Tiểu luận Vật liệu học: Polyme cao su

Chia sẻ: Trần Quốc Ngọc | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

399
lượt xem 49
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với mục đích nhằm giúp người đọc hiểu rõ về nguồn gốc, tính chất, cách thức sản xuất để biết cách bảo quản và sử dụng sản phẩm Polime cao su một cách tốt nhất, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài tiểu luận Vật liệu học "Polyme cao su" dưới đây. Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận Vật liệu học: Polyme cao su

LỜI NÓI ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài: Trong cuôc sống hiện đại ngày nay các vật dụng trong gia đình hay trong các nhà máy xi nghiệp đều được sản xuất từ các vật liệu hoá học. Vật liệu polime ngày càng được chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế, do có nhiều ưu thế và tính năng cơ lí, kĩ thuật, giá thành phù hợp. Polime (cao su):EPDM (EtylenPropylendien đồng trùng hợp) có nhiều đặc tính vượt trội, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, việc tìm hiểu về polime này sẽ giúp việc sữ dụng loại polime này đạt hiệu quả kinh tế cao hơn. Tuy nhiên không phải ai cũng biểt hết về thành phần và tính chất của các vật dụng đó. Để tìm cách bảo quản và sử dụng tốt nhất, đúng mục đích nhất. Do đó nhóm chúng tôi tìm hiểu đề tài này để biết về thành phần tạo nên các vật dụng để sử dụng cho tốt nhất. 2. Đối tượng nghiên cứu: Polime cao su Mục đích nhằm giúp người đọc hiểu rõ về nguồn gốc, tính chất, cách thức sản xuất để biết cách bảo quản và sử dụng sản phẩm Polime cao su một cách tốt nhất. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu. Tìm hiểu về khái niệm cao su EPDM Một số đặc tính của cao su EPDM Ký hiệu cao su EPDM Một số loại cao su EDPM thông dụng Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất cao su EPDM Ứng dụng cao su EPDM
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM NỘI DUNG 1. KHÁI NIỆM POLIME VÀ POLIME CAO SU 1.1 Polime 1.1.1 Khái niệm Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ( gọi là mắt xích) liên kết với nhau. Ví dụ: Nilon – 6 –(NH=CH2]6=CO)n– do mắt xích –NH –[CH2]6 – CO– liên kết đôi với nhau tạo nên hệ số n được gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa. Các phân tử tạo nên từng mắt xích của polime được gọi là monome. 1.1.2 Phân Loại a) Theo nguồn gốc: Nhân tạo(bán tổng Thiên nhiên Tổng hợp hợp) Có nguồn gốc từ thiên Do con người tổng Lấy polime thiên nhiên hợp nên nhiên và chế hóa thành Ví dụ: xenlulozơ, tinh Ví dụ: polietylen, polilme mới bột.. poli(vinyl clorua)… Ví dụ: tơ axetat, tơ visco… b) Theo cách tổng hợp: Polime trùng hợp Polime trùng ngưng Tổng hợp bằng phản ứng trùng Tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp ngưng Ví dụ: polietilen, poli(metyn Ví dụ: nilon – 6,poli(phenol – 2
