Hệ Blend trên cơ sở cao su thiên nhiên Epoxy-Clopren hóa dùng làm keo dán tự lưu cho hợp kim nhôm D16

Bài viết trình bày một số kết quả nghiên cứu hệ blend trên cơ sở cao su thiên nhiên epoxy hóa (ENR 50) dùng làm keo dán cho hợp kim nhôm D16. Blend cao su ENR50 với Clopren (CR) được khảo sát qua phương pháp phổ hồng ngoại cho thấy có sự tương tác giữ các nhóm chức trong hệ.

Hóa học Kỹ thuật mơi trường HỆ BLEND TRÊN CƠ SỞ CAO SU THIÊN NHIÊN EPOXY-CLOPREN HÓA DÙNG LÀM KEO DÁN TỰ LƯU CHO HỢP KIM NHÔM D16 Đặng Trần Thiêm*, Chu Chiến Hữu, Phạm Minh Tuấn, Phạm Như Hồn, Phạm Xn Thạo Tóm tắt: Bài báo trình bày số kết nghiên cứu hệ blend sở cao su thiên nhiên epoxy hóa (ENR 50) dùng làm keo dán cho hợp kim nhôm D16 Blend cao su ENR50 với Clopren (CR) khảo sát qua phương pháp phổ hồng ngoại cho thấy có tương tác giữ nhóm chức hệ Một số kết đánh giá trình đan lưới, độ bền lý màng, chống sốc nhiệt độ bền mối dán nhôm D16 cho phép khẳng định ứng dụng làm keo dán hợp kim nhơm Từ khóa: Cao su thiên nhiên epoxy hóa(ENR50); Độ khơ màng; Keo dán cao su-kim loại MỞ ĐẦU Mộ rong n h m iến nh uan r ng cao u hiên nhiên cao u hiên nhiên o h a (ENR) Ph n ứng o h a cao u hiên nhiên cho đưa vào mạch chủ n mộ nh m hế hoạ h a với kh iến đổi đa dạng iế h o nhằm ạo n h m c nh chấ u mà ngu ên liệu an đầu không c Cao u o h a hợ với mức độ o khác gồm: ENR 25; ENR36; ENR 50 [1] Cao u o h a (ENR50) c kh ng hợ với nhi u loại ol m khác cao u hiên nhiên, cao u r n u adi n, nh a P C, cao su nitril butadien,… Hệ l nd ENR50 CR (ENR50/CR) mộ rong hệ l nd lưu ENR Nagod Roland nghiên cứu vào năm 1991 [4, 9] Bằng kế u hân ch hổ hồng ngoại ENR50, CR hệ l nd CRn ENR50, nhà nghiên cứu rằng, rong hệ l nd uá rình ng ác nh m chức hoạ h a, hình hành liên kế làm ăng kh rộn hợ ol cloro r n ENR50 Các hệ l nd rên c Cao u ENR50 d ng làm ngu ên liệu chế ạo nhi u loại k o dán khác k o dán g , k o dán P C, k o dán ăng i cơng nghiệ [3] Bài áo rình mộ kế u nghiên cứu nh chấ hệ l nd rên c cao u thiên nhiên epoxy hóa ENR 50-CR, nhằm mục iêu chế ạo k o dán lưu cho hợ kim nhôm D16 PHẦN THỰC NGHIỆM H h - Latex cao su thiên nhiên epoxy hóa ENR 50 (50 % nhóm epoxy); - Cao su cloro r n loại N o r n M40, DENKA, Nhậ B n; - Oxit magie (CN), Trung Qu c; - Toluen (CN), Trung Qu c Các loại dung môi, h a chấ d ng đ inh chế hân ch m u như: Toluen, axeton, etanol, methanol,… Đức, loại inh khiế d ng cho hân ch Th - Máy cán cao u h nghiệm c ỉ c 1:1,15; - Má khuấ cao c 500-750 vòng/phút; - Thiế hổ hồng ngoại TENSOR II hãng Bruker; - Thiế cộng hư ng hạ nhân Advance D500, hãng Brooker; 16 Đ T Thiêm, …, P X Thạo, “Hệ blend sở … hợp kim nhôm D16.” Nghiên cứu khoa học công nghệ - Phư ng há ác đ nh độ khô màng ác đ nh h o iêu chu n TC N 2096 -77; - Phư ng há ác đ nh độ n kéo rượ ác đ nh