sử dụng để tăng hiệu suất sử dụng cho các chất xúc tiến Việc sử dụng ZnO với tỷ lệ 5-10 phr sẽ làm tăng độ khâu mạch, tính chất cơ lý động và giảm độ nén dư cho cao su Ngoài ra, độ tinh khiết của các hạt oxit cũng có ảnh hưởng đến tính chất của cao su
Chất xúc tiến Thiazol được coi là chất xúc tiến cơ bản trong hầu hết các hệ chất xúc tiến cho EPDM Nếu so sánh với các chất xúc tiến thuộc hệ Thiurame hay Dithiocarbamaten thì việc sử dụng MBT và MBTS sẽ làm tăng tốc độ lưu hoá cao su và sản phẩm sau lưu hoá sẽ đạt được độ khâu mạch cao hơn MBT là chất xúc tiến rẻ nhất trong hệ này nên được sử dụng rất rộng rãi Ngoài ra, khi tăng tỷ lệ chất xúc tiến Thiazol thì tính bền nhiệt của cao su EPDM cũng được tăng lên
Bên cạnh Thiazol thì Thiuram cũng thuộc loại chất xúc tiến cơ bản để lưu hoá EPDM bằng lưu huỳnh Công thức thường dùng để lưu hoá cao su IIR là 1,5-2 phr S và 1,5 phr TMTD + 0,5 phr MBT (thời gian lưu hoá ở 160 0C vào khoảng 15 – 20 phút), cũng có thể
sử dụng để lưu hoá EPDM Tuy nhiên, do lượng TMTD dùng ở đây cao hơn giới hạn phong hoá của nó (0,5-0,7 phr) nên thể có xảy ra hiện tượng phong hoá Để hạn chế vấn
đề này, người ta thường sử dụng TMTD cùng với Thiozol hoặc Dithiocarbamat
Tuy nhiên, việc chỉ sử dụng TMTD và MBT làm chất xúc tiến trong EPDM vẫn làm cho tốc độ lưu hoá của cao su chưa thực sự cao Để rút ngắn hơn nữa thời gian lưu hoá, đòi hỏi phải sử dụng thêm một loại chất xúc tiến cực nhanh khác nữa Trong trường hợp của EPDM thì chất siêu xúc tiến thường được sử dụng là dithiocarbamat Các đại diện tiêu biểu cho loại chất này là TeDEC, ZDMC hay ZDEC