Bài thuyết trình Cao su EPDM

Chia sẻ: To Thi Thien Trang | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

183
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật liệu polime ngày càng được chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế, do có nhiều ưu thế về tính năng cơ lí, kĩ thuật, giá thành phù hợp. Poime (cao su ) EPDM (etylen- propylen- dien đồng trùng hợp) có nhiều đặc tính vượt trội, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Mời các bạn tìm hiểu để biết được cấu tạo, tính chất và những lợi ích kinh tế mà vật liệu này mang lại.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài thuyết trình Cao su EPDM

CAO SU EPDM 1. Lí do chọn đề tài Vật liệu polime ngày càng được chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế, do có nhiều ưu thế về tính năng cơ lí, kĩ thuật, giá thành phù hợp. Poime (cao su ) EPDM (etylen propylen dien đồng trùng hợp) có nhiều đặc tính vượt trội,có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, việc tìm hiểu về polime này sẽ giúp việc sử dụng loại polime này đạt hiệu quả kinh tế cao hơn. 1.1. Cao su EPDM và EPM
Các dien hiện nay được sử dụng để sản xuất cao su EPDM là dicyclopentadien(DCPD), etyliden norbornen (ENB) , và vinyl norbornen (VNB) . Cao su EPDM có liên hệ chặt chẽ với EPR ( ethylene propylene rubber), EPDM là cao su có tỉ trọng tương đối thấp ( 0.87 g/cm3) . Cao su EPR có khoảng nhiệt độ 50oC đến + 120o/150oC ( 60oF đến +250o/300oF), phụ thuộc điều kiện lưu hóa. EPDM là một polymer được tạo ra bằng cách đồng trùng hợp etylen và propylen với một lượng nhỏ các dien không liên hợp. Các dien hiện đang được sử dụng trong sản xuất EPDM là DCPD( dicyclopentadien), ENB(ethylidene norbornene) và VNB (vinyl norbornene). ENB(ethylidene norbornene) Thành phần của EPDM: etylen chiếm khoảng 45 – 75% khối lượng. Các dien chiếm 2.5 – 12% khối lượng. Các loại EPDM có “tính no” còn dư trong các mạch nhánh và vì vậy có thể được lưu hóa bằng lưu huỳnh và các chất xúc tiến 1.1.1.Tính chất cơ bản  Là loại cao su có tỷ trọng thấp nhất trong tất cả các loại cao su( 0.86g/cm3).
 Có khả năng nhận hàm lượng chất độn cao hơn tất cả các loại cao su khác.  Có tính tương hợp tốt với dầu thủy lực kháng cháy , keton, nước nóng và lạnh, kiềm.  Không tương hợp với:  hầu hết dầu nhớt , xăng, kerosene.  hyrocacbon thơm và béo .  dung môi halogen hóa và axit đậm đặc.  Kháng nhiệt, ozon và thời tiết tốt.  độ kháng các chất phân cực và hơi nước cũng tốt  tính cách điện tốt. 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của cao su 1.2.1.Hàm lượng etylen: Hàm lượng Ethylene trong EPDM thường là 45% à 75% Khi hàm lượng ethylene tăng thì : Tăng khả năng hấp thụ nhiều chất độn và dầu Tăng cường lực trước lưu hóa nguội Tăng cường lực, modulus và khả năng đùn Tăng độ cứng ở nhiệt độ thấp
Giảm tính bám dính và tính dính trục cán Giảm tính mềm dẻo ở nhiệt độ thấp Giảm độ bền nén 1.2.2.Độ nhớt mooney: Độ nhớt Mooney là một tính chất thường được sử dụng để mô tả và giám sát chất lượng của cả cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp. Nó xác định khả năng kháng lại sự chảy của cao su ở một tốc độ xoắn tương đối thấp. Khi độ nhớt Mooney tăng thì: Tăng khả năng hấp thu độn và dầu Tăng cường lực trước khi lưu hóa nóng Tăng độ kháng biến hình Tăng modulus, độ bền nén, độ bền xé Tăng các tính năng động lực học Giảm nhiệt độ cán và mức tiêu hao năng lượng Giảm khả năng gia công  Khi hàm lượng ENB, MWD và Độ Phân Nhánh tăng thì: Tăng tốc độ lưu hóa, Modulus độ cứng và độ bền nén Tăng khả năng gia công và tính năng của sản phẩm Giảm an toàn khi tự lưu
