1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC
٭٭٭٭٭٭٭٭
TRẦN KIM LIÊN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU
CAO SU BLEND BỀN MÔI TRƢỜNG VÀ DẦU MỠ
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
HÀ NỘI - 2012
2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC
٭٭٭٭٭٭٭٭
TRẦN KIM LIÊN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU
CAO SU BLEND BỀN MÔI TRƢỜNG VÀ DẦU MỠ
Chuyên ngành: Hoá Hữu cơ
Mã số: 62.44.27.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
1. PGS.TS. Đỗ Quang Kháng
2. PGS.TS. Phạm Thế Trinh
HÀ NỘI - 2012
3
MỞ ĐẦU
Ngày nay, vật liệu polyme blend nói chung và cao su blend nói riêng được
nghiên cứu ứng dụng trên khắp thế giới. Với mức tiêu thụ hàng năm cỡ 1,5 triệu
tấn, tương đương với tốc độ tăng trưởng 810% mỗi năm [1], có thể thấy đây là
loại vật liệu có tốc độ phát triển nhanh và ngày càng có vai trò quan trọng trong
nền kinh tế, kỹ thuật hiện tại và trong tương lai. Nhiều loại cao su blend có tính
năng đặc biệt như bền cơ, bền nhiệt, bền môi trường, hóa chất và dầu mỡ đã trở
thành thương phẩm trên thị trường quốc tế [2].
Ở Việt Nam, trong những năm qua cũng có nhiều công trình nghiên cứu
chế tạo và ứng dụng các loại cao su blend mang lại những hiệu quả khoa học,
kinh tế - xã hội đáng kể. Tuy nhiên, những nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào
một số hệ blend trên cơ sở cao su thiên nhiên nên phạm vi ứng dụng còn hạn chế.
Riêng các vật liệu cao su blend có tính năng cao, bền môi trường và dầu mỡ,
nhất là các hệ blend trên cơ sở cao su tổng hợp, để chế tạo các sản phẩm cho
công nghệ cao vẫn còn chưa được quan tâm nghiên cứu, ứng dụng nhiều. Trong
khi đó, hàng năm nước ta vẫn phải nhập hàng trăm tấn sản phẩm cao su kỹ thuật
các loại với giá cao để phục vụ cho phát triển kinh tế, xã hội [3]. Từ thực tế đó,
chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend bền môi
trường và dầu mỡ” làm chủ đề cho luận án của mình.
Mục tiêu của luận án là: Chế tạo được vật liệu cao su blend có tính năng
cơ lý tốt, bền dầu mỡ và môi trường (thời tiết), có giá thành hợp lý, đáp ứng yêu
cầu để chế tạo các sản phẩm cao su kỹ thuật có yêu cầu cao về bền dầu mỡ và
thời tiết. Từ vật liệu nhận được chế tạo ra sản phẩm ứng dụng trong thực tế.
Để thực hiện mục tiêu trên, trong luận án này, chúng tôi chọn đối tượng
nghiên cứu là các hệ cao su blend hai cấu tử và ba cấu tử trên cơ sở cao su nitril
butadien (NBR), cao su cloropren (CR) và polyvinylclorua (PVC), với những nội
dung nghiên cứu sau đây:
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend hai cấu tử NBR/PVC, NBR/CR,
4
CR/PVC. Trong đó lựa chọn khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử tới tính chất của
vật liệu blend như các tính chất cơ lý, độ bền dầu mỡ (thông qua độ trương trong
xăng A 92 và dầu biến thế), cấu trúc hình thái (bằng phương pháp kính hiển vi
điện tử quét - SEM), độ bền nhiệt (bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng
lượng - TGA), độ bền môi trường theo tiêu chuẩn Việt Nam và thế giới (TCVN
2229-77 và ASTM D 4857-91), từ đó rút ra tỷ lệ cấu tử thích hợp của từng loại
blend cũng như khả năng bền dầu mỡ và thời tiết của chúng làm cơ sở để nghiên
cứu chế tạo hệ blend ba cấu tử NBR/CR/PVC và triển khai các nghiên cứu tiếp
theo.
- Nghiên cứu sử dụng các chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp trên cơ sở
dầu trẩu (D01) và nhựa phenol formandehyt biến tính dầu vỏ hạt điều (DLH) để
nâng cao tính năng cơ lý, kỹ thuật của blend NBR/CR và NBR/CR/PVC.
- Dùng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm để xác định tỷ lệ tối ưu
của blend ba cấu tử NBR/CR/PVC.
- Đánh giá khả năng ứng dụng của các vật liệu chế tạo được.
- Xây dựng công nghệ chế tạo sản phẩm cao su kỹ thuật bền dầu mỡ và
thời tiết từ vật liệu chế tạo được để ứng dụng trong thực tế.
5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Những khái niệm cơ bản về polyme blend [4-10]
Vật liệu polyme blend là loại vật liệu polyme được cấu thành từ hai hoặc
nhiều polyme nhiệt dẻo hoặc polyme nhiệt dẻo với cao su để làm tăng độ bền cơ
lý hoặc hạ giá thành của vật liệu. Giữa các polyme có thể tương tác hoặc không
tương tác vật lí, hóa học với nhau.
Polyme blend có thể là hệ đồng thể hoặc dị thể. Trong hệ đồng thể các
polyme thành phần không còn đặc tính riêng, còn trong polyme blend dị thể thì
các tính chất của các polyme thành phần hầu như vẫn được giữ nguyên. Polyme
blend thường là loại vật liệu có nhiều pha, trong đó có một pha liên tục (pha nền,
matrix) và một hoặc nhiều pha phân tán (pha gián đoạn) hoặc tất cả các pha đều
phân tán, mỗi pha được tạo nên bởi một polyme thành phần.
Sự tương hợp của các polyme: Là sự tạo thành một pha tổ hợp ổn định và
đồng thể từ hai hoặc nhiều polyme. Sự tương hợp của các polyme cũng chính là
khả năng trộn lẫn tốt của các polyme vào nhau, tạo nên một vật liệu polyme mới
- vật liệu polyme blend .
Khả năng trộn hợp: Là khả năng những polyme dưới những điều kiện nhất
định có thể trộn lẫn vào nhau tạo thành những tổ hợp đồng thể hoặc dị thể.
Phân loại vật liệu polyme blend (cao su blend): Trong polyme blend nói
chung hoặc cao su blend nói riêng, các cấu tử có thể hòa trộn vào nhau tới mức
độ phân tử và cấu trúc này tồn tại ở trạng thái cân bằng, người ta gọi hệ này là
tương hợp về mặt nhiệt động học hay “miscibility”, hoặc cũng có thể những hệ
như thế được tạo thành nhờ một biện pháp gia công nhất định. Trong trường hợp
này người ta gọi là tương hợp về mặt kỹ thuật hay “compatible blends”. Những
tổ hợp polyme trong đó tồn tại những pha khác nhau dù rất nhỏ (micrô), được
gọi là tổ hợp không tương hợp hay “incompatible blends” hoặc “alloys”.
Trong thực tế có rất ít các cặp polyme nói chung, và cao su hay nhựa nhiệt
dẻo nói riêng, tương hợp nhau về mặt nhiệt động. Còn đa phần các polyme
