Ảnh hưởng của hàm lượng chất khởi mào quang TPO đến sự khâu mạch quang của cao su butadien nitril

T¹p chÝ Hãa häc, T. 42 (1), Tr. 88 - 92, 2004<br /> <br /> <br /> <br /> ¶nh h ëng cña hµm l îng chÊt kh¬i mµo TPO ®Õn<br /> qu¸ tr×nh kh©u m¹ch quang trong ®iÒu kiÖn ¸nh<br /> s¸ng tù nhiªn cña hÖ tritiol / butadien nitril<br /> §Õn Tßa so¹n 23-6-2003<br /> NguyÔn ThÞ ViÖt TriÒu, §Æng §øc Phóc, Lª Xu©n HiÒn,<br /> NguyÔn TrÝ Ph ¬ng<br /> ViÖn Kü thuËt nhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v+ C«ng nghÖ ViÖt Nam<br /> <br /> SUMMARY<br /> The photocrosslinking of butadiene nitrile rubber was shown to proceed within minutes<br /> upon the exposure to sunlight in the presence of trithiol and acylphosphine oxide<br /> photointiator (TPO) of different concentrations. The crosslinking process was followed by<br /> insolubilization, swelling and hardness measurements. Optimum cure was reached at<br /> photoinitiator concentration 1%.<br /> <br /> <br /> I - §Æt vÊn ®Ò II - PhÇn thùc nghiÖm<br /> Trong c¸c b i b¸o tr íc ®©y, chóng t«i ® 1. Nguyªn liÖu v hãa chÊt<br /> c«ng bè kÕt qu¶ nghiªn cøu sù kh©u m¹ch - Cao su butadien nitril cña H n Quèc chøa<br /> quang cña cao su butadien nitril khi chiÕu tia 40% nhãm nitril (CBN-40), träng l îng ph©n tö<br /> tö ngo¹i [1, 2]. Tuy nhiªn, viÖc tËn dông 540.000.<br /> nguån ¸nh s¸ng mÆt trêi tù nhiªn s½n cã cña<br /> n íc ta ®Ó kh©u m¹ch cao su sÏ cã lîi Ých vÒ - ChÊt kh¬i m o quang d¹ng gèc oxit<br /> mÆt kinh tÕ. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, acylphosphin [2,4,6 Trimethyl-benzoyldiphenyl-<br /> chóng t«i ® nghiªn cøu sù kh©u m¹ch quang phosphin oxyd] (Lucirin TPO) cña h ng BASF.<br /> cña cao su butadien nitril b»ng ¸nh s¸ng tù - T¸c nh©n kh©u l íi Trimetylolpropane<br /> nhiªn víi mét sè lo¹i chÊt kh¬i m o kh¸c mercaptopropionate (tritiol) cña h ng Evans<br /> nhau. KÕt qu¶ cho thÊy r»ng trong sè c¸c chÊt chemetics.<br /> kh¬i m o ® nghiªn cøu th× chÊt kh¬i m o<br /> 2. ChÕ ®é chiÕu s¸ng<br /> Lucirin TPO cho hiÖu suÊt kh©u l íi tèt nhÊt<br /> [3] v h m l îng 3% TPO l tèi u [4]. Khi MÉu cao su cã chøa t¸c nh©n kh©u l íi<br /> cã mÆt cña t¸c nh©n kh©u l íi tritiol, tèc ®é tritiol v chÊt kh¬i m o TPO ® îc chiÕu v o<br /> v møc ®é kh©u m¹ch cña cao su butadien buæi tr a d íi ¸nh s¸ng mÆt trêi tù nhiªn.