1.2.3.Các thông số đặc trưng Độ nhớt Mooney: Tỷ lệ etylen và propylen Hàm lượng dien( ENB hoặc loại khác) Hàm lượng và loại dầu trong cao su 1.3. Lựa chọn cao su EPDM như thế nào?  Việc lựa chọn loại EPDM thích hợp được xác định bởi độ nhớt Mooney, hàm lượng etylen và hàm lượng monomer thứ ba của cao su.  Cao su EPDM có độ nhớt thấp sẽ được dùng cho hỗn hợp cao su có hàm lượng hóa dẻo thấp và ngược lại.  Loại cao su có hàm lượng etylen cao có nhiều tính năng như nhựa nhiệt dẻo và có thể cán luyện, đùn, cán tráng dễ dàng, nó có cường lực cao và do đó có thể đưa vào nhiều chất độn và hóa dẻo. Thêm vào đó, nó có độ cứng và giãn dài cao hơn.  Hàm lượng dien không liên hợp( monomer thứ ba: ENB hoặc loại khác) ảnh hưởng tới tốc độ lưu hóa( an toàn tự lưu và thời gian lưu hóa), cường lực và ứng suất biến dạng.  Trong công nghệ lưu hóa liên tục khi mà người ta sử dụng lưu huỳnh làm chất lưu hóa, thường các loại EPDM có hàm lượng không no cao được lựa chọn để đạt được tốc độ lưu hóa cao nhất và như thế có thể để tạo ra sản phẩm chất lượng cao và năng suất cao.
 Trong công nghệ không liên tục, các loại cao su với hàm lượng không no trung bình thường được sử dụng vì khi đó người ta có thể giảm thời gian lưu hóa bằng tăng nhiệt độ lưu hóa hay nhiệt độ gia công/tốc độ ép. 2. Cơ Chế Lưu Hóa EPDM. 2.1. Lưu Hóa Peroxide Kết mạng EPDM bằng peroxide được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng cần tính kháng lão hóa cao của cao su. Thành phần hệ kết mạng peroxide nhìn chung tương đối đơn giản, gồm cao su EPDM, chất độn than đen, kẽm oxyt, peroxide và chất hỗ trợ kết mạng. So với EPDM được kết mạng bằng lưu huỳnh, các tính chất cơ lý của EPDM được kết mạng bằng peroxide đều thấp hơn, như môđun đàn hồi, độ bền kéo, độ giãn dài tại điểm gãy và độ cứng. Tuy nhiên, EPDM kết mạng peroxide lại có tính kháng lão hóa rất tốt thường tốt hơn nhiều so với lưu hóa bằng lưu huỳnh, sau khi lão hóa nhiệt ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, các tính chất cơ lý của cao su hầu như thay đổi không đáng kể. Không hồi lưu (sự phá hủy liên kết ngang nếu quá lưu). ở nhiệt độ thấp EPDM lưu hóa bằng peroxide có tính linh hoạt và tính cách điện nổi bật. EPDM lưu hóa bằng peroxide sử dụng trong đệm cửa kính băng tải mái nhà tấm, võ bộc cách điện Sau lão hóa, EPDM kết mạng lưu huỳnh có độ cứng, môđun đàn hồi tăng rõ rệt, độ bền kéo và độ giãn dài tại điểm gãy giảm. Ngoài ra, EPDM kết mạng
peroxide có biến dạng dư sau khi nén thấp hơn (giá trị biến dạng dư khoảng 20%). 2.1.1.Cơ chế lưu hóa bằng peroxide Cơ chế khâu mạch bằng peroxide thì ít phức tạp hơn cơ chế lưu hóa. Liên kết ngang được hình thành bởi sự phân hủy nhiệt của một peroxide, cái là toàn bộ bước xác định tỉ lệ khâu mạng. Kế tiếp các gốc tự do được hình thành lấy đi các nguyên tử H của mạch EDPM để tạo thành các gốc tự do macro. Những nguyên tử H ở vị trí allyl của monomer hợp thành thứ 3 phần nào đó có phản ứng nội tạo ra sự mất H dễ dàng hơn là việc mất H trên mạch hữu cơ EPM. Tuy nhiên, sự mất H rất có khả năng xảy ra từ sườn EPM do đó lượng dư pha hữu cơ quá lớn chống lại những nguyên tử H vị trí allyl trên mạch EPDM.
