NGHIÊN cứu sự kết DÍNH của KEO từ CAO SU XNBR

BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỰ KẾT DÍNH CỦA KEO TỪ CAO SU XNBR LÊ TRẦN MẪN NHI K18-CNHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Keo dán hóa học [1] 1.1.1 Khái niệm Keo dán (chất kết dính) vật liệu polymer có khả kết dính hai bề mặt vật liệu giống khác mặt cấu trúc mà không làm biến đổi chất, tính chất chúng 1.1.2 Phân loại Cho đến chưa có cách phân loại quán, phản ánh cách đầy đủ, khách quan, xác loại keo dán Vì thế, có nhiều cách phân loại khác theo tiêu chí sau: 1.1.2.1 Phân loại dựa nguồn gốc keo - Keo có nguồn gốc tự nhiên: tinh bột, dextrin, casein, keo cao su, nhựa cây, keo xương, da, nhựa đường, sáp,… - Keo dán bán tổng hợp: họ cellulose, cao su clo hóa, polyurethane, polyester sở dầu thực vật, polyamid lỏng,… - Keo dán tổng hợp: • Họ vinyl: Polyvinylancol (PVA), Polyvinylacetate (PVAc), Polyacrylic (PACr), Polyester khơng no,… • Keo từ cao su tổng hợp: Cloropren, cao su nitril, Polysunfid,… • Các Polymer tổng hợp: Polyurethane (PU), Epoxy (ER), Polyester,… 1.1.2.2 Phân loại theo đối tượng áp dụng Phân loại dựa chất vật liệu cần dán keo Ví dụ như: keo dán gỗ, kim loại, chất dẻo, bê tông, sứ, thủy tinh, cao su,… Cách phân loại khơng có sơ sở khoa học, thiếu chặt chẽ nhiều bị trùng lặp KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.1.2.3 Phân loại theo chất hóa học Cách phân loại dựa vào chất hóa học cấu tử định độ bám dính khả làm việc keo thành phần sở keo Ví dụ: keo epoxy, keo acrylic, 1.1.2.4 Phân loại theo trạng thái tồn keo - Keo dạng dung dịch, huyền phù hay nhũ tương - Keo dán nóng chảy - Keo dạng sơn - Keo màng - Keo dạng bột nhão - Keo dạng mỡ - Keo khô 1.1.2.5 Phân loại theo chế đóng rắn - Keo khơ nhờ bay hơi: keo dung dịch, nhũ tương, huyền phù, keo bột nhão,… Mối dán hình thành bay dung môi hấp thụ vào lớp vật liệu dán Họ keo có nhược điểm phải dùng nhiều dung mơi, có hàm khơ thấp, nguy cháy nổ, nhiễm lãng phí dung mơi - Keo dán nóng chảy: loại keo sở polymer nhiệt dẻo, dễ nóng chảy, độ bám dính cao Các loại keo truyền thống có nhóm keo xương, sáp dính, dẫn xuất cellulose - Các keo dán nhiệt rắn: loại keo sở polymer có chứa nhóm chức kết mạng khơng gian điều kiện nhiệt độ cao, có khơng có tác nhân đóng rắn, xúc tác Mối dán hình thành xảy phản ứng hóa học tạo liên kết bền vững Các phản ứng hóa học phản ứng đa tụ hay phản ứng trùng hợp KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.2 Keo dán sở cao su [2] 1.2.1 Khái niệm Keo cao su dung dịch cao su hỗn hợp cao su dung môi Trong kỹ thuật gia công cao su, keo cao su sử dụng để sản xuất sản phẩm màng mỏng, phủ phết lên vải mành, vải bạt dán bán thành phẩm cao su cho sản phẩm có cấu trúc phức tạp, nhiều lớp Các loại keo cao su có hàm lượng styrene cao dùng để sản xuất giả da cho công nghiệp giày dép… Một vài loại keo cao su sử dụng để hàn gắn, dán vật liệu khác: kim loại, sành sứ, bê tông,… 1.2.2 Phân