Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu chế tạo cao su blend CSTN/NBR/Clay nanocompozit trên cơ sở CSTN/Clay masterbatch

Chia sẻ: Minh Nhân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "Nghiên cứu chế tạo cao su blend CSTN/NBR/Clay nanocompozit trên cơ sở CSTN/Clay masterbatch" là chế tạo ra được vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/NBR gia cường nanoclay bằng phương pháp phân tán nanoclay thông qua masterbatch CSTN/nanoclay.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu chế tạo cao su blend CSTN/NBR/Clay nanocompozit trên cơ sở CSTN/Clay masterbatch

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ---------o0o-------- ĐOÀN THỊ KIM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU BLEND CSTN/NBR/CLAY NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ CSTN/CLAY MASTERBATCH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ HÀ NỘI - 2017
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ---------o0o-------- ĐOÀN THỊ KIM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU BLEND CSTN/NBR/CLAY NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ CSTN/CLAY MASTERBATCH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học GS.TS. ĐỖ QUANG KHÁNG HÀ NỘI 2017
LỜI CÁM ƠN Em xin gửi lời cám ơn chân thành của mình tới GS.TS. Đỗ Quang Kháng, Viện Hóa Học – Viện Hàn Lâm Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành khóa luận. Nhân dịp này em xin gửi lời cám ơn đến các thầy cô giáo là giảng viên khoa Hóa Học Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 đã tận tình chỉ dạy, trang bị cho em những kiến thức chuyên môn cần thiết trong quá trình học tập tại trường. Cuối cùng em xin gửi lời cám ơn tới gia đình, người thân, bạn bè đã động viên khuyến khích em hoàn thành tốt khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 6 tháng 4 năm 2017 Sinh viên Đoàn Thị Kim i
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng ................................... 4 Bảng 1.2: Thành phần hóa học của crep cao su thiên nhiên. .......................... 10 Bảng 1.3: Một số tính chất của cao su thiên nhiên. ........................................ 11 Bảng 1.4: Thành phần tiêu chuẩn để xác định tính chất cơ lý của CSTN ...... 13 Bảng 1.5: Ảnh hưởng của độ dài mạch ankyl đến khoảng cách lớp d001 và diện tích sét bị che phủ...................................................................... 22 Bảng 1.6: Sự phụ thuộc d001 của sét hữu cơ vào lượng cation hữu cơ hấp phụ ........................................................................................................... 23 Bảng 1.7: Các muối photphoni bậc bốn được Patel và cộng sự sử dụng để chế tạo sét hữu cơ và khoảng cách cơ sở tương ứng. .............................. 26 Bảng 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới tính chất cơ lý của blend CSTN/NBR. ...................................................................................... 35 Bảng 3.2: Kết quả phân tích TGA của một số mẫu vật liệu trên cơ sở blend CSTN/NBR ....................................................................................... 42 ii
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozi .... 8 Hình 1.2: Các phản ứng và sản phẩm của quá trình đồng trùng hợp acrylonitril và butadien. ....................................................................................... 15 Hình 1.3: Sơ đồ hình thành và phân loại vật liệu tổ hợp polyme blend. ........ 18 Hình 1.4: Cấu trúc của montmorillonit ........................................................... 19 Hình 1.5: Sự định hướng của các ion ankylamoni trong các lớp silicat ......... 21 Hình 1.6: Sự sắp xếp các cation hữu cơ kiểu đơn lớp, hai lớp và giả ba lớp .. 21 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý phương pháp nhiễu xạ tia X................................. 34 Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới độ bền kéo đứt ................ 36 Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu ..................................................................................................... 36 Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới độ cứng ........................... 