TỔNG QUAN
Cao su Etylen propylen dien monome (EPDM) [1, 2]
EPDM (Etylen propylen dien monome) là một loại polyme được hình thành từ quá trình đồng trùng hợp giữa etylen và propylen, kết hợp với một lượng nhỏ monome dien không liên hợp Để đảm bảo độ ổn định cao cho mạch chính, dien được thêm vào cần phải gắn đối xứng với mạch chính Trong cấu trúc của EPDM, etylen chiếm từ 45 đến 75% khối lượng, trong khi các dien chiếm từ 2,5 đến 12% khối lượng.
Công thức cấu tạo của EPDM như sau:
Hình 1 1 Công thức cấu tạo của EPDM
Trong quá trình đồng trùng hợp etylen và propylen với monome thứ ba, các liên kết đôi không no được thêm vào mạch EPDM Monome thứ ba cần có cấu trúc đặc biệt để chỉ một liên kết đôi tham gia vào quá trình trùng hợp, trong khi một liên kết đôi khác không phản ứng, điều này giúp tối ưu hóa quá trình lưu hóa bằng lưu huỳnh.
Tính chất của EPDM được xác định bởi cấu trúc chuỗi polyme, số lượng và hàm lượng các liên kết đôi không no từ monome thứ ba (dien), cùng với sự phân bố của dien trong mạch chính của đại phân tử.
1.1.2 Phân loại cao su EPDM [1]
Các dien phổ biến trong sản xuất EPDM thương mại bao gồm etyldien nobonen (ENB), 1,4-hexadien (HD) và dicyclopentadien (DCPD) Mặc dù mục đích chính của các dien này là tạo ra liên kết đôi trong phân tử polyme để tạo vị trí lưu hóa với lưu huỳnh, nhưng chúng cũng ảnh hưởng đến tính chất của cao su EPDM do sự khác biệt trong cấu trúc hóa học của từng loại dien.
Hình 1 2 Công thức cấu tạo của các monome dien
Etyldien nobonen (ENB) là dien phổ biến nhất nhờ khả năng kết hợp dễ dàng vào mạch chính và tạo liên kết đôi trong quá trình đồng trùng hợp, mang lại hiệu quả cao nhất trong lưu hóa bằng lưu huỳnh Mặc dù giá thành của ENB cao hơn so với các dien khác như HD và DCPD, nhưng EPDM chứa ENB lại có khả năng đồng lưu hóa tốt nhất với các loại cao su dien khác.
Hình 1 3 Công thức cấu tạo của EPDM chứa dien ENB
1,4-hexadien (1,4 HD) là một hợp chất dien không liên hợp, với một liên kết đôi ở đầu mạch và một liên kết đôi ở bên trong mạch Liên kết đôi ở đầu mạch tham gia vào quá trình đồng trùng hợp, giúp kết hợp 1,4 HD vào mạch chính, trong khi liên kết đôi bên trong mạch tham gia vào quá trình lưu hóa EPDM chứa 1,4 HD có tốc độ lưu hóa chậm hơn so với EPDM chứa ENB, nhưng lại sở hữu một số tính chất nổi bật hơn.
Hình 1 4 Công thức cấu tạo của EPDM chứa dien HD
Dicylopentadien (DCPD) là một loại cao su dien có chi phí thấp và khả năng kết hợp dễ dàng vào mạch chính Mặc dù vậy, DCPD có tốc độ lưu hóa chậm nhất trong ba loại cao su dien, điều này dẫn đến việc nó ít được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.
Hình 1 5 Công thức cấu tạo của EPDM chứa dien DCPD
1.1.2.2 Phân loại theo hàm lượng etylen-propylen:
Hàm lượng etylen trong cao su EPDM thương mại dao động từ 45% đến 75% khối lượng, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình kết tinh Sự thay đổi này không chỉ tác động đến tính chất của cao su EPDM ở nhiệt độ thấp mà còn ảnh hưởng đến khả năng gia công của vật liệu này.
- Hàm lượng etylen trên 75% khối lượng, cao su EPDM cứng và khó gia công trên máy trộn kín
- Hàm lượng etylen dưới 45% khối lượng, quá trình trùng hợp dùng hệ xúc tác Ziegler-Natta diễn ra chậm dẫn đến giảm năng suất, bất lợi về kinh tế
Hàm lượng etylen từ 50 - 55% khối lượng cho phép vật liệu duy trì tính mềm dẻo và khả năng uốn ở nhiệt độ thấp, vì quá trình kết tinh etylen không xảy ra tại nhiệt độ hóa thủy tinh Mặc dù độ giãn dư sau khi chịu nén rất ít, nhưng loại vật liệu này lại hạn chế trong việc sử dụng các chất độn.
- Hàm lượng etylen 52 - 62% khối lượng chứa các chuỗi etylen dài hơn và mật độ dày đặc hơn
- Hàm lượng etylen từ 63 - 67% khối lượng sẽ kết tinh trên 25°C
Hàm lượng etylen từ 68 - 80% trong cao su lưu hóa mang lại độ bền cao, giúp sản phẩm có độ bền kéo tốt và tính dẻo dai ở nhiệt độ phòng Điều này cho phép sử dụng nhiều loại chất độn trong quá trình sản xuất.
1.1.2.3 Phân loại theo khối lượng phân tử:
Cao su EPDM có 3 loại:
Khối lượng phân tử cao từ 300.000 đến 1.000.000 đvC được ứng dụng chủ yếu trong ngành xây dựng và ô tô Chúng thường được sử dụng để chế tạo đệm chống va đập, bọc dây điện, dây cáp, ống dẫn và các tấm đệm phủ mái.
Khối lượng phân tử thấp từ 80.000 đến 300.000 đvC thường được ứng dụng trong các quy trình đúc khuôn và ép đùn Loại vật liệu này cũng được phối trộn với các vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo hoặc sử dụng làm chất bôi trơn cho cao su có khối lượng phân tử cao.
- Khối lượng phân tử nhỏ
