Luận án tiến sĩ vật lý học: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của vật liệu tổ hợp trên cơ sở bột cao su phế liệu và Polypropylen

Đặc biệt CSPT được nghiền thành bột có kích thước nhỏ và đưa vào nguyên liệu đầu với vai trò là chất độn thụ động đạt đến hàm lượng 40% làm hạ đáng kể giá thành sản phẩm nhưng độ bềnlại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘIĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Tran Thị Thanh Vân

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA

VẬT LIỆU TỔ HỢP TRÊN CƠ SỞ BỘT CAO SU PHẾ LIEU |

VA POLYPROPYLEN

Chuyên ngành hoá lý -hoá lý thuyết

Ma số 1 04 04

Hà nội, 2004

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả thực nghiệm được trình bày trong luận

án này là trung thực, do tôi và các cộng sự thực hiện

Hà nội, 2004

Tác giả

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Ngô Duy Cường, TS Nguyễn Quang

-những người đã hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo cho tôi thực hiện thành công luận

án tiến sĩ này.

Nội dung luận án được hoàn thành trong quá trình thực hiện dự án hợp tác

“ Elastomeric Alloy under Tropical conditions VIE 007-97” giữa phòng Vi phân

tích - Viện Kỹ thuật Nhiệt đới thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ

Quốc gia và bộ môn Hoá học và Công nghệ polyme - Viện Công nghệ chế tạo máy thuộc trường TU Chemmitz - Cộng hoà Liên bang Đức Vì vậy , tôi xin chân

thành cảm ơn TS H Michael - người đã hỗ trợ chúng tôi các tài liệu tham khảo,

sách chuyên môn, hoá chất, các thiết bị cần thiết và xác định các tính chất của vật

liệu EA tại trường TU Chemnitz.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Viện Kỹ thuật Nhiệt đới,

các anh chị em và các bạn đồng nghiệp trong và ngoài Viện đã hết lòng ủng hộ vàtạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận án trong thời gian qui định.

Tôi xin chân thành cảm on các thay cô giáo trong bộ môn Hoá lý nói riêng

và trong khoa Hoá nói chung đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện để

tôi hoàn thành bản luận văn này.

Những kết quả nghiên cứu của tôi không tách rời những hi sinh vất vả của

gia đình và người thân Sự động viên khích lệ và cổ vũ của tất cả đã tạo cho tôi

một niềm tin và sự phấn đấu vươn lên trong sự nghiệp.

Hà nội, 2004

TT ese ee reese ne eos e ốc Ïẽ se sẴă=- 9

Mục lực Hình và bantg siscsssisacscaxsscanwnssus ssvessannenamnessenswawnannnnes 12

NT — 17

CHUONG 1 TONG QUAN

1 Khái quát chung và hiện trang công nghệ tái sử dụng CSPT 19

1.1 Yêu cầu thực tế về tái sử dụng cao su cũ và cao su phế thải 19

1.2 Những biện pháp tái sử dụng cao su cũ và cao su phế thải 20

1.3 Quá trình tổ hợp cao su với nhựa nhiệt dẻo - - 23

1.3.1 Cơ sở lý thuyết- Nhiệt động học quá trình trộn lãn 23 1.3.2 Tổ hợp cao su với nhựa nhiệt dẻo - quá trình khâu lưới

Em BH HO S(LxeeeesesvreekEEELi D112 1ã882631ã8.55i65 408 33 366.ã6880ã3i686 30

1.3.2.1, Cơ sử thUYẾ Gueeeeeeeeegeeegoetddrrntrnssemaee 301.3.2.2 Sử dụng cao su dien làm thành phần cao su và polypropylen

Hone nhựa nh†iỆt-ĐỀU ga eaeeeesgoaebnoodtrrtrtruidriabakexeotss ii 32

1.3.2.3 Sử dụng bột cao su làm thành phần cao su phân tán trong

nh THIẾT Hoa dgnnggoigu nguoi dddnk do tbtiG0000098000889688601/80ã038/6 33

1.4 Sự tương hợp giữa nhựa nhiệt dẻo và cao su - - .- - - 34

1.4 1 Sự hoạt hóa của các thành phan polyme 34 1.4.2 Sự gắn kết của các thành phan hoạt hoá 35

