Tiến Sĩ Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend bền môi trường và dầu mỡ

VIỆN HOÁ HỌC
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
Chuyên ngành: Hoá Hữu cơ
NĂM - 2012
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1. Những khái niệm cơ bản về polyme blend 3
1.2. Sự tương hợp của polyme blend 6
1.2.1. Nhiệt động học của quá trình trộn hợp polyme blend 6
1.2.2. Xác định khả năng tương hợp của polyme blend. 7
1.2.2.1. Hoà tan vật liệu trong dung môi 7
1.2.2.2. Tạo màng polyme blend 8
1.2.2.3. Quan sát bề mặt vật liệu 8
1.2.3.4. Đánh giá qua nhiệt độ thuỷ tinh hóa của vật liệu 8
1.2.2.5. Phương pháp cơ nhiệt động 8
1.2.2.6. Phương pháp sử dụng kính hiển vi 9
1.2.2.7. Phương pháp tán xạ tia X góc hẹp 9
1.2.3. Những biện pháp tăng cường tính tương hợp của polyme blend
1.2.3.1. Sử dụng các chất tương hợp
1.2.3.2. Sử dụng các peroxit
1.2.3.3. Sử dụng các tác nhân gồm peroxit và hợp chất đa chức .
1.2.3.4. Chế tạo các blend trên cơ sở các polyme có khả năng tham gia phản ứng trao đổi .
1.2.3.5. Sử dụng các chất hoạt động bề mặt
1.2.3.6. Sử dụng các chất độn hoạt tính
1.2.3.7. Sử dụng phương pháp cơ nhiệt
1.2.3.8. Sử dụng phương pháp lưu hóa động
1.3. Các phương pháp chế tạo polyme blend .
1.3.1. Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme
1.3.2. Chế tạo polyme blend từ hỗn hợp các latex polyme .
1.3.3. Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy .
1.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu cao su blend
1.4.1. Giới thiệu chung
1.4.2. Một số cao su tổng hợp bền dầu mỡ, nhiệt và thời tiết
1.4.2.1. Cao su clopren .
1.4.2.2. Cao su polyetylen clo hóa
1.4.2.3. Cao su closulfon polyetylen hay cao su Hypalon
1.4.2.4. Cao su nitril/nitril butadien .
1.4.2.5. Cao su nitril butadien hydro hóa .
1.4.2.6. Cao su epiclohydrin .
1.4.2.7. Cao su etylen-acrylic
1.4.2.8. Cao su flo (fluoroelastomer)
1.4.2.9. Cao su pe-flo (perfluoelastomer) .
1.4.2.10. Cao su polyacrylat
1.4.2.11. Cao su polysulfua(tiocol)
1.4.2.12. Cao su silicon (polydimetyl siloxan) .
1.4.2.13. Flosilicon
1.4.2.14. Cao su flocacbon
1.4.2.15. Polyuretan
1.4.2.16. Cao su butyl
1.4.2.17. Cao su clobutyl .
1.4.3. Một số hệ cao su blend tính năng cao .
1.4.3.1. Hệ blend trên cơ sở cao su NBR với cao su thiên nhiên
1.4.3.2. Hệ blend trên cơ sở cao su NBR với cao su thiên nhiên epoxy hóa (ENR)
1.4.3.3. Hệ blend trên cơ sở cao su NBR với PVC
1.4.3.4. Hệ Blend trên cơ sở cao su NBR với cao su SBR .
1.4.3.5. Hệ blend trên cơ sở cao su NBR với cao su CR .
1.4.3.6. Hệ blend trên cơ sở cao su CR với PVC
1.4.3.7. Hệ blend trên cơ sở cao su NBR với CR và PVC .
1.4.3.8. Một sô hệ blend có khả năng chịu dầu khác
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu và thiết bị nghiên cứu .
2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất .
2.1.2. Thiết bị thí nghiệm .
2.2. Phương pháp nghiên cứu .
2.2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu .
2.2.1.1. Chế tạo mẫu cao su blend NBR/PVC .
2.2.1.2. Chế tạo mẫu cao su blend NBR/CR . .
2.2.1.3. Chế tạo mẫu cao su blend CR/PVC
2.2.1.4. Chế tạo mẫu cao su blend NBR/CR/PVC .
2.2.2. Phương pháp xác định tính chất, cấu trúc vật liệu cao su blend
2.2.2.1. Phương pháp đo độ bền kéo đứt của vật liệu .
2.2.2.2. Phương pháp xác định độ dãn dài khi đứt của vật liệu
2.2.2.3. Phương pháp xác định độ dãn dài dư của vật liệu .
2.2.2.4. Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu
2.2.2.5. Phương pháp xác định độ mài mòn của vật liệu
2.2.2.6. Phương pháp xác định độ trương của vật liệu trong môi trường xăng dầu
2.2.2.7. Phương pháp xác định hệ số già hóa của vật liệu
2.2.2.8. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) .
