Nghiên cứu các tính chất đặc trưng của hỗn hợp EPDM ENR50 liên kết ngang bằng nhực phenolic

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ MINH TÂN NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƢNG CỦA HỖN HỢP EPDM/ENR50 LIÊN KẾT NGANG BẰNG NHỰA PHENOLIC Chuyên ngành : Kỹ thuật vật liệu Mã số: 60 52 03 09 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Võ Hữu Thảo Cán chấm nhận xét : PGS TS Nguyễn Thị Phƣơng Phong Cán chấm nhận xét : PGS TS Huỳnh Đại Phú Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 04 tháng 01 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành PGS.TS Nguyễn Thị Phƣơng Phong PGS.TS Huỳnh Đại Phú TS La Thị Thái Hà TS Nguyễn Thị Lê Thanh Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS TS Nguyễn Đắc Thành TRƢỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU PGS TS Huỳnh Đại Phú Đại học Quốc gia Tp.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc - - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Minh Tân MSHV: 1570612 Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1992 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Kỹ Thuật Vật Liệu Mã số : 60520309 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính chất đặc trƣng hỗn hợp EPDM/ENR50 liên kết ngang nhựa phenolic NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát tính chất nhiệt hỗn hợp EPDM/ENR50 liên kết ngang nhựa phenolic - Khảo sát đặc tính lưu biến, tính chất lý, kháng lão hóa hệ số trương dung môi hỗn hợp EPDM/ENR50 liên kết ngang nhựa phenolic II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/12/2016 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/11/2017 IV CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS Võ Hữu Thảo Tp HCM, ngày tháng năm 2018 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TS Võ Hữu Thảo TS La Thị Thái Hà TRƢỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU PGS.TS Huỳnh Đại Phú LỜI CẢM ƠN Sau năm thực luận văn với khó khăn trở ngại, với giúp đỡ gia đình, thầy bạn bè, tơi hồn thành đề tài Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Võ Hữu Thảo thầy trực tiếp hướng dẫn, dạy tận tình kiến thức kinh nghiệm trình thực đề tài Hơn nữa, thầy bên động viên, ủng hộ tinh thần vật chất tơi gặp khó khăn Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ông Nguyễn Tường Linh – Chủ Tịch HĐQT Công ty TNHH Cao Su Việt tạo điều kiện thời gian, thiết bị, vật chất tinh thần suốt thời gian thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô môn polyme, khoa Công Nghệ Vật Liệu nhiệt tình dạy kiến thức tảng để hồn thành đề tài nghiên cứu Và xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Trung tâm đo lường chất lượng 3, Hiệp hội nhựa – cao su thành phố Hồ Chí Minh hỗ trợ phân tích mẫu Cuối cùng, tơi xin chúc tất người mạnh khỏe, vui vẻ, hạnh phúc thành công