Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su tái sinh và polyetylen tỷ trọng thấp

Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS Đỗ Quang Kháng tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành khóa luận Em xin trân trọng cảm ơn phòng công nghệ vật liệu polyme - Viện hóa học - Viện khoa học công nghệ Việt Nam, khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập nghiên cứu Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, thầy cô bạn bè động viên giúp đỡ em thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2013 Sinh viên Đỗ Thị Yến Đỗ Thị Yến Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học MỤC LỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu polyme blend 1.1.1 Giới thiệu chung vật liệu polyme blend 1.1.2 Phân loại polyme blend 1.1.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất vật liệu polyme blend 1.1.4 Các phương pháp xác định tương hợp polyme blend 1.1.5 Những biện pháp tăng cường tính tương hợp polyme 1.1.6 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend 10 1.1.7.Ưu điểm polyme blend 11 1.1.8.Cấu trúc hình thái tạo thành cấu trúc polyme blend 12 1.1.9.Tính chất vật liệu polyme blend 13 1.2.Cao su tái sinh 14 1.2.1 Các biện pháp xử lý tận dụng cao su phế thải 14 1.2.2 Biện pháp chế tạo cao su tái sinh 16 1.2.3 Các ưu điểm sử dụng cao su tái sinh 19 1.2.4 Các ứng dụng cao su tái sinh 19 1.3 Polyetylen tỉ trọng thấp 20 1.3.1 Các tính chất đặc trưng PE 21 1.3.2 Phân loại PE 22 CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, CHƯƠNG TRÌNH VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 24 Đỗ Thị Yến Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học 2.2 Chương trình nghiên cứu 24 2.3 Vật liệu nghiên cứu 24 2.4 Phương pháp nghiên cứu 25 2.4.1 Thành phần mẫu nghiên cứu 25 2.4.2 Chế tạo mẫu nghiên cứu 25 2.5 Khảo sát tính chất vật liệu 26 2.5.1 Tính chất lí 26 2.5.2 Đánh giá độ bền nhiệt vật liệu phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 27 2.6 Phân tích cấu trúc hình thái vật liệu 27 2.7 Đánh giá độ bền môi trường vật liệu 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới tính chất học vật liệu 29 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ trộn tới tính chất học vật liệu 32 3.3 Ảnh hưởng chất làm tương hợp tới cấu trúc, tính chất vật liệu 33 3.3.1 Ảnh hưởng chất tương hợp tới tính chất học vật liệu 33 3.3.2 Ảnh hưởng chất làm tương hợp tới cấu trúc hình thái vật liệu 34 3.3.3 Ảnh hưởng chất làm tương hợp tới độ bền nhiệt vật liệu 35 3.3.4 Ảnh hưởng trình biến tính tới độ bền môi trường vật liệu 37 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 Đỗ Thị Yến Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học CÁC CHỮ VIẾT TẮT CPE Polyetylen Clo hóa CSPT Cao su phế thải CSTS Cao su tái sinh ENR Cao su thiên nhiên epoxy hóa ESBS Styren butadien epoxy hóa - styren triblock copolyme HDPE Polyetylen tỷ trọng cao LDPE Polyetylen tỷ trọng thấp LLDE Polyetylen tỷ trọng thấp mạch thẳng PE Polyetylen SBR Cao su styren - butadien SEM Kính hiển vi điện tử quét TGA Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng UHMWPE Polyetylen khối lượng phân tử cao Đỗ Thị Yến Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Hình 1: Phân bố pha tổ hợp polyme không tương hợp Hình 2: Sơ đồ hình thành phân loại vật liệu polyme blend Hình 3: Ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới độ bền kéo đứt vật liệu 29 Hình 4: Ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới độ dãn dài đứt vật liệu 30 Hình 5: Ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới độ dãn dư vật liệu 30 Hình 6: Ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới độ cứng vật liệu 31 Hình 7: Ảnh hưởng nhiệt độ trộn tới tính chất vật liệu blend 32 Hình 