Nghiên ứu hoàn thiện tính chất vật liệu cao su có sử dụng sio2 biến tính

1 Luận văn tốt nghiệp cao học Bé gi¸o dơc đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội _ NguyÔn TiÕn Phong Nghiên cứu hoàn thiện tính chất vật liệu cao su có sử dụng SiO biến tính chuyên Ngành: công nghệ vật liệu hóa học Mà số: Luận văn th¹c sÜ khoa häc Ngêi híng dÉn khoa häc: PGS.TS Bùi chơng Hà NộI 2009 Nguyn Tin Phong Cao học 2007-2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113871941000000 Luận văn tốt nghiệp cao học Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tôi, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực, đợc đồng tác giả cho phép sử dụng cha đợc công bố công trình khác Tác giả Nguyễn Tiến Phong Nguyn Tin Phong – Cao học 2007-2009 Luận văn tốt nghiệp cao hc Lời cảm ơn Sau thời gian học tập nghiên cứu với giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo bạn đồng nghiệp nỗ lực cố gắng thân, luận văn tốt nghiệp cao học đà hoàn thành Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo bạn đồng nghiệp Trung tâm NCVL polyme đà tận tình dạy dỗ, bồi dỡng tạo điều kiện giúp đỡ suốt hai năm học vừa qua Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, PGS TS Bùi Chơng ngời đà hết lòng hớng dẫn, bảo thời gian thực luận văn Do thời gian làm luận văn có hạn, điều kiện nghiên cứu hạn chế nên không tránh khỏi có thiếu sót Tôi mong nhận đợc đóng góp từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn chỉnh Hà Nội, ngày 23 tháng 10 năm 2009 Học viên Nguyễn Tiến Phong Nguyễn Tiến Phong – Cao học 2007-2009 Luận văn tốt nghiệp cao học Môc lôc Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu Chơng Tổng quan 1.1 Cao su thiên nhiên 10 1.2 Cao su EPDM 13 1.3 Blend tõ CSTN EPDM 21 1.4 Cơ chế tăng cờng lực cho cao su 30 1.5 Chất ®én gia cường 32 10 Chơng Các phơng pháp nghiên cứu 2.1 Hóa chất thiết bị sử dụng B 2.2 Các phơng pháp nghiên cứu thiết bị sử dụng Chơng KÕt qu¶ th¶o luËn 43 43 44 47 3.1 Nghiên cứu chế tạo cao su thiên nhiên sử dụng silica 47 3.1.1 Khảo sát chế độ công nghệ biến tính silica phơng pháp nghiền 3.1.2 Ch to cao su thiờn nhiờn s dng Silica 47 3.1.3 Khảo sát ảnh hởng chế độ công nghệ đến tính chất vật liÖu 3.2 Chế tạo blend từ cao su EPDM cao su thiờn nhiờn 54 57 49 3.2.1 Tính lý blend sở EPDM CSTN 59 3.2.2 Khảo sát khả chịu lÃo hóa nhiệt 59 Nguyễn Tiến Phong – Cao học 2007-2009 Lun tt nghip cao hc 3.2.3 Khảo sát ảnh hởng chất trợ tơng hợp đến tính 61 3.2.4 Khảo sát cấu trúc hình thái blend 63 3.2.5 Khảo sát tính chất nhiệt vật liệu 64 cđa blend kết luận 68 kiến nghị 69 tài liệu tham khảo 70 Tóm tắt luận văn tiêng việt 73 Tóm tắt luận văn tiếng anh 74 Nguyn Tiến Phong – Cao học 2007-2009 Luận văn tốt nghip cao hc Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Ký hiệu chữ viết tắt Nội dung B CSTN Cao su thiªn nhiªn EPDM Etylen propylen dien monome PP Polypropylen PE Polyetylen TESPT Bis (3-trimetoxysilyl propyl) tetrasunfit MPTS 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane PS Polystyren PA Polyamid MA Maleic anhydryt SBR Cao su Butadien Styren BR Cao su Butadien Nguyễn Tiến Phong – Cao học 2007-2009 Luận văn tt nghip cao hc Danh mục bảng biểu Bảng Tên bảng Trang số 1.1 Mt s tớnh cht tiờu biểu EPDM 14 1.2 Độ hòa tan chất xúc tiến EPDM 17 1.3 Blend gi÷a CSTN cao su tổng hợp ứng dụng chế tạo lốp xe 28 1.4 Đặc điểm than đen sử dụng chế to lp 33 1.5 Các loại Silanol 35 3.1 Kt khảo sát ảnh hưởng thời gian nghiền đến kích thước silica 47 3.2 Đơn phối liệu cao su thiên nhiên theo phần trăm trọng lượng 49 3.3 Kết kh¶o sát tính chất lý CSTN 52 3.4 KÕt khảo sát ảnh hởng nhiệt độ trộn 54 3.5 Kết khảo sát ảnh hởng tốc độ trén ®Õn tÝnh chÊt vËt liƯu 56 3.6 Đơn phối liu cao su EPDM 58 3.7 Kết phân tích nhiƯt TGA cđa c¸c mÉu vËt liƯu 67 Nguyễn Tiến Phong – Cao