sống Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày …tháng…năm 2018 Học viên thực Lê Minh Tân TÓM TẮT LUẬN VĂN Cao su ethylene propylene diene monome (EPDM) trộn với cao su thiên nhiên epoxy hóa có hàm lượng epoxy hóa 50% mol (ENR50) với diện nhựa phenolic tỷ lệ trộn hợp khác Các đặc trưng phổ hồng ngoại (FT-IR), đặc tính lưu biến, phân tích nhiệt (DSC, TGA), tính chất lý, kháng lão hóa hệ số trương hỗn hợp EPDM/ENR50 xác định Kết cho thấy phản ứng với tác nhân phenolic tạo liên kết ngang hỗn hợp EPDM giúp cải thiện độ bền nhiệt ENR50 hỗn hợp Hỗn hợp EPDM/ENR50 cho tính chất lý tốt tỷ lệ 60/40, hàm lượng phenolic phr Tăng tỷ lệ ENR50 làm giảm độ nhớt Mooney, momen xoắn cực tiểu (MinTorque) biến dạng dư sau nén làm tăng momen xoắn cực đại (MaxTorque) độ trương hỗn hợp MEK Độ trương hỗn hợp Fuel A Fuel B tăng tỷ lệ EPDM tăng ABSTRACT Ethylene propylene diene monomer rubber (EPDM) was blended with epoxidized natural rubber containing 50 mole % epoxidation (ENR50) in the presence of phenolic resin with various blend ratios The FT-IR, rheological characteristics, thermal analysis (DSC, TGA), mechanical properties, aging resistance and degree of swelling of the EPDM/ENR50 blends were determined The results of the experiments show that the reaction with phenolic agent has formed crosslinks in blends EPDM increases thermal stability of ENR50 in blend EPDM/ENR50 blends gave good mechanical properties at ratio of 60/40, phenolic phr With increasing amount of ENR50 the degree of swelling of blends in MEK and maximum torque (MaxTorque) increased, the Mooney viscosity, minimum torque (MinTorque) and compression set decreased The degree of swelling in fuel A and Fuel B increased with increasing amount of EPDM LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN Tôi xin cam đoan toàn số liệu luận văn kết nghiên cứu thực hướng dẫn TS Võ Hữu Thảo Mục lục GVHD: TS Võ Hữu Thảo MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH i DANH MỤC BẢNG BIỂU iii BẢNG VIẾT TẮT v CHƢƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.1 Hỗn hợp polyme 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Nhiệt động học trình trộn hợp polyme 2.1.3 Giản đồ pha chuyển pha hỗn hợp polyme 2.1.4 Tạo liên kết ngang hỗn hợp cao su 2.2 Cao su thiên nhiên epoxy hóa (ENR) 15 2.2.1 Giới thiệu 15 2.2.2 Các đặc trưng ENR 16 2.2.3 Sự tạo liên kết ngang ENR phenolic 20 2.3 Cao su Ethylene Propylene Dien Monome (EPDM) 23 2.3.1 Giới thiệu 23 2.3.2 Một số tính chất EPDM so với loại cao su khác 24 2.3.3 Tạo liên kết ngang EPDM phenolic 26 2.4 Tình hình nghiên cứu 31 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 34 3.1 Nguyên liệu hóa chất 34 3.2 Thiết bị 35 3.3 Các phương pháp 39 3.3.1 Phương pháp điều chế, gia công 39 3.3.2 Phương pháp đánh giá 40 Mục lục GVHD: TS Võ Hữu Thảo 3.3.2.1 Đo đặc tính lưu biến 40 3.3.2.2 