8: Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu vật liệu blend CSPT/LDPE (80/20) 34 Hình 9: Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu vật liệu blend CSPT/LDPE (80/20) có 2% VLP 34 Hình 10: Biểu đồ phân tích nhiệt trọng lượng vật liệu blend sở CSPT/ LDPE (80/20) 35 Hình 11: Biểu đồ phân tích nhiệt trọng lượng vật liệu blend sở CSPT/ LDPE (80/ 20) có 2% VLP 36 Bảng 1: Tính chất cách điện PE 22 Bảng 2: Ảnh hưởng chất tương hợp tới tính chất học vật liệu 33 Bảng 3: Ảnh hưởng trình biến tính tới tính chất nhiệt vật liệu 36 Bảng 4: Hệ số già hóa vật liệu 700C thời gian 96 37 Đỗ Thị Yến Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học MỞ ĐẦU Trên giới, năm có tới hàng trăm triệu vật liệu polyme loại sản xuất gia công thành sản phẩm dùng khắp lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật dân dụng,… [1,2] Như vậy, hàng năm khối lượng gần tương ứng sản phẩm không sử dụng phải thải môi trường [1,3] Ở nước ta, với phát triển kinh tế, xã hội năm qua, sản lượng vật liệu polyme sử dụng tăng lên liên tục Theo số thống kê Hiệp hội nhựa Việt Nam, sản lượng nhựa sử dụng Việt Nam tăng nhanh năm qua Nếu năm 1995 400.000 tấn/năm năm 2000 950.000 tấn/năm đến năm 2010 3.800.000 tấn/năm (chưa kể đến sản phẩm cao su loại) Tương ứng với số trên, năm Việt Nam thải hàng ngàn vật liệu polyme phế thải (bao gồm sản phẩm từ cao su, nhựa) Theo thống kê Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (ĐHBK Hà Nội), riêng Hà Nội, năm 2002 thải 74.647 vật liệu polyme phế thải loại [4] Như ước tính lượng polyme phế thải toàn quốc năm tới hàng trăm ngàn Những loại polyme phế thải không tự phân hủy không xử lý tận dụng trở thành thảm họa môi trường mà ba nhóm vật liệu chủ yếu cao su [1,3] Chính vậy, nước tiên tiến người ta dùng nhiều biện pháp để tận dụng sản phẩm phế thải tái sinh lại làm nguyên liệu, nhiệt phân để thu hồi nguyên nhiên liệu, làm nhiên liệu cho công nghiệp xi măng, sản xuất lượng lượng nhỏ đem chôn lấp [3,5], (riêng CHLB Đức năm 1994 có 267 sở chuyên nghiên cứu, xử lý tận dụng vật liệu polyme phế thải có tới 60 sở chuyên nghiên cứu xử lý tận dụng loại cao su phế thải [6]) Đỗ Thị Yến K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học Từ thông tin thu thập qua tài liệu thực tế cho thấy rằng, biện pháp có hiệu cao để tái sử dụng loại polyme phế thải nói chung cao su phế thải nói riêng tạo loại polyme blend vật liệu phế thải (cao su, nhựa nhiệt dẻo) với vật liệu nguyên sinh Thông qua đó, tạo vật liệu có tính lý, kỹ thuật đáp ứng yêu cầu sử dụng Xuất phát từ nhu cầu thực tế, chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend sở cao su tái sinh polyetylen tỷ trọng thấp” cho khóa luận tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu đề tài là: “Chế tạo vật liệu cao su blend sở cao su tái sinh LDPE có tính lý, kỹ thuật đáp ứng yêu cầu sử dụng thực tế” Để thực mục tiêu trên, thực nội dung nghiên cứu sau: - Chế tạo vật liệu cao su blend sở cao su tái sinh LDPE phương pháp trộn kín - Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng LDPE đến tính lý vật liệu - Khảo sát ảnh hưởng chất biến đổi cấu trúc tới cấu trúc hình thái tính chất lý vật liệu - Nghiên cứu độ bền nhiệt vật liệu phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) - Nghiên cứu ảnh hưởng trình biến tính tới độ bền môi trường vật liệu Đỗ Thị Yến K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu polyme blend 1.1.1 Giới thiệu chung vật liệu polyme blend Vật liệu cao su blend vật liệu có tính chất cấu thành từ hai nhiều cao su cao su với nhựa nhiệt dẻo Thông qua tối ưu hóa mặt tính lí giá thành cho mục đích sử dụng định Mục đích việc nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend (vật liệu tổ hợp polyme ) tạo vật liệu có tính chất mong muốn, giá