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM metarylat) fomanđehit) 1.2 Cao su 1.2.1 Khái niệm EPDM là một polime được tạo ra bằng cách đồng trùng hợp etylen và propylene với một lượng nhỏ các đien không liên hợp. Các đien hiện đang được sử dụng trong sản xuất EPDM là DCPD (dicyclopentadien), ENB (ethylidenenorbornene) và VNB (vinyl norbornene). Thành phần của EPDM: etylen chiếm khoảng 45 – 75% khối lượng. Các đien chiếm 2.5 – 12% khối lượng. Các loại EPDM có “tính no” còn dư trong các mạch nhánh và vì vậy có thể được lưu hóa bằng lưu huỳnh và các chất xúc tiến. 1.2.2 Phân loại 2. ĐẶC TÍNH POLYME CAO SU EPDM 2.1 Một số tính chất cơ bản của cao su EPDM Là loại cao su có tỷ trọng thấp nhất trong tất cả các loại cao su(0,86g/cm3). Có khả năng nhận hàm lượng chất độn cao hơn tất cả các loại cao su khác. Rất bền với nhiệt, oxi hóa, môi trường nước và thời tiết. Bền với hóa chất, có độ mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, có tính năng cách điện. Cao su EPDM thường được gọi là cao su “sử dụng ngoài trời”. 2.2 Các thông số quan trọng của cao su EPDM Độ nhớt Mooney. Tỷ lệ etylen và propylene. Hàm lượng đien (ENB hoặc loại khác). Hàm lượng và loại dầu trong cao su. 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của cao su 3
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Hàm lượng etylen Độ nhớt Mooney Hấp thụ nhiều chất độn và dầu Cường lực trước lưu hóa khi nóng Cường lực trước lưu hóa khi nguội Cường lực trước lưu hóa khi nóng Cường lực, modulus và khả năng đùn Kháng biến hình Độ cứng ở nhiệt độ thấp Modulus, độ bền nén, bền xé Tính bám dính và tính dính trục cán Các tính năng động lực học Tính mềm dẻo ở nhiệt độ thấp Nhiệt độ cán, tiêu hao năng lượng Độ bền nén Khả năng gia công Hàm lượng ENB MWD và độ phân nhánh Tốc độ lưu hóa, modulus, độ cứng và Khả năng gia công độ bền nén An toàn tự lưu Tính năng sản phẩm 2.4 Lựa chọn loại EPDM thích hợp Việc lựa chọn loại EPDM thích hợp được xác định bởi độ nhớt Mooney, hàm lượng etylen và hàm lượng monomer thứ ba của cao su. Các loại EPDM đã có sẵn trong dầu trong thành phần được người ta sản xuất ra để có những loại cao su với trọng lượng phân tử cao hoặc rất cao và vì vậy khả năng tiếp nhận chất độn và dầu rất cao. Cao su có độ nhớt hạt trọng lượng phân tử cao hơn có những tính năng đặc trưng của cao su như tính đàn hồi, độ bền nén và cường lực tốt hơn. Mặt khác trọng lượng phân tử có ảnh hưởng cực kỳ lớn đến khả năng chảy của cao su khi chưa lưu hóa. Vì vậy sự lựa chọn loại cao su sẽ chủ yếu phụ thuộc vào yêu cầu gia công. Do khả năng chảy sẽ giảm khi trọng lượng phân tử tăng, quy tắc theo kinh nghiệm dưới đây sẽ được áp dụng: => Cao su EPDM có độ nhớt thấp sẽ được dùng cho hỗn hợp cao su có hàm lượng hóa dẻo thấp và ngược lại. Trong công nghệ lưu hóa liên tục, người ta ưa chuộng cao su có trọng lượng phân tử cao để đảm bảo khả năng duy trì nguyên dạng của sản phẩm tính chống biến hình khi cao su chưa được lưu hóa nhưng cần có sự cân đối hợp lý với khả năng đùn của hỗn hợp. Loại cao su có hàm lượng etylen cao có nhiều tính năng như nhựa nhiệt dẻo và có thể cán luyện, đùn, cán sáng dễ dàng, nó có cường lực cao và do đó có thể đưa vào nhiều chất độn và hóa dẻo. Thêm vào đó, nó có độ cứng và giãn dài cao hơn. Hàm lượng dien không liên hợp ( monomer thứ 3: ENB hoặc loại khác) ảnh hưởng tới tốc độ lưu hóa( an toàn tự lưu và thời gian lưu hóa), cường lực và ứng suất biến dạng. Trong công nghệ lưu hóa liên tục khi mà người ta sử dụng lưu huỳnh làm chất lưu hóa, thường các loại EPDM có hàm lượng không no cao được lựa chọn làm 4