1.4.3 Peroxit và các phụ gia kèm theo

1.5 Sự tương hợp giữa pha polyolefin liên tục và bột cao su phân tán e*®ee°Ẳeseeeseeeeeeeeeeeeeee 1.6 Quá trình tổ hợp kèm theo phản ứng hoá học của bột cao su và polypropylÌen ‹ -. ĂcĂ Ăn 009 9000000019609 60996/96098 1.7 Thành phần chính để chế tạo vật liệu elastomeric alloy

17:1, Phá C00 BUseeeeeeeeeeeeenaererbiionssis6666616609646066100005800006 1.7-3 Phú nhựn nhiệt 6 0ccsssasascussnsasscaseemnveresennensncnasenns 1.7.3 Hệ cho và nhận gốc tự dO - - - - « «<< ««« «« «+ 1.7.5.1 Chat: cho gức Hf Uaueereaaagddarooooaaetotrooaaerureen 1.7.3.2 Chất nhận gốc tự do .- - « - « « ««

«-1, 74 Các phụ gia đi KỀH syeeceeeyvieiiirestgtesgvra1424604141653460 66166 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1,1 HOA Chittscssssxcassvasnnsessnssnnnsassenscousasnes 2.2 Ché tao vat liéu elastomeric alloy bang phuong phap tron HOP WONT CHAY sevcescrseseveacervesseeeeeneenns 2.2.1 Sự ổn định động -

2.2.2 Thiết bị trộn Brabender- Plastograph

2.3 Những nghiên cứu về độ nhớt

2.4 Gia công vật liệu elastomeric alloy

2.5 Các phương pháp thử nghiệm vật liệu

°seeeeseeeeseseeeeeeeeeeeeseeee -ee«eseseeesseeeeseeeeeeese 2.5.1 Thử nghiệm bằng phương pháp cơ hoc `

2.5.2 Các thử nghiệm cơ học động

a/ Phân tích nhiệt vi sai quét DSC ““.-“ Ố Ắ

55:4; Phin Gch HHHỆ bá eeuaggagggangudgpoogiiddtpuniigiaasbä0486 6

®e®°eseeseesee°eseseeeeeeeeeeee

36 36

41

42 43 44

45 45 48 49

51

52 52

a0 56

57

a 59 62 63 63

Caos ee gs | ee 64

c/ Phan tích nhiệt cơ động học - -.- 64

2.5.4 Khảo sát bang kính hiển vi điện tử quét 65

2.6 Sự gắn kết pha giữa bột cao su và polypropylen - 66

2.6.1 Sự hoạt hoá pha phân tán và pha liên tục 66

2.6.2 Các điều kiện chế tao và gia công - - 67

37 MG bình sân Kết ĐNEueeeeeeeseeddrdtodaarerdeogbrssororrrrgpidaerm 69 CHUONG 3 KET QUA VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế tạo vat liệu elastomeric alloys 001ccscoecsvesecesnesseseseess 72 3.2 Bằng chứng về sự gắn kết pha giữa bột cao su và polypropilen T2 1.2.1, Kết qua phần tích HHÌỆ eeeeeeeeee°neeeenneseroeeeenrsee 75 1.2.1.1, Phan tich HD daeeeedddkkeiduoeaperddgddurddeuoan 75 3.2.1.2 Phân tích DMTA - - - « «« «- 77

3.2.2 Kết qua khảo sát bằng các phương pháp co hoc 85

3.2.3 Kết quả khảo sat bằng các phương pháp cơ học động 89

3.2.4 Kết qua khảo sát độ nhot csccssssscsvssccsassccncsssccecevess 95 3.2.5 Kết quả khảo sát cấu trúc hình thái học bằng kính hiển ví điện từ QU sscasssccmmanexccmanmmnnnmnemnammuens 98 3.3 Ảnh hưởng của thành phần các cấu tử đến tính chất cơ lý của vật liệu CEINLOTHBTTD HH HD: dang ga ggna rat gánggiäkiáã0216462ã686ãa06Aã6aả : 101 3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ peoxit - - 101

