Nghiên cứu chế tạo cao su Blend trên cơ sở cao su tái sinh và cao su thiên nhiên

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Để nâng cao nguyên liệu cao su tái sinh, bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cao su thiên nhiên đến các tính chất cơ học, cấu trúc, hình thái và độ bền nhiệt của vật liệu. Bài viết nghiên cứu chế tạo cao su Blend trên cơ sở cao su tái sinh và cao su thiên nhiên

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chế tạo cao su Blend trên cơ sở cao su tái sinh và cao su thiên nhiên

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU BLEND TRÊN CƠ SỞ CAO SU TÁI SINH VÀ CAO SU THIÊN NHIÊN Lê Thị Thúy Hằng Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Tóm tắt Để nâng cao nguyên liệu cao su tái sinh, bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cao su thiên nhiên đến các tính chất cơ học, cấu trúc, hình thái và độ bền nhiệt của vật liệu. Kết quả cho thấy, các đặc tính của vật liệu được cải thiện khi hàm lượng cao su thiên nhiên tăng lên. Do đó, để đáp ứng yêu cầu của khách hàng về các đặc tính của cao su tái sinh, người ta có thể biến tính cao su tái sinh bằng cao su thiên nhiên. Từ khoá: Cao su tái sinh; Cao su thiên nhiên; Blend cao su tái sinh/cao su thiên nhiên. Abstract Research for production of blend rubber on the basis of reclaimed rubber and natural rubber To improve the reclaimed rubber material, this paper study the effect of natural rubber content on the mechanical properties, morphology, structure and thermal stability of the material. The results showed that the properties of the material improved as the natural rubber content increase. Therefore, in order to meet customer’s requirements for the properties of reclaimed rubber, it can be modified reclaimed rubber with natural rubber. Keywords: Reclaimed rubber; Natural rubber; Blend reclaimed rubber/natural rubber. 1. Mở đầu Ngày nay, số lượng các phương tiện giao thông hạng nặng ngày càng tăng. Những chiếc xe có nhiều bánh hơn, do đó, việc sử dụng lốp tăng lên. Chất liệu cao su làm lốp xe không phân hủy sinh học và phải hơn một thế kỷ nó mới xuống cấp. Trong khi đó, độ bền của lốp xe hạng nặng chỉ vào khoảng 4 đến 5 năm là phải thay [1]. Do vậy, số lượng lốp phế liệu tăng lên hàng năm, dẫn đến những ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường và toàn bộ hệ sinh thái. Đôi khi, việc đổ bỏ hoặc lưu trữ những chiếc lốp xe cũ này ở một nơi sẽ làm tăng sự sinh sản của muỗi, côn trùng và vi khuẩn. Điều này là nguyên nhân gây ra các bệnh truyền nhiễm ở người. Vì vậy, ngành công nghiệp ô tô đã phải thực hiện việc tái chế, tái sinh các sản phẩm cao su đã qua sử dụng. Tái sinh là một quá trình phá vỡ cấu trúc không gian của cao su lưu hóa bằng các kỹ thuật nhiệt, hóa học và cơ học. Trong hầu hết các trường hợp, cao su tái sinh có độ dẻo thực tế tương đương với cao su nguyên chất nhưng khối lượng phân tử và các tính chất cơ học đều thấp so với cao su nguyên chất [2]. Do đó, các nghiên cứu đã khuyến nghị sử dụng cao su tái sinh để cải thiện các đặc tính của vật liệu tổng hợp cao su [3]. Đây là một bước đột phá trong công cuộc cải thiện việc sử dụng hiệu quả cao su tái sinh làm chất phụ gia cho cao su nguyên sinh, từ đó, sẽ tiết kiệm chi phí cũng như bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường [4 - 6]. Như đã biết, bột cao su phế thải có thể phối trộn với nhựa nhiệt dẻo [7 - 9], cao su nguyên sinh [10 - 12] và Asphal [13]. Những nỗ lực để cải thiện các tính chất vật lý của blend cao su tái sinh với cao su nguyên sinh đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu về cao su. Các loại blend cao su nguyên sinh với cao su tái sinh đã được nghiên cứu [14 - 16]. Cao su tái sinh được sử dụng như là một nguyên liệu thay thế cho cao su nguyên sinh trong nhiều hợp chất cao su, do chúng làm giảm giá thành của sản phẩm. Trong phần này, nhằm nâng cao tính chất cho cao su tái sinh, tác giả nghiên cứu phối hợp cao su tái sinh với cao su nguyên sinh (cao su thiên nhiên). 