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM để đạt được tốc độ lưu hóa cao nhất và như thế có thể để tạo ra sản phẩm chất lượng cao và năng suất cao. Trong công nghệ không liên tục, các loại cao su với hàm lượng không no trung bình thường được sử dụng vì khi đó người ta có thể giảm thời gian lưu hóa bằng tăng nhiệt độ lưu hóa hay nhiệt độ gia công/ tốc độ ép. 2.5 Ký hiệu theo thành phần trọng lượng Buna EPG 3569 200 TiO2 (Loại Rutile) 10. Vulkasil S 20 Sillitin Z 86 100. Mercaptosilane 1 Paraffinic oil 10. Rhenofit DDA 70 1 Vulkanox ZMB2 0.5 Zinkoxyd Aktiv 5 Stearic acid 1. Rhenocure S/G 2.5 Sulfur 1 3. MỘT SỐ LOẠI CAO SU THÔNG DỤNG 3.1 Cao su tự nhiên: Cao su tự nhiên hay cao su thiên nhiên là loại vật liệu được sản xuất từ mủ cây cao su. Những người dân Nam Mỹ là những người đầu tiên phát hiện và sử dụng cao su tự nhiên ở thế kỷ 16. Nam Mỹ vẫn là nguồn chính của mủ cao su với số lượng rất hạn chế được sử dụng trong nhiều thế kỷ 19. Tuy nhiên, vào năm 1876, Henry Wickham nhập lậu 70.000 Para hạt giống cây cao su từ Brazil và đã giao cho Kew Gardens,Anh. Chỉ 2.400 trong số này nảy mầm sau đó cây con sau đó được gửi đến Ấn Độ, Sri Lanka, Indonesia, Singapore, và Anh Malaya. Malaya (tại bán đảo Malaysia) sau này trở thành nhà sản xuất lớn nhất của cao su. Trong những năm 1900, các Bang Tự do Congo ở châu Phi cũng là một nguồn quan trọng của mủ cao su tự nhiên, chủ yếu được thu thập bởi lao động cưỡng bức. Liberia và Nigeria cũng bắt đầu sản xuất cao su. 5
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Ở Ấn Độ, canh tác thương mại của cao su tự nhiên đã được thực hiện bởi các chủ đồn điền người Anh, mặc dù những nỗ lực thử nghiệm để phát triển cao su trên quy mô thương mại ở Ấn Độ được bắt đầu rất sớm vào năm 1873 tại Vườn Bách thảo, Calcutta. Đồn điền thương mại đầu tiên Heave ở Ấn Độ đã được thành lập tại Thattekadu ở Kerala vào năm 1902. Tại Singapore và Malaysia, sản xuất thương mại cao su đã được rất nhiều thúc đẩy bởi Sir Henry Nicholas Ridley, người từng là Giám đốc khoa học đầu tiên của Vườn Bách thảo Singapore 18881911. Ông phân phối hạt giống cao su cho nhiều người trồng và phát triển các kỹ thuật đầu tiên để khai thác mủ mà không gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho cây.Henry Wickham hái hàng ngàn hạt ở Brasil vào năm 1876 và mang những hạt đó đến Kew Gardens (Anh) cho nảy mầm. Các cây con được gửi đến Colombo, Indonesia, và Singapore. Tuy nhiên, việc sử dụng cao su trở nên phổ biến chỉ khi quá trình lưu hóa cao su được các nhà hóa học tìm ra vào năm 1839. Khi đó, cao su tự nhiên chuyển từ trạng thái chảy nhớt sang trạng thái đàn hồi cao. Về mặt hóa học, cao su thiên nhiên là polyisopren polyme của isopren. Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4. Ngoài đồng phân cis 1,4, trong cao su thiên nhiên còn có khoảng 2% mắt xích liên kết với nhau ở vị trí 3,4. 6