3.3.2 Ảnh hưởng của chất nhận gốc tự do 102

3.3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng và kích thước hat bột caosu — 104

3.4 Anh hưởng của điều kiện công nghệ đến tinh chất cơ lý của vật liệu

Clastomerte HO ccsecsenscsesercennevsesvacesesssnntsnesnosesnenssceseenees 105

3.4.1 Anh hưởng nhiệt độ gia công - 106 3.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn ép 107 3.4.3 Ảnh hưởng của tốc độ quay của vít đùn 107 3.4.4 Ảnh hưởng của áp lực ép phun -‹s««« 109

3.5 Thử nghiệm khí hậu tự nhiên ở Việt Nam ‘ 110

3.5.1 Su thay đổi tính chất cơ lý - - «-‹ - «<< 110

3.5.2 Kết qua phân tích nhiệt TMAsssvcsccescccssvesssesssesesees 111

3.5.3 Su thay đổi cấu trúc hinh thái học - - - 113

KẾT LUẬN 122

Những công trình đã công bố trong thời gian làm luận 4n 123

TAY liệu that Gi initia sec cáiciccoeacLiekká g2 bái cha ko keadbsesndeinmassôe 125

PHU LUCPhu luc 1; Điều kiện thối Gb biscsasscsccsascsasvescasvassscavensacsasasncxens 136

Phụ lục 2: Sự thay đổi cấu trúc bề mặt của polypropilen 138

Phu lục 3: Sự thay đổi cấu trúc bề mặt của elastomeric alloy 139

Phụ luc 4: Qui hoạch hoá thực nghiệm theo chuẩn Fisher 140

MỤC LỤC VIẾT TẮT

Kýhiu — Đơn vị Ý nghĩa

ASTM Tiêu chuẩn của Mỹ.

DHBP 2,5- Dimetyl-2,5-di( tert.2,5- butylperoxy)- hexan

DIN Tiêu chuẩn Đức

DMTA Phân tích nhiệt bằng phương pháp cơ động học.

DPG Di-fenyl-guanidin

DSC Phân tích nhiệt vi sai quét.

E-Modul [MPa] Modun dan hồi

EA Elastomeric alloy

EPDM Etylen-propylen- dien- copolyme

G [MPa] Chi số modun trượt.

G’ [Pa] Modun tích hợp.

G” [Pa] Modun tén hao.

ISO Tiêu chuẩn châu Au.

MFI [ øg/10phút] Chỉ số chảy nhớt.

N [ vòng/phút] Tốc độ quay của trục trộn

NBR Cao su nitrin

Nhiệt độ của vat liệu.

Độ nhớt của pha phân tán

Độ nhớt của pha liên tục

MỤC LỤC HÌNH, BẢNG VÀ SƠ ĐỒ

Hình 1.1: Hình anh mặt cắt ngang lốp ôfô - -.- -‹ - - -

Hình 1.2: Giản đồ pha của hỗn hop hai polime

-Hình 1.3: Giản đồ pha sự hoà tan hai polime

-Hình 1.4: Sự phụ thuộc của độ hoà tan vào khối lượng phân tử

Hình 1,5: Quan bệ giữa các loại DBo¿lHE, ă«.eeeceeeeeeereeeeseees Hình 1.6: Tính chất đặc trưng của các nhóm cao phân tử thể hiện qua biến đổi modul trượt vào nhiệt độ - ‹ - -‹ - -‹

-Hình 2.1: Sơ đồ mặt cắt ngang của khoang trộn -

Hình 2.2 : Sơ đồ cấu tao của cạp truc frộn -.-.- « - « « ««

Hình 2.3 : Đường DSC đặc trưng cho NND, CS và EA

Hình 2.4: Đường biểu diễn những biến đổi đặc trưng của E’, E” và tg ö Hình 3.1: Mô hình cấu trúc pha của elastomeric alloy .

