Khoá luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu ảnh hưởng của than đen và ống nano cacbon tới tính chất của cao su blend NBR/PVC

Chia sẻ: Minh Nhân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:57

Thêm vào BST

Báo xấu

44
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khóa luận tập trung đánh giá khả năng phối hợp gia cường giữa ống nano cacbon và than đen cho vật liệu cao su blend NBR/PVC; định hướng ứng dụng của vật liệu trên trong chế tạo các sản phẩm cao su kĩ thuật.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khoá luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu ảnh hưởng của than đen và ống nano cacbon tới tính chất của cao su blend NBR/PVC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HOÁ HỌC ---------- ĐỖ THỊ MINH DUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THAN ĐEN VÀ ỐNG NANO CACBON TỚI TÍNH CHẤT CỦA CAO SU BLEND NBR/PVC KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hoá học công nghệ - môi trường Người hướng dẫn khoa học TS. LƯƠNG NHƯ HẢI HÀ NỘI - 2017
LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc của mình tới TS Lương Như Hải - Trung tâm Phát triển công nghệ cao - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện khóa luận. Em xin gửi cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã quan tâm giúp đỡ, trang bị cho em những kiến thức chuyên môn cần thiết trong quá trình học tập tại trường. Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ cho em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2017 Sinh viên Đỗ Thị Minh Dung
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT APTS 3-amino propyltrietoxi silan CB Than đen CNT Ống nano cacbon CSTN Cao su thiên nhiên DDA dodexylamin EPDM Etylen propylen dien monome FESEM Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ HNBR Cao su nitril hydro hóa MWCNT Multiwall carbon nanotube (ống cacbon đa tường) NBR Cao su nitril butadien pkl Phần khối lượng PVC Polyvinyl clorua PVC.E PVC emulsion PVC.S PVC suspension TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua SWCNT Singlewall carbon nanotube (ống cacbon đơn tường) TGA Phân tích nhiệt trọng lượng XRD Phân tích nhiễu xạ tia X
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Mối quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng .............................. 4 Bảng 2.1: Thành phần đơn cơ bản ...................................................................... 28 Bảng 3.1: Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu trên cao su blend NBR/PVC ........................................................................................................................ 41
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit .............. 6 Hình 1.2: Biểu đồ phân loại chất độn ................................................................. 15 Hình 1.3: Cơ chế cuộn tấm hình thành CNT từ graphen .................................... 17 Hình 1.4: Hình mô phỏng của ống nano cacbon đơn tường (a) và đa tường (b) ......................................................................................................... 18 Hình 1.5: Các ứng dụng của ống nano cacbon .................................................. 20 Hình 1.6: Ảnh hưởng của hàm lượng CNT tới hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ...... 22 Hình 1.7: Ảnh TEM của mẫu vật liệu CSTN chứa CNT (a) và C18-CNT (b) .. 23 Hình 1.8: Độ dẫn điện của mẫu CSTN/CNT và CSTN/CNT biến tính.............. 23 Hình 2.1: Mẫu vật liệu đo tính chất kéo của vật liệu .......................................... 