37 Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới độ dãn dư của vật liệu .... 37 Hình 3.5: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/nanoclay 3% nanoclay ...................................................................................... 38 Hình 3.6: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/nanoclay 5% nanoclay ...................................................................................... 39 Hình 3.7: Ảnh FESEM bề mặt cắt mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/nanoclay 7% nanoclay ........................................................................................ 39 Hình 3.8: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nanoclay và mẫu cao su blend CSTN/NBR chứa hàm lượng nanoclay khác nhau ............................... 40 Hình 3.9 Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su blend CSTN/NBR .................... 41 Hình 3.10: Giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su CSTN/NBR/5%nanoclay ...... 42 iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CSTN Cao su thiên nhiên EPDM Cao su etylen-propylendien đồng trùng hợp NBR Cao su nitril butadien PE Polyetylen PP Polpropylen ZnO Kẽm oxit TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam CKH Cao su BN CHLB Đức Cộng Hòa Liên Bang Đức MMT Montmorillonit FESEM Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua TGA Phân tích nhiệt trọng lượng ISO Tiêu chuẩn Quốc Tế iv
MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN ................................................................................................... i DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. ii DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... iv MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 ........................................................................... 3 1.1 nanocompozit ... 3 1.1.1. Khái niệm về vật liệu polyme nanocompozit và vật liệu cao su nanocompozit ................................................................................................. 3 1.1.2. Phân loại và đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng .................................................................. 5 1.1.3. Những ưu điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng ............................................................................. 6 1.1.4. Phương pháp chế tạo ............................................................................ 6 1.2. Cao su và cao su blend............................................................................. 9 1.2.1. Cao su thiên nhiên ................................................................................ 9 1.2.2. Cao su nitril butadien ......................................................................... 15 1.2.3. Cao su blend ....................................................................................... 17 1.3. Nanoclay ................................................................................................ 19 1.3.1. Khái niệm nanoclay ............................................................................ 19 1.3.2. Cấu trúc sét hữu cơ............................................................................. 19 1.3.3. Tính chất của sét hữu cơ ..................................................................... 23 1.3.4. Ứng dụng của sét hữu cơ .................................................................... 24 1.3.5. Điều chế sét hữu cơ ............................................................................ 25 cơ sở blend CSTN/NBR/nanoclay .... 28 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................... 29 2.1. cứu ................................................................................ 29 v