Hình 3.2: So sánh đường DSC của BCS ép, PP và EA trong vùng biến điếễT tin củ E Ebzreaaoruatatittainttrietti0i3093482031398000088600đ Hình 3.3 : Ảnh hưởng của hàm lượng BCS đến hiệu ứng nhiệt

Hình 3.4 : Sự khác nhau về modul tích hợp, modul tổn hao và hệ số tổn hao giữa EA va Blend có cùng thành phần

Hình 3.5 : Sự khác nhau về modun tích hợp giữa BCS ép, PP, blend Hình 3.6 : So sánh hệ số tổn hao của BCS ép, PP, blend và EA

Hình 3.7: Ảnh hưởng của hàm lượng BCS đến hệ số tổn hao của EA

Hình 3.8 : So sánh modul tổn hao giữa BCS ép, PP, Blend và EA

12

28 53 54 63 65 74

76 VW

78

79

82 83 84

Hình 3.9: So sánh tính chất cơ lý của vật liệu tổ hợp EA và Blend có

cơ học động của vật liệu EA và Blend có cùng tỷ lệ thành

phần PP/BCS = 50/50 5 << «+ ££<s<2 90Hình 3.14: Vòng chu kỳ lực - biến dạng khi kéo dãn của vật liệu EA

EA có 50% BCS - - << Q11 1 1 93

Hình 3.18: So sánh kết quả thử nghiệm tăng tải trọng với các mẫu vật

liệu blend va EA có 70% BCS - 94

Hình 3.19: Sự biến đổi độ biến dạng lưu theo mức độ kéo dãn của mẫu

vật Hiếu Blend, EA và PP cácvecceeiicaieieiaeeenee 95

Hình 3.20: Ảnh hưởng của hàm lượng BCS đến độ nhớt chảy của EA

(1770°C) .- Ặc cQ nQ c0 0n 1v v56 96

13

Hình 3.21: So sánh sự khác nhau về độ nhớt của Blend, EA, PP với hàm

lượng BCS khác nhau xác định ở 190°C 97

Hình 3.22: Kích thước hat BCS ảnh hưởng đến độ nhớt của EA 98

Hình 3.35: Bế mặt hat BCS ban Oiuisssavssesvesavccsevsecevevsxsesasweseanes 99 Hình 3.24: Bề mặt bẻ gay của EA sau sử lý trong xylen sôi 99

Hình 3.25: Bề mặt cắt vật liệu EA tỷ lệ BCS/PP =50/50 với2% DHBP 100 Hình 3.26: Bề mặt cắt vật liệu EA tỷ lệ BCS/PP =80/20 với2% DHBP 100 Hình 3.27: Ảnh hưởng của nông độ DHBPdén tính chất cơ lý của EA 101

Hình 3.28: Ảnh hưởng của nông độ lưu huỳnh đến tính chất của EA 103

Hình 3.29: Ảnh hưởng của nông độ hidroquinon đến tính chất cơ lý Hình 3.30: Ảnh hưởng của hàm lượng và độ lớn hạt BCS đến tính chất CƠ lý của EÀ c.ceeeeeesesesesseseseeesidaessadassesssgsaos96s 105 Hình 3.31: Nhiệt độ gia công ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của EA 106

Hình 3.32: Nhiệt độ khuôn ép ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của EA 107

Hình 3.33: Tốc độ quay của vít đùn ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của Hình 3.34: Tốc độ ép phun ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của EA 109

Hình 3.35: Sự thay đổi tính chất cơ lý của EA theo thời gian thử nghiệm tự nhÊH - 5 s26 2E 11 1 xxx cv ưa 110 Hình 3.36 : Kết quả TMA của EA 50/50 chứa 2% DHBP ban dau 112

Hình 3.37: TMA của EA 50/50 sau 6 tháng thử nghiệm tự nhiên 113

Hình 3.38 : Vật liệu EA 50/50 trước khi thử nghiệm tự nhién 114

Hình 3.39 : Vật liệu EA 50/50 sau 6 tháng thử nghiệm tự nhién 114

14

Hình 3.40 : Bề mặt ngoài vật liệu EA với tỷ lệ BCS/PP là 50/50 trước thử

Hình 3.45: Bé mặt cắt bên trong của vật liệu EA tỷ lệ BCS/PP là 50/50

sau 6 tháng thử nghiệm tự nhiên 118

Hình 3.46: Bề mặt cắt bên trong của vật liệu EA tỷ lệ BCS/PP là 50/50

sau 12 tháng thử nghiệm tự nhiên 118

Hình 3.47: Bề mặt cắt bên trong của vật liệu EA tỷ lệ BCS/PP là 50/50

sau 24 tháng thử nghiệm tự nhiên 119

Hình 3.48 : Bé mat cắt vật liệu EA ban đầu - - 119Hình 3.49: Bề mặt cắt vật liệu EA sau 6 tháng thử nghiệm tự nhiên 120