29 Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng than đen đến độ dãn dài khi đứt và độ bền kéo đứt của vật liệu....................................................................................... 32 Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng than đen đến độ cứng và độ mài mòn của vật liệu .......................................................................................................... 33 Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng CNT đến độ dài kéo đứt của vật liệu ...... 35 Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng CNT đến độ dãn dài khi kéo đứt của vật liệu........................................................................................................................... 35 Hình 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng CNT đến độ cứng của vật liệu ................ 36 Hình 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng CNT đến độ mài mòn của vật liệu .......... 36 Hình 3.7: Ảnh FESEM bề mặt gãy mẫu vật liệu NBR/PVC/25CB ................... 37 Hình 3.8: Ảnh FESEM bề mặt gãy mẫu vật liệu NBR/PVC/40CB ................... 38 Hình 3.9: Ảnh FESEM bề mặt gãy mẫu vật liệu NBR/PVC/50CB ................... 38 Hình 3.10: Ảnh FESEM bề mặt gãy mẫu vật liệu NBR/PVC/39CB/1CNT ...... 39 Hình 3.11: Giản đồ TGA mẫu vật liệu NBR/PVC ............................................. 40 Hình 3.12: Giản đồ TGA mẫu vật liệu NBR/PVC/40CB ................................... 40 Hình 3.13: Giản đồ TGA mẫu vật liệu NBR/PVC/39CB/1CNT ....................... 41
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................. 3 1.1. Giới thiệu về vật liệu polyme nanocompozit và cao su nanocompozit .. 3 1.1.1. Phân loại và đặc điểm của vật liệu cao su nanocompozit ............... 4 1.1.2. Ưu điểm của vật liệu polyme nanocompozit và cao su nanocompozit.............................................................................................. 5 1.1.3. Phương pháp chế tạo ....................................................................... 5 1.2. Polyme blend .......................................................................................... 7 1.2.1. Khái niệm ......................................................................................... 7 1.2.2. Phân loại .......................................................................................... 7 1.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu polyme blend.. 8 1.3. Cao su nitril butadien, nhựa PVC và phụ gia nano ................................ 8 1.3.1. Cao su nitril butadien (NBR) .......................................................... 8 1.3.2. Nhựa PVC....................................................................................... 10 1.3.3. Phụ gia nano .................................................................................. 14 1.4. Tình hình nghiên cứu vật liệu cao su/CNT nanocompozit trong và ngoài nước ..................................................................................................... 20 Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................... 27 2.1. Thiết bị và hóa chất sử dụng trong nghiên cứu .................................... 27 2.1.1. Thiết bị............................................................................................ 27 2.1.2. Hóa chất, vật liệu ........................................................................... 27 2.2. Phương pháp chế tạo............................................................................. 28 2.3. Phương pháp xác định một số tính chất cơ học của vật liệu ................ 28 2.3.1. Phương pháp xác định độ bền kéo đứt........................................... 28 2.3.2. Phương pháp xác định độ dãn dài khi đứt ..................................... 29 2.3.3. Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu.................................. 30