2.2. Thiết bị nghiên cứu ................................................................................ 29 2.3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 29 2.4.1. Phương pháp xác định tính chất cơ học ............................................. 30 2.4.2. Phương pháp xác định cấu trúc hình thái của vật liệu....................... 33 2.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA ................................. 33 2.4.4. Phương pháp nhiễu xạ tia X ............................................................... 34 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 35 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới tính chất cơ học của vật . 35 3.2. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật ............................................ 38 3.3. ............................................................. 41 KẾT LUẬN .................................................................................................... 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 47 vi
MỞ ĐẦU Vật liệu cao su/clay nanocompozit là loại vật liệu mới có những tính năng cơ lý, kỹ thuật cao, khả năng bền nhiệt và chống cháy tốt, có tính chất che chắn (barie) tốt. Đây là một hướng nghiên cứu được các nhà khoa học rất quan tâm trong việc phát triển các loại vật liệu mới. Vật liệu cao su/clay nanocompozit gồm pha nền là cao su hoặc cao su blend và pha gia cường là các hạt clay được tách lớp có kích thước nanomet [1]. Cao su thiên nhiên (CSTN) có tính chất cơ học tốt nhưng khả năng bền dầu mỡ kém. Trong khi đó, cao su nitril butadien (NBR) được biết đến với đặc tính vượt trội là khả năng bền dầu mỡ rất tốt. Do vậy, vật liệu cao su blend CSTN/NBR vừa có tính chất cơ học tốt của CSTN vừa có khả năng bền dầu mỡ của cao su NBR [2]. Nanoclay thu hút được sự quan tâm chú ý của rất nhiều nhà khoa học bởi các đặc tính ưu việt của chúng như diện tích bề mặt riêng lớn, giá thành rẻ, dễ điều chế,... Chỉ với một lượng nhỏ nanoclay đưa vào polyme có thể nâng cao tính chất cơ lý, khả năng chống cháy, bền nhiệt cho vật liệu [3-5]. Ngoài ra, nanoclay còn đóng vai trò như chất trợ tương hợp trong cao su blend như CSTN/EPDM [6],.. Như vậy có thể thấy rằng, nanoclay có thể làm thay đổi cấu trúc và cải thiện mạnh mẽ tính năng cơ lý ký thuật cho vật liệu cao su, cao su blend. Vì những lý do trên, trong khuôn khổ khóa luận này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo cao su blend CSTN/NBR/Clay nanocompozit trên cơ sở CSTN/Clay masterbatch”. Mục tiêu của đề tài là chế tạo ra được vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/NBR gia cường nanoclay bằng phương pháp phân tán nanoclay thông qua masterbatch CSTN/nanoclay. Để thực hiện mục tiêu trên, chúng tôi tiến hành các nội dung nghiên cứu sau đây: - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay tới tính chất cơ lý 1
của vật liệu CSTN/NBR. - Nghiên cứu cấu trúc, hình thái của vật liệu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét trường phát xạ và nhiễu xạ tia X. - Từ những kết quả nghiên cứu thu được đánh giá sơ bộ khả năng nâng cao tính năng cơ lý kỹ thuật cho vật liệu trên cơ sở CSTN bằng nanoclay. 2
1.1 nanocompozit 1.1.1. Khái niệm về vật liệu polyme nanocompozit và vật liệu cao su nanocompozit Vật liệu polyme nanocompozit là loại vật liệu gồm pha nền (polyme) và pha gia cường ở các dạng khác nhau 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). Mặt khác, như ta đã biết ca su là một loại polyme như vậy có thể hiểu rằng vật liệu cao su nanocompozit là một polyme nanocompozit nhưng có nền là cao su hoặc cao su blend. Như vậy tất cả mọi đặc tính của cao su nanocompozit cũng giống như của polyme nanocompozit. 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, là chất điện môi và khả năng dễ gia công…). Hơn nữa chúng cũng có những tính chất đặc biệt của chất độn nano điều này dẫn tới sự cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu. 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 khi so sánh với các compozit truyền thống [7]. Bảng 1.1 là quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng của vật liệu. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu gia cường chính là bề mặt chung với polyme nền. Diện tích bề mặt chung này tạo ra một tỷ lệ thể tích đáng kể của polyme có bề mặt chung với những tính chất khác biệt so với các polyme khối ngay cả khi ở tải trọng thấp. Vật liệu nền sử dụng trong chế tạo 3