Cuối cùng, mạng lưới đàn hồi trong EPM được hình thành bằng sự liên kết của 2 gốc tự do macro và mật độ liên kết ngang được xác định bởi lượng peroxide thêm vào. Theo lý thuyết mật độ liên kết ngang bằng với liều lượng peroxide nhưng trong thực tế thì nhỏ hơn do các phản ứng phụ tạo ra các phần trơ. Có trường hợp các liên kết ngang cũng được hình thành bằng con đường thêm một gốc tự do EPM macro vào monomer thừa bất bão hòa thứ 3. Kết quả là gốc tự do macro chắc chắn là không phát triển mạch với các monomer thứ 3 vì những nguyên nhân chướng ngại lập thể, nhưng có tắt mạch bằng con đường chuyển vị H Gần đây, tổng mật độ liên kết ngang trong khâu mạng EPDM được xác định bằng độ cảm của monomer thứ 3 đến gốc tự do macro thêm vào và thể tích monomer thứ 3. Khi một gốc tự do hữu cơ EPM tấn công alkyl thay thế bất bão hòa của của monomer EPDM thứ 3, không có các hiệu ứng phân cực và phản ứng hoàn toàn được xác định từ các chướng ngại lập thể từ các nhóm thay thế α và β kế cận sự bất bão hòa. Do đó, VNB với một mono thay thế bất bão hòa cuối thì dễ phản ứng hơn đối với khâu mạch peroxide 5 – methylidene – 2 – norbornene (NMB) v ới m ột α, α, mono không thay thế bất bão hòa cuối, và cả ENB lẫn DCPD với sự bất bão hòa nội cũng không dễ dàng phản ứng hơn. Vì thế, số lượng liên kết ngang trong khâu mạch EDPM bằng peroxide có thể lớn hơn đáng kể lượng peroxide. Mật độ liên kết ngang cuối cùng của khâu mạch EDPM bằng peroxide là tổng của các mật độ liên kết ngang từ sự liên kết các gốc tự do macro và các phản ứng thêm vào. Lưu ý rằng trong suốt quá trình khâu mạch EDPM bằng peroxide thì sự bất bão hòa bị phá hủy ngược lại với sự lưu hóa EDPM Kết mạng EPDM bằng peroxide được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng cần tính kháng lão hóa cao của cao su. Thành phần hệ kết mạng peroxide nhìn chung tương đối đơn giản, gồm cao su EPDM, chất độn than đen, kẽm oxyt, peroxide và chất hỗ trợ kết mạng. So với EPDM được kết mạng bằng lưu huỳnh, các tính chất cơ lý của EPDM được kết mạng bằng peroxide đều thấp hơn, như môđun đàn hồi, độ bền kéo, độ
giãn dài tại điểm gãy và độ cứng. Tuy nhiên, EPDM kết mạng peroxide lại có tính kháng lão hóa rất tốt, sau khi lão hóa nhiệt ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, các tính chất cơ lý của cao su hầu như thay đổi không đáng kể. Trong khi sau lão hóa, EPDM kết mạng lưu huỳnh có độ cứng, môđun đàn hồi tăng rõ rệt, độ bền kéo và độ giãn dài tại điểm gãy giảm. Ngoài ra, EPDM kết mạng peroxide có biến dạng dư sau khi nén thấp hơn (giá trị biến dạng dư khoảng 20%). Tính kháng lão hóa, tính kháng ozone và thời tiết rất tốt; tính kháng nhiệt và hóa chất tốt; tính uốn dẻo ở nhiệt độ thấp và tính cách