h o iêu chu n GOST 1475976, rên hiế Tiniu Ol n H100 KU Houn fi ld; - Phư ng há ác đ nh độ n kéo cân ằng ác đ nh h o iêu chu n TC N 10230-2013, rên hiế Tiniu Ol n H100 KU Houn fi ld .3 Quy rình h ke d n Bước 1: Cán rộn lu ện cao u ENR 50 cao u cloro r n Sau đ , iế ục cán h n lu ện h o với hành hần ộ độn, MgO, lưu huỳnh, úc iến, au đ uấ ấm Bước 2: Xuấ ấm, cắ vụn hòa an rong olu n ạo hành dung d ch đồng nhấ c hàm khô 14-20%, h n hợ đung d ch k o án hành h m Bước 3: Hòa an Tolu ndiazoc ana rong u la a với hàm lượng 20-25%, dung d ch h a rắn cho k o Bước 4: Đ ng g i ao g i o u n K T QU À TH O LU N 3.1 Ngh ên ứu u rú a su h ên nh ên ep xy hóa ENR 50 S n h m cao u hiên nhiên o h a c 50% mol o hân ch, đánh giá ằng hổ hồng ngoại hổ 1H NMR Mộ kế u đặc nh cấu rúc ENR 50 rình rong ng 1, ng hổ rong hình Bảng Kết vạch phổ hồng ngoại đặc trưng ENR 50 Nhóm Số sóng (IR), m-1 NR ENR 50 Hydroxyl - 3470 cis - alken 1665 (m) 1665(mw) cis - alken 1640(sh) 1640 (sh) Vòng epoxy - 1250 Vòng epoxy - 875 cis Me – C = CH - 835 - 740 (sh) 840 (mw) Vòng epoxy - 807 w Chú ý: Ký hiệu cường độ vạch phổ, sh (shap); w (weak); mw (medium weak); s (strong) Kết qu phân tích phổ hồng ngoại cho thấy, n h m cao u cắ mạch ENR c dao động đặc rưng cho cấu rúc i o r n cao u hiên nhiên an đầu, h việc uấ dao động νCH3 2963 cm-1, νs C=C 1663 cm-1, ν C=CH- 837cm-1,… đ u xuất m u ENR 50 CSTN với cường độ trung bình mạnh Ngồi ra, phổ hồng ngoại m u ENR50 xuất dao động đặc rưng νs COC (epoxy) 1250cm-1, νa.COC (epoxy) 875cm-1 Trong phổ 1H-NMR (hình 1) ENR 50, ngồi đỉnh phổ với độ chuy n d ch hóa h c đặc rưng: 2.051 m (H1); 1,684 m(H2); 1,294 m (H4), a uan hấy s suất hai đỉnh phổ 2,704 ppm 5,121 ppm Theo kết qu nghiên cứu cơng b hì đỉnh phổ với = 2,704 ppm proton nhóm metin (CH) liên kết tr c tiếp với vòng oxiran = 5,121 proton nhóm metin liên kế đơi [6, 17] Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, - 2020 17 Hóa học Kỹ thuật mơi trường Hình Phổ 1H-NMR ENR 50 Qua phân tích cấu trúc cao su epoxy hóa phổ hồng ngoại cho thấy, s n ph m sau biến tính v n giữ phần lớn khung mạch isoprene Ngồi ra, cịn xuất nhóm chức phân c c khác khung mạch chủ isoprene nhóm hydroxyl, nhóm epoxy S xuất nhóm chức nà c đ có th tiến hành biến tính hóa h c chế tạo hệ blend, ph n ứng ghép mạch… Bằng hư ng há nh hàm lượng nhóm epoxy d a cường độ đỉnh phổ 1H-NMR 2,7 5,1 ác đ nh hàm lượng nhóm epoxy 51,45% Với hàm lượng epoxy này, s n ph m cao su tổng hợ thuộc loại cao su epoxy hóa ENR 50 [6] Ngh ên ứu khả s , đ nh g ương hợp a su ENR50 CR ằng phổ hồng ng Đ nghiên cứu kh ng hợ hệ l nd ENR/ CR, nh m đ ài iến hành rộn hợ hai dung dich cao u o h a ENR50 clo r n rong dung môi olu n Các ỉ lệ ENR50/CR kh o 0/10; 3/7; 5/5; 7/3; 10/0 Các m u kh o au rộn hợ ghi hổ hồng ngoại M u cao u