<br /> nitril t¨ng lªn ®¸ng kÓ [1, 2]. B i b¸o n y C êng ®é ¸nh s¸ng ® îc ®o b»ng m¸y ®o<br /> tr×nh b y c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh h ëng c êng ®é ¸nh s¸ng 116 cña Nga, I = 85.000<br /> cña h m l îng chÊt kh¬i m o TPO ®Õn qu¸ Lx.<br /> tr×nh kh©u m¹ch quang trong ®iÒu kiÖn ¸nh Sau mçi thêi gian chiÕu, ®em mÉu x¸c ®Þnh<br /> s¸ng tù nhiªn cña cao su buta®ien nitril khi c¸c tÝnh chÊt cña m ng cao su ® ® îc kh©u<br /> cã mÆt cña tritiol. m¹ch quang.<br /> <br /> 88<br /> 3. Ph ¬ng ph¸p ph©n tÝch gel t¨ng nhanh ë tÊt c¶ c¸c mÉu trong kho¶ng<br /> M ng cao su ® îc t¹o lªn tÊm kÝnh kÝch thêi gian 1 phót ®Çu chiÕu s¸ng, sau ®ã phÇn<br /> gel hÇu nh t¨ng lªn kh«ng ®¸ng kÓ. Trong c¸c<br /> th íc 5 cm × 10 cm víi chiÒu dÇy 20 µm ®Ó ®o<br /> mÉu ® kh¶o s¸t th× c¸c mÉu cã h m l îng<br /> ®é cøng v x¸c ®Þnh phÇn kh«ng tan. §é cøng<br /> chÊt kh¬i m o 2% TPO cho h m l îng phÇn<br /> t ¬ng ®èi cña m ng cao su ® îc x¸c ®Þnh b»ng<br /> gel cao nhÊt ë mäi thêi ®iÓm chiÕu s¸ng. Tuy<br /> m¸y ®o ®é cøng con l¾c ERICHSEN (§øc) t¹i<br /> nhiªn chóng ta thÊy chØ cÇn h m l îng 1%<br /> ViÖn Kü thuËt nhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v<br /> TPO, phÇn gel ® xÊp xØ gÇn b»ng víi phÇn gel<br /> C«ng nghÖ ViÖt Nam.<br /> ë h m l îng 2% TPO v sau 1 phót chiÕu s¸ng<br /> H m l îng phÇn gel v ®é tr ¬ng cña cao ® ®¹t 92%.<br /> su ® îc x¸c ®Þnh theo t i liÖu ® c«ng bè [3].<br /> Khi kh«ng cã mÆt chÊt kh¬i m o TPO, phÇn<br /> gel t¨ng lªn rÊt Ýt ë 3 phót ®Çu chiÕu s¸ng (chØ<br /> III - KÕt qu¶ v, th¶o luËn v i phÇn tr¨m) sau ®ã phÇn gel t¨ng ®Õn 30% ë<br /> Qu¸ tr×nh kh©u m¹ch cña CBN-40 khi cã sau 5 phót chiÕu s¸ng v sau ®ã hÇu nh t¨ng<br /> mÆt cña tritiol ® îc kh¶o s¸t víi h m l îng lªn kh«ng ®¸ng kÓ. Nh vËy chóng ta thÊy nÕu<br /> TPO lÇn l ît l : 0%; 0,2%; 0,5%; 0,8%; 1% kh«ng cã mÆt chÊt kh¬i m o quang, ph¶n øng<br /> v 2%. Trªn h×nh 1 chóng ta thÊy víi sù cã kh©u m¹ch cña cao su butadien nitril khi cã tiol<br /> mÆt cña chÊt kh¬i m o TPO, h m l îng phÇn x¶y ra rÊt yÕu v chËm.