Khảo sát nghiên cứu ảnh hưởng của tương tác giữa các pha cơ học lên tính chất lên tính chất cơ lý của tổ hợp cao su nitrile (NBR) và nhựa PolyvinylchloridePVC)

Một trong những yếu tố quan trọng để tạo tổ hợp Blends của PVC là giúp chất hóa dẻo giữ được dài lâu và giảm sự phá hủy của nhiệt độ, cộâng thêm là sự tăng tính bền va đập cho PVC.. PVC

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan 4

Lời cảm ơn 5

Lời mở đầu 6

PHẦN I: TỔNG QUAN 7

A Lý thuyết: 8

I Lý thuyết Blends 8

I.1 Mục đđích của việc Blend 8

I.2 Các thông số đđặc trưng cho quá trình Blends 8

I.3 Những tính chất của tổ hợp Blends 10

II Nguyên liệu 12

II.1 Poly Vinyl Chloride (PVC) 12

II.1.1 Lịch sử 12

II.1.2 Thị trường: 13

II.1.3 Quy trình tổng hợp 16

II.1.4 Tính chất 16

II.1.5 Ứng dụng 18

II.2 Acrylo Nitrile Butadiene Rubber (NBR) 19

II.2.1 Lịch sử 19

II.2.2 Thị trường 19

II.2.3 Quy trình tổng hợp 20

II.2.4 Tính chất 22

II.2.5 Ứng dụng 22

III Phương pháp gia công 25

Phương pháp trộn bằng máy cán 25

B Đặt vấn đề cho đề tài 27

C Định hướng giải quyết 28

PHẦN II: THỰC NGHIỆM 29

I Hóa chất 30

I.1 PVC-S 660 30

I.2 Chất hóa dẻo DOP 30

I.3 NBR 32

I.4 Chất ổn định nhiệt CB-120 33

I.5 Chất lưu hóa Dicumyl Peroxide 34

II Quy trình thí nghiệm 35

II.1 Chọn đđơn pha chế 35

II.2 Quy trình cán trộn 38

II.3 Quy trình lưu hóa 40

III Thiết bị gia công và đo đạc 41

III.1 Máy cán hai trục: Hãng, thông số kỹ thuật máy 41

III.2 Máy lưu hóa: Hãng, thông số kỹ thuật máy 41

III.3 Thiết bị đo cơ lý: Hãng, thông số kỹ thuật máy 41

III.4 Máy DSC đo Tg: Hãng, thông số kỹ thuật máy 42

III.5 Kính hiển vi đđiện tử SEM: Hãng, thông số kỹ thuật máy 45

PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 47

I Đơn pha chế 48

I.1 Tổ hợp Polymer 48

I.2 Hệ lưu hóa và hàm lượng hóa chất sử dụng 48

I.2.1 Hệ lưu hóa lưu huỳnh, xúc tiến Ez 48

I.2.2 Hệ lưu hóa lưu huỳnh S/MBT/DPG 50

I.2.3 Hệ lưu hóa Dicumyl Peroxide (DCP) 52

I.2.4 Hiệu ứng hệ lưu hóa với quá trình cán mẫu 55

I.2.5 Xác định hàm lượng DCP thích hợp 55

II Biến thiên tính chất tổ hợp theo tỉ lệ NBR/PVC 57

II.1 Hàm lượng PVC tăng 58

II.1.1 Độ cứng Shore A 58

II.1.2 Ứng suất Modul định giãn M100 59

II.1.3 Độ bền kéo đứt 60

II.1.4 Độ giãn dài đứt 61

II.1.5 Độ bền kháng xé 62

II.2 Hàm lượng NBR tăng 63

II.2.1 Độ cứng Shore A 63

II.2.2 Ứng suất Modul định giãn M100 63

II.2.3 Độ bền kéo đứt 64

II.2.4 Độ giãn dài đứt 65

II.2.5 Độ bền kháng xé 66

III Quan hệ giữa các pha cơ học và tính chất cơ lý của tổ hợp NBR/PVC 67

III.1 Quan sát độ phân tán của tổ hợp bằng kính hiển vi điện tử SEM 68

III.2 Biến thiên nhiệt độ thủy tinh hóa Tg theo hàm lượng PVC 70

III.3 Quan hệ giữa cấu trúc mạng lưới đến tính chất cơ lý của tổ hợp 71

III.3.1 Khảo sát khả năng trương của tổ hợp 71

III.3.2 Đường cong trương 71

III.3.3 Quan hệ giữa độ trương tối đa và Modul định giãn 72

III.3.4 Quan hệ giữa Mc và modul định giãn 73

PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

I Kết luận 75

II Kiến nghị 75

PHẦN V: PHỤ LỤC 76

I Phương pháp xác định tính chất cơ lý 77

II Phương pháp xác định Mc kéo 77

III Phương pháp xác định độ trương và Mc trương 78

Phụ lục 1: Đồ thị DSC 80

Phụ lục 2: Đồ thị độ trương 85

Phụ lục 3: Tính chất cơ lý các hàm lượng DCP khác nhau trên hai loại NBR-35L và NBR-40H 86

Phụ lục 4: Tính chất cơ lý của các dạng tổ hợp 94

Phụ lục 5: Độ trương 111

Phụ lục 6: Mối quan hệ giữa Vmax và độ bền kéo đứt 114

PHẦN VI: TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 118

LỜI CAM ĐOAN

Tôi : BÙI THỊ NAM TRÂN- Sinh ngày 10 tháng 06 năm 1978

MSHV: 00503150-K14- Ngành: Công Nghệ Hóa Học

Tôi xin cam đoan: ‘‘Đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả trong luận văn là thực tế, trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nếu có gì sai trái tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm’’

LỜI CẢM ƠN

Đề tài này được hoàn thành vào tháng 12 năm 2005 với sự hướng dẫn tận tình, chu

đáo của PGS-TS PHAN THANH BÌNH - Phó hiệu trưởng Trường Đại Học Quốc

Gia Tp.HCM

Cộng với công lao to lớn của thầy, Đề tài này được hoàn thành tốt chính là sự hỗ trợ, giúp đỡ nhiệt tình của quý công ty, qúy trường:

¾ Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

¾ Trường Đại Học Cần Thơ - Thành Phố Cần Thơ

¾ Trung Tâm Polymer, Khoa Vật Liệu, Khoa Công Nghệ Hóa Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

¾ Phòng Kỹ Thuật Công Ty Cao Su Miền Nam (CASUMINA)

¾ Trung Tâm Nghiên Cứu Chất Dẻo - Công Ty CP Nhựa Rạng Đông

LỜI MỞ ĐẦU

Tổ hợp PolyVinyl Chloride (PVC) với các Polymers khác có ý nghĩa thương mại quan trọng trong tập hợp các Polyblends Một trong những yếu tố quan trọng để tạo tổ hợp Blends của PVC là giúp chất hóa dẻo giữ được dài lâu và giảm sự phá hủy của nhiệt độ, cộâng thêm là sự tăng tính bền va đập cho PVC

Tổ hợp giữa PolyVinyl Chloride (PVC) và Nitrile Butadiene Rubber(NBR) nhằm đạt được những mục đích sau:

Khi blends PVC và NBR thì chính PVC giúp NBR tăng tính kháng Ozone.Đồng thời, NBR giúp PVC làm giảm tính bốc bay hóa dẻo, sự có mặt của NBR trong tổ hợp PVC-NBR làm cho PVC trở nên đàn hồi hơn

PVC và NBR có thể tan lẫn vào nhau tốt khi hàm lượng Acrylo Nitrile từ 23% đến 45wt%.Theo nghiên cứu củaSchwarz và Bley, Khi hàm lượng Acrylo Nitrile lớn hơn 32% thì PVC và NBR tổ hợp tốt với nhau.Vì vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài sau đây:

“Khảo sát, nghiên cứu ảnh hưởng của các pha cơ học lên tính chất cơ lý của tổ hợp cao su Nitrile(NBR) và nhực Poly Vinyl Chloride(PVC)”

Nội dung nghiên cứu:

1 Tìm kiếm đơn pha chế

2 Khảo sát các thông số công nghệ

3 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các pha cơ học lên tính chất cơ lý của tổ hợp Blends

PHAÀN I:

TOÅNG QUAN

A-LÝ THUYẾT

I Lý thuyết Blends:

I.1 Mục đích của việc Blends:

Việc tổng hợp một Polymer có đầy đủ các tính chất như mong muốn theo con đường hóa học thuần túy là con đường đầy khó khăn và không kinh tế Ngày nay,

xu hướng biến tính chúng bằng cách pha trộän các Polymer lại với nhau để hình thành tổ hợp Blends Việc pha trộïn các Polymer theo con đường hóa lý này được gọi là quá trình Blends Mục đích của việc Blends là nhằm đạt được những tính năng cần thiết và như mong muốn theo con đường kinh tế hơn, tối ưu hơn

I.2 Các thông số đặc trưng cho quá trình Blends:

I.2.1 Những Polymer không thể Blends :

- Hai Polymer tổ hợp được với nhau ngoài quy luật “cùng bản chất” nó còn phụ thuộc vào Entropy Khảo sát trên Polyethylene(PE) và PolyPropylene (PP) làm

ví dụ: hai loại Polymer này không thể trộn lẫn, tại sao như vậy? Điều gì xảy ra đđối với quy luật “like disolves like” mà chúng ta được biết, cả hai Polymer này không cực, theo nguyên lý trộn hợp chúng sẽ trộn hợp tốt với nhau nhưng thực tế chúng lại không trộn hợp và đúng có lý do tại sao đó là ảnh hưởng của Entropy (Entropy là tên mà các nhà khoa học gọi cho sự không có trật tự)ï Hơn nữa, nghiên cứu đđộng lực học theo phương trình Gibbs − ΔG = − ΔH + T ΔS Theo với mối quan hệ năng lượng tự do Gibbs, sự thay đổi năng lượng tự do của một chu trình được xác định bởi sự thay đổi của cả Entropy(ΔS) và Enthalpy (ΔH) Nếu sự thay đổi có sự mất mát năng lượng Enthalpy đủ lớn, sự thay đổi có thể xảy ra mặc dù Entropy giảm Vì vậy, Entropy sẽ như thế nào với tổ hợp Polymer: điều này sẽ được giải thích, một Polymer ở trạng thái vô định hình thì những mắt xích lộn xộn Entropy lên cao ở trang thái Polymer vô định hình

- Một vấn đề nữa là nếu cố gắng tạo tổ hợp với nhau thì chúng càng mất trật tự hơn là tách riêng Vì vậy, việc trộn hợp tuân theo định luật II của nhiệt động học Nhưng một Polymer vô định hình thì mất trật tự, nó thật sự không đạt được Entropy nhiều hơn khi nó tổ hợp với một Polymer khác Vì vậy việc pha trộn không được chấp thuận theo bởi định luật 2 nhiệt độäng lực học

I.2.2 Tạo Polymer trộn hợp:

- Làm thế nào để hai Polymer trộn hợp? Chúng ta phải trở về định luật I của nhiệt động lực học

Định luật 1: Khi một vật thay đđổi từ trạng thái A đến trạng thái B, quy luật thay đổi này là từ trạng thái A có năng lượng cao về trạng thái B có năng lượng thấp hơn

Như vậy, quy luật đầu tiên của nhiệt đđộng lực học đối với Polymer tổ hợp:

- Để tạo tổ hợp 2 Polymer chúng ta phải tạo năng lượng trộn thấp hơn là năng lượng tách riêng chúng

Ví dụ: Hai Polymer thật sự trộn hợp với nhau như là PolyStyrene và Poly (Phenylene Oxide) Như ta biết, cả hai Polymer này có họ vòng thơm Nguyên nhân này 2 Polymer gần họ nhau chúng tổ hợp rất dễ dàng

Ví dụ: + Poly (Ethylene Terephthalate) với Poly (Butylene Terphthalate)

+ Poly (Methylene Thacrylate) với Poly (Vinyl Idence Floride)

I.2.3 Copolymer:

- Khi 2 Polymer không trộn lẫn đđược, vì vậy chúng ta phải dùng chất trung gian để bắt chúng trộn lẫn với nhau Ví dụ việc sử dụng Copolymer Polystyrene, Polystyrene không trộn với nhiều Polymer khác nhưng nếu chúng ta sử dụng Copolymer từ Styren và p-(hexafluoro-2 hydroxy isopropyl) Styren, giúp cho việc tổ hợp dễ dàng hơn Những nguyên tử Fluorine đcó độ âm đđiện rất cao, chúng sẽ hút điện tử từ những nguyên tử bên cạnh, làm cho OH thiếu electron, điều này có nghĩa nó sẽ bỏ phần đđiện tích dương Vì vậy, Hydro sẽ hình thành nhánh Hydro mạnh với phần đđiện tích âm Bởi vì lúc đó nó dễ dàng tạo tổ hợp Copolymer này với Polycacbonate – Poly (Methyl Methacrylate) và Poly(Vinyle Acetate) Có cách khác mà Copolymer có thể sử dụng để giúp cho Polymer tổ hợp

Ví dụ: Copolymer ngẫu nhiên của Styrene và Acrylonitrile Copolymer này sẽ trộn lẫn với Poly (Methyl Methacrylate) (PMMA) PMMA sẽ không tổ hợp với cả Polystyrene và Polyacrylo Nitrile

- Vì vậy, tại sao Copolymer tổ hợp ngẫu nhiên với PMMA Điều này có nghĩa: nhóm Styrene và nhóm Acrylo Nitrilene của Copolymer có lẽ không thích PMMA nhưng chúng lại thích nhau Nhóm Styrene thì không có cực trong khi đó nhóm Acrylo Nitrilene phân cực cao vì vậy nhóm Styrene và nhóm Arylo Nitrilene tổ hợp với PMMA để tránh liên kết với nhau

I.2.4 Việc tạo tổ hợp riêng theo mục đích của chúng ta:

Tạo tổ hợp Blends bằng 2 cách:

• Hòa tan 2 Polymer vào cùng một dung môi và đđợi cho dung môi bốc hơi hết Khi dung môi bốc hơi hoàn toàn, tổ hợp (Blends) sẽ ở lại dưới đáy bình chứa, coi như 2 Polymer đã hòa tan vào nhau Trong khi phương pháp này tốt trong phòng thí nghiệm, nó cho ta kinh nghiệm phục vụ sản xuất nhưng dung môi

lại không rẻ, nếu chúng ta cho bốc hơi hàng trăm hay hàng ngàn galons chúng ta sẽ trả rất nhiều tiền mà còn gây đđộc hại cho môi trường

• Để tạo tổ hợp lớn bạn gia nhiệt 2 Polymer với nhau cho đến khi nhiệt đđộ cao hơn Tg của cả 2 Polymer Tại đđiểm chảy chúng ta có thể trộn chúng với nhau giống như việc làm bánh Đây là việc thường làm bằng máy móc

Ví dụ: việc sử dụng máy đùn để tạo tổ hợp Blends Khi vật liệu đđể nguội chúng sẽ có tổ hợp tốt, xem như 2 Polymer đã hòa tan vào nhau

I.3 Những tính chất của tổ hợp:

- Những tổ hợp này trông như thế nào? chúng xử sự ra sao? Nhìn chung, một hỗn hợp hòa tan của cả hai Polymer sẽ có những tính chất kết hợp của hai Polymer riêng rẽ Lấy ví dụ như: nếu lấy Polymer A trộn hợp với Polymer B thì Tg sẽ tuỳ thuộc vào tỉ lệ giữa Polymer A và Polymer B trong tổ hợp Nếu Tg của Polymer B lớn hơn Tg của Polymer A thì Tg của tổ hợp sẽ tăng theo hàm lượng Polymer B Sự gia tăng này nhìn chung là tuyến tính Nhưng đôi khi cũng không hoàn toàn là tuyến tính

- Đôi khi, nếu hai Polymer có ái lực mạnh với nhau hơn là ái lực nội bộ thì Tg sẽ cao hơn sự mong đđợi bởi vì càng có ái lực thì sự chuyển động của chuỗi càng chậm chạp Dĩ nhiên trong hầu hết các trường hợp hai Polymer có ái lực yếu hơn thì

Tg sẽ thấp hơn

- Cho đến lúc này chúng ta nói về Tg để giải thích những tính chất khác, tính năng cơ lýù, tính kháng hóa chất, tia tử ngoại, hoặc nhiệt thì chúng tuỳ thuộc vào hàm lượng Polymer trong tổ hợp

- Việc này làm thay đổi tính chất các tổ hợp khá đđơn giản Khi bạn phân biệt hàm lượng Polymer bạn sẽ phân biệt đđược những tính chất, điều này rất hữu ích

Ví dụ: Poly (Phenyllene Oxide), PPO để minh hoạ PPO là Polymer bền nhiệt tốt tuyệt vời Người ta cần những vật liệu kháng nhiệt nhưng nó thật khó để gia công Như chúng ta biết PPO thì quá kháng nhiệt Polymer vô định hình thường đđược gia công ở nhiệt đđộ lớn hơn Tg, vì vậy chúng mềm dẻo và với nhiệt đđộ 210oC việc gia nhiệt PPO đủ để làm mềm thì không những khó mà còn đắt tiền

Ví dụ: Polystyrene (PS) PS và PPO tổ hợp tốt với nhau Tg của PS 100oC còn Tg của PPO 210oC việc tổ hợp PS và PPO làm giảm Tg của tổ hợp, điều này dễ gia công hơn là PPO

- PPO/PS tổ hợp sử dụng loại PS đặc biệt đđược gọi là PS chống va đập cao hoặc là viết tắt HIPS HIPS thật sự là sự phối trộn giữa PS và Polybutadiene Đây là

2 Polymer không tổ hợp Polybutadiene có tính cao su tách riêng với PS

- Chúng ta gọi tổ hợp 2 Polymer PS và cao su Butadiene gồm 2 pha riêng biệt

ấy là tổ hợp không hòa tan Tổ hợp không hòa tan thực sự không phải là tổ hợp Nhưng những pha tách riêng như thế này cũng hữu ích Tài liệu đđọc thêm: Immisible Polymer Blends Page

I.3.1 Trộn hợp hoặc không trộn hợp:

- Một vài cặp Polymer trộn hợp nhưng cũng có những cặp Polymer lúc trộn hợp, lúc không trộn hợp Điều khác nhau ấy là đdo nhiệt đđộ và do thành phần Nhiều cặp Polymer chỉ có thể trộn hợp khi có Polymer mới Sẽ có những thang thành phần cho Polymer không phối trộn

Ví dụ: có 2 Polymer: Polymer A và Polymer B chúng sẽ tan lẫn nếu hàm lượng Polymer B nhỏ hơn 30% mà chúng trộn hợp khi có hàm lượng Polymer B nhỏ hơn 70% Như vậy [30%; 70%] thì tách pha

Tham khảo các tổ hợp Blends của: THE MILIN CORPORATION Nitrile PVC blends

- Acrylonitrile – Butadiene Rubbers thì tương hợp cao với PVC do có thông số hòa tan gần nhau

- Cao su Nitrile kháng Ozone là nổi trội khi phối với PVC Ở hàm lượng PVC cao nó cho tính nhiệt dẻo ứng dụng chế tạo màng microcellular Sự xuất hiện của loại NVC đđược chế tạo với tăng tính co giãn như vỏ xe và cao su

Các đặc tính: + Chống Ozone và thời tiết rất tốt

+ Chống dầu, nhiên liệu và chống cháy tốt

+ Kháng mài mòn và kháng xé tốt

+ Nhuộm màu tốt và ổn định quang tốt

II Nguyên liệu:

II.1 Polyvinyl Chloride (PVC)):

II.1.1 Lịch sử:

- Polyvinyl Chloride là một Chloride hữu cơ đđược phát minh năm 1913 bởi Friitz Klatte nhưng do tính ổn định nhiệt kém và hoạt tính thấp của PVC nguyên chất làm trì hoãn sự phát triển Suốt những năm 1930 những thử nghiệm ở Đức với nhiều chất ổn định khác nhau và nhiều loại chất làm mềm khác nhau dẫn đến dạng PVC hữu dụng đầu tiên Năm 1950, PVC là vật liệu quan trọng thứ hai sau vật liệu tổng hợp quan trọng nhất Polythene

- PVC phát triển làm mở rộng ngành công nghiệp Chloride sau thế chiến thứ hai

II. 1.2 Thị trường:

NVC 155 Aparene 512 (50)/ PVC (50)/

DOP (10) Nên dùng cho sản phẩm đổ khuôn có đđộ cứng cao, đùn

cho các phương tiện giao thông hoặc mục đích khác

NVC 473 Aparene 423 (70)/ PVC (30) Blend gia công dễ NBR –

PVC, đặc biệt cho vải sợi giống như sản phẩm chống cháy

NVC 583 Aparene 553 (70)/ PVC (30) Kháng Ozone

NVC 873 Aparene 854 (70)/ PVC (30) Kháng xăng và Ozone cao

1 ABW Plastics- Grinders, compounders, distributors and brokers of a

range of plastic resins including styrene, PVC and ABS pellets

compounds, clear, natural and exterior grade for extrusion, blowmolding and

injection molding applications

compounds, clear, natural and exterior grades for extrusion, blowmolding and

injection molding applications

4 Benvic corp.- Manufactures PVC compounds, blends and alloys

swpecializing in the new building and the renovation sectors

5 BorsodChem Rt.- Manufacturer of suspension grade PVC resin,

and manufacturer of MDI and polyurethane resins

6 Charlotte Chemical Inc.- Manufacturer and supplier of emulsion

and suspension grade PVC resins to a variety of markets worldwide

window and cellular profile markets Additives and services for the PVC industry

Company, manufacturers of custom-formulated PVC, plastisol and other plastic

compounds

9 E Beligiannis S A.- Manufacturer of virgin suspension PVC

compounds for use in pipe, sheet and film applications

10 EPV Plastics Corp- Full service distributor, designer,

manufacturer, warehouse and precision converter of PVC flexible, rigid, and

expanded films, supported and unsupported

11 Finolex Industries Ltd - Produces suspension emulsion and paste

PVC resins, includes a variety of grades in rigid, semi-rigid and flexible

applications

12 Formosa Plastics Corporation, U.S.A.- Vertically integrated

manufacturer and supplier of PVC and other plastic resins

13 Geon Corp- Manufacturers of PVC resin and products Supplies

both suspension and dispersion resins

14 Hydro Polymers Inc- Manufacturer of PVC plastics and

intermediaries for injection moulding and extrusion for pipe, window frames and medical equipment

15 Innua Petrochem Ltd.- Manufactures PVC resins, suspension,

emulsion, polyvinyl chloride and plasticizers Buying and selling to international petrochemicals trade

16 Innua Petrochemicals- Polyvinyl chlorides including PVC

emulsion, suspension and co-polymers plus plasticizer chemicals such as sebacic acid and adipic acid