Hình 3.50: Bề mặt cắt vật liệu EA sau 12 tháng thử nghiệm tự nhiên 120Hình 3.51: Bề mặt cắt vật liệu EA sau 24 tháng thử nghiệm tự nhiên 121

Bảng 1.1: Tính chất cơ lý của vật liệu EA phụ thuộc vào loại BCS và

nhựa nhiệt dẻo đã sử dụng - - - - -.‹ os a1Bang 1.2: Thanh phan để chế tao vật liệu EA từ BCS và PP 42

15

Bang 1.3: Thống kê một số chất nhận gốc - - - ‹ - 49

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của thành phần đến vị trí và giá trị của hệ số

ton hao 81 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc của độ bền va đập theo Charpy ở -20°C vào hàm

lượng BCS và quá trình ổn định động - 88

Bảng 3.3: Sự thay đổi độ bền kéo đứt của EA có tỷ lệ thành phần BCS sao

vàng 0,4mm/PP/DCP = 30/70/0,5 khi thử nghiệm gia tốc 111

Sod6 Ll: Cư chế phần buy DCP vssscsscsestsvevsssexesesensenvmnsseseen 46

Sơ đô 1.2: Cơ chế phan huỷ DHBEP - 2 + 8< #2 5s 47

Sơ đồ 2.1: Sơ đồ phản ứng đứt mạch theo cơ chế gốc của PP với sự khơi

THÀO CỦN DETUXỈoueeeanaekiaddbsabntagtanasteckkssskgi09668i06658086 68

Sơ đô 2.2: Cơ chế phan ứng ghép mạch cua pha PP liên tục và pha BCS

phan tán với khơi mào peroxit trong quá trình ổn định động tạo

thanh DA sen gái baiancugdätgtdũiGuigt tá cgG0äEi60833000á68468106640866888S0 70

Sơ đồ 3.1: Cơ chế khâu mạch của bột cao su và PP 73

Sơ đồ 3.2: Mô hình gắn kết hoá hoc giữa BCS và PP 74

l6

MỞ ĐẦU

Cao su tự nhiên là nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên được sử dụng rất rộng

rãi đặc biệt cho việc sản xuất lốp ôtô, xe máy vì nó có tính đàn hồi co dãn cao

mà không một nguyên liệu nào có được Do cấu trúc không gian ba chiều đều đặn

của từng mat xích phân tử đã tao ra những tính chất cơ lý như: bị tinh thể hoá và làm tăng modun đàn hồi khi chịu lực kéo dãn; có thể trở về kích thứơc ban đầu

sau khi chịu lực biến dạng, hay gọi là khả năng hồi phục lớn Sử dụng cao su tự

nhiên làm giảm lượng khí CO, thải vào không khí là thứ khí thải thường xuất hiện

trong các quá trình tổng hợp polyme thay thế.

Hàng năm có hàng chục triệu tấn CSTN và CSTH được đưa vào sản xuất

mà chủ yếu khối lượng được này được dùng để chế tạo các loại săm lốp ôtô và các

phương tiện giao thông khác Đồng thời với quá trình gia tăng sản lượng CSTN

này là việc sản sinh ngày càng nhiều CS phế thải từ lốp ôtô cũ và các sản phẩm

cao su kỹ thuật đã qua sử dụng Cuối những năm 80 đầu những năm 90 của thế kỷ

20 , nhiều nước trên thế giới đã ra những điều luật chặt chẽ va gắt gao về rác thai ,