<br /> <br /> <br /> PhÇn gel (%)<br /> <br /> 100<br /> 100<br /> <br /> <br /> 80<br /> 80<br /> <br /> <br /> 60<br /> 60<br /> <br /> <br /> 40<br /> 40<br /> <br /> <br /> 20<br /> 20<br /> <br /> <br /> 00<br /> 00 22 44 66 88 10<br /> 10<br /> Thêi gian chiÕu (phót)<br /> T¸c nh©n kh©u l íi tritiol: 1%<br /> TPO : 0% ( ) ; 0,2% ( ) ; 0,5% ( ) ; 0,8% ( ) ; 1% ( ) ; 2% ( )<br /> <br /> H×nh 1: ¶nh h ëng cña h m l îng TPO ®Õn phÇn gel cña hÖ tritiol / butadien nitril<br /> khi chiÕu d íi ¸nh s¸ng mÆt trêi<br /> <br /> <br /> 89<br />  T ¬ng tù nh kÕt qu¶ kh¶o s¸t phÇn gel, ®é H×nh 2 còng cho thÊy trong c¸c mÉu trªn th×<br /> tr ¬ng cña c¸c mÉu cao su khi cã chÊt kh¬i c¸c mÉu cã h m l îng 1% v 2% TPO cho ®é<br /> m o gi¶m nhanh trong kho¶ng thêi gian 1 phót tr ¬ng thÊp nhÊt so víi c¸c mÉu kh¸c ë mäi<br /> ®Çu tiªn chiÕu s¸ng. ë c¸c thêi ®iÓm sau 1 phót thêi ®iÓm. Khi kh«ng cã chÊt kh¬i m o TPO, ë<br /> chiÕu s¸ng, ®é tr ¬ng gi¶m hÇu nh kh«ng 10 phót chiÕu s¸ng ®é tr ¬ng cao gÊp 2,5 lÇn so<br /> ®¸ng kÓ. víi mÉu cao su cã 1% v 2% TPO.<br /> <br /> §é tr ¬ng (%)<br /> <br /> 2500<br /> 2500<br /> <br /> <br /> 2000<br /> 2000<br /> <br /> <br /> 1500<br /> 1500<br /> <br /> <br /> 1000<br /> 1000<br /> <br /> <br /> 500<br /> 500<br /> <br /> <br /> 00<br /> 00 22 44 66 88 10<br /> 10<br /> Thêi gian chiÕu (phót)<br /> T¸c nh©n kh©u l íi tritiol : 1%<br /> TPO : 0% ( ); 0,2% ( ); 0,5% ( ); 0,8% ( ); 1% ( ) ; 2% ( )<br /> <br /> H×nh 2: ¶nh h ëng cña h m l îng TPO ®Õn ®é tr ¬ng cña hÖ tritiol / butadien nitril<br /> khi chiÕu d íi ¸nh s¸ng mÆt trêi<br /> <br /> Trªn h×nh 3 chóng ta thÊy khi cã chÊt kh¬i chØ cã 0,07 trong khi ®ã ®é cøng t ¬ng ®èi cña<br /> m o TPO, ®é cøng t ¬ng ®èi t¨ng nhanh trong cao su cã 2% chÊt kh¬i m o TPO l 0,17.<br /> 1 phót ®Çu tiªn chiÕu s¸ng. ë c¸c thêi ®iÓm Qua kh¶o s¸t qu¸ tr×nh kh©u m¹ch cña cao su<br /> chiÕu s¸ng sau 1 phót ®é cøng t ¬ng ®èi t¨ng CBN-40 víi h m l îng chÊt kh¬i m o TPO kh¸c<br /> lªn chËm h¬n. nhau, chóng ta thÊy trong 1 phót ®Çu chiÕu s¸ng<br /> Phï hîp víi c¸c kÕt qu¶ x¸c ®Þnh phÇn gel c¸c tÝnh chÊt cña cao su CBN-40 nh phÇn gel, ®é<br /> v ®é tr ¬ng, c¸c mÉu cã h m l îng 1% v 2% tr ¬ng v ®é cøng t ¬ng ®èi biÕn ®æi nhanh ë tÊt<br /> TPO cã ®é cøng t ¬ng ®èi cao nhÊt so víi c¸c c¶ c¸c mÉu. ë c¸c thêi ®iÓm sau 1 phót ®Õn khi<br /> mÉu kh¸c ë mäi thêi ®iÓm. Khi kh«ng cã chÊt ngõng chiÕu