2.3.4. Phương pháp xác định độ mài mòn ............................................... 30 2.4. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu bằ ng kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ ...................................................................................... 30 2.5. Nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng................................................................................................... 31 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 32 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất độn gia cường tới tính chât cơ học của vật liệu.......................................................................................................... 32 3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng than đen tới tính chất cơ học của vật liệu ............................................................................................................ 32 3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng CNT phối hợp thay thế CB tới tính chất cơ học của vật liệu.................................................................................... 34 3.1.3. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu .................................... 37 3.2. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu..........................................................................................................................39 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 44
MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học và công nghệ nano là một lĩnh vực đang nổi lên trong việc nghiên cứu và phát triển vật liệu mới. Đây là một lĩnh vực rộng và khá mới mẻ đối với thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Với nhiều tính chất ưu việt, vật liệu polyme nanocompozit đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Vật liệu này kết hợp được cả ưu điểm của vật liệu vô cơ (như tính chất cứng, bền nhiệt,…) và ưu điểm của polyme hữu cơ (như tính linh động, mềm dẻo, và khả năng dễ gia công…). Hơn nữa chúng còn có những tính chất đặc biệt do hiệu ứng nano của chất độn gia cường nano mang lại. Vật liệu cao su nanocompozit gồm có pha nền là cao su hoặc cao su blend và các chất độn gia cường nano. Cao su nitril butadien (NBR) có khả năng bền với môi trường dầu mỡ, trong khi đó PVC có tính chất cơ học tốt và bền thời tiết. Do vậy, vật liệu cao su blend NBR/PVC vừa có tính chất cơ học tốt của PVC vừa có khả năng bền dầu mỡ của cao su NBR. Để tăng khả năng ứng dụng cho vật liệu cao su cũng như cao su blend, các vật liệu này thường được gia cường bằng một số chất độn gia cường như than đen, silica, clay,... Khả năng gia cường của chất độn cho cao su phụ thuộc vào kích thước hạt, hình dạng, sự phân tán và khả năng tương tác với cao su. Các chất độn nano có kích thước từ 1-100 nm, có thể cải thiện đáng kể tính chất cơ học của các sản phẩm cao su. Với diện tích bề mặt lớn, các hạt nano sẽ tương tác tốt với các đại phân tử cao su, dẫn đến nâng cao hiệu quả gia cường. Do vậy, các hạt nano rất quan trọng để gia cường cho vật liệu cao su. Than đen là chất độn gia cường chủ yếu được dùng trong công nghệ gia công cao su. Sự có mặt của than đen trong hợp phần cao su với hàm lượng cần thiết làm tăng các tính chất cơ lý của cao su như độ bền kéo đứt, xé rách, bền mài mòn, độ cứng, modul đàn hồi của vật liệu. Ống nano cacbon (CNT) là một trong những loại nano phổ biến nhất đã được nhiều nhà nghiên cứu trên khắp thế giới quan tâm. 1