238 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Vật liệu nghiên cứu Để thực hiện nghiên cứu này, các hóa chất được sử dụng gồm: - Cao su tái sinh (CSTS): là sản phẩm tái chế cao su phế thải bằng phương pháp cơ nhiệt và hóa chất của Phòng Phát triển công nghệ hóa học, Trung tâm Phát triển công nghệ cao, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam theo tài liệu [17]. - Cao su thiên nhiên (CSTN) là loại SVR 3L của Công ty Cao su Việt Trung, Quảng Bình. - Các phụ gia khác như: SiO2, chất xúc tiến D, DM, lưu huỳnh, kẽm oxit, phòng lão là các hóa chất công nghiệp phổ biến, sẵn có trên thị trường. - Thành phần và hàm lượng các chất (tính theo phần khối lượng - pkl) trong hợp phần cao su blend như sau: Bảng 1. Thành phần và hàm lượng các chất trong hợp phần cao su blend STT Thành phần Hàm lượng (pkl) 1 CSTS 100 - 50 2 CSTN 0 - 50 3 ZnO 5,0 4 Axit stearic 1,0 5 Phòng lão D 1,0 6 Xúc tiến CZ 1,5 7 Xúc tiến DM 0,5 8 Lưu huỳnh 2,0 9 Than đen 20 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Chế tạo mẫu vật liệu trên cơ sở cao su tái sinh Chế tạo vật liệu CSTS/CSTN gồm 02 bước sau: - Bước 1: CSTN được cán cắt mạch trên máy cán 02 trục trong thời gian 1 phút. Sau đó, cán trộn CSTN với CSTS và các phụ gia khác, thời gian trộn là 15 phút. - Bước 2: Tổ hợp vật liệu sau khi cán trộn sẽ được xuất tấm, cho vào khuôn lưu hóa trên máy ép thủy lực ở nhiệt độ 145 ± 2 0C, áp suất 6 kg/cm2, trong thời gian 20 phút. Các thiết bị đặt tại Phòng polyme compozit thuộc Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2.2.4. Đánh giá chất lượng của cao su tái sinh - Tính chất cơ lý của vật liệu được xác định theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam (TCVN 4509 - 2006 về độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt và độ giãn dư; TCVN 1595 – 1 : 2007 về độ cứng). - Cấu trúc hình thái được xác định bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM), được thực hiện trên máy JMS 6490 của hãng Jeol (Nhật Bản). - Độ bền nhiệt được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng, thực hiện trên máy phân tích nhiệt DTG-60H của hãng Shimadzu (Nhật Bản), với tốc độ nâng nhiệt là 10 0C/phút trong môi trường không khí. Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, 239 bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
3. Kết quả và thảo luận 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CSTN tới tính chất cơ học của vật liệu Để nâng cao tính chất của vật liệu cao su tái sinh, nhóm nghiên cứu phối hợp CSTS với cao su thiên nhiên nguyên sinh. Trong phần nghiên cứu này, khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CSTN đến các tính chất cơ học của vật liệu, với hàm lượng CSTN thay đổi từ 0 đến 50 pkl trong các mẫu. Mẫu tạo thành được đo các tính chất cơ học trong cùng điều kiện. Kết quả thu được thể hiện trong Bảng 2. Bảng 2. Ảnh hưởng của hàm lượng CSTN tới tính chất của blend CSTS/CSTN Tính chất Độ bền kéo đứt Độ giãn dài Độ giãn dư Độ cứng (Shore A) hàm lượng CSTN (pkl) (MPa) khi đứt (%) (%) 0 9,2 457 8,3 53,3 10 10,1 489 12,4 54,5 20 10,9 507 16,6 55,2 30 12,3 538 