thành hạ dễ gia công [3, 6, 13, 14] Trong nghiên cứu vật liệu cao su blend trước hết cần hiểu rõ khái niệmngười ta cần quan tâm tới khái niệm sau: - Cấu trúc hình thái: Là hình ảnh thể cấu trúc phân tử polyme blend hay cao su blend chất rắn nói chung - Sự tương hợp cao su blend: Mô tả tạo thành pha tổ hợp ổn định đồng thể từ hai hay nhiều loại cao su, nhựa thành phần - Khả trộn hợp: Nói lên khả cao su (nhựa) thành phần điều liện định hòa trộn vào tạo thành tổ hợp vật liệu đồng thể hay dị thể Ở số loại polyme blend, cấu tử tự hòa trộn vào tới mức độ phân tử cấu trúc tồn trạng thái cân bằng, người ta gọi hệ hệ tương hợp mặt nhiệt động học Cũng có hệ khác mà tính tương hợp tạo thành nhờ biện pháp gia công định, chúng gọi hệ tương hợp mặt kỹ thuật Những tổ hợp polyme tồn pha khác dù nhỏ (micro) gọi tổ hợp không tương hợp Đỗ Thị Yến K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học 1.1.2 Phân loại polyme blend Polyme blend chia làm loại theo tương hợp polyme thành phần [3, 14]: - Polyme blend trộn lẫn tương hợp hoàn toàn: có entanpi nhỏ tương tác đặc biệt đồng quan sát mức độ phân tử Đặc trưng hệ có giá trị nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) nằm khoảng Tg hai pha thành phần - Polyme blend trộn lẫn tương hợp phần: phần polyme tan polyme kia, ranh giới phân chia pha không rõ ràng Cả hai pha polyme (một pha giàu polyme 1, pha giàu polyme 2) đồng thể có hai giá trị Tg Cả hai giá trị Tg chuyển dịch từ giá trị Tg polyme thành phần ban đầu phía polyme - Polyme blend không trộn lẫn không tương hợp: hình thái pha thô, không mịn, ranh giới phân chia pha rõ ràng, bám dính bề mặt hai pha tồi, có hai giá trị Tg riêng biệt ứng với giá trị Tg polyme ban đầu Các polyme không tương hợp tồn pha dạng hình Hình 1: Phân bố pha tổ hợp polyme không tương hợp: 1.a Một pha liên tục pha phân tán 1.b Hai pha liên tục 1.c Hai pha phân tán Đỗ Thị Yến K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học POLYME COPOLYME (Polymers) (Copolymers) POLYME BLEND (Polymer Blends) TƯƠNG HỢP KHÔNG TƯƠNG HỢP Đồng thể Dị thể Làm tương hợp Polyme blend dị thể (Polymer Alloys) Hình Sơ đồ hình thành phân loại vật liệu polyme blend 1.1.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất vật liệu polyme blend Tính chất vật liệu polyme blend định tương hợp polyme tổ hợp Từ kết nghiên cứu người ta tương hợp polyme phụ thuộc vào yếu tố sau [6]: - Bản chất hóa học cấu trúc phân tử polyme - Khối lượng phân tử phân bố khối lượng phân tử - Tỷ lệ cấu tử tổ hợp - Năng lượng bám dính ngoại phân tử - Nhiệt độ Tính chất tổ hợp không tương hợp phụ thuộc: - Sự phân bố pha Đỗ Thị Yến K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoảng cách điểm đo không nhỏ 3mm từ điểm đo tới cạnh mẫu không nhỏ 13 mm  Độ mài mòn: phép đo độ mài mòn Acron vật liệu thực theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1594 - 87 Độ mài mòn vật liệu tính theo công thức: V m1  m2 [cm3 / 1,61km] d V: lượng mài mòn mẫu m1: khối lượng mẫu trước mài mòn (g) m2: khối lượng mẫu sau mài mòn (g) d: tỷ trọng vật liệu thử (g/cm3) 2.5.2 Đánh giá độ bền nhiệt vật liệu phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) phương pháp phân tích thay đổi liên tục khối lượng mẫu theo nhiệt độ Phương pháp đưa thông tin nhiệt độ bắt đầu phân hủy, tốc độ phân hủy phần trăm khối lượng vật liệu nhiệt độ khác Các điều kiện để phân tích TGA: Chén đựng mẫu: plantin Môi trường khảo sát: không khí Tốc độ tăng nhiệt độ: 100C/ phút Nhiệt độ khảo sát: từ nhiệt độ phòng đến 7000C Quá trình phân tích TGA thực máy DTG - 60H hãng SHIMADZU (Nhật Bản) đặt phòng Phân tích nhiệt thuộc Viện Hóa học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam 2.6 Phân tích cấu trúc hình thái vật liệu Đỗ Thị Yến 29 