CNT có tiềm năng rất lớn để được sử dụng làm chất gia cường trong compozit vì những đặc tính độc đáo của chúng như độ bền cơ học cao, tỷ lệ kích thước lớn, dẫn điện và dẫn nhiệt. Chính vì vậy, việc “Nghiên cứu ảnh hưởng của than đen và ống nano cacbon tới tính chất của cao su blend NBR/PVC” nhằm nâng cao tính chất cơ học và độ bền nhiệt của vật liệu. * MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Đánh giá khả năng phối hợp gia cường giữa ống nano cacbon và than đen cho vật liệu cao su blend NBR/PVC. - Định hướng ứng dụng của vật liệu trên trong chế tạo các sản phẩm cao su kĩ thuật. * NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng than đen tới tính chất cơ học của vật liệu. - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng ống nano cacbon thay thế than đen tới tính chất cơ học của vật liệu. - Nghiên cứu cấu trúc hình thái cấu trúc của vật liệu. - Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu 2
Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về vật liệu polyme nanocompozit và cao su nanocompozit Cũng giống như vật liệu polyme compozit, vật liệu polyme nanocompozit cũng là loại vật liệu gồm pha nền (polyme) và pha gia cường ở các dạng khác nhau. Tuy nhiên, điều khác biệt ở đây là pha gia cường có kích thước cỡ nanomet (dưới 100 nm). Như vậy có thể hiểu, vật liệu polyme nanocompozit là vật liệu có nền là polyme, copolyme hoặc polyme blend và cốt là các hạt hay sợi khoáng thiên nhiên hoặc tổng hợp có ít nhất một trong 3 chiều có kích thước trong khoảng 1-100 nm (kích cỡ nanomet). Do vậy, vật liệu cao su nanocompozit là một trường hợp riêng của polyme nanocompozit với nền là cao su hoặc cao su blend. Vì vậy, cao su nanocompozit có tất cả các đặc tính chung của polyme nanocompozit [7,8]. Vật liệu polyme nanocompozit kết hợp được cả ưu điểm của vật liệu vô cơ (như tính chất cứng, bền nhiệt,…) và ưu điểm của polyme hữu cơ (như tính linh động, mềm dẻo, và khả năng dễ gia công…). Một đặc tính riêng biệt của vật liệu polyme nanocompozit đó là kích thước nhỏ của chất độn dẫn tới sự gia tăng mạnh mẽ diện tích bề mặt chung so với các compozit truyền thống (bảng 1) [7]. Vật liệu nền sử dụng trong chế tạo polyme nanocompozit rất đa dạng, phong phú bao gồm cả nhựa nhiệt dẻo như nhựa polyetylen (PE), nhựa polypropylen (PP),… và nhựa nhiệt rắn như polyeste, các loại cao su,... Khoáng thiên nhiên: chủ yếu là đất sét – vốn là các hạt silica có cấu tạo dạng lớp như montmorillonit, vermicullit, bentonit kiềm tính cũng như các hạt graphit,… Các chất gia cường nhân tạo: các tinh thể như silica, CdS, PbS, CaCO3,… hay ống cacbon nano, sợi cacbon nano,… 3