polyme nanocompozit rất đa dạng, phong phú bao gồm cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, thường là: nhựa polyetylen (PE), nhựa polypropylen (PP), nhựa polyeste, các loại cao su,… Bảng 1.1: Quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng Đƣờng kính hạt 2 /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 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,…. 4
1.1.2. Phân loại và đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng 1.1.2.1. Phân loại Có ba loại polyme nanocompozit được phân biệt dựa vào số chiều có kích thước nanomet của vật liệu gia cường: - 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 carbon nano) và được dùng làm phụ gia nano tạo cho polyme nanocompozit có các tính chất đặc biệt. - 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. 1.1.2.2. Đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng Với pha phân tán là các loại bột có kích thước nano rất nhỏ nên chúng phân tán rất tốt vào trong polyme, tạo ra các liên kết ở mức độ phân tử giữa các pha với nhau cho nên cơ chế khác hẳn với compozit thông thường. Các phần tử nhỏ phân tán tốt vào các 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 làm tăng độ bền của vật liệu đồng thời làm cho vật liệu cũng ổn định ở nhiệt độ cao. 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 5
học về mặt vị trí, 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 dùng làm vật liệu bảo vệ theo cơ chế che chắn (barie) rất tốt. 1.1.3. Những ưu điểm của vật liệu polyme nanocompozit nói chung và cao su nanocompozit nói riêng So với vật liệu polyme compozit truyền thống, vật liệu polyme nano compozit có những ưu điểm chính như sau: - 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 và giá thành thấp hơn. - Sự chuyển ứng suất từ nền sang chất độn hiệu quả hơn là do diện tích bề mặt lớn và khả năng bám dính bề mặt phân cách pha tốt. 1.1.4. Phương pháp chế tạo Polyme 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, trong dung dịch,…), phương pháp sol-gel và phương pháp trùng hợp in-situ. 1.1.4.1. 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 hay 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 một cách hiệu quả. 6
1.1.4.2. 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 mạch 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: * Nhóm 1: Các thành phần hữu cơ và vô cơ trong polyme nanocompozit không có liên kết đồng hóa trị. Ở loại vật liệu này, tương tác giữa các thành phần dựa trên lực tương tác hydro, lực tĩnh điện và lực Van- der-Waals. * Nhóm 2: Thành phần hữu cơ và vô cơ trong vật liệu được liên kết với nhau bằng liên kết hóa học. Phương pháp sol–gel đã được ứng dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu lai vô cơ – hữu cơ. Ưu điểm chính của phương pháp này là điều kiện phản ứng: nhiệt độ và áp suất tương đối thấp. Trong trường hợp polyme nanocompozit, mục tiêu của phương pháp là tiến hành phản ứng sol–gel với sự có mặt của polyme và polyme chứa các nhóm chức để nâng cao khả năng liên kết với pha vô cơ. Quá trình sol–gel gồm 2 bước: - Thuỷ phân alkoxide kim loại; - Quá trình đa tụ. 7
Điểm đặc biệt của phương pháp ở chỗ mạng lưới oxide được tạo thành từ alkoxide cơ kim ngay trong nền hữu cơ. Phương pháp thường hay sử dụng với chất gia cường là nanosilica. 1.1.4.3. 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. Trên hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý chung chế tạo vật liệu polyme nanocompozit. Hạt nano Trùng hợp in-situ Monome Sol - gel Trộn thông thường Polyme nanocompozit Polyme Sol - gel Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit 8
1.2. Cao su và cao su blend 1.2.1. Cao su thiên nhiên 1.2.1.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển cao su thiên nhiên Cao su thiên nhiên (CSTN) là một polyme thiên nhiên được tách ra từ nhựa cây cao su (Hevea Brasiliensis), có thành phần hóa học là polyisopren. Vì vậy, trong tiêu chuẩn của Mỹ, người ta định nghĩa “polyisopren được trích ly từ cây Hevea Brasiliensis được gọi là cao su thiên nhiên”[8]. Cao su thiên nhiên có một lịch sử phát triển lâu đời với những kết quả nghiên cứu về khảo cổ, người ta phát hiện ra “các nhà công nghệ cao su” đầu tiên ở trong bộ tộc Aztecs và Mayas của Nam Mỹ, đó là những người đã sử dụng cao su để làm giày, áo sợi và tạo những quả bóng khoảng 2000 năm trước đây. Trải qua hàng ngàn năm lịch sử cây cao su đã được trồng nhiều trên thế giới. Với những tính năng tuyệt vời và khả năng ứng dụng rộng rãi của cao su, sản lượng cao su trên thế giới không ngừng tăng theo thời gian [9]. 