s¸ng, sù biÕn ®æi cña c¸c th«ng sè<br /> kh¬i m o quang, ®é cøng t ¬ng ®èi t¨ng lªn rÊt n y chËm h¬n. ¶nh h ëng cña h m l îng chÊt<br /> chËm v thÊp h¬n h¼n so víi c¸c mÉu cã chÊt kh¬i m o TPO ®Õn biÕn thiªn phÇn gel, ®é tr ¬ng<br /> kh¬i m o TPO. ë 10 phót chiÕu s¸ng ®é cøng v ®é cøng cña cao su CBN-40 t¹i thêi ®iÓm chiÕu<br /> t ¬ng ®èi cña cao su kh«ng cã chÊt kh¬i m o s¸ng 1 phót ® îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.<br /> <br /> 90<br />  §é cøng t ¬ng ®èi<br /> <br /> 0,20<br /> 0.2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0,15<br /> 0.15<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0,10<br /> 0.1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0,05<br /> 0.05<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 00<br /> 00 22 44 66 88 10<br /> 10<br /> <br /> Thêi gian chiÕu (phót)<br /> T¸c nh©n kh©u l íi tritiol : 1%<br /> TPO : 0% ( ) ; 0,2% ( ) ; 0,5% ( ) ; 0,8% ( ) ; 1% ( ) ; 2% ( )<br /> <br /> H×nh 3: ¶nh h ëng cña h m l îng TPO ®Õn ®é cøng cña hÖ tritiol / butadien nitril<br /> khi chiÕu d íi ¸nh s¸ng mÆt trêi<br /> <br /> PhÇn gel (%) §é tr ¬ng (%) §é cøng t ¬ng ®èi<br /> <br /> 100 - 11000<br /> 000 0,14<br /> 0 .1 4<br /> <br /> <br /> § é tr ¬ n g<br /> 80 - 8800<br /> 00 0,12<br /> 0 .1 2<br /> P h Çn gel<br /> <br /> 60 - 6600<br /> 00 0 .1<br /> 0,10<br /> § é cø n g<br /> <br /> <br /> 40 - 4400<br /> 00 0 .0 8<br /> 0,08<br /> <br /> <br /> 20 - 2200<br /> 00 0 .0 6<br /> 0,06<br /> <br /> <br /> 0- 00 00,04<br /> .0 4<br /> 0 00,5<br /> .5 11 11,5<br /> .5 22<br /> 10<br /> H m l îng chÊt kh¬i m o TPO (%)<br /> <br /> H×nh 4: ¶nh h ëng cña h m l îng chÊt kh¬i m o quang TPO ®Õn sù kh©u m¹ch quang<br /> cña hÖ tritiol / butadien nitril khi chiÕu 1 phót d íi ¸nh s¸ng mÆt trêi<br /> <br /> 91<br />  Tõ h×nh 4 cho thÊy c¸c mÉu cao su CBN-40 cã mÆt cña t¸c nh©n kh©u l íi tritiol tû lÖ chÊt<br /> kh«ng cã chÊt kh¬i m o quang TPO cã c¸c kh¬i m o TPO 1% l thÝch hîp.