điện tốt làm cho cao su EPDM được ưa dùng hơn cho những ứng dụng tiếp xúc nhiệt, ánh sáng mặt trời, điều kiện thời tiết kéo dài. Chúng được ứng dụng làm đệm làm kín cửa sổ, ống trong ô tô, ống dẫn hơi nước, băng chuyền, tấm phủ mái, lớp lót bồn bể, bao phủ trục, khuôn và vỏ bọc cách điện. 2.2. Lưu hóa lưu huỳnh Hệ lưu hoá bằng lưu huỳnh của EPDM và nhựa nhiệt dẻo thường hiện diện của chất kích hoạt lưu hóa ZnO và Stearic acid và chất xúc tiến MBT, TMTD, ZDMC Vì trong mạch phân tử EPDM có nối đôi của monomer mang nối đôi đưa vào làm tác nhân lưu hóa bằng lưu huỳnh nên có cơ chế tương tự như lưu hóa polydien với lưu huỳnh nhưng phải dùng xúc tiến nhiều hơn. 2.2.1.Cơ chế lưu hóa bằng S Trước tiên với sự có mặt của S và nhiệt 1 nguyên tử hidro của carbon α methylene tự tách ra tạo thành một gốc tự do và mộtgốc sulfuhydryl:
Hai gốc này tiếp đó có thể phản ứng theo nhiều cách khác nhau.Gốc hydrocarbon hợp với lưu huỳnh tạo thành một gốc sulfur:
Thay thế nguyên tử H của allylic không bền bằng cầu lưu huỳnh, các ENB cồng kềnh bất bão hòa không được triệt tiêu, nhưng kích hoạt các vị trí allyl Lượng dư chất xúc tiến được gắn vào các vị trí allyl qua cầu lưu huỳnh, sau đó liên kết ngang lưu huỳnh được hình thành. Thay thế lưu huỳnh của ENB xảy ra tại C3 exo, C3 endo và C9, không ở tại đầu cầu C1. Ở nhiệt độ cao desulphur xảy ra, dẫn đến cầu lưu huỳnh ngắn hơn và thình thành một cấu trúc giống như thiophene Sản phẩm phụ xảy ra như đồng phân cis trans. Sự hình thành của carbonyls tại C5 và / hoặc C8 của ENBEPDM do quá trình oxy hóa đã được chứng minh có liên quan đến chất xúc tiến lưu hóa của EPDM
Hệ lưu hóa dùng cho EPDM thường dựa trên chất xúc tiếnthiazoles với dithiocabarmate và thiurams. Bởi vì mức độ bất bão hòa của EPDM thấp hơn so với các loại cao su khác nên một hàm lượng chất xúc tiến cao (210phr) bao gồm nhiều loại chất xúc tiếnkhác nhau thường được sử dụng để đạt được hiệu quả lưu hóa nhanh và modul lớn. Chính vì khả năng hòa tan thấp của thiuramvà dithiocacbarmate nên cần cho nhiều loại chất xúc tiến khác với hàm lượng nhỏ (
Hoặc loại CH2O trong môi trường H+ tạo Novolac Khi có mặt acid tạo Cacbocation tấn công vào EPDM tại vị trí nố đôi theo 2 hướng tạo 2 sản phẩm khác nhau: 2.3.1.1 Tác kích theo Hướng 1: Khử H tạo nối đôi ngay cầu Tác dụng với thêm 1 chất EPDM khác tạo thành cầu nối giữa 2 EPDM Ngay từ giai đoạn khử H tạo nối đôi hoặc trước khi tạo nối đôi ta cũng tạo được sản phẩm là liên kết ngang lưu hoá bằng Resol 2.3.1.2 Hướng 2: Khi có mặt H+ , EPDM bị biến đổi trước khi tác dụng với cacbocation