17 Kwong Yu Industry (KYI)- Manufacturer of PVC wire, cable,

footwear, flexible hose and profile compounds UPVC extrusion and injection

molding compounds

18 Long Chi International Co., Ltd.- Manufacturers both foam and

solid plasticized compounds of PVC and TPR for shoe sole applications

19 MECI- Manufacturers PVC resin and PVC compound for rigid and

flexible profiles, wire and cable, footware, containers, and construction products

20 Neetu Plastic- Manufacture PVC compound conforming to

international standards for acid gas generation and smoke density Complete

in-house testing facilities

21 Ocean Plastics Co., Ltd.- Manufacturer of general purpose PVC

resin for extrusion and injection molding for food containers, medical packaging

and parts, also manufacture ABS/PVC flame retardant alloy

applications in pipe fittings, flooring, solid and foam profile extrusion, molding, and calendering

23 Plasticos Petroquimica, C.A.- Manufacturer of PVC homopolymer

suspension resins for the South American domestic market

24 Plastomeric, Inc.- Manufacturer of PVC vinyl plastisols, PVC

powders, and polyurethane systems

in a range of molecular weights for a variety of industries

supplying custom compounds to customer specifications Specializing in wire and cable compounds

specialty PVC resin Products include the low glossd dulling resin and powder

coating resin

28 Saudi Basic Industrial Corp- Manufacturing and exporting

worldwide, polyethylene, polypropylene, PVC and general purpose, high impact and expandable polystyrene Saudi Arabia

industrial, construction, furniture and footwear industries

Formulates products to customer needs, from 50lbs to 40,000lbs Provides

customized inventory program

31 Tzon Shang Enterprise Co., Ltd.- Manufacturer of flexible and

ridged PVC compound for extrusion, blow molding, injection molding and

shrinkable film

II.1.3 Quy trình tổng hợp:

PVC-S được trùng hợp từ VCM(Vinyl Chloride Monomer) trong môi trường nước nhờ các chất phụ gia( chất xúc tiến, chất khơi mào, chất xúc tác…), sau đó xảy ra quá trình vắt hồi lưu VCM Tiếp theo là ly tâm tách nước, lượng nước còn lại qua quá trình sấy khô Sản phẩm cuối cùng là PVC-S

- Phản ứng trùng hợp này có thể tiến hành theo các phương pháp :

• Trùng hợp khối : tạo ra PVC trùng hợp khối (phương pháp này ít sử dụng)

• Trùng hợp huyền phù: tạo ra PVC–S có đặc tính hút dầu tốt, độ trong cao, giá thành rẻ để sản xuất các sản phẩm bằng phương pháp cán, đùn, đúc tiêm

• Trùng hợp nhũ tương: tạo ra PVC – E có cấu trúc hạt chặt, ít hút dầu để sản xuất các sản phẩm từ hỗn hợp PVC + DOP như các sản phẩm tráng, đúc quay, để làm hồ

- PVC là một loại nhựa vô định hình (có độ kết tinh thấp), Tg ~ 800C nên

ở nhiệt độ bình thường PVC cứng nếu không hoá dẻo Chính vì vậy người ta cần phân biệt PVC cứng và PVC mềm khi nói về sản phẩm PVC Sau đây là cách phân biệt 3 loại sản phẩm PVC :

• PVC cứng : hàm lượng hoá dẻo từ 0 – 5%

• PVC bán cứng : “ 5 – 15%

• PVC mềm : “ > 15

- Nhiệt độ gia công của PVC từ 150 – 2200C, tuy nhiên PVC bị phân hủy

ở nhiệt độ trên 1400C nên khi gia công phải sử dụng chất ổn định nhiệt PVC cũng dễ bị ánh sáng làm lão hoá, vì vậy trong nhiều trường hợp phải sử dụng chất ổn định quang

- Các tính chất quan trọng của PVC :

• Bằng cách thêm hoá dẻo, có thể sản xuất ra sản phẩm có độ cứng thay đổi

• Có thể sử dụng hầu hết các phương pháp gia công đối với PVC

• Có thể sản xuất sản phẩm trong hay đục từ PVC

• PVC có nhiều tính chất cơ học tốt như độ bền kéo đứt, độ giãn đứt, tính chất cách điện, chịu ăn mòn cao

• Có thể sản xuất sản phẩm với màu sắc đa dạng

• PVC bền với acid, kiềm, chất tẩy rửa…

• PVC là loại nhựa khó cháy vì có Clo trong phân tử

• Giá thành vừa phải

- Các tiêu chuẩn cần lưu ý đối với PVC :

• Giá trị K : Người ta xác định giá trị K bằng cách đo độ nhớt của dung dịch PVC trong cyclohexanone, sau đó dùng công thức để tính ra K Như vậy giá trị K phản ánh độ nhớt dung dịch PVC, do đó phản ánh khối lượng phân tử của nó (cũng như chỉ số MI đối với nhựa PE, PP… ) Khi lựa chọn PVC giá trị K là

tiêu chuẩn cần xét đến đầu tiên vì tính chất sản phẩm và gia công phụ thuộc nhiều vào K, vì vậy cần lựa chọn cẩn thận

Ví dụ: + Đối với sản phẩm thông thường như tole, màng, ống nước… dùng PVC có K

= 65 – 68

+ Đối với màng bán cứng, khớp nối… dùng PVC có K = 57 – 62

• Khối lượng riêng thể tích (g/cm3): phản ánh mức độ nén chặt của PVC dạng bột, nó quan trọng khi đùn vì nếu đại lượng này càng lớn thì năng suất máy theo khối lượng càng cao Tuy nhiên không thể tăng đại lượng này cao quá mức được vì sẽ nằm ngoài khả năng thiết kế của máy (mỗi máy đùn có trục vít được thiết kế cho một dạng nguyên liệu thích hợp) Ví dụ không thể dùng máy chạy hạt để chạy cho bột và ngược lại (hạt có khối lượng riêng thể tích lớn hơn bột nhiều) Khi trộn cao tốc, bột sau khi trộn thường có khối lượng thể tích lớn hơn bột trước khi trộn do mức độ nhựa hoá tốt hơn, vì vậy thời gian trộn có ảnh hưởng đến công đoạn tạo hạt

• Độ hấp thụ và tốc độ hấp thụ dầu DOP : đối với những sản

phẩm có hàm lượng DOP cao, PVC phải có khả năng hấp thụ DOP tốt để tạo ra hỗn hợp bột khô có tính chảy tốt (tất nhiên để trợ giúp quá trình này cần dùng thêm nhiệt hay trộn cao tốc lợi dụng nhiệt ma sát) Nếu tốc độ hấp thụ DOP (phản ánh bằng lượng DOP hấp thụ trong một đơn vị thời gian) và độ hấp thụ (phản ánh bằng lượng DOP hấp thụ được cho 100g nhựa) thấp thì bột sau khi trộn không được khô, thậm chí DOP không thấm vào được nhựa, như vậy chất lượng trộn không đạt yêu cầu, năng suất trộn giảm xuống khi phải kéo dài thời gian trộn So sánh về mặt độ hấp thụ DOP thì PVC–S có độ hấp thụ tốt hơn PVC–E nhiều

• Hàm lượng chất dễ bay hơi : chất dễ bay hơi, ẩm có thể gây

bọt cho sản phẩm, vì vậy hàm lượng chất dễ bay hơi phải nhỏ hơn 0,3%

II.1.5 Ứng dụng:

Ứng dụng của PVC chủ yếu là sản xuất ống dẫn, màng mỏng, giả da,

khung cửa, dây cáp điện, tấm lót sàn, một phần nhỏ là ứng dụng làm chai lọ, làm

ống tuýp

II.2 Acrylo Nitrile – Butadiene Rubber (NBR)

II.2.1 Lịch sử:

Cao su Nitrile là tên gọi tắt của loại Polymer đồng trùng hợp Butadiene

Acrylonitrile được tìm ra năm 1931 tại Pháp Năm 1935 được sản xuất ở Đức với

tên thương mại là Perbunan Năm 1936 được nghiên cứu và triển khai ở Mỹ Năm

1939, công ty BF Goodrich sản suất cao su Nitrile với năng suất 250 pounds/tháng

Đây là một loại cao su chiến lược, ưu tiên phục vụ tuyệt đối cho quân sự trong thời

gian thế chiến thứ II, sau chiến tranh năng suất đạt 2500000 pounds/tháng và sau

năm 1945 loại cao su mới được bán ra thị trường

II.2.2 Thị trường:

Các nhà sản xuất chính trên thế giới:

Girsa Mexico

JSR Nhật

II.2.3 Tổng hợp:

- NBR đđược sản xuất bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương Nước, chất nhũ hóa/xà phòng, Monomers (Butadiene và Acrylonitrile), chất hoạt hóa và những thành phần khác đđược giới thiệu trong Polymerization Vessels

- Hiệu suất của quá trình nhũ hóa một Polymer dạng latex và việc sử dụng nhiều loại nguyên vật liệu khác nhau

Ví dụ: CaCl2, Al2(SO4)3 để định dạng cao su

- Đó là quá trình làm khô và nén thành miếng Một vài sản phẩm đặc biệt thì đđược đóng gói thành dạng khối hầu hết các nhà sản xuất tạo ít nhất 20 loại cao

su khác nhau nhưng trên toàn thế giới có hơn 100 loại NBR

- Nhiệt đđộ trùng hợp rất khác nhau: người ta có thể tạo Polymer “nóng” (HOT) hoặc Polymer “lạnh”(COLD POLYMER) Tỷ lệ Acrylonitrile (ACN)/ Butadiene (BD) thì đặc trưng cho tính kháng dầu và kháng xăng ở nhiệt độ thấp Ngoài ra còn có loại NBR đặc biệt chứa Monomer thứ ba (Ví dụ: Divinyl Benzen, Methacrylic Acid) Một vài cao su NBR đđược gắn thêm Hydro để giảm hoạt tính hóa học của sườn Polymer, đặc trưng là để tăng tính chịu nhiệt đó là sản phẩm HNBR

• Nhóm 1: Cold NBR có hàm lượng Nitrile có hàm lượng ACN rất rộng từ 15% đến 51% thang giá trị độ nhớt Mooney cũng rất rộng từ 110 đến chất lỏng có thể độ nhớt từ 20 đến 25, thấp nhất cho vật liệu rắn Chúng đđược sản xuất với máng rộng của hệ thống nhũ hóa chất ổn định, chất định hình khối

lượng phân tử và thành phần hóa học Monomer thứ ba có thể thêm vào để tăng tính thuận lợi Mỗi một Monomer thêm vào có một đặc trưng khác nhau Cold Polymer đđược trùng hợp ở 5oC cho đến 15oC Chuổi Polymer càng thẳng hiệu suất nhiệt độ trùng hợp càng thấp Phản ứng là liên tục, bán liên tục hay từng mẻ Mỗi cách định dạng làm nên tính chất khác nhau

• Nhóm 2: Hot NBR đđược trùng hợp tại nhiệt độ 30oC ÷

40oC Hiệu suất quy trình này cho Polymer phân nhánh cao Sự phân nhánh này giúp bám dính tốt vào mạch cứng để ứng dụng trong keo dán Cấu trúc vật lýù tạo sự kết dính vướng vào của loại Polymer này để tăng hiệu ứng xé ở điều kiện nóng so với Cold Polymer Tính đàn hồi tự nhiên của Polymer Hot thì tốt cho đùn nén và

kéo sợi

• Nhóm 3: Crosslinked Hot NBR là Polymer nhánh mà hơn nữa là đóng rắn bằng cách thêm vào Monomer hai tác động Những sản phẩm này sử dụng trong đúc khuôn, có sự ảnh hưởng của lực đúc áp suất ngược, để ước lượng lượng khí bẩy Việc sử dụng khác nữa là để tăng sự ổn định kích thước và duy trì hình dạng cho sản phẩm đùn và sản phẩm cán Những NBR này tăng sự kích thước,

cố định độ nảy và tính đàn hồi cho việc định dạng PVC

• Nhóm 4: Carbonxylated – Nitrile (XNBR) việc thêm

nhóm Carboxylic Acid vào để thay đổi quy trình gia công và tính chất đóng rắn Kết quả là một Polymer ở ngoài với sự tăng cường tính kéo giãn, kháng xé, đàn hồi

và kháng mài mòn

Hiệu ứng gồm: kháng nước, đàn hồi và một vài tính chất ở nhiệt độ thấp

- Hai nguyên liệu chính để sản xuất loại cao su này là Butadiene và Acrylonitrile

- Trong cả hai trường hợp, nồi phản ứng phải chịu được áp suất 150psi và có áo làm nguồn bằng nước lạnh, kích thước nồi từ 100 đến 3700 gallons và có thiết

bị quậy đặt trong nồi Nếu là phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp phải bố trí thêm thiết

bị làm lạnh Nhiệt độ phản ứng từ 5 C-30 C và kéo dài từ 10-24 giờ sự chuyển hóa lớn hơn hoặc bằng 80%

- Tiếp theo chu kì polymer hóa , chất polymer hóa được chuyển sang bồn chứa , trong đó chúng được thêm chất kết thúc phản ứng và chất phòng lão Độ pH thường được kiểm tra và điều chỉnh chặt chẽ Đối với sản xuất cao su thô, latex được đánh đông bằng các loại muối và acid khác nhau Sau đó chất polymer hóa ở dạng sệt được trích ra bằng dung dịch kiềm, rửa, vắt nước và sấy Đối với sản xuất latex cô đặt cần phải thêm vào các chất ổn định mủ, tách các phần butadiene và acrylonitrile thừa , sau đó là cô đặc hoặc tách nước đến độ mong muốn Các hóa chất cũng gần giống với trường hợp cao su SBR

II.2.4 Tính chất và ứng dụng:

- Cao su Nitrile có công thức cơ bản sau:

- Loại cao su này có tính kháng mỏi mệt tốt, kháng biến dạng nén tốt, kháng mòn tốt và tính không thấm khí đôi lúc còn tốt hơn cao su Butyl nếu có hàm lượng Acrylonitrile cao

- Nhiệt độ thủy tinh hóa từ -9oC đến -45oC tùy vào lượng Nitrile

- Tốc độ kết tinh : từ chậm đến nhanh ( tùy thuộc vào cấu tạo phân tử)

- Do cấu trúc của cao su Nitrile nên có tính chất bền với dầu khoáng dung môi xăng dầu

- Tính kháng lão hóa của cao su Nitrile rất tốt, nhất là tính kháng nhiệt :

900C ở điều kiện sử dụng liên tục, 120oC trong 40 ngày và 150oC trong 3 ngày Tuy nhiên tính kháng ozone yếu do đó người ta thường thêm nhựa PVC vào hỗn hợp

- Tuy nhiên đây là loại cao su vô định hình do đó phải cần chất độn bổ cường như than đen chẳng hạn Cường lực kéo đứt của sản phẩm không có chất độn chỉ đạt tới 30-35 Kg/cm2 , ngược lại nếu độn bằng than đen , cường lực kéo đứt có thể lên đến 320 kg/cm2 Cao su Nitrile dính tốt với kim loại nhất là trên bề mặt kim loại đã tẩy sạch có phết một dung dịch 15% cao su chloroprene trong dung môi toluen

- Có hai điểm đặc trưng trong công thức cơ bản của cao su Nitrile :

• Liên kết đôi làm cho dễ dàng lưu hóa lưu huỳnh nhưng cũng dễ bị Oxide và Ozone tấn công