2.2.2.9. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
2.2.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
2.2.3.1. Mô hình thực nghiệm thống kê trên cơ sở kết quả thực nghiệm thụ động .
2.2.3.2. Quy hoạch thực nghiệm theo kế hoạch mạng đơn hình Sheffe
2.2.3.3. Quy hoạch thực nghiệm khảo sát phần cục bộ của biểu đồ thành phần – tính chất theo kế hoạch Mc Lean – Anderson
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su nitril butadien và nhựa polyvinyl clorua
3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng và dầu của vật liệu
3.1.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng A 92 của vật liệu
3.1.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu
3.1.3. Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu
3.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su cloropren và nhựa polyvinyl clorua
3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng và dầu của vật liệu
3.2.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng A 92 của vật liệu
3.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu
3.2.3. Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu
3.3. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su nitril butadien và cao su clopren .
3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới tính chất cơ lý của vật liệu
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ bền trong xăng và dầu của vật liệu
3.3.2.1. Độ trương trong xăng A92 của vật liệu
3.3.2.2. Độ trương trong dầu biến thế của vật liệu .
3.3.3. Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu
3.3.4. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu
3.4. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend 3 cấu tử trên cơ sở cao su nitril butadien, cao su clopren và polyvinyl clorua
3.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu 88
3.4.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ bền trong xăng và dầu của vật liệu . 90
3.4.2.1. Độ trương trong xăng A92 của vật liệu
3.4.2.2. Độ trương trong dầu biến thế của vật liệu .
3.4.3. Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu
3.4.4. Nghiên cứu cấu trúc hình thái và khả năng bền nhiệt của vật liệu
3.4.4.1. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới cấu trúc hình thái của vật liệu3.4.3.2. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu
3.6. Nghiên cứu sử dụng một số chất biến đổi cấu trúc để cải thiện tính năng cơ lý cho vật liệu cao su blend NBR/CR và NBR/CR/PVC .
3.5.1. Ảnh hưởng của các chất biến đổi cấu trúc tới tính chất, cấu trúc hình thái của hệ blend NBR/CR .
3.5.1.1. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ lý của vật liệu
3.5.1.2. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới cấu trúc hình thái của vật liệu
3.5.1.3. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền môi trường của vật liệu
3.5.2. Ảnh hưởng của các chất biến đổi cấu trúc tới tính chất, cấu trúc hình thái của hệ blend NBR/CR/PVC
3.5.2.1. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ lý của vật liệu
3.5.2.2. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới cấu trúc hình thái của vật liệu
3.5.2.3. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền nhiệt của vật liệu
3.5.2.4. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền môi trường của vật liệu
3.6. Tối ưu hóa trong chế tạo vật liệu cao su blend 3 cấu tử trên cơ sở cao su nitril butadien, cao su clopren và polyvinyl clorua
3.6.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm thống kê trên cơ sở kết quả thực nghiệm thụ động
3.6.2. Quy hoạch thực nghiệm tìm mô hình toán theo kế hoạch mạng đơn hình Sheffe
3.6.3. Quy hoạch thực nghiệm khảo sát phần cục bộ của biểu đồ thành phần – tính chất theo kế hoạch Mc Lean – Anderson
3.6.3.1. Kết quả mô hình hóa cho độ bền kéo
3.6.3.2. Kết quả mô hình hóa cho độ dãn dài và độ cứng
3.6.4. Thực nghiệm kiểm tra tính chất vật liệu cao su blend ba cấu tử NBR/CR/PVC theo tỷ lệ tối ưu của phương pháp quy hoạch thực nghiệm
3.7. Xây dựng công nghệ chế tạo vật liệu và sản phẩm gioăng đệm máy
biến thế trên cơ sở các vật liệu trên
3.7.1. Công nghệ chế tạo vật liệu cao su blend NBR/CR/PVC
3.7.1.1. Cắt mạch sơ bộ cao su
3.7.1.2. Ủ nhiệt bột PVC .
3.7.1.3. Chế tạo vật liệu blend NBR/CR/PVC
3.7.1.4. Ép lưu hóa định hình mẫu vật liệu
3.7.1.5. Nhả áp suất, lấy sản phẩm
3.7.2. Công nghệ chế tạo các sản phẩm gioăng, đệm cho máy biến thế
3.7.2.1. Ép định hình và lưu hóa sản phẩm
3.7.2.2. Nhả áp suất, lấy sản phẩm .
3.7.2.3. Kiểm tra, sửa khuyết tật và nhập kho .
3.8. Kết quả nghiên cứu chế tạo sản phẩm gioăng đệm máy biến thế
3.9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của kết quả nghiên cứu
KẾT LUẬN CHUNG
130
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 8¸10% 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,
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.