3. Quy Trình Sản Xuất. Quy trình sản xuất: EPDM có thể đượcsản xuất trong công nghiệp bằng 3 quá trình chính là dung dịch, huyền phù đặc và pha khí. Quá trình huyền phù để polymehóa EPDM là quá trình polymer hóa khối cải tiến với monomer và hệ xúc tác được bơm vào bồn phản ứng có chứa propylen. Phản ứng polymer hóa xảy ra và polyme tạo thành không tan trong propylen. Quá trình polymer hóa dung dịch là phương pháp được sử dụng phổ biến để sản xuất nhiều loại polymer khác nhau. Trong quá trình này, phản ứng polymer hóa etylen, propylene và hệ xúc tác xảy ra trong lượng dư dung môi hidrocacbon. Sau phản ứng dung môi và monomer chưa phản ứng được tách bằng cách hóa hơi một phần bằng cơ học hoặc bằng nước nóng hoặc bằng hơi nước để lại chỉ còn EPDM. Polyme dạng mảnh nhỏ được sấy tiếp bằng máy ép cơ học, lò sấy hoặc ép loại nước qua lưới lọc. Từ đây mảnh nhỏ được định dạng thành bành hoặc đùn thành hạt. Polyme hóa pha khí được phát triển để sản xuất EPR. Bồn phản ứng là tầng hóa lỏng thẳng đứng có nạp monome, chất xúc tác và nitơ ở pha khí và lấy ra sản phẩm ra ở pha rắn. Lượng nhiệt lớn từ phản ứng được tách bằng cách dùng khí tuần hoàn cũng như đóng vai trò hóa lỏng tầng polyme. Trong polymer hóa không khí không cần dùng dung môi nên không cần tách dung môi, rửa và sấy. Tuy nhiên có thể bơm liên tục lượng đáng kể than đen. Phụgianàyđóngvaitròphântánlàmchohạt (granule) polymer không dịch với nhau và không dính vào vách bồn.
4. Ứng Dụng Tính chất của EPDM cho phép nó được sử dụng rộng rãi, rất linh hoạt, cao su tổng hợp trong cả hai đặc sản và các ứng dụng mục đích chung. Từ EPDM có thể được xử lý để đáp ứng một số yêu cầu khác nhau, nó đã được thông qua bởi nhiều ngành công nghiệp cho một số ứng dụng bao gồm: 4.1. Công nghiệp xe hơi  Gioăng & profile làm kín cho cửa, cửa sổ  Ống các loại(ống thoát, ống chịu nhiệt, ống chân không, vv...)  Chi tiêt giảm chấn  Weatherstripping ô tô  Con dấu ô tô  Hệ thống làm mát ô tô
4.2. Trong ngành nhựa Làm cản xe hơi, TPO, TPE, TPV 4.3. Cao ốc và xây dựng Tấm lợp mái nhà & profile nhà cao tầng, cửa sổ và đệm cầu, tấm trải khu vui chơi, 4.4. Chi tiết kỹ thuật gioăng máy giặt, bình nước uống, và lớp lót bồn chứa, trục, ống, băng tải, đệm xốp
4.5. Công nghiệp điện Cáp điện và các đầu nối….vv
5. Một số ví dụ về ứng dụng của EPDM 5.1. Blend của cao su thiên nhiên và cao su EPDM Hỗn hợp cao su thiên nhiên (NR) và copolymer ethylenepropylenediene (EPDM) được phát triển với mục đích kết hợp tính chất vật lý rất tốt của NR với tính kháng ozone, ánh sáng mặt trời của EPDM. Ứng dụng chủ yếu của hỗn hợp này là sườn lốp xe, lớp bọc cách điện dây cáp. Ngoài ra, hỗn hợp của NR với EPDM còn đạt hiệu quả về chi phí do giảm được một lượng đáng kể EPDM đắt tiền sử dụng nhưng vẫn kháng tốt với ánh sáng, ozone. Dĩ nhiên, thuận lợi về kinh tế là lớn nhất ở các quốc