đặc biệt là cao su cũ Chính vì vậy đã xuất hiện rất nhiều công ty nghiên cứu tái chế cao su phế thải (CSPT) làm nhiên liệu đốt lò nung xi măng, nhiệt điện hoặc cung cấp năng lượng cho công nghiệp sản xuất giấy và làm chất độn cho nhựa

rải đường làm cho mặt đường có tuổi thọ cao hơn Đặc biệt CSPT được nghiền

thành bột có kích thước nhỏ và đưa vào nguyên liệu đầu với vai trò là chất độn thụ

động đạt đến hàm lượng 40% làm hạ đáng kể giá thành sản phẩm nhưng độ bềnlại không thay đổi Qua kết quả sử dụng sản phẩm có BCS phế thải cho thấy sản

phẩm không những không thay đổi về độ bền mà còn có phần được cải thiện thể

hiện ở tuổi thọ của sản phẩm được nâng cao hơn Kết quả nghiên cứu cho thấy

BCS không chỉ được sử dụng như là chất độn thụ động mà có tham gia vào phản ứng hoá học và có tác dụng như một chất phụ gia gia cường Cao su đã lưu hoá thì

17 [TAUNG Th THONG

không nóng chảy nên không thể tái sử dụng như nguyên liệu cao su ban đầu.

Chính vì vậy tái sử dụng CS phế thải là vấn đề mang tính thời sự đòi hỏi sự hợp tác phối hợp nghiên cứu giữa nhiều ngành khoa học và nhiều quốc gia.

Việc tái sử dụng cao su phế thải vừa có tác dụng làm giảm ô nhiễm môi

trường lại vừa tan dụng được các nguyên liệu còn tốt và có giá tri nam trong đó,

nhằm đưa chúng quay trở lại chu trình kinh tế vốn có của nó Nghĩa là bảo đảm

giữ được các tính chất đặc trưng của cao su trong sản phẩm mới Việc tái chế này

chỉ được ưu tiên khi gây ô nhiễm ít hơn là việc đốt CSPT

Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng chung của thế giới nên việcnghiên cứu tái sử dụng CSPT là cần thiết và cấp bách Hy vọng rằng những kết quả

nghiên cứu trong bản luận văn này sẽ góp phần khởi xướng và thúc đẩy việc

nghiên cứu nâng cao hiệu quả tái sử dụng CS cũ và CSPT tại Việt nam, tạo ra sự

quan tâm chú ý của các cơ quan quản lý nhà nước, các doanh nghiệp và cả xã hội,

có những biện pháp ưu tiên cho công tác bảo vệ môi trường phục vụ phát triển bền

vững đất nước.

18

CHƯƠNG 1 TONG QUAN

1 Khái quát chung và hiện trạng công nghệ tái sử dụng CSPT:

1.1 Yêu cầu thực tế về vấn đề tái sử dụng cao su cũ và cao su phế thải:

Hàng năm có hàng triệu tấn cao su tự nhiên (CSTN) và cao su tổng hợp

(CSTH) được sử dụng trong sản xuất, chủ yếu là chế tạo các loại săm lốp Đồngthời với quá trình gia tăng sản lượng CSTN, ngày càng sản sinh ra nhiều CS phế

thải từ ngành công nghiệp chế tạo lốp ôtô Đó chính là áp lực đối với những

người hoạch định chính sách cần phải đưa ra luật về môi trường và rác thải chặtchẽ va gắt gao hơn

Việc lưu trữ lốp ôtô cũ không thể là biện pháp lâu dài, còn việc đốt CS cũ

cần phải nghiêm cấm vì gây ô nhiễm môi trường CS cũ và CS phế thải là nguyên

liệu thứ cấp nên cần phải được ưu tiên tái chế hơn là việc tiêu huỷ Việc tái chế

CSPT không nên thực hiện khi gây ra ô nhiễm nhiều hơn là quá trình tiêu

huy[97].

Theo con số thống kê năm 2000 tổng sản lượng CS phế thai của cả thé giới

là 13 triệu tấn, trong đó Châu Âu là 9 triệu tấn và Đức là 4 triệu tấn Việc lưu trữ

một khối lượng lớn như vậy không phải là biện pháp tối ưu Quá trình tái chế CS

phế thải hiện nay hãy còn rất nhỏ so với khối lượng nêu trên.