cloro r n ngu ên chấ c dao động đặc rưng au: Dao động liên kế C-Cl ại v r 602,24 cm-1 661,98 cm-1; dao động liên kế ran rong CR ại v r 824,76cm-1 M u cao u o h a gồm c dao động đặc rưng dao động liên kế OH ại v r 3470,38cm-1 ; dao động đặc rưng vòng o ại v r 874,90cm-1 , dao động đặc rưng liên kế C = C ại v r 1663,82cm-1 , dao động đặc rưng liên kế C -1 -O ại v r 1066,33cm Quan hổ hồng ngoại hệ l nd ENR50/CR, nh m chức cao u cloro r n cao u o h a cho hấ , v r ic hổ đặc rưng hệ l nd đổi cụ h au: + Dao động liên kế C-Cl rong cao u cloro r n v r 661,98cm-1 602,24cm-1 d ch chu n v v r 662,51 cm-1 596,06cm-1; + Dao động vòng o d ch chu n v v r 826,89cm-1 gi m ỉ lệ cao u ENR50 rong hệ l nd; + Dao động đặc rưng liên kế C-O cm-1 v r 1066,33cm-1 cao su epoxy -1 h a d ch chu n đến v r 1113,04 cm Qua kế u hân ch hổ hồng ngoại m u c kh i lượng cao u o h a ENR50 đổi rong hệ l nd khác cho hấ mộ đỉnh hổ đặc rưng c chu n d ch rõ né đổi v cường độ vạch S ng ác nh m o ENR với nh m clo cao u cloro r n đ ạo hành liên kế rong uá rình ạo liên kế ngang đại hân loại cao u nà h o đồ h n ứng au: 18 Đ T Thiêm, …, P X Thạo, “Hệ blend sở … hợp kim nhôm D16.” Nghiên cứu khoa học công nghệ So ánh d ch chu n đỉnh hổ đặc rưng cho hấ , ỉ lệ ENR50/CR= 3/7 c d ch chu n lớn nhấ cho hấ c ng ác mạch nhấ 3.3 Ngh ên ứu khả ự lưu hóa hệ lend ENR50/CR Đ nghiên cứu kh lưu hệ l nd cao u ENR50/CR, đ ài iến hành h nghiệm kh o kh đan lưới màng k o rên c đổi ỷ lệ cao u ENR 50 rong hệ l nd Các m u iến hành đồng hời c không dụng h a rắn TDI (hàm lượng h a rắn TDI 10% kh i lượng k o dán) Các kế u o ánh kh đan lưới ua m u rình b ng Bảng Khảo sát thời gian đan lưới màng blend ENR 50-CR Thí ngh ệm (khơng ó TDI) Thí ngh ệm ( ó TDI) ENR Thời gian khô hấu Trạng thái CR 3/7 ENR50/CR 5/5 7/3 ENR CR 3/7 ENR50/CR 5/5 7/3 - 10 1 2 Dính ướ Khơ Khơ Khơ Bán khơ Khơ Khơ Khơ Khô Khô Khi rộn hợ ENR với CR ỉ lệ khác (3/7, 5/5, 7/3) nh m o ENR c kh h n ứng với nh m Cl CR nhiệ độ hịng Ch nh vậ , màng l nd loại cao u rên c kh Khi ổ ung olu ndii o an vào hệ l nd vào hành hần ừng loại cao u riêng lẻ (các m u h nghiệm 2), hời gian đan lưới gi m đáng k Đi u nà gi i h ch TDI c kh h n ứng đồng hời với loại cao u nà 3.4 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ c u tử ENR 50 CR đ n độ già hóa ch u sốc nhiệt hệ blend Phép thử s c nhiệ u kiện thử -50 ºC đến 50 ºC (tiêu chu n TCVN 699-214:2007) Cùng với phép thử s c nhiệ iến hành thử độ già hóa tủ mơi rư ng khơng kh n ng 70 ºC, 96 theo tiêu chu n TCVN 2229: 2007 Kết qu phép thử s c nhiệ độ già hóa màng k o trình bày b ng Bảng Khảo sát độ già hóa chịu sốc nhiệt vật liệu blend ENR 50-CR Mẫu Độ g hóa Khả số nh ệ ENR50 0,81 Không ong r c, không uấ vế nứ ENR50/CR (7/3) 0,82 Không ong r c, không uấ vế nứ ENR50/CR (5/5) 0,86 Không