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Có cấu tạo tương tự với cao su thiên nhiên, nhựa cây Gutapertra được hình thành từ polyme của isopren đồng phân trans 1,4. Tính chất vật lý Ở nhiệt độ thấp, cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể. CSTN kết tinh với vận tốc nhanh nhất ở 25 °C. CSTN tinh thể nóng chảy ở 40 °C. Khối lượng riêng: 913 kg/m³ Nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg): 70 °C Hệ số giãn nở thể tích: 656.10−4 dm³/°C Nhiệt dẫn riêng: 0,14 w/m°K Nhiệt dung riêng: 1,88 kJ/kg°K Nửa chu kỳ kết tinh ở 25 °C: 2÷4 giờ Thẩm thấu điện môi 1000 Hz/s: 2,4÷2,7 Tang của góc tổn thất điện môi: 1,6.10−3 Điện trở riêng: Crếp trắng: 5.1012 Crếp hong khói: 3.1012 Cao su thiên nhiên tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng và CCl4. Tuy nhiên, cao su thiên nhiên không tan trong rượu và xetôn. 7
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM 3.2 Cao su tổng hợp 8
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Cao su tổng hợp là chất dẻo được con người chế tạo với chức năng là chất co giãn. Một chất co giãn là vật chất có đặc tính cơ học là chịu được sức ép thay đổi hình dạng hơn phần lớn các vật chất khác mà vẫn phục hồi hình dạng cũ. Cao su tổng hợp được dùng thay thế cao su tự nhiên trong rất nhiều ứng dụng, khi mà những đặc tính ưu việt của nó phát huy tác dụng. Cao su tự nhiên có nguồn gốc từ nhựa cây cao su, trải qua phản ứng trùng hợp tạo thành isopren với đôi chút tạp chấp. Điều này giới hạn các đặc tính của cao su. Thêm vào đó, những hạn chế còn ở tỷ lệ các liên kết đôi không mong muốn và tạp chất phụ từ phản ứng trùng hợp mủ cao su tự nhiên. Vì những lý do trên, các chỉ số đặc tính của cao su tự nhiên bị suy giảm ít nhiều mặc dù quá trình lưu hóa có giúp cải thiện trở lại. Cao su tổng hợp được tạo ra từ phản ứng trùng ngưng các cấu trúc đơn bao gồm isopren (2methyl1, 3butadien), 1,3butadien, cloropren (2cloro1,3 butadien) vàisobutylen (methylpropen) với một lượng nhỏ phần trăm isopren cho liên kết chuỗi. Thêm vào đó, các cấu trúc đơn này có thể trộn với các tỷ lệ mong muốn để tạophản ứng đồng trùng hợp mà kết quả là các cấu trúc cao su tổng hợp có các đặc tính vật lý, cơ học và hóa học khác nhau. Từ những năm 1890, khi các phương tiện giao thông đường bộ sử dụng bánh hơi ra đời, nhu cầu cao su tăng lên rất nhanh. Các vấn đề chính trị khiến cho giá cao su tự nhiên dao động rất lớn. Nguồn cung thiếu hụt, đặc biệt là trong những năm chiến tranh đưa đến nhu cầu phải tạo ra cao su tổng hợp. Năm 1879, Bouchardt chế tạo được một loại cao su tổng hợp từ phản ứng trùng hợp isopren trong phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học Anh và Đức sau đó, trong thời gian 19101912, phát triển các phương pháp khác cũng tạo ra chất dẻo từ isopren. Đức là quốc gia đầu tiên thành công trong việc sản xuất cao su tổng hợp ở quy mô thương mại. Việc này diễn ra trong Thế chiến thứ nhất, khi nước này 9
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM không tìm đủ nguồn cao su tự nhiên. Cao su tổng hợp này có cấu trúc khác với sản phẩm của Bouchardt, nó dựa trên sự trùng hợp butadien là thành quả của nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của nhà khoa học Nga Sergei Lebedev. Khi chiến tranh chấm dứt, loại cao su này bị thay thế bằng cao su tự nhiên, mặc dầu vậy các nhà khoa học vẫn tiếp tục công cuộc tìm kiếm các chất cao su tổng hợp mới và các quy trình sản xuất mới. Kết quả của những nỗ lực này là phát minh ra cao su "Buna S" (Cao su styrenbutadien). Đây là sản phẩm đồng