Bảng 1.1: Mối quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng Đường kính hạt Bề mặt riêng [cm2/g] 1 cm 3 1 mm 3.10 100 µm 3.102 10 µm 3.103 1 µm 3.104 100 nm 3.105 10 nm 3.106 1 nm 3.107 1.1.1. Phân loại và đặc điểm của vật liệu cao su nanocompozit 1.1.1.1. Phân loại Polyme nanocompozit nói chung hay cao su nanocompozit nói riêng được phân loại dựa vào số chiều có kích thước nanomet của vật liệu gia cường :[22] - Loại 1: Là loại hạt có cả ba chiều có kích thước nanomet, chúng là các hạt nano (SiO2, CaCO3,…). - Loại 2: Là loại hạt có hai chiều có kích thước nanomet, chiều thứ ba có kích thước lớn hơn, thường là ống nano hoặc sợi nano (thường là ống, sợi nano carbon). - Loại 3: Là loại chỉ có một chiều có kích thước cỡ nanomet. Nó ở dạng phiến, bản với chiều dày có kích thước cỡ nanomet còn chiều dài và chiều rộng có kích thước từ hàng trăm đến hàng ngàn nanomet. Vật liệu dạng này thường có nguồn gốc là các loại khoáng sét, graphen,… 1.1.1.2. Đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit - Với pha phân tán là các chất độn có kích thước nano nên chúng phân tán rất tốt vào trong polyme, tạo ra các liên kết ở mức độ phân tử giữa các pha 4
với nhau. Các phần tử chất độn nano phân tán tốt vào pha nền, dưới tác dụng của lực bên ngoài tác động vào nền sẽ chịu toàn bộ tải trọng, các phần tử nhỏ mịn phân tán đóng vai trò hãm lệch, làm tăng độ bền của vật liệu đồng thời làm cho vật liệu cũng ổn định ở nhiệt độ cao.[6] - Do kích thước nhỏ ở mức độ phân tử nên khi kết hợp với các pha nền có thể tạo ra các liên kết vật lý nhưng có độ bền tương đương với liên kết hóa học, vì thế cho phép tạo ra các vật liệu có nhiều tính chất mới, ví dụ như tạo các polyme dẫn có rất nhiều ứng dụng trong thực tế. - Vật liệu gia cường có kích thước rất nhỏ nên có thể phân tán trong pha nền tạo ra cấu trúc rất đặc, do đó có khả năng bền nhiệt, bền môi trường của vật liệu được cải thiện.. 1.1.2. Ưu điểm của vật liệu polyme nanocompozit và cao su nanocompozit So với vật liệu polyme compozit truyền thống, vật liệu polyme nanocompozit có những ưu điểm chính như sau:[5] - Vật liệu nano gia cường hiệu quả hơn bởi vì kích cỡ của nó nhỏ hơn dẫn tới sự cải thiện đáng kể tính chất của nền (chỉ với một lượng nhỏ vật liệu gia cường) điều này làm cho vật liệu polyme nanocompozit nhẹ hơn, dễ gia công hơn. - Sự chuyển ứng suất từ nền sang chất độn hiệu quả hơn là do diện tích bề mặt lớn và khả năng tương tác tốt giữa các pha. 1.1.3. Phương pháp chế tạo Polyme nanocompozit hay cao su nanocompozit có thể được chế tạo theo một số phương pháp tùy theo cách thức kết hợp giữa hai pha vô cơ và hữu cơ. Cho tới nay, người ta đưa ra 3 phương pháp chính để chế tạo polyme nanocompozit, tuỳ theo nguyên liệu ban đầu và kỹ thuật gia công: phương pháp trộn hợp (nóng chảy hoặc dung dịch,…), phương pháp sol-gel và phương pháp trùng hợp in-situ. [2,7,8,21] 5
1.1.3.1. Phương pháp trộn hợp Phương pháp này chỉ đơn giản là phối trộn các vật liệu gia cường nano vào trong nền polyme. Quá trình phối trộn có thể thực hiện trong dung dịch hoặc ở trạng thái nóng chảy. Khó khăn lớn nhất trong quá trình trộn hợp là phân tán các phần tử nano vào trong nền polyme sao cho hiệu quả. 1.1.3.2. Phương pháp sol – gel Phương pháp sol-gel dựa trên quá trình thủy phân và trùng ngưng các phân tử alcoxide kim loại có công thức M(OR)4, dẫn đến việc hình thành polyme có mạng liên kết M-O-M, ví dụ như Si-O-Si. Phương pháp sol-gel cho phép đưa phân tử hữu cơ R’ có dạng R’n M(OR)4-n vào trong mạnh vô cơ để tạo ra vật liệu hữu cơ-vô cơ lai tạo có kích thước nano. Có hai loại nanocompozit lai tạo được chế tạo bằng phương pháp sol- gel. Sự phân chia chúng dựa vào bản chất của bề mặt ranh giới giữa thành phần hữu cơ và vô cơ. 1.1.3.3. Trùng hợp in-situ Phương pháp này có ưu điểm dễ chế tạo, nhanh và tính chất sản phẩm tốt. Quá trình trùng hợp in-situ trải qua ba bước: đầu tiên các phụ gia nano được xử lý bởi chất biến tính bề mặt thích hợp và sau đó được phân tán vào monome rồi tiến hành trùng hợp trong dung dịch hoặc trong khối để tạo polyme nanocompozit.Sơ đồ nguyên lý chung chế tạo vật liệu polyme nanocompozit. Hạt nano Trùng hợp in-situ Monome Trộn thông Sol - gel thường Polyme nanocompozit Polyme Tiền chất nano Sol - gel Hình 1.1: Nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit 6