ong r c, không uấ vế nứ ENR50/CR (3/7) 0,87 Không ong r c, không uấ vế nứ CR 08,7 Không ong r c, khơng uấ vế nứ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, - 2020 19 Hóa học Kỹ thuật môi trường 3.5 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ c u tử ENR50 CR hệ blend đ n độ bền mối dán hợp kim nhôm D16 Đ kh o sát tỷ lệ thành phần cao u o h a clo r n nh m đ tài sử dụng tỷ lệ thành phần ENR/CR đổi 0/100; 30/70; 50/50; 70/30 Hàm lượng hóa rắn TDI sử dụng 10% kh i lượng keo dán Kết qu kh o đo đạc nêu b ng Bảng Khảo sát tỷ lệ thành phần blend đến độ bền mối dán hợp kim nhôm D16 Độ bền mối dán hợp kim nhôm, kG/cm2 Tên mẫu Kéo cân Kéo trượt ENR50 35 40 CR 18 30 ENR50/CR(3/7) 37 45 ENR50/CR(5/5) 32 39 ENR50/CR(7/3) 27 35 Kết qu b ng 3.6 độ b n cho thấ độ b n c lý gồm c kéo rượt kéo cân m i dán hợp kim nhôm cao tỉ lệ cao su ENR50 hệ blend nằm kho ng từ 3/7 đến 5/5 Tỉ lệ ENR50/CR = 3/7 cho độ b n c lý cao với độ b n kéo rượ đạt 45 kG/cm2, kéo cân đạt 37 Kg/cm2 Kết qu cho thấy rằng, tỉ lệ ENR50/CR hệ có tính b n vững phù hợp với kh o sát v s ng hợp t t hai cấu tử ch nh đạ với tỷ lệ ENR50/CR=3/7 Qua kh o độ b n k o dán rên c hệ blend có tỷ lệ thành phần đổi cho thấy hệ blend có tỷ lệ ENR50/CR =3/7 cho độ b n m i dán hợ kim nhôm, độ b n kéo rượ kéo đứt cân đ u đạt giá tr cao K T LU N Đã kh o ằng hổ hồng ngoại hệ l nd ENR50 CR với ỷ lệ khác hu kế u cho hấ , mức độ ng hợ cao u ENR50 cao u CR với ỷ lệ 3/7 cao nhấ Kh khô màng hệ l nd ENR50/CR nà c kh lưu nhiệ độ hòng Đã kh o độ n c lý, độ già h a vậ liệu m u dán với ừng m u đ n k o hu kế u v độ n c lý đ n k o hệ l nd ENR50/CR ỉ lệ 3/7 nhấ : kéo cân ằng đạ 35 kG/cm2, kéo rượ đạ 47 kG/cm2 K o dán nà c độ n già h a cao ch u c nhiệ Các kế u nghiên cứu nh m ác gi khẳng đ nh hệ l nd ENR50/CR c kh d ng đ chế ạo loại k o dán cho kế cấu cao u - hợ kim nhôm D16 rên h c ế, đặc iệ rong lĩnh v c chế ạo vũ kh rang TÀI LIỆU THAM KH O [1] Ngu ễn iệ Bắc, Chu Chiến Hữu, ũ Hồng Quân “Nghiên cứu chế tạo compozite cao su - kim loại sở cao su epoxy hóa”, Tu n ậ áo cáo Hội ngh h a h c oàn u c lần 3, ậ 1, (10/1998) [2] Ngu ễn ăn Khơi, “Keo dán hóa học công nghệ”, iện Khoa h c Công nghệ iệ Nam, (2006) [3] Ngu ễn iệ Bắc, “Nghiên cứu đặc trưng biến đổi phổ hệ blend PVC /E50”, (2000) [4] AlexR & N M Mathew “Studies on Carbon Black Filled Self Vulcanizable Epoxidised Natural Rubber/Polychloropren Blend”, Indian Journal of Natural Rubber Research, (1993), pp 20 Đ T Thiêm, …, P X Thạo, “Hệ blend sở … hợp kim nhôm D16.” Nghiên cứu khoa học công nghệ [5] Azima L.G Saad, Salwa El- Sabbagh (2001) “Compatibility Studies on Some Polymer Blend Systems by Electrical and Mechanical Techniques”, J Appl Polym Sci., 79, pp 60-71 [6] Ngu ễn iệ Bắc, Chu Chiến Hữu (2000) “Điều kiện tổng hợp cấu