trùng hợp của butadien và styren, ngày nay, nó chiếm một nửa sản lượng cao su tổng hợp toàn cầu. Cho đến năm 1925, giá cao su tự nhiên đã tăng đến ngưỡng mà rất nhiều công ty bắt đầu tìm kiếm các phương pháp sản xuất cao su nhân tạo nhằm cạnh tranh với sản phẩm thiên nhiên. Ở Mỹ, quá trình tìm kiếm tập trung vào các nguyên liệu khác với những gì đang được nghiên cứu ở Châu Âu. Hãng Thiokol bắt đầu bán cao su tổng hợp Neoprene năm 1930. Hãng DuPont, dựa trên kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ở Nieuwland cũng tung ra thị trường loại cao su tương tự năm 1931. Sản lượng cao su tổng hợp của Hoa Kỳ tăng rất nhanh trong Chiến tranh thế giới lần thứ hai bởi Phe Trục phát xít kiểm soát gần như toàn bộ nguồn cung cấp cao su tự nhiên của thế giới Đế quốc Nhật Bản chiếm đóng Đông Á. Những cải tiến nhỏ của quá trình chế tạo cao su nhân tạo tiếp diễn sau chiến tranh. Đến đầu những năm 1960, sản lượng cao su tổng hợp đã vượt qua cao su tự nhiên. Trong đó có một số loại thông dụng được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống Cao su Isoprene (IR) 10
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Là loại cao su tổng hợp có công thức giống với cao su thiên nhiên, có tính dính tốt khi ở dạng bán thành phẩm, có độ bền kéo và độ nẩy cao, độ bền xé tốt. Tuy nhiên, nó khác với cao su thiên nhiên ở một số điểm: IR đồng đều hơn NR Do IR có trọng lượng phân tử phân tán trong dãy hẹp nên nó ít có khuynh hướng kết tinh do kéo căng, vì vậy lực kéo cũng như lực xé sẽ kém hơn NR. Thông thường, tương tự như NR các nối liên kết bất bảo hòa trên mạch chính của IR cũng cần được bảo vệ để chống lại oxygen, ozone và ánh sáng. IR có tính kháng dầu kém, không kháng được các hydrocarbon thơm, béo và được halogen hóa. Kháng được các hóa chất vô cơ trừ các acid có oxy. IR không thích hợp dùng trong các chất lỏng hữu cơ ngoại trừ alcohol nếu nó có trọng lượng phân tử thấp. IR có thể được lưu hóa bằng những hệ thống tương tự như NR. Nhưng do khác với NR ở chỗ không có các thành phần không phải cao su nên việc tạo hỗn hợp sẽ khác mặc dù có cùng nguyên tắc với NR. Lượng acid stearic cần tăng lên để hoạt hóa quá trình lưu hóa, lượng chất gia tốc cần tăng 10 % để có thể đạt được tốc độ lưu hóa bằng với NR. IR có thể được dùng thay thế cho NR trong tất cả các ứng dụng, và thường được kết hợp với cao su polybutadien và Styrene. 11
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Polybutadien (BR) BR được tổng hợp bằng phương pháp polymer hóa dung dịch và thu được hàm lượng chủ yếu là cis 1,4 và 1,2 vinyl. Khi hàm lượng cis 1,4 vinyl cao ( >90%) polymer có Tg khoảng 900C với độ độ chịu lạnh cực kì tốt, độ kháng mòn và độ nẩy cao. Tuy nhiên, độ nẩy cao lại dẫn đến khả năng bám trên bề mặt ướt kém làm cho BR bị hạn chế trong các ứng dụng làm nền cho nhiều hợp chất. Hầu hết các loại BR khó cán trộn do có độ dính thấp, khả năng đản hổi của nó tạo khả năng đúc ép kém. Để cải thiện tính đúc ép có thể sử dụng các Peptiser cho quá trình gia công. Do mạch chính có các liên kết bất bảo hòa nên BR cũng cần được bảo vệ chống các tác nhân gây lão hóa. Khả năng kháng dầu của polymer kém và nó cũng như IR không kháng được hydrocarbon thơm, béo và