loại Phụ thuộc vào thành phần hóa học hợp phần cao su, keo cao su phân loại sau: loại khơng lưu hóa, loại lưu hóa loại keo tự lưu hóa nhiệt độ thấp Keo khơng lưu hóa: - Khơng chứa hợp chất lưu hóa thành phần - Độ bền kết dính đặc trưng kỹ thuật keo phụ thuộc vào chất hóa học vật liệu, loại, hàm lượng chất phối hợp có tác dụng hóa rắn keo nhiệt độ môi trường - Khi nhiệt độ môi trường cao, keo chuyển trạng thái từ thủy tinh, mềm cao sang chảy nhớt độ bền học giảm độ bền bám dính giảm Keo lưu hóa: thành phần chứa hệ lưu hóa thơng dụng có mức độ hoạt động hóa học trung bình loại chất phụ gia cho cao su làm tăng độ bền cấu trúc vật liệu Keo tự lưu hóa: cấu thành từ hai hợp phần, hai hợp phần chứa chất lưu hóa, hợp phần chứa xúc tiến lưu hóa có mức độ hoạt động hóa học cực mạnh Trước sử dụng, phối trộn hai hợp phần lại với nhau, hàm lượng hợp phần sử dụng cho tỷ lệ chất lưu hóa chất xúc tiến phù hợp với yêu cầu kỹ thuật keo dán Ngoài phương pháp phân loại trên, keo cao su phân loại theo gốc polymer độ nhớt keo Phụ thuộc vào độ nhớt, keo phân thành loại: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Keo lỏng (tỷ lệ polymer : dung môi 1:10 → 1:20) - Keo có độ nhớt trung bình (tỷ lệ polymer : dung môi 1:5 → 1:10) - Past (tỷ lệ polymer : dung môi 1:1 → 1:5) 1.2.3 Phương pháp chế tạo [3] Keo dán cao su kiểu dung mơi thường chế tạo nhờ hòa tan ngun liệu cao su nghiền trộn hợp dung mơi phù hợp Các keo dán loại thích hợp với q trình sản xuất tốc độ cao chúng dễ dàng ứng dụng, dính nhanh, khơ nhanh, có độ bền màu cao, màng đàn hồi tốt chịu va đập Có số phương pháp để chế tạo keo dán dung môi cao su Trong quy trình chế tạo, cao su làm mềm cách nghiền cán, sau thêm chất độn phụ gia vào hỗn hợp nguyên liệu đưa vào máy trộn kín Nhựa chất tăng dính thêm chậm để tránh làm nứt cao su thành hạt rời, điểm vơi tơi thêm vào có cơng thức, sau đun nóng tới nhiệt độ xác định, giữ nhiệt độ nhận độ nhớt, tính kết dính mong muốn Làm nguội trước thêm dung môi Dung môi thêm chậm đến dư cho phần phân tán hồn tồn trước thêm tiếp thêm nhanh keo dán bị nứt thành mảng lớn, làm thời gian hòa tan lâu Một số dung môi bay trình trộn, phải bổ sung dung mơi để đảm bảo độ nhớt mong muốn Đối với quy trình khơng sử dụng máy trộn kín cao su phụ gia cán trộn với trước nhựa hòa tan riêng máy khuấy chứa dung mơi Sau hỗn hợp cao su thêm vào máy khuấy khuấy đến độ nhớt keo mong muốn Việc khuấy trộn keo dán thường kéo dài từ 6-12 để phân tán hoàn toàn cao su dung mơi Vì vậy, hỗn hợp cao su thường ngâm dung mơi để trương nở hồn tồn đem khuấy trộn Cách làm giảm thời gian trộn cách đáng kể 1.3 Vấn đề kết dính cơng nghệ kết dính Trong keo dán kỹ thuật, vấn đề bám dính keo dán với vật liệu cần kết dính KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP khả bám dính màng lên vật liệu cần phủ, bảo vệ vấn đề cốt lõi, xuyên suốt trình nghiên cứu chế tạo ứng dụng keo dán kỹ thuật [1] [4] 1.3.1 Những lý thuyết