Đo tính 41 3.3.2.3 Đo hệ số trương dung môi 43 3.3.2.4 Đo độ bền lão hóa 44 3.3.2.5 Đặc trưng phổ hồng ngoại (FT-IR) 44 3.3.2.6 Nhiệt lượng vi sai quét (DSC) 45 3.3.2.7 Nhiệt trọng lượng (TGA) 45 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 46 4.1 Đặc trưng phổ hồng ngoại 46 4.1.1 Đặc trưng phổ hồng ngoại phenolic, NR, ENR50 EPDM 46 4.1.2 Đặc trưng phổ hồng ngoại NR, ENR50, EPDM phản ứng với phenolic 48 4.1.3 Đặc trưng phổ hồng ngoại hỗn hợp EPDM/ENR50 60/40 phản ứng với phenolic 50 4.2 Ảnh hưởng hệ tạo liên kết ngang đến tính chất EPDM, ENR50 hỗn hợp EPDM/ENR50 60/40 51 4.2.1 Tính chất nhiệt 51 4.2.1.1 Nhiệt lượng vi sai quét (DSC) 51 4.2.1.2 Nhiệt trọng lượng (TGA) 55 4.2.2 Đặc tính lưu biến 58 4.2.3 Tính chất lý 60 4.2.4 Tính kháng lão hóa 61 4.3 Ảnh hưởng hàm lượng phenolic đến tính chất hỗn hợp EPDM/ENR50 60/40 62 4.3.1 Đặc tính lưu biến 62 4.3.2 Tính chất lý 64 4.4 Ảnh hưởng tỷ lệ EPDM/ENR50 đến tính chất hỗn hợp tạo liên kết ngang phenolic 65 4.4.1 Đặc tính lưu biến 65 4.4.2 Tính chất lý 66 Mục lục GVHD: TS Võ Hữu Thảo 4.4.3 Hệ số trương 68 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 5.1 Kết luận 70 5.2 Kiến nghị 70 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 81 Hình PLII.6 Đƣờng cong DSC mẫu 100/0-S HVTH: Lê Minh Tân 90 Hình PLII.7 Đƣờng cong DSC mẫu 60/40-S HVTH: Lê Minh Tân 91 Hình PLII.8 Đƣờng cong DSC mẫu 0/100-S Phụ Lục III: Kết tính % kết tinh Xc mẫu Xc (%) = Xc = % kết tính EPDM hỗn hợp Hm = Enthapy nóng chảy hỗn hợp (J/g) WEPDM = Tỷ lệ EPDM hỗn hợp Hm ref = Enthapy nóng chảy EPDM 100% kết tinh, –290 J/g [69] Bảng PLIII % kết tinh Xc mẫu Mẫu EPDM 100/0-8 60/40-8 100/0-S HVTH: Lê Minh Tân Hm (J/g) –5,229 –5,190 –0,813 –4,959 WEPDM 1 0,6 Xc (%) 1,80 1,79 0,47 1,71 92 Phụ lục IV: Đƣờng cong nhiệt trọng lƣợng (TGA) Hình PLIV.1 Đƣờng cong TGA EPDM HVTH: Lê Minh Tân 93 Hình PLIV.2 Đƣờng cong TGA ENRR50 HVTH: Lê Minh Tân 94 Hình PLIV.3 Đƣờng cong TGA mẫu 100/0-8 HVTH: Lê Minh Tân 95 Hình PLIV.4 Đƣờng cong TGA mẫu 60/40-8 HVTH: Lê Minh Tân 96 Hình PLIV.5 Đƣờng cong TGA mẫu 0/100-8 HVTH: Lê Minh Tân 97 Hình PLIV.6 Đƣờng cong TGA mẫu 60/40-S HVTH: Lê Minh Tân 98 Phụ Lục V: Kết đo tính mẫu Ký hiệu tên mẫu: x/y-z - x: tỷ lệ EPDM - y: tỷ lệ ENR50 - z: hàm lượng phenolic Bảng PLV.1 Kết đo tính chất kéo dãn mẫu tạo liên kết ngang phenolic Tên mẫu 100/0-8 80/20-8 60/40-6 60/40-8 60/40-10 60/40-12 60/40-14 Độ dày, mm Độ dãn dài đứt L, mm E, % 2,15 159 536 2,20 171,75 587 2,17 152,75 2,07 Độ dãn dài trung vị, % Modul 100% F100, N M100, MPa 10,333 0,801 10,111 0,766 511 9,205 144,75 479 2,11 132,25 429 2,08 141 2,08 Modul 100% trung vị, MPa Độ bền kéo Fs, N Ts, MPa 40,248 3,120 54,952 4,163 0,707 37,367 2,870 9,352 0,753 65,938 5,309 9,672 0,764 66,769 5,274 464 9,610 0,770 72,297 5,793 163,75 555 7,188 0,576 73,832 5,916 2,12 169,25 577 6,742 