1.2.1.2 Thành phần cấu tạo và tính chất của CSTN ❖ Thành phần của CSTN Thành phần hóa học của CSTN gồm nhiều chất khác nhau: hydrocacbon (thành phần chủ yếu), các chất trích ly bằng axeton, độ ẩm, các chất chứa nito mà chủ yếu là protein và chất khoáng. Hàm lượng các chất này có thể thay đổi phụ thuộc vào tuổi thọ của cây, cấu tạo thổ nhưỡng cũng như khí hậu nơi cây sinh trưởng vào mùa khai thác mủ, phương pháp sản xuất…[10]. Thành phần hóa học của crep cao su thiên nhiên (cao su sống ) được sản xuất bằng phương pháp khác nhau: - Hydrocacbon ở đây chính là CSTN, còn các chất khác nằm trong đó có thể coi là tạp chất, qua phân tích cho thấy là polyisopren. 9
- Chất trích ly bằng axeton trong CSTN có 51% là các axit béo (axit oleic, axit stearic…) các chất này có khả năng xúc tiến cho phản ứng lưu hóa cao su. Ngoài ra, axit béo còn tồn tại ở dạng các este (khoảng 3%), glucoxit (7%) còn lại là amin, các hợp chất photpho hữu cơ, các chất hữu cơ kiềm tính… Các chất này có khả năng ổn định cho cao su. Bảng 1.2: Thành phần hóa học của crep cao su thiên nhiên. Hong Crep Thành phần chính khói trắng Bay hơi Hydrocacbon 93-95 93-95 85-90 Chất trích ly bằng axeton 1.5-3.5 2.2-3.45 3.6-5.2 Chất tan trong 0.3-0.85 0.2-0.4 5.5-5.72 nƣớc Chất khoáng 0.2-0.85 0.16-0.85 1.5-1.8 Độ ẩm 0.2-0.9 0.2-0.9 1.0-2.5 ❖ Cấu tạo của cao su thiên nhiên CSTN là polyisopren mà các đại phân tử của nó được hình thành từ các mắt xích cấu tạo dạng đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4 (chiếm khoảng 98%) Ngoài ra còn có khoảng 2% các mắt xích liên kết với nhau tạo thành mạch phân tử ở vị trí 1,2 hoặc 3,4. Khối lượng phân tử trung bình của CSTN khoảng 1.3*10 6 mức độ dao động khối lượng phân tử của CSTN 105-2.106. 10
Tính năng cơ lý, kỹ thuật của CSTN phụ thuộc nhiều vào cấu tạo hóa học cũng như khối lượng phân tử của nó. ❖ Tính chất của CSTN - Tính chất vật lý: Ở nhiệt độ thấp, CSTN có cấu trúc tinh thể, vận tốc kết tinh lớn nhất đã được xác định ở 250C. CSTN kết tinh có biểu hiện rõ ràng trên bề mặt: độ cứng tăng, bề mặt vật liệu mờ (không trong suốt). Nhiệt độ nóng chảy khoảng 400C. Tại 20-300C, CSTN ở dạng crep có đại lượng biến dạng dãn dài là 70%. Một số tính chất của CSTN là: Bảng 1.3: Một số tính chất của cao su thiên nhiên. Tính chất Giá trị Khối lƣợng riêng 913kg/m3 -700C 656.10-4dm-4/0C 0.14W/m. 0K 1.88kJ/kg. 0K Nửa chu kì kết tinh ở 250C 2-4h dao động 1000Hz/giây 2.4-2.7 Ở 250C, vận tốc truyền âm trong CSTN là 37 m/giây. Khi tăng nhiệt độ, tốc độ này giảm. Do đặc điểm cấu tạo, CSTN tan tốt trong nhiều loại dung 11
môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng, tetraclorua cacbon, sunfua cacbon nhưng không tan trong rượu hay xeton. Khi cho các chất này trong dung dịch cao su thường làm xuất hiện kết tủa cao su. - Tính chất hóa học: Do cấu tạo hóa học của CSTN là một hydrocacbon không no nên nó có khả năng cộng hợp với các chất khác (tuy nhiên có phân tử khối lớn nên không đơn giản như các hợp chất thấp phân tử). Mặt khác, trong phân tử nó có nhóm α-metylen có khả năng phản ứng cao nên nó có thể thực hiện các phản ứng thế, phản ứng đồng phân hóa, vòng hóa…[12]. Phản ứng cộng hợp: do có liên kết đôi trong mạch đại phân tử, trong những điều kiện nhất định, CSTN có thể cộng hợp với hydro tạo sản phẩm hydrocacbon no dạng paraffin, cộng halogen, cộng hợp với oxi, nito… Phản ứng đồng hóa, vòng hóa: do tác dụng của nhiệt, điện trường, hay một số nhân tố hóa học khác CSTN có thể thực hiện phản ứng tạo hợp chất vòng. Phản ứng phân hủy: dưới tác dụng của nhiệt, tia tử ngoại hoặc oxy, CSTN có thể bị đứt mạch, khâu mạch, tạo liên kết peroxit, cacbonyl… - Tính chất cơ lý: CSTN có khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh phối hợp với các loại xúc tiến lưu hóa thông dụng. Tính chất cơ lý của CSTN được xác định theo tính chất của cao su lưu hóa tiêu chuẩn. 12