• Nhóm Nitrile có cực, khi tăng hàm lượng những nhóm Nitrile này thì khả năng chống lại dung môi xăng dầu tăng, nhưng lại có khuynh

hướng nâng nhiệt độ thủy tinh hóa Tg của cao su Ta có thể biến đổi một số đặc

điểm trong cấu trúc của cao su Nitrile, mà những biến đổi này sẽ kéo theo những thay đổi về tính chất đặt trưng của no Những yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc là: Hàm lượng nhóm Acrylonitrile, có ảnh hưởng nhiều nhất đến tính chất cao su Nitrile, hàm lượng nhóm Acrylonitrile ta có thể thay đổi

• Những Monomer có thể thêm vào hoặc thay thế cho nhóm Acrylonitrile và Butadiene

• Trọng lượng phân tử trung bình

• Sự phân bố trong lượng phân tử

• Cấu trúc mạch nhánh của phân tử

• Kỹ thuật sản xuất và chế tạo sản phẩm

II.2.4.1 Aûnh hưởng của hàm lượng acrylonitrile :

- Nhiệt độ thủy tinh hóa của Polybutadiene khoãng -100oC, còn nhiệt độ thủy tinh hóa của Polyacrylonitrile khoãng +100oC Những Copolymers ngẫu nhiên có nhiệt độ thủy tinh hóa Tg nằm trung gian giữa -100oC và +100oC

Ví dụ: Copolymer có tỉ lệ hàm lượng nhóm Acrylonitrile và Butadiene là 50:50 thì nó sẽ có nhiệt độ thủy tinh hóa là 0oC Vì vậy, khi tăng hàm lượng nhóm Acrylonitrile thì sẽ nâng nhiệt độ thủy tinh hóa

- Nếu tăng hàm lượng nhóm Acrylonitrile thì sẽ giảm tính chất biến dạng đàn hồi, nhưng ngược lại độ cứng và bền nén sẽ tăng cao Tuy nhiên ở các tính chất về độ cứng, tính kháng mòn và ứng suất kháng đứt của cao su vẫn còn thấp dù tăng hàm lượng Acrylonitrile lên nhiều Đặc điểm nổi bật nhất khi tăng hàm luợng Acrylonitrile là tính kháng trương trong dung môi xăng dầu tăng lên Thông thường, hàm lượng nhóm Acrylonitrile trong khoãng 32%-35%, nhưng hàm lượng nhóm Acrylonitrile có thể từ 18%-53%

- Nitrile Butadiene Rubber (NBR) cao su Nitrile loại thông dụng và dường như loại chính trong công nghiệp và ngành sản xuất các thiết bị cho phương tiện giao thông

Cấu trúc của NBR có 3 nhóm Butadien (BD):

- NBR thực ra là một Copolymer tạo ra từ Acrylonitrile và Butadien bằng cách lựa chọn một cao su với hàm lượng Acrylo Nitrilene cân bằng với các tính chất khác Hỗn hợp cao su NBR có thể sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đđòi hỏi chống dầu, nhiên liệu, hóa chất Trong lĩnh vực phương tiện giao thông NBR có thể sử dụng trong ống vòi

- Với thang nhiệt độ - 40oC đến 125oC vật liệu NBR có thể chịu đđựng điều kiện vận hành của tất cả hầu hết các các phương tiện giao thông Một mặt khác, trong công nghiệp NBR sử dụng cho bao phủ trục thiết bị thủy lực dây đđai an toàn, đóng kiện dầu, hàn ống và nhiều ứng dụng hữu dụng khác Sản lượng thế giới của NBR tính đến năm 2005 là 368000 m3

- Giống như những loại cao su nhiệt rắn chưa bảo hòa khác NBR đòi hỏi phải sử dụng thêm các thành phần khác Thành phần thêm vào bao gồm chất độn (chất tăng cường), chất hóa dẻo, chất bảo vệ và chất lưu hóa Quy trình bao gồm trộn, tiền định hình…Việc áp dụng đối với chất nền cho sự đùn và việc lưu hóa để tạo ra sản phẩm cao su hoàn tất bao gồm trộn hở sau đó trộn kín, đùn và cán Sản phẩm hoàn tất tìm thấy trên thương trương như là sản phẩm đúc khuôn, đùn ống, hoặc là sản phẩm tấm đđược sản xuất bằng phương pháp cán

II.2.4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng Acrylonitrile (ACN)

- Hàm lượng ACN là một trong hai đặc tính của cao su Nitrile Hàm lượng ACN chính là mức độ phân cực để xác định một vài tính chất căn bản như là tính kháng dầu, tính kháng xăng, sự mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ thủy tinh hóa và việc kháng mài mòn Hàm lượng ACN càng cao thì tính kháng dung môi, kháng dầu và kháng mài mòn tăng theo sự tăng của Tg

MÔ TẢ TÓM TẮT HẦU HẾT CÁC TÍNH CHẤT THÔNG DỤNG CHO

POLYMER NBR

NBR có hàm lượng ACN thấp đến NBR có hàm lượng ACN cao

Tỷ lệ đóng rắn (hệ lưu huỳnh) Tăng Tính kháng dầu, kháng nhiên liệu Tăng Tính thẩm thấu khí, không khí Tăng

Tỷ lệ đóng rắn hệ Peroxide Giảm

Tính mềm dẻo ở nhiệt độ thấp Giảm Độ tương hợp với chất làm mềm Giảm

- Độä nhớt Mooney và cấu trúc Polymer: Độ nhớt Mooney là chỉ số

thông thường để xác định NBR việc sử dụng độ nhớt Mooney là cách đo chuẩn chuyên dùng cho cấu trúc và thành phần hóa học của Polymer Độ nhớt Mooney đđược đo bởi một dụng cụ đặc biệt ở tại một Shearrate Độ nhớt Mooney thường liên quan đến việc gia công như thế nào Những vật liệu có độ nhớt Mooney từ 30 sẽ sử dụng phương pháp đúc tiêm trong khi những sản phẩm có độ nhớt từ 60 cho đến 80 sẽ dễ kéo giãn hơn và sử dụng cho phương pháp đùn và nén khuôn Nhiều đặc tính Polymer đđược các định bởi những phương tiện tiên tiến và kỹ thuật độ tại phần trăm Shearrate Để xác định quá trình gia công Những thiết bị mới đó là: RBA2000, MDR2000, CABILLARYDIE RHEOMETER và những máy Mooney tân tiến hơn

III Phương pháp gia công:

Có nhiều phương pháp để nghiên cứu tổ hợp Blends như đùn, trộn kín, cán hở…

Ơû đây chúng tôi sử dụng phương pháp cán hở

Phương pháp trộn bằng máy cán:

- Máy cán 2 trục: Trong công nghiệp gia công cao su và chất dẻo, máy cán 2

trục được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, trộn và nhựa hoá cao su và chất dẻo, cán tấm, gia nhiệt hỗn hợp nguyên liệu trước khi nhập liệu lên máy cán hoặc

máy đùn trục vít, nghiền mịn, loại bỏ các vật liệu sợi trong polymer như khi tái sinh

cao su và nhựa dẻo…

- Về mặt cấu tạo, máy cán 2 trục thuộc loại máy trục quay, làm việc gián đoạn Cụm chi tiết là 2 trục rỗng, đặt song song trên cùng 1 mặt phẳng nằm ngang Các trục này quay xung quanh trục của mình với vận tốc khác nhau, theo chiều gặp nhau, nhờ bộ truyền động

Tỷ số vận tốc dài giữa 2 trục được gọi là tỷ tốc f :

f = v2/v1

- Tỷ tốc này là một thông số các máy có chức năng như nghiền, cán phá, tỷ tốc rất cao, lên đến 4 còn các máy quan trọng cần lưu ý khi sử dụng máy cán 2 trục Tỷ tốc f càng lớn thì ứng suất tác dụng càng lớn, sẽ phá vỡ cấu trúc càng mạnh và nhiệt sinh ra càng nhiều Chính vì thế, đối với dùng để trộn các vật liệu polymer thì tỷ tốc gần bằng 1, nhằm giảm bớt sự cắt mạch phân tử khi trộn