Căn cứ vào khối lượng, ching loại, thành phần va chất lượng của rác thải

CS thiên về mặt nào mà chúng ta cần phải đưa ra biện pháp sử lý hợp lý để tạo

ra sản phẩm tận dụng được những đặc tính vốn có của vật liệu CS được giữ

nguyên hay được nâng cao những tính chất này ở vật liệu tái chế Điều đó có

nghiã là tính chất của vật liệu đó hầu như không thể nâng cao hơn được nữa bằng

cách bổ xung thêm các thành phần khác[52,53,54]

CSPT được nghiền thành bột có kích thước nhỏ và đưa vào nguyên liệu

dau như chất độn thu động đến 40% làm ha đáng kể giá thành sản phẩm, nhưng

19

độ bền lại không thay đổi Qua kết quả sử dụng sản phẩm có BCS phế thải cho thấy sản phẩm không những không thay đổi về độ bền mà còn có phần được cải

thiện thể hiện ở tuổi thọ của sản phẩm được nâng cao hơn Kết quả nghiên cứu

cho thấy BCS không phải là chất độn thụ động mà có tham gia vào phản ứng hoá

học và có tác dụng như một chất phụ gia gia cường có tính đàn hồi co dãn và

khái niệm elastomeric alloy ra đời và nó đồng nghĩa với khái niệm polyme

alloy[98].

Khái niệm polyme alloy được định nghĩa là polyme blend không trộn lẫn

nhưng có tương tác trên bề mặt phân chia pha hay có sự thay đổi cấu trúc hình

thái học Vật liệu EA được chế tạo từ BCS phế thải và PP mà BCS là CS đã lưu

hoá nên không nóng chảy và phản ứng hoá học chỉ xảy ra trên bề mat hạt BCS

Vì CS phế thải không nóng chảy nên không thể sử dụng như CS nguyên

liệu ban đầu, chính vì vậy tái sử dụng CS phế thải là vấn đề mang tính thời sự đòi

hỏi sự hợp tác và phối hợp nghiên cứu giữa các ngành khoa học và nhiều quốc

gia [25,42, 52,75]].

1.2 Những biện pháp tái sử dụng cao su cũ và cao su phế thải:

Việc đưa một vật liệu phế thải trở lại chu trình kinh tế của nó được gọi là

tái sử dụng vật liệu Việc tái sử dụng này bao gồm việc sử dụng lại các tính chất

của chất thải nhưng không phải bao gồm cả việc đốt Để tái sử dụng được cao su

cũ cần tiến hành qua các bước sau: nghiền nhỏ, tách thành phần và phân loại theo kích thước hạt Quá trình nghiền bao gồm: cắt miếng, tạo hạt , tách thành

phần và cuối cùng là nghiền thành bột [52,54] Lốp ôtô được cấu thành từ rất nhiều thành phần và chi tiết khác nhau như trong hình 1: CS, lưới kim loại, vải

bố, các chất độn và phụ gia chịu mài mòn, chất chống lão hoá, chất hoá déo

BCS được chế tạo chủ yếu từ phần bề mặt của lốp ôtô tiếp ráp xuống mặt

đường Sau khi bóc lớp vải bố, lưới kim loại và tanh thì được chế tạo thành bột

90

bằng nhiều cách khác nhau và được chia thành ba cách chính là nghiền nóng ,

nghiền lạnh và nghiền ướt.

Tanh Lưới kim loại

Hình 1.1 Hình ảnh mặt cắt ngang của lốp ôtô

1! Quá trình nghiền nóng:

Lốp được cắt nhỏ ở nhiệt độ thường bằng dao hoặc bằng máy cắt, máy

nghiền cắt hạt, máy đùn nghiền và máy nghiền, trong quá trình đó các thành

phần ngoài cao su như vải, kim loại và tạp chất được tách ra bằng nam châm và rây hút gió Phần hạt cao su còn lại được nghiền tiếp bằng máy đùn nghiền, hay máy nghiền tấm, sau đó được rây tách theo các kích thước hạt khác nhau Quá

trình nghiền này kèm theo quá trình sinh nhiệt dẫn đến phản ứng oxy hoá nhiệt

và có thể gây cháy ở nhiệt độ cao Vì vậy ở máy cán chính phải được làm lạnh

51

bằng nước Quá trình sinh nhiệt này làm bay hơi nước nên tiêu tốn một lượng

nước tương đối lớn.