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học Cấu trúc hình thái vật liệu nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét (SEM) JSM - 6490 hãng Jeol (Nhật Bản), thực Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Mẫu nghiên cứu cắt thiết bị cắt mẫu Laica với kích thước phân hủy (khoảng x x mm) Gắn mẫu lên giá cho vào buồng chân không, bề mặt gãy mẫu phủ lớp plantin mỏng Cho giá mẫu vào buồng chụp bề mặt cắt 2.7 Đánh giá độ bền môi trường vật liệu Độ bền môi trường vật liệu đánh giá thông qua hệ số già hóa vật liệu Hệ số già hóa vật liệu polyme xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2229 - 77 Các mẫu thử chuẩn bị theo tiêu chuẩn quy định đưa vào tủ sấy có lưu thông không khí (có thể tủ sấy Memmert CHLB Đức) 700C thời gian 96 Điều kiện thử nghiệm: - Nhiệt độ tủ phải đạt nhiệt độ quy định với dung sai: 10C - Trong tủ phải có phận quạt gió liên tục - Tủ phải có van vào van Sau thời gian quy định mẫu lấy để yên nhiệt độ phòng không 96 tiến hành đo tính chất mẫu sau thực phép thử già hóa Hệ số già hóa (KB) vật liệu tính theo tích số độ bền kéo đứt độ dãn dài kéo đứt trước sau già hóa theo công thức: K Z2 Z1 Trong đó: Z1 tích số độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt trước già hóa Đỗ Thị Yến 30 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học Z2 tích số độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt sau già hóa CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới tính chất học vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng hàm lượng LDPE đến tính chất học vật liệu, thay đổi hàm lượng LDPE mẫu Mẫu tạo thành đo tính chất học điều kiện Kết thu thể hình đây: 14 Độ bền kéo đứt (MPa) 12 10 0 10 15 20 25 30 35 Hàm lượng LDPE (%) Hình 3: Ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới độ bền kéo đứt vật liệu Đỗ Thị Yến 31 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học 550 Độ dãn dài đứt (%) 540 530 520 510 500 490 480 470 460 450 10 15 20 25 30 35 Hàm lượng LDPE (%) Hình 4: Ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới độ dãn dài đứt vật liệu 50 45 Độ dãn dư (%) 40 35 30 25 20 15 10 0 10 15 20 25 30 35 Hàm lượng LDPE (%) Hình 5: Ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới độ dãn dư vật liệu Đỗ Thị Yến 32 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học 80 Độ cứng (Shore A) 70 60 50 40 30 20 10 0 10 15 20 25 30 35 Hàm lượng LDPE (%) Hình 6: Ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới độ cứng vật liệu Các kết khảo sát cho ta thấy, hàm lượng LDPE tăng từ đến 30% tính lý độ bền kéo đứt, độ dài kéo đứt, độ cứng tăng Điều lý giải hàm lượng LDPE từ 20 - 30 %, cao su blend đạt tỷ lệ tương hợp tốt nên tính chất lý đề tăng Bên cạnh độ cứng vật liệu tăng dần giải thích LDPE có độ cứng cao so với EPDM, nên tổ hợp chúng lại, blend có xu hướng tính chất Có thể giải thích nguyên nhân tăng độ dãn dư độ cứng hàm lượng LDPE tăng thân LDPE nhựa nhiệt dẻo độ cứng lớn cao su khả đàn hồi LDPE so với cao su Vì vậy, tăng hàm lượng LDPE đồng nghĩa với việc hàm lượng nhựa vật liệu blend tăng lên làm tăng độ cứng độ dãn dư vật liệu Đỗ Thị Yến 33 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học Từ kết thu cho thấy rằng: với tăng hàm lượng LDPE, hầu hết tính chất lý khảo sát (độ bền kéo đứt, độ dãn dài đứt, độ dãn dài dư độ cứng) tăng Tuy nhiên, hàm lượng LDPE cao (30%) tính chất đàn hồi cao su giảm mạnh (độ dãn dư tăng) độ cứng cao Do vậy, chọn hàm lượng LDPE 20% để tiếp tục nghiên cứu 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ trộn tới tính chất học vật liệu Nhằm nâng cao tính chất blend CSTS/LDPE (80/20), khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ trộn tới tính chất học vật liệu Các kết 13 540 12.8 530 12.6 520 12.4 510 12.2 500 12 490 11.8 