Những nội dung trên đã được tác giả Đỗ Quang Kháng tập hợp và trình bày khá đầy đủ trong tài liệu [5]. 1.2. Polyme blend 1.2.1. Khái niệm - Vật liệu polyme blend được cấu thành từ hai hay nhiều polyme nhiệt dẻo hay polyme nhiệt với cao su để làm tăng độ bền của vật liệu. Mục đích của việc nghiên cứu chế tạo ra vật liệu polyme blend là tạo ra vật liệu mới có tính chất đặc biệt , giảm nhẹ điều kiện gia công polyme, giảm giá thành sản phẩm [3,6]. * Những yếu tố quyết định đặc tính của vật liệu polyme blend [9,22]: - Cấu trúc hình thái ( thể hiện cấu trúc trên phân tử của vật liệu) - Tính tương hợp (liên quan đến sự tạo thành pha tổ hợp ổn định và đồng thể từ hai hay nhiều loại polyme thành phần). - Khả năng trộn hợp (liên quan đến khả năng trộn hợp polyme thành phần trong những diều kiện nhất định tạo thành những tổ hợp đồng thể hoặc dị thể). Trong đó, tính tương hợp của của các cấu tử thành phần có vai trò quan trọng trong việc quyết định tính chất của polyme blend. 1.2.2. Phân loại Polyme blend có thể chia làm 3 loại theo sự tương hợp của các polyme thành phần [3,48]: - Polyme blend trộn lẫn và tương hợp hoàn toàn: có entanpi nhỏ hơn không do có các tương tác đặc biệt và sự đồng nhất được quan sát ở mức độ phân tử. Đặc trưng của hệ này là chỉ có một giá trị nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) nằm ở khoảng giữa Tg của hai pha thành phần. - Polyme blend trộn lẫn và tương hợp một phần: một phần polyme này tan trong polyme kia, ranh giới phân chia pha không rõ ràng. Cả hai pha polyme (một pha giàu polyme 1, một pha giàu polyme 2) là đồng thể và có 7
hai giá trị Tg. Cả hai giá trị Tg chuyển dịch từ giá trị Tg của polyme thành phần ban đầu về phía polyme kia. - Polyme blend không trộn lẫn và không tương hợp: hình thái pha rất thô, không mịn, ranh giới phân chia pha rõ ràng, bám dính bề mặt hai pha rất tồi, có hai giá trị Tg riêng biệt ứng với giá trị Tg của polyme ban đầu. 1.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu polyme blend Tính chất của vật liệu polyme blend được quyết định bởi sự tương hợp của các polyme trong tổ hợp. Từ những kết quả nghiên cứu người ta chỉ ra rằng sự tương hợp của các polyme phụ thuộc vào các yếu tố sau [6]:  Bản chất hóa học và cấu trúc phân tử của các polyme  Khối lượng phân tử và sự phân bố của khối lượng phân tử  Tỷ lệ các cấu tử trong tổ hợp  Năng lượng bám dính ngoại phân tử  Nhiệt độ. Tính chất các tổ hợp không tương hợp phụ thuộc:  Sự phân bố pha  Kích thước hạt  Loại bám dính pha. Những yếu tố này bị chi phối bởi điều kiện chuẩn bị và gia công của vật liệu [6]. Trong thực tế để tăng độ tương hợp cũng như khả năng trộn hợp của các polyme người ta dùng các chất làm tăng khả năng tương hợp như các copolyme, chất hoạt tính bề mặt bên cạnh việc chọn chế độ chuẩn bị và gia công thích hợp cho từng loại tổ hợp thông qua việc khảo sát tính lưu biến của tổ hợp vật liệu. 1.3. Cao su nitril butadien, nhựa PVC và phụ gia nano 1.3.1. Cao su nitril butadien (NBR) 1.3.1.1. Lịch sử phát triển của cao su nitril butadien Cao su nitril butadien công ngiệp ra đời năm 1937 ở Cộng hòa Liên bang Đức. Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, cao su nitril butadien được tổ 8