gia sản xuất cao su thiên nhiên do việc thay thế một phần cao su tổng hợp nhập khẩu bằng nguồn cao su thiên nhiên giúp phát triển kinh tế, việc làm ở địa phương. Trong khi tính kháng ozone của hỗn hợp NR/EPDM đạt được tương đối dễ dàng khi pha EPDM được dùng nhiều hơn và tạo thành pha liên tục, tính chất vật lý chung của hỗn hợp NR/EPDM nhìn chung kém hơn so với NR hoặc EPDM. Nguyên nhân chính là do sự chênh lệch giữa khả năng phản ứng hóa học của NR và EPDM. NR không bão hòa cao nên rất nhạy với sự tấn công bởi ozone và là polymer có khả năng phản ứng tốt với hệ kết mạng, ngược lại EPDM có mức không bão hòa rất thấp (ít hơn 3% mole) nên vận tốc kết mạng chậm hơn trong cùng một điều kiện. Điều này dẫn tới mật độ kết mạng trong hai pha khác biệt đáng kể. Ngoài ra, sự hòa tan của một số chất kết mạng trong EPDM thấp hơn so với NR làm giảm thêm khuynh hướng hình thành liên kết mạng trong pha EPDM.
5.2. EPDM làm gioăng bít kín cửa cho máy giặt Gioăng cửa của máy giặt loại cửa trước giữa cửa kính và ống trước lồng máy giặt Chịu mức độ rung động đáng kể do lồng giặt chứa quần áo quay tốc độ cao trong giai đoạn làm khô Bền với lão hóa gây ra bởi ảnh hưởng của khí quyển và các thành phần của bột giặt Độ bền xé và bền nén tốt để thực hiện chức năng làm kín của mình Độ chảy tốt khi gia công bằng phương pháp ép và nó thường có màu sáng Hỗn hợp cao su được thiết kế như sau: +cao su EPDM có trọng lượng phân tử cao và đã có sẵn 100 phần trọng lượng dầu trong thành phần (buna EPG 3569). + Trọng lượng phân tử cao của cao su cùng với silica tăng cường lực (Vulkasyl S) và silane giúp đảm bảo độ bền xé và độ bền nén cao. +EPDM có khả năng chịu lão hóa và bền với các hóa chất mạnh của bột giặt. +Độ bền lão hóa được tăng cường bằng việc đưa vào thêm cao su hỗn hợp phòng lão có tính hiệp lực Rhenofit DDA 70 và Vulkanox ZMB2. +Hệ lưu hóa sử dụng chất xúc tiến không gây ung thư mà tạo tốc độ lưu hóa nhanh +Hàm lượng lưu huỳnh thấp và các chất mang lưu huỳnh không gây nguy cơ ung thư mà tạo ra độ bền nén tốt nhất
Công thức giới thiệu (theo phần trong lượng) + Buna EPG 3569 200 TiO2 (loại Rutile) 10 +Vulkasil 20 Sillitin Z 86 100 +Mercaptosilane 1 Parffinic oil 10 +Rhenofit DDA 70 1 Vulkanox ZMB2 0.5 +Zinkoxyd Aktiv 5 Stearic acid 1 +Rhenocure S/G 2.5 Sulfur 1 5.3. Hạt cao su EPDM màu Hạt cao su EPDM màu đàn hồi và dẻo dai, được sử dụng làm bề mặt sân chơi, đường chạy, sân thể thao nhằm : +kháng trược kháng mòn +giảm sóc giảm chấn thương +kháng thời tiết, UV, bền theo thời gian - Kích Hạt sao su EPDM hiện nay trên thị trường: + màu sắc khá đa dạng + Kích thước hạt nhỏ phân bố đồng đều + Độ cứng shore A trong khoảng rộng + Có sẵn công thức kháng cháy nếu có yêu cầu.