480 Độ bền kéo đứt 11.6 Độ dãn dài đứt 11.4 Độ dãn dài đứt (%) Độ bền kéo đứt (MPa) nghiên cứu trình bày đồ thị 470 11.2 460 110 115 120 125 130 140 o Nhiệt độ trộn ( C) Hình 7: Ảnh hưởng nhiệt độ trộn tới tính chất vật liệu blend Kết hình cho thấy, nhiệt độ trộn có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất vật liệu Nhiệt độ trộn thích hợp blend CSTS/LDPE khoảng nhiệt độ 120-125oC Điều giải thích, khoảng nhiệt độ làm tăng khả phân tán pha LDPE pha CSTS, dẫn đến cấu trúc vật liệu đặn chặt chẽ, từ tính chất vật liệu cải thiện Căn vào kết trên, chọn nhiệt độ trộn máy trộn kín 120 oC để tiếp tục nghiên cứu Đỗ Thị Yến 34 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học 3.3 Ảnh hưởng chất làm tương hợp tới cấu trúc, tính chất vật liệu Để nâng cao tính chất vật liệu, sử dụng chất tương hợp VLP với hàm lượng 2% cho vào hợp phần blend Căn kết thu trên, chọn tỷ lệ blend CSPT/LDPE 80/20 để khảo sát tiếp Dưới kết khảo sát biến đổi cấu trúc, tính chất vật liệu 3.3.1 Ảnh hưởng chất tương hợp tới tính chất học vật liệu Kết khảo sát ảnh hưởng chất tương hợp tới tính chất học vật liệu thể bảng Bảng 2: Ảnh hưởng chất tương hợp tới tính chất học vật liệu Mẫu vật liệu Độ bền kéo Độ dãn dài Độ dãn dư Độ cứng đứt (MPa) đứt (%) (%) (Shore A) 11,6 515 21,2 60 12,5 530 20,5 60,5 CSPT/LDPE (80/20) phụ gia CSPT/LDPE/VLP (80/20/2) phụ gia Nhận thấy rằng, có thêm % chất làm tương hợp VLP độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt vật liệu tăng lên rõ rệt độ dãn dư vật liệu giảm xuống độ cứng vật liệu tăng không đáng kể Điều giải thích có mặt chất làm tương hợp làm cho độ nhớt hệ giảm xuống (vì VLP thể lỏng, có khối lượng phân tử thấp hòa trộn tốt vào hệ), làm sức căng bề mặt phân pha giảm xuống làm cấu tử phân tán vào tốt Mặt khác, có mặt VLP làm cho tương tác pha tốt dẫn đến làm tăng tính chất học cho vật liệu Đỗ Thị Yến 35 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học 3.3.2 Ảnh hưởng chất làm tương hợp tới cấu trúc hình thái vật liệu Nghiên cứu cấu trúc hình thái học vật liệu thực kính hiển vi điện tử quét Trên hình ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) bề mặt cắt mẫu vật liệu tiêu biểu từ CSTS phụ gia biến tính với LDPE Hình 8: Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu vật liệu blend CSPT /LDPE (80/20) Hình 9: Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu vật liệu blend CSPT/LDPE (80/20) có % VLP Đỗ Thị Yến 36 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học Từ kết thu ta nhận thấy rằng, mẫu vật liệu CSTS biến tính với 20% LDPE, bề mặt cắt vật liệu có cấu trúc không đặn pha phân tán vào không (hình 8) Chính mẫu có thêm 2% chất tương hợp VLP (hình 9) pha hòa trộn tốt vào nhau, bề mặt cắt có cấu trúc đặn cấu tử bám vào chặt chẽ Như vậy, rõ ràng chất biến đổi cấu trúc làm thay đổi hẳn cấu trúc hình thái vật liệu theo hướng tích cực Nhờ vậy, tính lý vật liệu cải thiện 3.3.3 Ảnh hưởng chất làm tương hợp tới độ bền nhiệt vật liệu Độ bền nhiệt vật liệu đánh giá thông qua trình phân hủy nhiệt số mẫu vật liệu tiêu biểu phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Kết nghiên cứu trình bày hình bảng Hình 10: Biểu đồ phân tích nhiệt trọng lượng vật liệu blend sở CSPT/LDPE (80/20) Đỗ Thị Yến 37 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học Hình 11: Biểu đồ phân tích nhiệt trọng lượng vật liệu blend sở CSPT/LDPE (80/20) % VLP Bảng 3: Ảnh hưởng trình biến tính tới tính chất nhiệt vật liệu Nhiệt độ bắt Nhiệt độ phân Mẫu vật liệu CSPT/LDPE (80/20) Tốc độ Mất khối đầu phân hủy mạnh khối lượng lượng đến hủy [oC] [oC] mg/ phút 425 0C [%] 299,00 393,44 0,72 88,63 310,00 397,20 0,47 86,56 CSPT/LDPE (80/20) % VLP Các kết cho thấy rằng, độ bền nhiệt vật liệu tăng lên đáng kể có mặt chất làm tương hợp