chức sản xuất công nghiệp ở Liên Xô cũ. Ngày nay, cao su NBR trở thành một trong những cao su được sử dụng nhiều nhất [9]. 1.3.1.2.Đặc điểm cấu tạo Cao su nitril butadien là sản phẩm trùng hợp của butadien-1,3 và acrylonitrin với sự có mặt của xúc tác oxi hóa khử là persunfat kali và trietanolamin. Phản ứng diễn ra như sau: n CH 2 =CH CH = CH 2 + mCH 2 =CH CN ( CH 2 = CH CH CH2 ) a ( CH 2 =CH ) b CN Acrylonitril có khả năng tham gia vào phản ứng dien để tạo thành hai loại sản phẩm khác nhau, sản phẩm chủ yếu có mạch phân tử dài - mạch đại phân tử cao su nitril butadien. Phản ứng tạo sản phẩm phụ 4-xianoxiclohexen xảy ra càng mạnh khi hàm lượng monome acrylonitril trong hỗn hợp phản ứng càng cao. Cao su nitril butađien chứa càng nhiều 4- xianoxiclohexen có màu nâu thẫm hơn và có mùi rõ hơn (mùi nhựa cây đu đủ): CH2 CH2 HC CH2 HC CH2 + HC HC CN HC CH CN CH2 CH2 Hàm lượng của monome acrylonitril trong hỗn hợp càng cao thì sản phẩm phụ tạo ra càng nhiều. NBR có nhiều sản phẩm phụ càng có màu thẫm hơn và có mùi rõ hơn. Monome butadien-1,3 tham gia vào phản ứng hình thành mạch đại phân tử chủ yếu ở vị trí 1,4 trans đồng phân. Khối lượng phân tử trung bình của cao su nitril butađien dao động trong khoảng từ 200.000 đến 3.000.000 [9] 9
1.3.1.3. Tính chất cơ lý Cao su nitril butadien có cấu trúc không gian không điều hòa vì thế nó không kết tinh trong quá trình biến dạng. Tính chất cơ lý, tính chất công nghệ của cao su nitril butadien phụ thuộc vào hàm lượng nhóm nitril trong phân tử : khả năng chịu môi trường dầu mỡ, dung môi hữu cơ tăng cùng với hàm lượng nhóm acrylonitril tham gia vào phản ứng tạo mạch phân tử cao su. Cao su nitril butadien có sự phân cực lớn nên nó có khả năng trộn hợp với hầu hết các polyme phân cực, với các loại nhựa tổng hợp phân cực,… Cao su nitril butađien có liên kết không no trong mạch nên nó có khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh phối hợp với các loại xúc tiến lưu hóa thông dụng, cao su nitril butađien còn có khả năng lưu hóa bằng xúc tiến lưu hóa nhóm thiuram, nhựa phenol formandehit. Cao su nitril butadien lưu hóa bằng thiuram hoặc nhựa phenol formandehit có tính chất chịu nhiệt tốt. NBR là loại cao su phân cực lớn nên nó có khả năng trộn hợp với hầu hết các poyme phân cực, với các loại nhựa tổng hợp phân cực,… NBR có chứa liên kết không no trong mạch chính mạch đại phân tử nên nó có khả năng lưu hoá bằng lưu huỳnh phối hợp với các xúc tiến lưu hoá thông dụng. Ngoài hệ thống lưu hoá thông dụng NBR còn có khả năng lưu hoá bằng xúc tiến lưu hoá nhóm thiuram, nhựa phenol formandehit cho tính chất cơ lý cao và chịu nhiệt tốt. 1.3.2. Nhựa PVC 1.3.2.1. Lịch sử phát triển PVC được nhắc đến bắt đầu từ năm 1837. Nhưng mãi đến năm 1872 mới ra đời PVC có độ cứng cao, có nhiệt độ nóng chảy bé hơn 130oC, là loại nhựa có độ chịu nhiệt không cao lắm. Nhựa này được nghiên cứu và biến đổi tính chất đầu tiên với chất hóa dẻo, sản phẩm khi đó là sự tổ hợp của PVC và DBP/DOP. Đến năm 1930 sản phẩm PVC đã bắt đầu được thương mại hoá. 10