halogen hóa. BR có thể được lưu hóa bằng hệ lưu huỳnh, hệ mang chất cho lưu huỳnh hay peroxide. Lưu hóa BR bằng hệ peroxide sẽ hiệu quả hơn phần lớn các liên kết mạng được tạo bằng phản ứng gốc tự do khác, sản phẩm sẽ có độ nẩy cao nên được ứng dụng làm các “superballs”. Các hợp chất dựa trên loại polymer này chỉ đạt được tính chất tốt nhất ở hàm lượng dầu và chất độn cao. Hầu hết BR được ứng dụng trong sản xuất vỏ xe, và chủ yếu là ở dạng hỗn hợp với các polymer khác như NR, SBR. Khi đó BR giúp giảm sự tích tụ nhiệt và cải thiện tính kháng mòn cho hỗn hợp. Ma sát của vỏ xe vào mùa đông cũng được cải thiện bằng cách sử dụng hàm lượng BR cao. Ngoài ra, BR còn được dùng làm đế giầy, băng chuyền, dây curoa… 12
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Epichlorohydrin Polymers (CO/ECO/ETER) Epichlorohydrin là một loại terpolymer có chứa một lượng nhỏ allyl glycidyl bất bảo hòa. Do các homopolymer có độ phân cực cao tạo cho polymer khả năng kháng dầu tốt nhất, nhưng lại có độ chịu lạnh kém. Homopolymer cũng có tính thấm khí thấp. Sườn carbon bất bão hòa giúp vật liệu kháng tốt oxy, ozone và ánh sáng. Epichlorohydrin kháng được các hydrocarbon béo và thơm, alcohol, alkalis , các khoáng hòa tan và các acid có chứa oxy. Nhưng lại bị tấn công mạnh bởi các tác nhân oxy hóa, chlorine và các khoáng mạnh. Phương pháp chủ yếu để khâu mạng homopolymer và polymer này là dùng thiourea với những điều kiện cơ bản của phản ứng lưu hóa. Một hợp chất nhận 13
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM điện tử cũng được cho vào, thường là chì dioxid, chì đỏ, oxid magiê …Hệ lưu hóa được sử dụng nhiều nhất là thiourea /ethylen thiourea. Bên cạnh đó, các terpolymer cũng có thể được lưu hóa bằng hệ lưu huỳnh hay peroxid, khả năng này giúp Epichlorohydrin có thể được sử dụng kết hợp với các polymer khác chẳng hạn như Nitrile… Ứng dụng chính của Epichlorohydrin là trong lĩnh vực tự động với rất nhiều loại khớp nối và đệm làm kín khác nhau, các orings và màng ngăn… Ngoài ra các chúng còn được dùng trong sản xuất các trục lăn và nhiều ứng dụng khác ở nhiệt độ thấp. Polychloroprene Loại polymer này thường nhưng không chính xác được gọi với tên thương mại là Neoprene. CR được tổng hợp bằng quá trình polymer hóa nhũ tương. Polymer này không thể thương mại được nếu dựa trên dạng cis 1,4, mà phải là dạng trans 1,4 với điểm chảy tinh thể, Tm khoảng +750C và nhiệt độ Tg khoảng 450C, có thể kết tinh dễ dàng. CR không kết tinh khi hòa tan vào trong dung môi nhưng sẽ kết tinh khi dung môi bay hơi, thuận lợi cho việc tạo sự kết dính bề mặt. Nhiệt độ của quá trình polymer hóa sẽ ảnh hưởng lên tính chặt chẽ của polymer thu được ở dạng trans 1,4. Khi nhiệt độ tăng lên từ 400C đến +400C sẽ làm tăng hàm lượng dạng 1,2 và 3,4 dẫn đến làm giảm tính điều hòa và sự kết tinh của polymer. Do đó, CR càng có tính giống cao su khi nhiệt độ polymer hóa càng tăng. Khả năng kết tinh của CR cũng có thể được điều khiển bằng cách copolymer hóa nó với một lượng nhỏ monomer khác.Do có sự cân bằng giữa độ bền kéo, tính kháng dầu và khả năng chống cháy, cũng như khả năng kháng ozone, thời tiết và lão hóa mà CR có nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, điển hình như các Vbelts, băng tải, các loại kích cáp và dây điện, lớp bọc chống cháy… 14