VLP vật liệu Ở mẫu vật liệu blend CSPT/LDPE chưa có VLP, nhiệt độ bắt đầu phân hủy 299,00 oC phân hủy mạnh 393,44 oC, mẫu vật liệu có 2% VLP tăng lên tương ứng 310,00 oC 397,20 oC Bên cạnh đó, tốc độ tổn hao Đỗ Thị Yến 38 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học khối lượng tổn hao khối lượng đến 425 oC mẫu vật liệu có VLP nhỏ mẫu vật liệu blend CSPT/LDPE 3.3.4 Ảnh hưởng trình biến tính tới độ bền môi trường vật liệu Độ bền môi trường vật liệu xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2229 - 77, nhiệt độ 70 thời gian 96 môi trường không khí nước muối 10% Những kết nghiên cứu thu được, trình bày bảng Bảng 4: Hệ số già hóa vật liệu 700C thời gian 96 Mẫu vật liệu CSPT/LDPE Hệ số già hóa Hệ số già hóa không khí nước muối 0,80 0,79 0,85 0,83 (80/ 20) CSPT/LDPE/VLP (80/20/2) Nhận thấy rằng, hệ số già hóa mẫu vật liệu blend CSPT/LDPE (80/20) có thêm 2% VLP cao mẫu VLP (cả môi trường không khí nước muối) Điều giải thích có mặt VLP làm giảm độ nhớt hệ làm giảm sức căng bề mặt phân pha gồm CSTS LDPE Nhờ cấu tử phân tán vào tốt tương tác với tốt Thông qua đó, vật liệu có cấu trúc chặt chẽ (như phần nghiên cứu cấu trúc hình thái rõ) Vì vậy, hạn chế xâm nhập tác nhân bên (oxy, nước muối) làm cho vật liệu bền vững với tác động môi trường Đỗ Thị Yến 39 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm thu cho thấy rằng:  Bằng phương pháp trộn kín trạng thái nóng chảy chế tạo vật liệu polyme blend sở cao su tái sinh polyetylen tỷ trọng thấp  Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng LDPE tới tính chất lý vật liệu polyme blend cho thấy với tăng hàm lượng LDPE, hầu hết tính chất lý khảo sát (độ bền kéo đứt, độ dãn dài đứt, độ dãn dài dư độ cứng) tăng Tuy nhiên, hàm lượng LDPE cao (30%) tính chất đàn hồi cao su giảm mạnh (độ dãn dư tăng) độ cứng cao Như với hàm lượng LDPE 20 % vật liệu có tính chất học phù hợp trì độ đàn hồi cao su  Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ trộn tới tính chất học vật liệu cho thấy nhiệt độ trộn thích hợp blend CSTS/LDPE khoảng nhiệt độ 120-125oC  Với lượng nhỏ chất biến đổi cấu trúc VLP (2 %) làm cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ Như vậy, làm tăng đáng kể tính chất lý, độ bền nhiệt độ bền môi trường vật liệu cao su blend sở CSTS/LDPE Vật liệu cao su blend sở CSTS/LDPE/2% VLP có tính lý, kỹ thuật phù hợp đáp ứng yêu cầu chế tạo số sản phẩm cao su kỹ thuật dân dụng Kết hướng biến tính có hiệu vật liệu cao su tái sinh để tạo vật liệu có tính lý, kỹ thuật phù hợp Mở khả ứng dụng rộng rãi cao su tái sinh góp phần tiết kiệm nguyên liệu bảo vệ môi trường Đỗ Thị Yến 40 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học TÀI LIỆU THAM KHẢO Saechtling: Kunstoff Taschenbuch 25 Ausgable Carl Hanser Verlag Munchen Wien, 1992 Hans - Georg Elias: Polymere von Monomeren und Makromlekuele zu Werkstoffen, Huethig & WepfVerlag, Zug - Heidelberg - Oxford, CT/ USA, 1996 Yi Fang, Maosheng Zhan, Ying Wang: The status of recycling of waste rubber, Materials & Desigh, Vol 22, p 123 - 127, 2001 Tưởng Thị Hồi, Đặng Kim Chi, Đỗ Trọng Mùi: Proceeding of International Workshop - Technology of municipal solid waste treatment experiences and challenges, Hanoi, March 2003, science and techniques publishing House, p 53 - 60, 2003 Andrew J Tinker, Kevin P Jones: Blend of natural Rubber, Published by Chapman & Hall, an imprint of Thomson Science, - Boundary Row, London SEl 8HN, UK, First Edition Bernd - J Jungnickel: Polymer - Blends, Carl Hanser Verlag Muenchen (1990) Đỗ Quang Kháng, Đỗ Trường Thiện, Nguyễn Văn Khôi: Vật liệu tổ hợp polyme ứng dụng, Tạp chí hoạt động khoa học, Số 10, Tr 37 - 41, (1995) Đỗ Quang Kháng: Cao su - cao su blend ứng dụng, nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà Nội 2012 Peter - Rolf Mueller: Vorteile der Basispolymere gezielt addieren, Plastverarbeiter 41 Jargang, Nr 6, Seite 34 - 37 und Nr 7, Seite 26 - 29, (1990) Đỗ Thị Yến 41 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học 10 Nguyễn Phi Trung: Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất chịu oxi hóa nhiệt blend polyvinylclorua/ cao su butadiene acrylonitrin/ cao su thiên nhiên, Luận án tiến sĩ Hóa học, Hà Nội (2003) 11 Hans - George Elias: Markomolekuele, Band (Technologie), S 603 665, Huethig & Wept Verlag Basel - Heidelberg - New York, Vol 5, (1992) 12 Do Quang Khang: Untersuchunggen zur Mischbarkeit von Polyethylen mit Elastomeren unter Wirkung oberflaechenaktiver Dissertation zur Eelangung des akademischen Wissenschaftszweiges (Dr Ing.), Substanzen, Grades Doktor eines Fakulteat fuer Technische Wissenschaften und Mathematik - technische Hochschule “ Carl Schorlemmer” Leuna - Merseburg, Merseburg (1988) 13 Chu Chiến Hữu: Nghiên cứu chế tạo vật liệu blend sở cao su thiên nhiên epoxy hóa với nhựa polyvinyl clorua cao su clopren, Luận án tiến sỹ Hóa học, trung tâm KHKT & CNQS, Bộ Quốc Phòng, Hà Nội, (2005) 14 K Do Quang, L Starke, Z Funke: Enhancing Polyethylene - Elastomer Compatibility by Surfactants, Journal of Macromolecular Science, Part A: Pure and Applied Chemistry, A33 (12), p 1973 - 1990, (1996) 15 A Benazzouk, O Douzane, M QuDneue: Cement & Concrete Composites, Vol 26, p 21 - 29 (2004) 16 E Manchan - Vizuete, A MacYa s - Garc Y a,…: Microporous and mesoporous materials, Vol 67, p.35 - 41 (2004) 17 D.Y.C.Leung, C.L Wang: Fuel processing Technology, Vol 84, p 175 196 (2003) 18 Rubber Division - American Chemical Society: Rubber recycling Symposia 1999 - 2003, Copyright @ 2003 Đỗ Thị Yến 42 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đại học 19 Đỗ Quang Kháng, Lưu Đức Hùng, Nguyễn Văn Khôi,…: Tạp chí Hóa học Công nghiệp Hóa chất, số 6, tr 23 - 24 (1995) 20 Đỗ Quang Kháng, Lưu Đức Hùng, Nguyễn Văn Khôi,…: Tạp chí Hóa học, T 35, số 2, tr 38-40 số 3, tr 33-36 (1997) 21 Do Quang Khang, Luong Nhu Hai, Vu Ngoc Phan, Vuong Quoc Tuan, Luu Duc Hung and Ngo Ke The: International Worksop “Technology of Municipal Solid Waste Treament Expriences and Challenges”, p 107-113, Hanoi, March 2003 22 Trần Thị Thanh Vân, Nguyễn Quang, Ngô Duy Cường: Tạp chí Hóa học, T.41, số 4, tr 92-96, 2003 23 Trần Thị Thanh Vân, Nguyễn Quang, Ngô Duy Cường: Báo cáo tóm tắt Hội nghị Hóa học toàn quốc lần thứ 4, tr 87, Hà Nội 10/2003 24 Phạm Thế Trinh: Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Bộ Công nghiệp, “Nghiên cứu chế tạo vật liệu ép từ rác thải”, Hà Nội 1999 Đỗ Thị Yến 43 K35C-Hóa [...]... tài là chế tạo ra cao su blend trên cơ sở cao su tái sinh và polyetylen tỷ trọng thấp có tính năng cơ lý phù hợp, đáp ứng yêu cầu chế tạo một số sản phẩm cao su kỹ thuật và dân dụng” 2.2 Chương trình nghiên cứu Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu trên, chúng tôi tiến hành thực hiện các nội dung nghiên cứu sau: - Chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su tái sinh và LDPE bằng phương pháp trộn kín... 1.2.2 Biện pháp chế tạo cao su tái sinh Nguyên lý của việc chế tạo cao su tái sinh là người ta cắt các cầu nối không gian giữa các đại phân tử cao su đã lưu hóa tạo ra cao su chưa khâu mạch Vật liệu cao su phế thải (cao su đã khâu mạch) sau khi xử lý cắt cầu nối trở thành cao su tái sinh Khi mạng lưới không gian ba chiều của cao su lưu hóa bị phá vỡ thì thu vật liệu tái sinh qua việc chế biến: được...  