0,530 78,864 6,200 2,10 166,75 567 7,371 0,585 77,011 6,112 2,09 132,25 429 10,860 0,866 68,180 5,437 2,10 138,75 455 9,148 0,726 80,728 6,407 2,13 137,75 451 9,738 0,762 81,204 6,354 2,08 115 360 9,522 0,763 51,205 4,103 2,07 116,5 366 9,936 0,800 47,941 3,860 2,09 110 340 9,405 0,750 50,812 4,052 2,10 107,5 330 11,894 0,944 51,282 4,070 2,11 97,75 291 9,722 0,768 45,462 3,591 2,10 99,75 299 9,526 0,756 44,743 3,551 2,09 98,75 295 9,719 0,775 44,617 3,558 44,292 3,549 2,08 98 HVTH: Lê Minh Tân 292 536 464 567 451 360 299 292 9,709 0,778 0,766 0,764 0,576 0,762 0,763 0,768 0,778 Độ bền kéo trung vị, MPa 3,120 5,309 6,112 6,354 4,052 3,591 3,549 99 40/60-8 20/80-8 0/100-8 2,11 96,75 287 9,938 0,785 44,842 3,542 2,10 125 400 8,820 0,700 39,186 3,110 2,10 128 412 8,719 0,692 36,855 2,925 2,10 124,5 398 8,580 0,681 42,991 3,412 2,07 95 280 7,079 0,570 17,438 1,404 2,08 106,25 325 7,575 0,607 21,191 1,698 2,08 99,75 299 7,113 0,570 17,971 1,440 2,10 77 208 5,216 0,414 9,866 0,783 2,12 71,5 186 4,974 0,391 8,433 0,663 2,09 81,5 226 5,029 0,401 9,957 0,794 400 299 208 0,692 0,570 0,401 3,110 1,440 0,783 Bảng PLV.2 Kết đo tính chất kéo dãn mẫu tạo liên kết ngang hệ lƣu huỳnh Tên mẫu 100/0-S 60/40-S 0/100-S Độ dày, mm Độ dãn dài đứt L, mm E, % 2,11 201 704 2,12 178 612 2,10 184,75 2,09 Độ dãn dài trung vị, % Modul 100% F100, N M100, MPa 9,672 0,764 8,230 0,647 639 13,217 103,75 315 2,08 135,25 441 2,10 119,5 2,11 Modul 100% trung vị, MPa Độ bền kéo Fs, N Ts, MPa 89,038 7,033 73,890 5,809 1,049 74,831 5,939 8,527 0,680 20,603 1,643 9,734 0,780 46,563 3,731 378 11,075 0,879 33,856 2,687 163,75 555 4,849 0,383 68,149 5,383 2,12 163 552 5,330 0,419 67,187 5,282 2,08 170,75 583 5,117 0,410 69,676 5,583 HVTH: Lê Minh Tân 639 378 555 0,764 0,780 0,410 Độ bền kéo trung vị, MPa 5,939 2,687 5,383 100 Bảng PLV.3 Kết đo tính chất kéo dãn mẫu sau lão hóa 100oC, 72 Tên mẫu 100/0-8 60/40-8 0/100-8 100/0-S 60/40-S 0/100-S Độ dày, mm Độ dãn dài đứt L, mm E, % 2,08 135,5 442 2,10 141,75 467 2,11 145,25 2,10 Độ dãn dài trung vị, % Modul 100% F100, N M100, MPa 10,059 0,806 10,030 0,796 481 10,090 124,75 399 2,08 124,75 399 2,07 122,5 2,08 Modul 100% trung vị, MPa Độ bền kéo Fs, N Ts, MPa 33,409 2,677 39,047 3,099 0,797 42,272 3,339 11,731 0,931 72,765 5,775 11,706 0,938 74,518 5,971 390 11,414 0,919 80,615 6,398 79,75 219 5,816 0,466 11,419 0,915 2,11 77,75 211 5,697 0,450 11,141 0,880 2,09 83,25 233 5,706 0,455 12,929 1,031 2,12 178,5 614 9,209 0,724 119,644 9,406 2,07 170 580 13,116 1,056 74,582 6,005 2,11 157,75 531 10,634 0,840 68,972 5,488 2,07 29,25 18 - - 21,412 1,724 2,09 29,25 18 - - 23,023 1,836 2,11 29,25 18 - - 23,130 1,827 2,09 155,75 523 4,452 0,355 58,724 4,683 2,10 150,25 501 4,284 0,340 58,451 4,639 2,09 150,5 502 4,464 0,356 55,866 4,455 467 399 219 580 18 502 0,797 0,931 0,455 0,840 - 0,355 Độ bền kéo trung vị, MPa 3,099 5,971 0,915 6,005 1,827 4,639 Bảng PLV.4 Kết biến dạng dƣ sau nén Tên mẫu 100/0-8 Chiều dày, mm Biến dạng Ban Thanh Sau dư sau nén, đầu, to chặn, tn nén, ti % 12,57 9,50 11,56 32,90 12,50 9,50 11,54 32,00 HVTH: Lê Minh Tân Trung vị, % 32,00 101 80/20-8 60/40-8 40/60-8 20/80-8 0/100-8 12,52 9,50 11,58 31,13 12,52 9,50 11,69 27,48 12,53 9,50 11,69 27,72 12,55 9,50 11,68 28,52 12,54 9,50 11,79 24,67 12,53 9,50 11,82 23,43 12,57 9,50 11,78 25,73 12,52 9,50 11,92 19,87 12,53 9,50 11,92 20,13 12,55 9,50 11,90 21,31 12,53 9,50 12,00 17,49 12,54 9,50 12,00 17,76 12,56 9,50 12,05 16,67 12,52 9,50 12,35 5,63 12,55 9,50 12,37 5,90 12,55 9,50 12,35 6,56 27,52 24,67 20,13 17,49 5,63 Phụ Lục VI: Kết đo hệ số trƣơng dung môi Khối lượng riêng Fuel A: 0,700 g/cm3 Khối lượng riêng Toluene: 0,870 g/cm3 Khối lượng riêng Fuel B: 0,751 g/cm3 Khối lượng riêng MEK: 0,800 g/cm3 Bảng PLVI.1 Kết đo hệ số trƣơng Fuel B Khối lượng ban đầu, Khối lượng sau Hệ số trương, g ngâm, g cm3/g 100/0-8 1,94 8,05 4,50 80/20-8 2,15 6,28 2,74 60/40-8 2,08 5,33 2.23 40/60-8 2,29 4,81 1,57 20/80-8 2,51 4,00 0,85 0/100-8 2,46 3,10 0,37 Mẫu HVTH: Lê Minh Tân 102 Bảng PLVI.2 Kết đo hệ số trƣơng Fuel B Khối lượng ban đầu, Khối lượng sau Hệ số trương, g ngâm, g cm3/g 100/0-8 2,04 13,03 7,17 80/20-8 2,16 11,47 5,74 60/40-8 2,21 10,20 4,81 40/60-8 2,14 8,91 4,21 20/80-8 2,42 9,04 3,64 0/100-8 2,27 7,00 2,77 Mẫu Bảng PLVI.3 Kết đo hệ số trƣơng MEK Khối lượng ban đầu, Khối lượng sau Hệ số trương, g ngâm, g cm3/g 100/0-8 2,01 2,34 0,21 80/20-8 2,23 3,14 0,51 60/40-8 2,23 4,08 1,04 40/60-8 2,44 7,30 2,49 20/80-8 2,50 8,72 3,11 0/100-8 2,38 9,16 3,56 Mẫu HVTH: Lê Minh Tân 103 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Minh Tân Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1992 Nơi sinh: Bình Định Địa liên lạc: Hẻm 58, Đường số 9, Phường Linh Tây, Quận Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO - 09/2015 – đến nay: học viên cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Vật Liệu, Khoa Công Nghệ Vật Liệu, Trường ĐH Bách Khoa, Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC - 03/2015 – đến nay: Kỹ sư vật liệu Công Ty TNHH Cao Su Việt Luận văn Thạc sĩ 104 ... TÀI: Nghiên cứu tính chất đặc trƣng hỗn hợp EPDM/ ENR50 liên kết ngang nhựa phenolic NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát tính chất nhiệt hỗn hợp EPDM/ ENR50 liên kết ngang nhựa phenolic - Khảo sát đặc. .. Bảng 4.6 Đặc tính lưu biến EPDM, ENR50 hỗn hợp EPDM/ ENR50 60/40 với hệ tạo liên kết ngang khác 58 Bảng 4.7 Tính chất lý EPDM, hỗn hợp EPDM/ ENR50 60/40 ENR50 với hệ tạo liên kết ngang khác... 4.13 Đặc tính lưu biến hỗn hợp EPDM/ ENR50 tỷ lệ khác với chất tạo liên kết ngang phenolic 65 Bảng 4.14 Tính chất lý hỗn hợp EPDM/ ENR50 tỷ lệ khác với chất tạo liên kết ngang phenolic