- Vật liệu gia công khi đưa vào máy bị các trục quay theo chiều gặp nhau, kéo vào khoãng giữa 2 trục (vùng biến dạng) nhờ các lực liên kết nội và lực ma sát của vật liệu với bề mặt trục cán Lực cắt và lực nén càng gia tăng khi vật liệu càng đi sâu vào khe trục Các lực này gây biến dạng trong khối vật liệu và sự chảy của vật liệu qua khe trục Các biến dạng trượt tạo nên bề mặt tiếp xúc mới giúp quá trình phân tán các phụ gia vào khối polymer dễ dàng hơn

- Các ứng suất phát sinh càng lớn, biến dạng càng mạnh mẽ khi tỷ tốc càng cao và khe hở trục càng bé

- Dưới tác dụng của ma sát nội và ngoại, khối vật liệu sẽ nóng lên dễ dàng tạo thành một khối đồng nhất và liên tục

- Ra khỏi khe trục tấm vật liệu thường bám vào bề mặt trục trước có vận tốc dài lớn, do ảnh hưởng của các lực liên kết bề mặt và tỷ tốc Để vật liệu đạt sự đồng nhất và có độ mềm dẻo cần thiết, thường khi gia công trên máy cán 2 trục vật liệu được cho qua khe hở trục nhiều lần

- Máy cán 2 trục được dùng vào nhiều mục đích khác nhau: trộn, cán, nghiền…nhưng thông thường được dùng để trộn và nhựa hoá hỗn hợp nhựa hoặc cán tấm các sản phẩm có độ dày không cần độ chính xác cao

B ĐẶT VẤN ĐỀ CHO ĐỀ TÀI

- Ngày nay, vật liệu Polymer đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp Vì vậy, xu hướng nghiên cứu, khảo sát, biến tính chúng đang ngày càng được quan tâm Sự biến tính chúng có thể tiến hành trên hai con đường khác nhau:

• Con đường hóa học: Dùng phản ứng hoá học để tạo ra polymer nhưng phương pháp này khá phức tạp và chúng ta chưa có điều kiện nghiên cứu

Co-• Con đường hóa lý: Dùng phương pháp trộn hợp để tạo ra Polymer tổ hợp

- Đề tài này tiến hành tổ hợp Polyvinyl Cloride(PVC) với cao su Nitrile (NBR) bằng con đường hóa lý

Cấu tạo của chúng là:

PVC: (CH2-CH)n

Cl NBR: (CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH)n

CN

Mục đích của đề tài:

- Khảo sát, nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc mạng lưới lên tính chất cơ lý của tổ hợp cao su Nitrile(NBR) và nhựa Polyvinyl Chlorua(PVC)

- Vì sao lựa chọn Blends giữa PVC (Polyvinyl Chloride) và NBR (Nitrile butadiene Rubber)? Người ta tiến hành Blends cũng dựa trên sự tương thích, giữa nhựa và cao su có những tính chất tương đồng được phân thành 03 họ tương quan với nhau như sau:

families of polymers

Rubber Polystyrene

The Styrenic Family SBR (StyreneButadiene Rubber)

Polyethylene The Polyolefin Family EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) PVC (Poly Vinyl

Chloride) The Vinyl Nitrile Family NBR (Nitrile Butadiene Rubber)

C ĐỊNH HƯỚNG GIẢI QUYẾT

- Để tạo ra tổ hợp Blends giữa Poly Vinyl Chloride và cao su Nitrile(NBR) chúng ta có thể tiến hành trên cả hai loại nhựa PVC-E và PVC-S:

- Nếu khảo sát trên nhựa PVC-E thì chúng ta có thể tiến hành theo dạng dung dịch và chúng ta phải có sự trợ giúp của dung môi (theo cách 1-phần lý thuyết Blends)

- Cách giải quyết vấn đề của đề tài này là chúng ta sử dụng loại nhựa S.Để tiến hành Blends với cao su Nitrile chúng ta tiến hành theo phương pháp cán nóng và nhiệt độ cán sẽ là nhiệt độ làm chảy cả hai loại vật liệu

- Để giải quyết mối quan hệ giữa các pha cơ học và tính chất cơ lý của tổ hợp NBR/PVC, chúng tôi nghiên cứu những vấn đề sau đây:

• Quan sát độ phân tán bằng kính hiển vi điện tử SEM

• Nghiên cứu sự biến thiên Tg của tổ hợp NBR/PVC theo hàm lượng PVC

• Nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc mạng lưới đến tính chất của tổ hợp NBR/PVC :

+ Đường cong trương

+ Quan hệ giữa độ trương tối đa và Modul định giãn + Quan hệ giữa Mc và Modul định giãn

PHẦN II:

THỰC NGHIỆM

I Hóa chất:

I.1 PVC-S 660:

- PVC-S 660 là loại Homopolymer có trọng lượng phân tử trung bình, sản xuất theo phương pháp huyền phù Do công ty TPC VINA AND CHEMICAL CORP., LTD

- Sau đây là các thông số kỹ thuật:

Tính chất Phương pháp phân

tích Đơn vị Đặc tính kỹ thuật tiêu biểuGiá trị

và vật lạ TPC VINA Method /100ml Điểm A-D A

I.2 Chất hóa dẻo DOP :

- Như trên đã nói PVC là loại nhựa vô định hình có độ kết tinh thấp (5 – 10%) có nhiệt độ chuyển thủy tinh cao (Tg ~ 800C) Vì vậy ở nhiệt độ thường PVC rất cứng, khi cần mềm dẻo hơn người ta trộn thêm với chất hoá dẻo Khi đưa chất hoá dẻo vào trong PVC, các phân tử hoá dẻo len lỏi giữa các mạch phần tử PVC làm yếu liên kết giữa các mạch và làm các mạch bị “cách ly” nên mạch mềm hơn và cuối cùng tạo ra PVC mềm :

C – C – C – C – C – C – C – C

C – C – C – C – C – C – C – C

C – C – C – C – C – C – C – C

- Theo hiệu quả hoá dẻo các chất hoá dẻo được phân thành hai loại :

• Chất hoá dẻo chính: có độ tương hợp cao với PVC và vì vậy có thể sử dụng một mình Ví dụ : DOP là một chất hoá dẻo chính điển hình

• Chất hoá dẻo phụ : vì một lý do nào đó người ta không dùng một mình Ví dụ có thể là do chúng có độ tương hợp giới hạn với PVC,

Chất hoá dẻo

có giá thành cao nên chỉ dùng khi cần đạt được một vài tính chất đặc biệt nào đó

Ví du:ï dùng thêm DOA để tăng khả năng chịu lạnh của sản phẩm, dùng BBP để tăng khả năng nhựa hoá, Paraffin clo hóa giảm giá thành sản phẩm…

- Để lựa chọn một chất hoá dẻo thích hợp cần xét đến các yếu tố sau đây :

• Hiệu quả hoá dẻo và độ tương hợp với PVC : để tạo ra một độ mềm dẻo nào đó cần dùng một lượng hoá dẻo nhất định Nếu lượng dùng ít thì chất hoá dẻo có hiệu quả hoá dẻo mạnh và ngược lại

• Các tính chất gia công như : độ bay hơi phải thấp ở nhiệt độ gia công, khả năng ảnh hưởng đến thời gian nhựa hoá của hỗn hợp (ví dụ BBP gây nhựa hoá nhanh), hay có ảnh hưởng đến tính ổn định nhiệt của PVC hay không (dầu Epoxy làm tăng tính ổn định nhiệt, còn Paraffin clo hoá gây giảm tính ổn định nhiệt)