bám dính Vấn đề bám dính (vải chất cần kết dính khác) keo chất tạo màng vấn đề hàng đầu q trình chế tạo chất kết dính, định đến việc thành bại q trình Về vấn đề bám dính có lý thuyết sau đây: - Thuyết hấp phụ: thuyết De-Brugne Me-laren nêu vào khoảng năm 1944-1947 Theo thuyết này, q trình bám dính xảy bề mặt, lực tương tác phân tử keo dán bề mặt dán tạo mối liên kết chúng Quá trình chia thành giai đoạn: Giai đoạn thứ chuyển dịch chất cao phân tử từ dung dịch keo dán đến bề mặt dán, nhóm có cực chất cao phân tử tiến dần đến phần phân cực bề mặt dán Giai đoạn hai diễn trình hấp phụ khoảng cách nhóm có cực chất cao phân tử nhóm phân cực bề mặt dán nhỏ 5A° xảy tương tác chúng đạt tới cân hấp phụ Theo thuyết này, độ bền bám dính cao khơng thể đạt bề mặt dán phân cực keo dán khơng phân cực (và ngược lại) Để có bám dính tốt cần thiết phải tạo cho chất bám dính bề mặt bám nhóm chức phân cực có khả tương tác với Thuyết hấp phụ bám dính có số nhược điểm thuyết khơng giải thích cơng để tách màng keo khỏi bề mặt bám lớn công cần thiết để thắng lực tương tác phân tử độ bền kéo bóc mối dán phụ thuộc vào tốc độ kéo bóc - Thuyết khuếch tán: thuyết Mark Josetovit đưa Theo thuyết này, tự bám dính bám dính kết q trình khuếch tán mạch đoạn mạch từ loại polymer sang loại polymer khác dẫn đến tạo thành liên kết bền vững chúng Điều kiện xảy khuếch tán tương hỗ hai polymer phải tương hợp mặt nhiệt động học động học, trình khuếch tán làm ranh giới phân chia bề mặt tạo lớp biên có phần trung gian Theo thuyết này, độ bám dính cao có trường hợp hai polymer có KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP cực khơng có cực Thuyết khuếch tán giải thích cơng cần thiết để tách màng keo lớn lực tương tác phân tử keo polymer Thuyết khuếch tán giải thích chế bám dính polymer với polymer điều kiện chúng hòa tan lẫn nhau, khơng giải thích tượng bám dính với trường hợp dán polymer với kim loại (polymer không khuếch tán vào kim loại) trường hợp dán polymer không tan lẫn - Thuyết điện: Khi phá vỡ mối liên kết bám dính, thường quan sát thấy phóng điện thể tiếng lách tách phát sáng bề mặt bị phá vỡ tích điện trái dấu Hiện tượng xảy bóc tách màng khơng dẫn điện khỏi bề mặt kim loại Hiện tượng Helmhols giải thích có hiệu điện hai lớp biên hai vật thể khác Hiệu điện gây vùng tiếp xúc lớp điện tích kép Sự xuất lớp điện tích kép vùng tiếp xúc hai vật liệu khác giải thích nhiễm điện bề mặt Theo thuyết trên, lực phá hủy liên kết bám dính vừa tiêu phí để phân tách lớp điện tích kép phát sinh ranh giới phân chia chất bám dính bề mặt vật liệu Sử dụng thuyết điện giải thích tượng bám dính tốt dung dịch cao su clopren cao su halogen lên bề amwtj kim loại Tuy nhiên, thuyết điện chưa giải thích tượng bám dính polymer có chất tương tự polymer không phân cực có mối dán có độ bền cao khơng tạo lớp điện kép, hai trường hợp lực tương tác phân tử đóng vai trò chủ yếu q trình bám dính khơng phải lực hút tĩnh điện - Thuyết hóa học: Năm 1903, Veber lần giải thích tượng bám dính ebonite với kim loại bang việc tạo thành sunfit kim loại bề mặt phân chia pha ebonite kim loại Sau dó, Byer thành công việc dán cao su với kim loại nhờ keo isocyanate tác dụng với oxit hydroxit kim loại bề mặt kim loại, nguyên tử Nitơ keo isocyanate có xu hướng tạo liên kết phức với bề mặt kim loại Keo isocyanate tác dụng trực tiếp với cao su số phụ gia cao su than đen Như vậy, tương tác hỗn hợp cao su keo dán KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP q trình lưu hóa nhiều trường hợp tạo thành liên kết hóa học cao su, chất lưu hóa polymer keo dán Sự bám dính keo ureformandehyt bề mặt gỗ giải thích tạo liên kết hóa học nhóm hydroxyl phân tử cellulose với nhóm methylol keo, độ bền bám dính keo dán bề mặt định bới liên kết hóa học - Thuyết học: Theo thuyết học, bám dính cốt thực nhờ liên kết học theo kiểu khớp nối thông qua độ mấp mô bề mặt cốt lực ma sát Polymer dạng lỏng điền đầy vị trí lõm cốt đóng rắn tạo thành chốt hãm cốt sợi polyamide có cấu tạo kiểu cuộn thừng bám dính tương đối tốt với cao su Như vậy, bám dính keo dán trình chế tạo mối dán hai màng phủ bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hiệu tương tác pha, tính chất nhiệt động học chất vật liệu, độ linh động mạch cao phân tử, cấu trúc bề mặt số yếu tố khác 1.3.2 Cơ chế hóa rắn chất kết dính [1] Để hình thành mối dán cuối cùng, keo dán phải hóa rắn Có chế hóa rắn chủ yếu là: - Hóa rắn nguội - Do dung môi bay - Do phản ứng hóa học 1.3.2.1 Cơ chế hóa rắn nguội Một số loại hợp chất có khả nóng chảy không phân hủy, đưa lên bề mặt cần kết dính lúc nguội chúng có khả gắn chặt bề mặt cần dán Muốn keo dán tốt, tốc độ hóa rẳn khối phải lớn nhiều so với tốc độ phát triển tinh thể hệ Trường hợp ngược lại, mối dán có vùng tinh thể rời rạc xen kẽ vùng vơ định hình bị tập trung ứng suất không Nguyên tắc sở để phối chế loại keo dán nóng chảy (HMA) KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Ứng dụng thục tế chúng rộng rãi dán kính xe ơtơ PVB (polyvinylbutylral), tẩm giấy cách điện, cách âm PE,dán giày dép, đồ khí keo polyamide rắn,… 1.3.2.2 Cơ chế hóa rắn bay dung môi Đối với loại keo chế tạo dung môi hữu Khi dán, dung môi tách khỏi hệ cách bay thẩm thấu vào vật liệu dán Ví dụ dán giấy dung dịch keo dextrin, dextrin bám lên sợi cellulose nước chuyển dịch phía lỗ xốp giấy, phần bay qua Điều quan trọng sử dụng keo dán dung môi cần tách loại hết dung môi phải dán nhiều lớp, nhiều tầng Nhưng keo dung môi phổ biến nhờ đơn giản tiện dụng Các loại keo dùng dung mơi như: - Keo xương, da - Keo tinh bột - Keo PVA - Keo cao su - Keo latex loại 1.3.2.3 Cơ chế hóa rắn hóa học Cơ chế hình thành liên kết phản ứng hóa học chế quan trọng loại keo dán có chất lượng cao (keo dán cấu trúc) Chất lượng tính lý nhóm keo này, dù hóa rắn nhiệt độ thường hay nhiệt độ cao bền hai nhóm đầu, sau hóa rắn, lớp keo kết mạng khơng gian, có độ bền