Tái sinh bằng nhiệt;  Tái sinh bằng cơ nhiệt;  Tái sinh bằng cơ học và hóa chất;  Tái sinh bằng bức xạ;  Tái sinh bằng vi khuẩn; + Tái sinh cao su bằng nhiệt: được thực hiện rất sớm năm 1858 bởi Hall, cao su được xử lý với nước ở áp su t cao và trung bình, nhiệt độ từ 170 2000C, phương pháp này cho thấy thời gian thu hồi lâu, khả năng tái sinh đồng nhất thấp Ngoài ra, người ta tái sinh cao su. .. thành và tính chất của vật liệu sử dụng - Vật liệu polyme blend tạo khả năng phối hợp tính chất mà những loại vật liệu khác khó có thể đạt được từ các tính chất quý của các vật liệu thành phần Do vậy, đáp ứng những yêu cầu cao của hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật - Quá trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm trên cơ sở cao su blend (hoặc polyme blend nói chung) thường nhanh hơn nhiều so với nghiên cứu chế tạo. .. bằng cơ chế ion hoặc cơ chế gốc - PE được tổng hợp bằng hai phương pháp: phương pháp trùng hợp áp su t cao và phương pháp trùng hợp ionic ở áp su t cao, hoặc ở áp su t thấp CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, CHƯƠNG TRÌNH VẬT LIỆU Đỗ Thị Yến 25 K35C-Hóa Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Đại học VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là chế tạo ra cao su blend. .. Cao su tái sinh 1.2.1 Các biện pháp xử lý, tận dụng cao su phế thải Cao su tái sinh là vật liệu được chế tạo từ cao su phế thải Để xử lý tận dụng các loại cao su phế thải, ngay từ khi nền công nghiệp cao su ra đời, người ta đã nghĩ tới việc tận dụng lại cao su phế thải làm nguyên liệu Năm 1858 ra đời patăng đầu tiên của Hall [7], trong đó tác giả đưa ra biện pháp sơ chế bằng hơi nước, qua đó cao su. .. sự co ngót hình dạng thấp hơn - Giảm giá thành cho sản phẩm 1.2.4 Các ứng dụng của cao su tái sinh Với ngành công nghiệp của cao su phát triển nhanh chóng, thì lượng gia tăng của cao su phế thải cũng tăng lên Tuy nhiên, các ngành công nghiệp cao su đã tìm thấy nhiều cách để tái sinh cao su và sử dụng chúng trong nhiều ứng dụng Cao su tái sinh được tái chế từ nhiều sản phẩm cao su phế thải như Đỗ Thị... các vùng cao su đã khâu mạch với nhau Hệ vật liệu được lưu hóa động tạo thành có tính chất giữa nhựa nhiệt dẻo và cao su 1.1.6 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend Điều quan trọng đầu tiên trong công nghệ chế tạo vật liệu polyme là chọn ra những polyme phối hợp được với nhau và đưa lại hiệu quả cao Những căn cứ để lựa chọn: - Yêu cầu kĩ thuật của vật liệu cần có - Bản chất và cấu tạo hóa học... cao su được hóa dẻo và có thể sử dụng lại Đến khoảng những năm 1960 người ta sử dụng cao su phế thải chủ yếu làm vật liệu cao su tái sinh và sơ chế thành dạng hạt và bột Tỷ lệ nguyên liệu tái sinh có thể dùng tới 20 30% lượng nguyên liệu cần thiết [8] Nguyên liệu tái sinh đưa vào làm giảm giá thành đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình gia công như thoát khí tốt hơn khi chế tạo săm lốp Tuy nhiên,... thực tế quan trọng lưu ý rằng công nghệ này đòi hỏi nguyên liệu rất mịn để đạt được mức độ hữu ích của sự khử lưu 1.2.3 Các ưu điểm khi sử dụng cao su tái sinh Cao su tái sinh được sử dụng với các tỉ lệ khác nhau để sản xuất các sản phẩm cao su Các sản phẩm có thể dùng cao su tái sinh là: săm lốp ôtô, xe máy, đế giày, băng tải, cao su tấm, chất kết dính, gioăng đệm,… Việc sử dụng cao su tái sinh có những ... tài Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend sở cao su tái sinh polyetylen tỷ trọng thấp cho khóa luận tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu đề tài là: Chế tạo vật liệu cao su blend sở cao su tái sinh. .. Biện pháp chế tạo cao su tái sinh Nguyên lý việc chế tạo cao su tái sinh người ta cắt cầu nối không gian đại phân tử cao su lưu hóa tạo cao su chưa khâu mạch Vật liệu cao su phế thải (cao su khâu... học VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu đề tài chế tạo cao su blend sở cao su tái sinh polyetylen tỷ trọng thấp có tính lý phù hợp, đáp ứng yêu cầu chế tạo