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Polynorbornene Có cấu trúc vòng trên mạch chính, Tg khá cao +350C nên polymer không giống cao su ở nhiệt độ môi trường thông thường mà cần phải làm dẻo để có được tính đàn hồi. Vật liệu này có thể được kéo dãn khi có mặt một lượng lớn dầu với một độ bền có thể chấp nhận được, có khả năng chống sốc tốt nên được ứng dụng vào các thiết bị chống rung và giảm ồn. Polynorbornene không kháng được dầu và các dung môi vì chúng có thể tác động lên các chất hóa dẻo bên trong nó. 15
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Vật liệu này có thể được lưu hóa bằng lưu huỳnh lẫn peroxid nhưng cần phải được bảo vệ khỏi oxy, ozone và tia UV.Chủ yếu dùng bọc trục cao su và các chi tiết chống sốc, chống rung… 3.3 Cao su buna – S Cao su styrenbutađien còn gọi là cao su buna S là một loại cao su tổng hợp. Nó được viết tắt là SBR ( Styrene Butadiene Rubber) là chất đồng trùng hợp từ 2 đồng phân là butadiene và styren. Nó được nhà hóa học người Đức Walter Bock tổng hợp thành công lần đầu tiên vào năm 1929 bằng phương pháp polymer nhũ tương hai cấu tử này. Nó cũng là loại cao su tổng hợp đầu tiên có khả năng sử dụng ở quy mô kinh tếthương mại. SBR là loại cao su tổng hợp được sử dụng nhiều nhất chiếm hơn 45% tổng lượng cao su tiêu thụ trên toàn cầu. Trong đó, ứng dụng sản xuất lốp xe là nhiều nhất và tiêu thụ trên 75% lượng SBR sản xuất trên thế giới. Ngoài ra, SBR còn được ứng dụng làm nguyên liệu để sản xuất rất nhiều vật dụng khác như giày dép,chất kết dính, các thiết bị máy móc: trục máy in, tấm lót bàn phím, tấm đệm, … Tính chất: Nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh (Tg) của SBR vào khoảng 55oC phụ thuộc vào hàm lượng styrene. Nhiệt độ sử dụng : 40 đến 100oC Độ giãn dài (%) : 4505005. Do nhu cầu trong ngành công nghiệp chế tạo lốp xe tăng lên, dẫn đến nhu cầu tiêu thụ SBR tăng đều đặn trong suốt 10 năm qua. Từ 3.286.677 tấn năm 2000 lên 4.571.201 tấn năm 2010 và dự kiến đạt 8.201.902 tấn/ năm vào năm 2020. 16
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Nghiên cứu vào năm 2010 cho thấy các ngành công nghiệp sản xuất lốp xe chiếm 3.363.045 tấn, giày dép chiếm 315.770 tấn, xây dựng chiếm 247.000 tấn; tức là chúng chiếm đến hơn 85% nhu cầu SBR trên toàn thế giới. Các phương pháp sản xuất monomer: 1. Sản xuất butadiene Butadien (t0s=4,4130C, d204=0,6211) là một sản phẩm hóa dầu phổ biến, nhờ đó là sự phát triển của các loại polyme đồng trùng hợp với styren và acrylonitril. Quá trình sản xuất butadien gần đây nhất là từ acetylene và formaldehyt (Germany, the Reppe process) hoặc sản xuất bằng phương pháp aldol hóa acetandehyt (Germany), hoặc dehydrat hóa, dehydro hóa etanol (USSR, United States: Union Carbide) Các phương pháp sản xuất ngày nay đi từ nguyên liệu dầu mỏ. Tại châu Âu và Nhật, butadien được phân tác từ phân đoạn C4 của quá trình steam craking. Tại Mỹ, nó có thể được sản xuất bằng cách dehydro hóa nbutan và đặc biệt là n buten trong phân đoạn C4 từ cracking xúc tác 2. Dehydro hóa xúc tác trực tiếp Butadien từ dehydro hóa vẫn cung cấp 1/15 sản lượng trên tòan thế