<br /> th«ng sè nh ®é cøng t ¬ng ®èi, phÇn gel v ®é<br /> tr ¬ng kÐm h¬n nhiÒu so víi mÉu cã h m l îng IV- KÕt luËn<br /> 1% v 2% TPO. §é cøng t ¬ng ®èi cña mÉu<br /> kh«ng cã TPO chØ b»ng 1/2 so víi mÉu cã 2% - KÕt qu¶ kh¶o s¸t qu¸ tr×nh kh©u m¹ch cña<br /> TPO v phÇn gel th× chØ b»ng 1/3 trong khi ®é cao su CBN-40, cã mÆt t¸c nh©n kh©u l íi 1%<br /> tr ¬ng th× cao gÊp 1,5 lÇn. tritiol khi chiÕu d íi ¸nh s¸ng mÆt trêi cho thÊy<br /> nÕu kh«ng cã chÊt kh¬i m o quang, ph¶n øng<br /> Nh vËy khi cã mÆt tritiol, nÕu kh«ng cã<br /> kh©u m¹ch cña cao su CBN-40 x¶y ra chËm v<br /> mÆt chÊt kh¬i m o quang, ph¶n øng kh©u m¹ch<br /> yÕu, trong khi ®ã sù cã mÆt cña chÊt kh¬i m o<br /> cña cao su CBN-40 diÔn ra rÊt yÕu v chËm.<br /> TPO l m ph¶n øng kh©u m¹ch t¨ng lªn ®¸ng<br /> Cao su cã møc ®é kh©u l íi chÆt chÏ v d y ®Æc<br /> kÓ.<br /> h¬n nÕu trong mÉu cã sö dông 1% hoÆc 2%<br /> chÊt kh¬i m o TPO. ë cïng mét h m l îng - § x¸c ®Þnh ® îc khi cã mÆt cña t¸c<br /> tritiol khi h m l îng chÊt kh¬i m o TPO c ng nh©n kh©u l íi 1% tritiol, h m l îng chÊt kh¬i<br /> lín trong mét kho¶ng giíi h¹n nhÊt ®Þnh, gèc m o quang 1% TPO l phï hîp ®Ó tiÕn h nh<br /> kh©u m¹ch cao su CBN-40 khi chiÕu d íi ¸nh<br /> thiyl (RS ) ® îc t¹o nhanh v nhiÒu l m cho s¸ng mÆt trêi.<br /> qu¸ tr×nh ph¸t triÓn m¹ch t¨ng nhanh.<br /> Tuy nhiªn nÕu h m l îng TPO qu¸ cao khi T,I liÖu tham kh¶o<br /> tiÕn h nh chiÕu s¸ng, phÇn lín ¸nh s¸ng bÞ hÊp<br /> thô ngay trªn bÒ mÆt cao su, t¹o ra mét l îng 1. C . Decker, T. Nguyen Thi Viet. Proc. RadTech<br /> lín gèc tù do v qu¸ tr×nh kh©u m¹ch x¶y ra ë Eur. Conf., P. 391- 396 (2001).<br /> líp trªn bÒ mÆt cao su. Nh vËy cã rÊt Ýt ¸nh 2. C . Decker, T. Nguyen Thi Viet. Journal of<br /> s¸ng cã thÓ lät v o trong líp d íi cña cao su. Applied Polymer Science, Vol. 82, P. 2204 -<br /> ViÖc ¸nh s¸ng kÐm lät qua g©y ¶nh h ëng ®Õn 2216 (2001).<br /> kh¶ n¨ng kh©u m¹ch cña phÇn cßn l¹i v× thÕ cao<br /> su ® îc kh©u m¹ch kh«ng ho n to n, do vËy 3. NguyÔn ThÞ ViÖt TriÒu, Lª Xu©n HiÒn,<br /> møc ®é kh©u m¹ch tæng thÓ mÉu cao su gi¶m ®i TrÞnh Xu©n Anh. T¹p chÝ Khoa häc v C«ng<br /> [1, 2]. nghÖ, T. 39, P. 25 -30 (2001).<br /> Tõ c¸c ®å thÞ ë trªn còng cho thÊy c¸c mÉu 4. NguyÔn ThÞ ViÖt TriÒu, Lª Xu©n HiÒn,<br /> cã tû lÖ 1% v 2% TPO sù kh¸c biÖt vÒ qu¸ NguyÔn TrÝ Ph ¬ng, Ph¹m ThÞ Hång, Vò<br /> tr×nh kh©u m¹ch kh«ng ®¸ng kÓ, trong khi sö Minh Ho ng. T¹p chÝ Hãa häc (® ® îc<br /> dông 1% TPO kinh tÕ h¬n nhiÒu, do vËy víi sù nhËn ®¨ng).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 92<br />