• Các tính chất sử dụng của sản phẩm : như độ chịu lạnh, tính không cháy, khả năng bị trích ly bởi các dung dịch hoá chất và nước, tính độc hại, di hành Ví dụ nếu sản phẩm thường xuyên tiếp xúc với nước thì phải dùng loại hoá dẻo khó bị trích ly bởi nước

• Giá thành : tất nhiên càng thấp càng tốt Tuy nhiên loại hoá dẻo rẻ tiền thì chất lượng càng thấp Vì vậy cần xét chất hoá dẻo trên cơ sở so sánh tính năng / giá thành

- Nói chung hay dùng DOP làm chất hoá dẻo chính vì nó có tính năng tốt ở giá thành thích hợp Chỉ khi cần các tính chất đặc biệt khác người ta mới cần trộn thêm các hoá dẻo khác

- Sau đây là vài loại hoá dẻo thông dụng :

• DOP : Dioctyl phthalate;

• BBP : Butyl Benzyl Phthalate

• DOA : Dioctyl Adipate;

• DINP : Diisononyl phthalate

• ESBO : Dầu đậu nành epoxy hoá…

- Trong PVC cứng người ta chỉ được dùng một lượng nhỏ chất hoá dẻo vì chất hoá dẻo làm cho gia công dễ dàng hơn nhưng nếu dùng nhiều các tính chất cơ lý sẽ giảm mạnh và nhiệt độ biến dạng nhiệt hạ thấp xuống, sản phẩm dễ bị biến dạng nhiệt khi sử dụng

I.3 NBR (Cao su Nitrile 35L vaØ 40H KUMHO - KOREA)

Đặc tính cả hai loại này đều là Copolymer kháng dầu và kháng hóa chất cao

đđược tạo ra từ Acrylo Nitrile và Butadiene đđược trùng hợp bằng phương pháp nhũ

tương lạnh (Cold NBR), loại cao su này đặc biệt có tính năng làm trục nén, có tính

năng định hình bằng phương pháp đùn và có tính lưu hóa tốt

35L

KNB 40H

Độ nhớt Mooney của nguyên liệu thô (ML 1+4,

Tính chất của hổn hợp (1)

Độ nhớt Mooney của hỗn hợp (ML 1+4, 100 oC) 66 113

Tính chất của tổ hợp lưu hóa

Mô đđun đàn hồi ở độ giãn 300 % (kgF/cm2) 141 170

ASTM # 1 sự thay đổi sau khi ngâm trong dầu

Modun đàn hồi ở độ giãn 300 % (kgF/cm2) 35 47

I.4 Chất ổn định nhiệt-CB-120:

- Công ty: PIN – CHIEF

- Địa chỉ: Số 27 – 22, Chia – Tou – Tso Tong Min Will, Hsin – Wu Hsiang Taoyuanr.o.c Đài Loan

I.4.1 Đặc tính:

- Tên thương mại: CB 120

- Họ: chất ổn định cho PVC

- Tên hóa học: chất ổn định phức hợp kim loại dạng lỏng (Cd – Ba - Zn) phức hữu cơ

I.4.2 Thành phần:

Sản phẩm này bao gồm những thành phần mà không vào nhãn độc hại

I.4.3 Đặc tính gây hại:

- Sản phẩm này là thành phần hữu cơ tự nhiên, có thể làm rát da nếu tiếp xúc lâu

- Mắt: nếu hóa chất này vào mắt thì phải rửa mắt dưới dòng nước chảy 10 phút, mở mí mắt để chắc chắn rằng mí mắt cũng đđược rữa Tất cả sự tổn thương về mắt đều phải gặp Bác sĩ

- Da: vứt bỏ quần áo bị dính bẩn, giặt với nhiều nước xà phòng Nếu không thể giặt bằng xà phòng thì giặt bằng dung môi Iso – Propanol sau khi giặt xà phòng

- Uống vào bụng: di chuyển bệnh nhân ra khỏi vùng hóa chất và đến nơi có không khí trong lành và nhờ sự trợ giúp y khoa

- Chữa lửa: có thể dùng bột chữa lửa, CO2, bột khô, nước Đám cháy rộng sử dụng FOAM Đám cháy nhỏ sử dụng CO2 hoặc bột khô

I.4.4 Tính chất vật lý và hóa học

- Dạng: chất lỏng sáng

- Điểm sôi, đđiểm chảy, đđiểm đông:

• Nhiệt độ sôi cao

• Tính chất ở nhiệt độ thấp không xác định

- Tỷ trọng: 1.035 – 1.045 ở 25oC

- Aùp suất hơi nhỏ hơn 1mm Hg

- Độ nhớt: 280 ± 10 Cps ở 25oC

- Tính hòa tan: không tan trong nước

- Điểm phát cháy: lớn hơn 100oC

- Nhiệt độ tự bốc cháy 300oC

- Giới hạn bay hơi: không xác định

I.4.5 Tính ổn định và hoạt tính:

- Phá hủy tác dụng nhiệt, sản phẩm này ổn định đối với quy trình PVC ở

200oC

- Sản phẩm phụ: có thể sinh ra CO, CO2, hoặc Oxide kim loại

I.5 Chất lưu hóa - DICUMYL PEROXIDE:

Evaporation Rate: Not Available

Solubility in H2O: Not Available

Viscosity: Not available

Solvent Solubility: Not available

Appearance: White to pale yellow crystals

Odor: Not Available

II Quy trình thí nghiệm:

II.1 Đơn pha chế:

- Đơn pha chế cho PVC:

PVC 100 DOP 40 CB-120(Cd-Ba-Zn) 2

- Đơn pha chế cho cao su:

• Khảo sát trên hệ lưu hóa lưu huỳnh với xúc tiến Ez(S-Ez)

NBR 100

S 2 ZnO 5

Xác định các tính chất

Tạo mẫuChọnchế đđộ gia côngChọn đơn pha chế

• Khảo sát trên hệ lưu hóa Dicumyl Peroxide

- Đơn pha chế đối với các dạng tổ hợp giữa NBR và PVC sau khi đã chọn

được đơn pha chế:

• Công thức chuẩn đối với PVC (DOP có hoặc không)

+ Không có chất hóa dẻo DOP

• Thay đổi hàm lượng NBR

+ Có chất hóa dẻo DOP

• Thay đổi hàm lượng NBR

II.2 Quy trình cán trộn:

II.2.1 Quy trình cán NBR để tạo mẫu nhằm xác định đơn pha chế và thời gian lưu hoá :

- Gia nhiệt máy cán đến 130oC

- Cán NBR trong 10 giây

- Sau đó cán trộn với DCP trong 110 giâycòn lại

- Tổng thời gian cán trộn NBR và DCP là 2 phút

OK

NO Gia nhiệt máy cán

II.2.2 Quy trình cán trộn NBR và PVC tạo tổ hợp (Blends):

- Gia nhiệt máy cán ở 1300 C

- Cán NBR trong 10 ÷ 30 giây sao cho toàn bộ NBR được cán đều tuỳ theo lượng NBR

- Cho hỗn hợp PVC vào trong vòng 65 giây

- Sau đó cho DCP vào trong vòng 110 giây

- Toàn bộ thời gian cán trộân là 3 phút

Xuất tấm

BTP chưa lưu hoá Cán NBR và hh PVC có DCP

II.3 Quy trình lưu hoá:

Lưu hoá ở 1600C Thời gian lưu hoá là T40,T50,T60,T70 ứng với các hàm lượng DCP/NBR đối với quá trình chọn đơn pha chế

Thời gian lưu hoá ở T50 đối với tổ hợp Blends(tức là sau khi chọn được công thức pha chế)

OK

NO

Chuẩn bị nguyên liệu

Gia nhiệt khuôn

Lưu hoá

Lấy mẫu

Sản phẩm Kiểm tra