18,2 55,8 40 13,8 556 16,3 55,6 50 14,2 583 14,6 55,0 Kết quả trong Bảng 2 cho thấy, khi cao su tái sinh được phối hợp với cao su thiên nhiên nguyên sinh thì các tính chất của vật liệu được cải thiện đáng kể. Độ bền kéo đứt và độ giãn dài khi đứt của vật liệu tăng khi hàm lượng CSTN tăng. Trong khi đó, độ cứng của vật liệu có tăng nhưng tăng chậm khi hàm lượng CSTN tăng và đến hàm lượng khoảng 40 pkl thì độ cứng không tăng mà có xu hướng lại giảm, do độ cứng của CSTN thấp hơn so với CSTS. Độ giãn dư của vật liệu lúc đầu tăng (trong khoảng hàm lượng CSTN là 0 đến 30 pkl), sau đó lại giảm. Điều đó chứng tỏ, khi phối trộn thêm CSTN với CSTS làm cho vật liệu có độ đàn hồi tốt hơn. 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng CSTN tới cấu trúc hình thái của vật liệu Để nghiên cứu ảnh hưởng của cao su thiên nhiên tới cấu trúc hình thái của vật liệu, chúng tôi sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để chụp bề mặt cắt của vật liệu. Dưới đây là một số ảnh chụp (bằng kính hiển vi điện tử quét) bề mặt cắt của một số mẫu vật liệu CSTS/CSTN. Hình 1: Ảnh SEM bề mặt cắt của Hình 2: Ảnh SEM bề mặt cắt của mẫu vật mẫu vật liệu CSTS liệu CSTS/CSTN (70/30) 240 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
Hình 3: Ảnh SEM bề mặt cắt của mẫu vật liệu CSTS/CSTN (50/50) Nhận thấy các mẫu có thêm cao su thiên nhiên thì cấu tử phân tán vào nhau một cách đều đặn và liên kết với nhau một cách chặt chẽ hơn so với mẫu vật liệu chỉ có cao su tái sinh. Khi hàm lượng CSTN càng cao thì cấu trúc hình thái của vật liệu càng chặt chẽ, khả năng bám dính trên bề mặt tốt hơn. Điều đó chứng tỏ, CSTN đã làm tăng tính chất cơ học cho vật liệu cao su tái sinh như phần trên đã giới thiệu. 3.3. Ảnh hưởng của CSTN tới độ bền nhiệt của vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng của CSTN tới khả năng ổn định nhiệt của vật liệu CSTS, chúng tôi thực hiện phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), trên máy phân tích nhiệt DTG-60H. Trên đây là các biểu đồ TGA của một số mẫu vật liệu tiêu biểu. Hình 4: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu cao su tái sinh Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, 241 bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
Hình 5: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu CSTS/CSTN (50/50) Kết quả trên Hình 4 cho thấy, ở mẫu vật liệu CSTS xuất hiện 1 pic tù rất rộng, từ khoảng 360 0C - 460 0C và có pic phân huỷ mạnh nhất ở 420,39 0C. Vì cao su tái sinh được tạo bởi từ lốp xe phế thải với thành phần Polyme, chính là cao su thiên nhiên (CSTN) và cao su Styren butadien (SBR). Khi CSTS được biến tính thêm bằng CSTN, trên giản đồ phân tích nhiệt cũng xuất hiện một pic tù rộng và nhiệt độ phân hủy mạnh nhất này giảm xuống còn 375,06 0C (vẫn nằm trong khoảng 360 0C - 460 0C). Điều này cho thấy, CSTN không làm hưởng nhiều đến tính chất nhiệt của vật liệu mà còn làm cho cấu trúc của vật liệu được chặt chẽ hơn, dẫn đến tính cơ học của vật liệu tăng. 4. Kết luận Việc sử dụng cao su thiên nhiên nguyên sinh để biến tính cao su tái sinh cho thấy, CSTN đã cải thiện đáng kể các tính chất cơ học và vật lý cho vật liệu cao su tái sinh. CSTN góp phần làm cấu trúc hình thái của vật liệu chặt chẽ hơn. CSTN không ảnh hưởng nhiều đến tính chất nhiệt của vật liệu. Chính vì vậy, để có thể đáp ứng các yêu cầu của khách hàng về tính chất của cao su tái sinh thì việc phối hợp cao su tái sinh với cao su thiên nhiên là rất cần thiết. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. S. Godwin Barnabas, K. Arun Vasantha Geethan & M. Venkatesh Perumal (2021). Recycling of waste crumb rubber into a commercial materials. Journal of Rubber Research. DOI:10.1007/s42464-021- 00103-w. [2]. Riyapan D, Riyajan SA, Kowakzyk A (2015). Green synthesis and characterization of a maleated epoxidized natural rubber latex. Polym Bull., 72, 671 - 691. [3]. Triphathy AR, Morin JE, Williams DE, Eyles SJ, Farri RJ (2002). A novel approach to improving the mechanical properties in recycled vulcanized natural rubber and its mechanism. Macromol., 35, 4616 - 4627. [4]. Abraham E, Cherian BM, Elbi PA, Pothen LA, Thomas S. (2011). Recent advances in the recycling of 242 Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
rubber waste. Fainleib A, Grigoryeva O (eds.) Recent Developments in Polymer Recycling, Transworld Research Network, India, 47 - 100. [5]. Varga CS, Palotas L, Mikolczi N, Bartha L (2010). Modification of the mechanical properties of rubbers by introducing recycled rubber into the original mixture. Global. Nest J., 12, 352 - 358. [6]. Adhikari B, Dej D, Maiti S (2000). Reclamation and recycling of waste rubber. Progres. Polym. Sci., 25, 909. [7]. Ali Fazli, Denis Rodrigue (2020). Waste rubber recycling: A review on the evolution and properties of thermoplastic elastomers. Materials, 13(3), 782. [8]. M. Awang, H Ismail and M. A Hazizan (2008). Processing and properties of polypropylene-latex modified waste tyre dust blends (PP/WTDML). Polymer Testing, 27, 93 - 99. [9]. M. Awang, H. Ismail and M. A. Hazizan (2007). Polypropylene-based blends containing waste tire dust: Effects of trans-polyoctylene rubber (TOR) and dynamic vulcanization. Polymer Testing, 26, 779 - 787. [10]. M. M. Hassan, G. A. Mahmood, H. H. El-Nahas and E. A. Hegazy (2007). Reinforced material from reclaimed rubber/natural rubber, using electron beam and thermal treatment. Journal of Applied Polymer Science, 04, 2569 - 2578. [11]. D. S. Ogunniyi and M. Mureyani (2001). Properties of rubber compounds containing powdered vulcanized waste. Iranian Polymer Journal, 10, 149 - 155. [12]. S. W. Kim, K. H. Hong and K. H. Seo (2003). Effects of ground rubber having different curing systems on the crosslink structures and physical properties of NR vulcanizates, Journal of Material Research Innovation, 7, 149 - 154. [13]. M. A. Mull, K. Stuart and A. Yehia (2002). Chemically modified crumb rubber effects on rubberized asphalt properties. Journal of Material Science, 37, 557 - 566. [14]. X. X. Zhang, C. H. Lu and M. Liang (2007). Preparation of rubber composites from ground tire rubber reinforced with waste-tire fiber through mechanical millin. Journal of Applied Polymer Science, 103, 4087 - 4094. [15]. N. Sombatsompop and C. Kumnuantip (2006). Comparison of physical and mechanical properties of NR/carbon black/reclaimed rubber blends vulcanized by conventional thermal and microwave irradiation methods. Journal of Applied Polymer Science, 100, 5039 - 5048. [16]. T. D. Sreeja and S. K. N. Kutty (2000). Cure characteristics and mechanical properties of natural rubber/reclaimed rubber blends. Polymer - Plastic Technology and Engineering, 39, 501 - 512. [17]. Đỗ Trung Sỹ, Lê Thị Thúy Hằng, Lương Như Hải, Lưu Đức Hùng, Đỗ Quang Kháng (2013). Nghiên cứu tái sinh bột cao su phế thải với tác nhân khử lưu hóa diphenyl disulfit. Tạp chí Hóa học, 51(6ABC), 254 - 258. Ngày chấp nhận đăng: 10/11/2021. Người phản biện: TS. Vũ Thị Thu Hà Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, 243 bảo vệ môi trường và phát triển bền vững