lý hóa học cao, đồng thời mối dán chịu ảnh hưởng dung mơi, hóa chất bên ngồi Khi phản ứng hóa rắn khơng sản phẩm phụ chất lỏng khí keo dán tốt lên bề mặt phẳng, khơng thấm khí kim loại, sứ, chất dẻo (ví dụ keo epoxy, keo α-xiano-acrilat, polyurethane,…) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.4 Các giải pháp nâng cao độ bám dính mối dán [1] Thơng thường, q trình chế tạo chất kết dính vật liệu cần kết dính có độ phân cực thấp chất kết dính có độ phân cực khả bám dính chúng theo cách tự nhiên hạn chế, để khắc phục tốt vấn đề này, kỹ thuật có hai giải pháp chủ yếu: - Sử dụng vật liệu có khả tự bám dính cao với chất kết dính - Sử dụng chất kết dính có khả bám dính tốt với vật liệu Theo giải pháp thứ nhất, nâng cao độ phân cực cho polymer cách sử dụng chất liệu vải có độ phân cực cao đưa vào vải nhóm chức có độ phân cực cao phương pháp clo hóa polymer Phối trộn polymer với polymer khác có độ phân cực cao tổ hợp (blend) polymer với nhựa epoxy Phối trộn với polymer số hợp chất FeS, CuS, loại muối đa hóa trị (Acetate Mn, Co,…); bổ sung vào bề mặt vải chất bám dính nhựa alkyt phenolformandehyt, sử dụng hệ hóa chất hoạt hóa bề mặt Theo giải pháp thứ hai, sử dụng hóa chất có khả tạo liên kết hóa học với đưa thêm nhóm có khả bám dính với vào thành phần chất kết dính, hoạt hóa bột than, xử lý keo sợi polyester,… Vì vậy, để nâng cao khả bám dính keo bề mặt kim loại, thay sử dụng cao su NBR thơng thường ta sử dụng cao su XNBR có tính phân cực cao hơn, từ có khả bám dính với kim loại tốt Tuy nhiên loại keo dính cao su thiên nhiên, để tăng khả bám dính keo nhiều bề mặt vật liệu khác nhau, ta sử dụng blend cao su XNBR/NR để làm cao su sở cho keo dán 1.5 Polymer blend 1.5.1 Khái niệm Vật liệu polymer blend nghiên cứu, ứng dụng từ lâu chưa có định nghĩa thức loại vật liệu Polymer blend khái niệm rộng, song thấy polymer KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP • Cao su Nitrile lỏng • Các ankyl cacbonat clo hóa - Chất độn: Cải thiện độ bền keo dán, tăng độ dính, kéo dài thời hạn bảo quản, cải thiện độ bền nhiệt, giảm giá thành Gồm chất: • Than đen tăng độ bền màng cao su đóng rắn • Muội than tăng thời gian bảo quản, giảm giá thành • FeO (75-100 PKL) giúp keo mịn, độ bền kéo căng cao, cải thiện độ dính, tăng thời gian bảo quản chống mài mòn khơng tốt • ZnO (25-50 PKL) cải thiện độ dính khơng cải thiện độ bền màng • TiO2 (5-25 PKL) tạo độ trắng, tăng dính, tăng thời gian bảo quản • Silic hydrat (20-100 PKL) cải thiện độ bền kéo căng • Đất sét giúp giảm giá thành keo dán - Hệ lưu hóa: Được sử dụng cần keo dán có độ bền cao, đặc biệt bền nhiệt độ cao Hệ lưu hóa hường dùng hệ S với Benzothiazyl disunfua ZnO - Chất xúc tiến: - Bảng 1.2 Các loại xúc tiến thường dùng cho cao su Nitrile - - DPG - MBT Tố c độ xúc tiến lưu hóa - Trung bình - Nhanh - DM (MBTS) - Nhanh (>140°C) - Trung - DTMT - Cực nhanh KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP bình (