giới năm 1981, nhưng đến năm 1990, phương pháp tổng hợp này gần như không còn xuất hiện. Đầu tiên là từ buten, sau đó từ butan trong 2 giai đoạn với nguyên liệu trung gian là buten và cuối cùng trong 1 giai đoạn gồm: Dehydro hóa buten có xúc tác Với điều kiện cần thiết Buten chỉ có trong hỗn hợp trong phân đoạn C4 (25 đến 45 phần trăm khối lượng) gồm nbuten, isobuten, nbutan và isobutan. Để đạt yêu cầu cho quá trình dehydro hóa, nồng độ nbuten trong nguyên liệu phân đoạn C4 phải ít nhất 70%, có thể là 8095%. Bởi vì từ sự chuyển hóa buten thành butadien chỉ xảy ra một phần trong mỗi đoạn xúc tác, phần chưa chuyển hóa 17
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM phải được tuần hoàn lại. Vì thế các hydrocacbon C4 phải được giới hạn đến mức có thể, để tránh làm mất một số lượng buten chưa được chuyển hóa trong phần cặn. Sự dehydro hóa xảy ra theo phản ứng sau: Phản ứng là cân bằng, thu nhiệt. Do đó phản ứng thích hợp ở nhiệt độ cao và áp suất thấp. 3.4 Cao su buna – N 5.Ứng dụng của EPDM 5.1 EPDM làm gioăng bít kín cho cửa máy giặt Gioăng cửa của máy giặt loại cửa trước giữa cửa kính và ống trước lồng máy giặt. Gioăng làm kín này phải chịu được mức độ rung động đáng kể trong khi lồng máy giặt chứa quần áo quay tốc độ cao trong giai đoạn làm khô. 18
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Ống trước lồng máy giặt được di chuyển tự do trên hệ thống treo của nó vì trọng tải giặt không bao giờ cân bằng. Gioăng này củng phải bền với lão hóa gây ra bởi ảnh hưởng của khí quyển và các thành thần của bột giặt. Để có thể thực hiện được chức năng làm kín của mình một cách hoàn hảo hỗn hợp cao su làm gioăng cần có độ bền xé và bền nén tốt. Hỗn hợp cao su này củng phải được thiết kế để có độ chảy tốt khi gia công bằng phương pháp ép va thường nó phải có màu sáng. Thiết kế hỗn hợp cao su: Hỗn hợp cao su được làm từ một loại cao su EPDM có trọng lượng phân tử cao và đã có sẵn 100 phần trọng lượng dầu trong thành phần (buna EPG 3569). Trọng lượng phân tử cao của cao su cùng với silica tăng cường lực ( Vulkasyl S) và silane giúp đảm bảo độ bền xé và bền nén cao. EPDM có khả năng chịu lão hóa và bền với các hóa chất mạnh của bột giặt. Độ bền lão hóa của nó còn được tăng cường bằng việc đưa vào cao su hỗn hợp phòng lão có tính hiệp lực Rhenofit DDA 70 và Vulkanox ZMB2. Hệ lưu hóa sử dụng các xúc tiến không gây nguy cơ ung thư mà tạo ra tốc độ lưu hóa nhanh. Hàm lượng lưu huỳnh thấp cùng với các chất mang lưu huỳnh không gay nguy cơ ung thư được người ta sử dụng để tạo ra độ bền nén tốt nhất. 5.2 Hạt cao su EPDM màu Hạt cao su EPDM màu đàn hồi và dẻo dai, được sử dụng làm bề mặt: Sân chơi, đường chạy, sân thể thao nhằm: Kháng trượt, kháng mòn Giảm xóc, giảm chấn thương Kháng thời tiết, UV, bền theo thời gian 19
TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM Hạt cao su EPDM màu hiện nay được cung cấp: Màu sắc đa dạng Kích thước hạt nhỏ , phân bố đồng đều Độ cứng shore A trong khoảng rộng. Có sẵn công thức kháng cháy nếu có yêu cầu Một số ví dụ về EPDM màu: Sân cỏ nhân tạo sử dụng cao su EPDM màu: Ứng Dụng Chính Của Cao Su EPNM Bao Gồm: Công nghiệp xe hơi: +Gioăng và prolife làm kín cho cửa, cửa sổ Ron cửa, ron kính: 20