học 2007-2009 Luận văn tốt nghip cao hc Danh mục hình vẽ đồ thị Hình vẽ, đồ thị số Tên hình vẽ, đồ thị Trang 1.1 ảnh chp sn phm cao su EPDM làm gioăng chịu thời tiết 14 1.2 C«ng thøc cÊu tạo EPDM cấu trúc không gian EPDM 15 1.3 Cấu trúc hạt silica 35 1.4 Các loại hydroxyl bề mặt silica 36 3.1 Mẫu silica ban đầu chưa biến tính 48 3.2 Mẫu silica biến tính b»ng TESPT thời gian 48 3.3 Biểu đồ phụ thuộc momen xoắn vào thời gian 51 3.4 Biểu đồ phụ thuộc nhiệt độ vào thời gian 51 3.5 Ảnh chụp bề mặt mẫu 1( không sử dụng silica) 52 3.6 Ảnh chụp bề mặt mẫu (sử dụng silica 20PTL) 53 3.7 Ảnh chụp bề mặt mẫu 3(sử dụng silica 10PTL) 53 3.8 Biểu đồ phụ thuộc momen xoắn vào thời gian 55 3.9 Biểu đồ phụ thuộc nhiệt độ vào thời gian 55 3.10 Biểu đồ phụ thuộc momen xoắn vào thời gian 57 3.11 57 3.12 Biểu phụ thuộc nhiệt độ vào thời gian Sù phơ thc ®é bỊn kéo vào tỉ lệ CSTN/EPDM 3.13 Sự ảnh hởng nhiƯt ®é ®Õn tÝnh chÊt blend 60 3.14 BiĨu ®å ảnh hởng nhiệt độ đến tính chất blend 61 3.15 Sự ảnh hởng chất trợ tơng hợp ®Õn tÝnh chÊt bend 62 3.16 Sù ¶nh hëng cđa nhiƯt ®é ®Õn tÝnh chÊt blend sư dơng chÊt trợ tơng hợp 63 3.17 nh chp mu cao su blend chưa sử dụng chất trợ tương hợp 63 3.18 Ảnh chụp mẫu cao su blend sử dụng chất trợ tương hợp 64 3.19 Đồ thị vµ TGA EPDM 65 3.20 Đồ thị DSC vµ TGA blend cha cã chất trợ tương hợp 66 3.21 Đồ thị DSC vµ TGA blend cã chất trợ tương hợp 66 Nguyễn Tiến Phong – Cao học 2007-2009 59 Luận văn tốt nghiệp cao học MỞ ĐẦU Cao su vËt liƯu cã nhiỊu tính kỹ thuật c bit Chúng c s dng rng rãi Ngành công nghiệp để chế tạo săm lốp ôtô, xe máy sản phẩm dân dụng khác băng truyền, băng tải, dây cu-roa… Cao su có độ bền học thấp có đại lượng biến dạng, đàn hồi lớn Sự đa dạng lĩnh vực sử dụng, chủng loại sản phẩm, tính kỹ thuật sản phẩm cao su khiến nhu cầu sử dụng sản phẩm cao su công nghiệp đời sống ngày tăng Các chất độn thường sử dụng CSTN than đen kỹ thuật, kẽm oxit, canxi cacbonat, bột nhẹ, cao lanh, barit… Ngồi cịn sử dụng loại chất độn khỏc nh silica, clay Chất độn tăng cờng silica chưa biến tính khả tương hợp với CSTN khơng tốt CSTN vËt liƯu cã cÊu tróc khơng phân cực silica lại lµ vËt liƯu cã cấu trúc phõn cc Để hoàn thiện tính chất CSTN cần thiết phải biến tính silica chất trợ tơng hợp EPDM cao su có độ bền lý thấp nhng ngợc lại có khả chịu khí hậu tốt Nhằm nâng cao tính lý khắc phục nhợc điểm EPDM cần thiết phải trộn hợp với số polyme khác có tính lý cao Trong khuôn khổ đề tài nµy sư dơng CSTN cã sư dơng silica biÕn tÝnh nhằm khắc phục nhợc điểm Do nhiệm vụ cụ thể đề tài là: sử dụng SiO2 biÕn tÝnh nh»m hoµn thiƯn tÝnh chÊt cđa CSTN vµ chế tạo blend từ CSTN EPDM Nguyn Tin Phong – Cao học 2007-2009 10 Luận văn tốt nghiệp cao học Ch¬ng I: TỔNG QUAN 1.1 Cao su thiên nhiên 1.1.1 Lịch sử hình thành phát triển cao su thiên nhiên Cao su thiên nhiên loại vật liệu sản xuất từ mủ cao su thiên nhiên Hevea Brasiliensis họ Đại Kích (Euphorbiaceae) Cao su có lẽ biết tới Christophe Colomb hành trình thám hiểm sang châu Mỹ lần thứ hai Nhưng đến năm 1625 người ta biết đến lợi ích Đến lồi người tìm q trình lưu hóa chuyển cao su sang trạng thái đàn hồi bền vững sản lượng cao su sản xuất năm tăng vọt Nhờ hai phát minh Handcook (nghiền dẻo) Goodyear (lưu hóa) mà cơng nghệ cao su phát triển mạnh mẽ, nhu cầu tiêu thụ tăng lên nhiều Ngành công nghiệp cao su tiến triển mạnh mẽ ngày phải nhờ khám phá sau khám phá chất xúc tiến lưu hóa, chất chống lão hóa, chất độn tăng cường lực cho cao su …[1] 1.1.2 Cấu trúc hóa học cao su thiên nhiên Cao su thiên nhiên polizopren - polymer isoprene có cơng thức: CH2 C CH CH2 CH3 n Mạch đại phân tử cao su thiên nhiên hình thành từ đồng phân cis mắt xích isoprene liên kết với vị trí 1,4 hình đây: CH3 C CH2 C H CH2 CH2 CH2 C C CH Nguyễn Tiến Phong – Cao học 2007-2009 CH2 H 10 CH3 C C H CH2