1.3.2.2. Đặc điểm cấu tạo PVC được tổng hợp từ CH2=CHCl (vinylclorua). Ở điều kiên thường vinylclorua (VC) là khí có mùi khó chịu như ete. Ở -13,9oC, VC hóa lỏng và có khối lượng riêng là 0,969 (g/cm3). Nhiệt độ nóng chảy của VC là -159oC. Là một khí độc, khi bảo quản cần chú ý không rò rỉ. VC tan tốt trong clorofom, rượu , các hidrocacbon mạch vòng thơm,... không tan trong nước. Trong công nghiệp, VC được tổng hợp từ axetylen C2H2 + HCl CH2=CHCl Quá trình diễn ra trong pha lỏng hoặc pha khí, xúc tác Ag kim loại. Khi điều chế cần chú ý hơi nước trong nguyên liệu đầu, phản ứng diễn ra ở 120-200oC. Hỗn hợp sản phẩm sau đó cần được tinh chế ở nhiệt độ thấp. VC được chế tạo lần đầu tiên từ etylen CH2=CH2 + Cl2 ClCH2-ClCH2 CH2=CHCl + HCl Phương pháp này có ưu điểm là nguyên liệu dễ kiếm, dễ tìm, sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao hơn [1]. Polyvinylclorua được điều chế bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương vinylclorua nhờ chất nhũ hóa gelatin và chất khơi mào peroxit ở nhiệt độ khoảng 50oC, áp suất 6atm t  o , p , xt n CH2 = CH2 – n Cl C Theo các dữ kiện nghiên cứu cấu trúc hóa học, các nguyên tử clo trong phân tử polivinylclorua cũng nằm ở vị trí 1,3. Polyme có cấu tạo phân tử mạch thẳng và rất ít nhánh. Khối lượng phân tử polyvinylclorua kĩ thuật từ 18.000 - 30.000 đơn vị. 11
1.3.2.3. Tính chất vật lý: PVC ở dạng bột màu trắng, tồn tại ở 2 dạng là huyền phù(PVC.S - PVC suspension) và nhũ tương( PVC.E- PVC emulsion). PVC-S có kích thước hạt lớn từ 20 -150µm, PVC.S nhũ tương có độ mịn cao. PVC không độc, nó chỉ độc bởi phụ gia, hàm lượng monome và khi gia công,.... PVC chịu va đập kém. Để tăng cường tính chịu va đập cho PVC thường cho thêm chất phụ gia. PVC không kết tinh được, tan trong xeton, hidrocacbon clo hóa và este, dễ tan nhất trong các hỗn hợp dung môi phân cực và không phân cực như axeton, cacbon sunfua hay benzen, bền axit và kiềm ở 20o C. Trên 140oC thì PVC bắt đầu phân hủy tạo ra HCl trước khi cháy dẻo (đốt nóng lâu ở 100oC cũng bị phân hủy), HCl thoát ra có tác dụng xúc tác làm tăng quá trình phân hủy. Ở nhiệt độ cao và khi bị chưng khô PVC phân hủy hoàn toàn tạo thành HCl và hỗn hợp thấp phân tử, không tạo ra monome vinylclorua ban đầu. PVC có tính chất cơ lý khá tốt, các tính chất này phụ thuộc vào trọng lượng phân tử polyme và phương pháp gia công, mức độ đồng đều của trọng lượng phân tử. PVC có khả năng cách điện tốt nhưng khả năng cách điện phụ thuộc vào nhiệt độ 1.3.2.4. Phân loại PVC + PVC cứng là PVC có thành phần chủ yếu là bột PVC, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn, chất phụ gia,... ( không có chất hóa dẻo). Hỗn hợp của chúng được trộn trong máy trộn, sau đó được làm nhuyễn trong máy đùn, máy cán ở 160-180oC.PVC cứng được dùng làm ống dẫn nước, xăng dầu và khí ở nhiệt độ không quá 60oC, các thiết bị thông gió, dùng lọc các kim loại làm việc trong môi trường ăn mòn. + PVC mềm là PVC được trộn thêm chất hóa dẻo. Người ta sử dụng PVC mềm để sản xuất ra hàng loạt sản phẩm có tính mềm mại, có độ dẻo khi 12
hạ nhiệt độ, phù hợp trong gia công các sản phẩm như màng mỏng, lớp phủ, bột nhão, nhựa xốp, vải giả da... 1.3.2.5. Tính chất hóa học PVC khá trơ về về mặt hóa học, tuy nhiên PVC có một số phản ứng tiêu biểu sau: + Phản ứng đề hydroclo hóa + Phản ứng thế nguyên tử Clo bằng nhóm axetat + Phản ứng oxi hóa PVC: PVC bị phân hủy nhiệt hoạc bị oxi hóa quang trong không khí tự nhiên hoặc trong môi trường giữa oxi có nhiệt độ cao. + Trong môi trường axit, kiềm: PVC bền với H2SO4, HNO3, CH3COOH, không bị biến đổi dưới tác dụng của kiềm, các khí công nghiệp NO2, Cl2, SO2. - Phương pháp sản xuất: trong công nghiệp PVC chủ yếu được sản xuất theo hai phương pháp: trùng hợp huyền phù và trùng hợp nhũ tương. 1.3.2.6. Ứng dụng - PVC không hóa dẻo( PVC cứng): màng và tấm PVC cứng dùng để bọc lót thùng điện phân, làm thùng chứa axit, kiềm, chi tiết trong máy bơm,... Ống PVC cứng dùng để chuyên chở các chất lỏng ăn mòn. 13