2! Quá trình nghiền lạnh:

Cao su cũ được làm lạnh sâu bằng nitơ lỏng sau đó được đập nhỏ bằng

cách đập vỡ trên thiết bị nghiền đập Năng lượng cần thiết để đập vụn CS tốn ít

hơn so với năng lượng nghiền nóng nhưng lại cần thêm chi phí để mua nito lỏng.Gần đây người ta sử dụng phối hợp cả hai phương pháp trên Đầu tiên nghiền

nóng để tạo hạt sau đó nghiền lạnh tạo bột

3/ Quá trình nghiền ướt:

Nghiền trên máy nghiền tấm và nhiệt lượng phát sinh được làm nguội bằng

nước Phương pháp này thu được BCS có kích thước rất nhỏ nhưng để làm khô

BCS thì tốn rất nhiều năng lượng nên không hiệu quả.

BCS tái chế từ lốp nguyên vẹn có thể sinh nhiệt cao đến 115°C Ở nhiệt độ

này khi có oxy không khí BCS sẽ tự oxy hoá dan dan Hiện tượng tương tự cũng

xảy ra với CSTN khi có xúc tác sắt Để hạn chế vấn đề này cần phải làm nguội

BCS trước khi đóng gói và bảo quản.

BCS có thể ép thành tấm có hoặc không có chất lưu hoá, hoặc ép chung với

nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn, CSTN, CS nhiệt dẻo những vật liệu này đóng

vai trò kết dính hoặc là pha vật liệu liên tục Ngoài ra trên liên kết C-H của BCS

có khả năng kết dính hiệu quả với dầu nên BCS được sử dụng làm chất thu váng

dầu trên mặt nước sau khi đã làm nổi trên mặt nước bằng phụ gia và hoá chất

khác Nhờ đặc tính này mà BCS có mặt trong thành phần của màng lọc cùng với

liệu này có tinh chất tốt hơn, nếu hàm lượng BSC không quá 40% , với ham

lượng này thực chất là để CS nguyên liệu ban đầu đủ nhiều để bao bọc kín hạtBCS Nếu hàm lượng BCS quá lớn thì độ chịu mài mòn của vật liêu sẽ bị suy

giảm Gần đây một ứng dụng mới của BCS là chúng được sử dụng làm pha cao

su phân tán trong các nhựa nhiệt dẻo để biến tính những vật liệu này[60] Phươngpháp này có thể sử dụng để tái chế nhựa nhiệt dẻo mà nhựa nhiệt dẻo là phapolyme liên tục và BCS có vai trò là chất làm tăng tính đàn hồi của vật liệu tổ

hợp và vật liệu mới thu được có tính chất cơ lý tương tự như cao su nhiệt dẻo.

Vật liệu này chỉ thực sự có ý nghĩa khi mà tạo được liên kết hoá học giữa BCS và

nhựa nhiệt dẻo (độ mịn và độ tương hợp tốt) Đây là tiền đề cho việc chế tạo vật

liệu tổ hợp có tính chất ưu việt của cả hai polyme thành phần Nó có thể thay thế

cho vật liệu TPE có thành phần hoá học tương tự từ CS EPDM với PP hoặc PE

là pha liên tục.

Một số công trình nghiên cứu khoa học đã đề cập đến phương pháp tái tạo

khả năng lưu hoá BCS cũ bằng các phương pháp hoá lý: như ghép monome với BCS cũ bằng phản ứng oxy hoá khử dưới tác dụng của tia y là phương pháp

hidropeoxy hoá cao su; tái hoạt hoá cao su bằng siêu âm, ozon; vi sinh vật, vi sóng và xử lý bằng plasma [73,101]

1.3 Quá trình tổ hợp cao su với nhựa nhiệt déo :

1.3.1 Cơ sở lý thuyết - Nhiệt động học quá trình trộn lân:

Tổng năng lượng U của một hệ vật liệu có thé được biểu diễn như là sự

khác nhau giữa entalpi và năng lượng nén (PV):