trúc cao su tự nhiên epoxy hóa”, Tạ ch Khoa h c Công nghệ, ậ 38, 4B, r 1-5NR, Tạ ch H a h c, 38 (4), r 62 – 65 [7] Abo-hashem A., Saad H.M., and ashor A.H (1994) Plast Rubber Compos Process Appl, 21, pp 125-130 [8] Smith R.W., ardries J.C (1974) Rubber Chem Technol 47, 64 [9] Soares B.G., Gubbels E., and Jerome R (1988) Rubber Chem Technol 70, p.60-70 [10] S rling L.H (1974), “ R c n Advanc in Pol m r Bl nd , Graf and Block ”, Plenum Press, NewYork, P 93 [11] Sretlik J F., Ross E.F., at al., (1965) Rubber Age N.Y., 96 (4), 570 [12] W E Baker, C Scott, G H Hu, (2001), Reactive polymer blending, Hanser Publishers, Munich, pp 2-15 [13] arugh K.T., D P.P., Nando G.B and D S.K (1987) “ M l Flow B havior of Blends From Pol ( in l Chlorid ) and E o idiz d Na ural Ru r”, J of in l Technology, vol 9, N 4, p.161 [14] D R Paul, C B Bucknall (2000) Vol.1: Formulation, A Wiley- Interscience Publication, New York, pp 16-21 [15] Robert C Klingender, “Handbook of Specialty Elastomers”, CRC Press, (2008), pp 4-8 [16] Ngu ễn Đình Triệu, “Các phương pháp vật lý đại ứng dụng hóa học”, Nhà uấ n Đại h c Qu c gia Hà Nội ABSTRACT BLENDS ON THE BASE OF EPOXIDIZED NATURAL RUBBER- CLOPREN AS D16 ALUMINUM ALLOY ADHESIVES In this work, some results of our research in blend on the base of epoxidized natural rubber as D16 aluminum alloy adhesive are reported The ENR50 rubber blend with Clopren (CR) was investigated by infrared spectroscopy and NMR spectra to show that the interaction holds the functional groups within the system Some results of the assessment of curing process, mechanical resistance of the cured film, heat shock resistance, and resistance of the blend bonding on the alluminium alloy All these performances allow to confirm the application of selfcuring adhesion for alluminium alloy Keywords: Epoxidized natural rubber; Dry level of coating; Rubber- metal adhesives Nhận ngày 27 tháng năm 2020 Hoàn thiện ngày 13 tháng năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 24 tháng năm 2020 Địa chỉ: iện H a h c- ậ liệu/ iện Khoa h c - Công nghệ uân *Email: dangtranthiem@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, - 2020 21 ... 70/30 Hàm lượng hóa rắn TDI sử dụng 10% kh i lượng keo dán Kết qu kh o đo đạc nêu b ng Bảng Khảo sát tỷ lệ thành phần blend đến độ bền mối dán hợp kim nhôm D16 Độ bền mối dán hợp kim nhôm, kG/cm2... b ng 3.6 độ b n cho thấ độ b n c lý gồm c kéo rượt kéo cân m i dán hợp kim nhôm cao tỉ lệ cao su ENR50 hệ blend nằm kho ng từ 3/7 đến 5/5 Tỉ lệ ENR50/CR = 3/7 cho độ b n c lý cao với độ b n kéo... compozite cao su - kim loại sở cao su epoxy hóa? ??, Tu n ậ áo cáo Hội ngh h a h c oàn u c lần 3, ậ 1, (10/1998) [2] Ngu ễn ăn Khôi, ? ?Keo dán hóa học cơng nghệ”, iện Khoa h c Công nghệ iệ Nam, (2006)