Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chịu nhiệt đi từ blend epdmchr ứng dụng cho sản xuất băng tải công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chịu nhiệt từ blend cao su EPDM/ CIIR ứng dụng cho sản xuất băng tải công nghiệp ĐỖ QUỐC VIỆT viet.dqcb190115@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật hóa học Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thanh Liêm Viện: Kỹ thuật hóa học HÀ NỘI, 5/2021 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Đỗ Quốc Việt Đề tài luận văn: Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chịu nhiệt từ blend cao su EPDM/CIIR ứng dụng cho sản xuất băng tải công nghiệp Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số HV: CB190115 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 23/04/2021 với nội dung sau: - Đã bổ sung danh mục chữ viết tắt Chỉnh sửa lỗi tả (trang vi) - Đã bổ sung khả ứng dụng vật liệu cho băng tải (trang 42-43; Kết luận số trang 55) - Đã luận giải kỹ kết phân tích nhiệt (trang 41) - Đã bổ sung phương pháp nghiên cứu thiếu (trang 28) Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2021 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chịu nhiệt từ blend cao su EPDM/CIIR ứng dụng cho sản xuất băng tải công nghiệp Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Thanh Liêm – người hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt q trình hồn thành luận văn Tác giả xin cảm ơn tất thầy cô, em sinh viên thuộc Trung tâm công nghệ Polyme Compozit Giấy tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình, bạn bè nhiệt tình động viên khích lệ, nguồn động lực để tác giả hoàn thành luận văn Tóm tắt nội dung luận văn a) Tính cấp thiết luận văn Băng tải thiết bị phổ biến lĩnh vực tự động hóa cơng nghiệp đem lại giá trị lợi ích cao sản xuất Tuy nhiên số mục đích sử dụng đặc biệt đòi hỏi băng tải phải làm việc điều kiện khắc nghiệt nhiệt độ cao cường độ hoạt động liên tục băng tải cao su lại bộc lộ yếu điểm dễ bị lão hóa Đối với lớp bám dính, lão hóa xảy nhanh khiến cho băng tải nhanh chóng bị hư hỏng gây thiệt hại lớn cơng nghiệp Chính nhu cầu thực tế cần thiết ý tưởng chế tạo cao su blend EPDM (Etylen – Propylen- Dien monome) CIIR (Clobutyl) để tạo vật liệu vừa có khả chịu nhiệt, vừa có khả bám dính tốt với lớp cốt mành polyeste Trên sở tình hình yêu cầu lựa chọn tên đề tài là: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chịu nhiệt từ blend cao su EPDM/ CIIR ứng dụng cho sản xuất băng tải công nghiệp” b) Phương pháp thực Phương pháp khảo sát đường cong lưu hóa cao su máy Rheometer Phép đo tính chất học máy kéo vạn Phân tích nhiệt trọng lượng TGA để xác định nhiệt độ phân hủy mẫu Phân tích nhiệt quét vi sai DSC để xác định nhiệt độ thủy tinh hóa Phương pháp ảnh hiển vi điện tử quét SEM để nghiên cứu hình thái cấu trúc vật liệu c) Kết đạt được: Lựa chọn hệ lưu hóa EV phù hợp với tiêu chí chế tạo vật liệu chịu nhiệt khơng ảnh hưởng đến tính chất lý Lựa chọn xúc tiến CBS, tỉ lệ xúc tiến 1,5 phần khối lượng phần khối lượng lưu huỳnh phù hợp để pha cao su CIIR lưu hóa có tốc độ gần giống với pha EPDM nhất, qua giúp cải thiện độ tương hợp Đánh giá sơ tính chất lý blend so với mẫu EPDM Thơng qua hệ số già hóa đánh giá khả chịu nhiệt tốt vật liệu môi trường nhiệt độ khắc nghiệt 150oC Phương pháp phân tích TGA cho thấy mẫu blend tạo thành có khả chịu phân hủy nhiệt cao mẫu ban đầu Kết nghiên cứu tính bám dính việc sử dụng phụ gia vô tro bay, nano silica làm tăng đáng kể tính bám dính trước sau chịu lão hóa nhiệt Học viên Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH iii DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU vii Đặt vấn đề vii Mục tiêu luận văn: viii Đối tượng nghiên cứu: viii Phạm vi nội dung nghiên cứu viii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cao su EPDM 1.1.1 Giới thiệu cao su EPDM 1.1.2 Phân loại cao su EPDM 1.1.3 Một số tính chất cao su EPDM 1.1.4 Lưu hóa cao su EPDM 1.1.5 Ứng dụng cao su EPDM 1.2 Cao su Clobutyl (CIIR) 1.2.1 Giới thiệu chung Clobutyl 1.2.2 Một số tính chất cao su Clobutyl 1.2.3 Lưu hóa cao su CIIR 1.2.4 Ứng dụng cao su CIIR 1.3 Một số khái niệm cao su blend 1.3.1 Cao su blend 1.3.2 Sự trộn hợp polyme 10 1.3.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cao su blend 10 1.3.4 Các phương pháp chế tạo polyme blend 11 1.3.5 Các biện pháp tăng cường tính tương hợp cao su blend 13 1.4 Blend cao su EPDM CIIR 18 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 20 2.1 Nguyên liệu hóa chất 20 2.2 Thiết bị 21 2.3 Phương pháp nghiên cứu 22 2.3.1 Phương pháp chế tạo mẫu 22 2.3.2 Các phương pháp xác định tính chất vật liệu 25 CHƯƠNG 3.: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Nghiên cứu chế tạo blend EPDM/ CIIR 29 3.1.1 Nghiên cứu q trình lưu hóa riêng biệt thành phần EPDM CIIR29 3.1.2 Nghiên cứu lựa chọn hệ lưu hóa cho pha CIIR 30 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nhóm xúc tiến đến tính chất lưu hóa blend 32 3.1.4 Hình thái cấu trúc blend 34 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng CIIR đến tính chất blend EPDM/CIIR 35 3.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng CIIR đến tính chất học blend 35 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng CIIR đến tính chất nhiệt blend 37 3.3 Nghiên cứu tính bám dính blend EPDM/CIIR với vải mành 43 3.3.1 So sánh giá trị độ bền kéo bóc mẫu blend so với mẫu EPDM 43 3.3.2 Nghiên cứu nâng cao độ bám dính blend với mành sử dụng nhựa E331 45 3.3.3 Nghiên cứu nâng cao độ bám dính với mành blend EPDM/CIIR sử dụng phụ gia tro bay 46 3.3.4 Nghiên cứu nâng cao độ bám dính mành với blend EPDM/CIIR sử dụng phụ gia nano silica 50 KẾT LUẬN 55 HƯỚNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc cao su EPDM Hình 1.2 Cấu trúc cao su EPDM với dien ENB Hình 1.3 Cấu trúc cao su EPDM với dien 1,4-hexadien Hình 1.4 Cấu trúc cao su EPDM với dien DCPD Hình 1.5 Cơ chế lưu hóa cao su EPDM (dien DCPD) với peroxit Hình 1.6 Cấu trúc cao su Clobutyl Hình 1.7 Cơ chế lưu hóa cao su butyl nhựa phenol- formaldehit Hình 1.8 Cơ chế khâu mạng cao su Clobutyl kẽm oxit Hình 2.1 Chế tạo hỗn hợp cao su EPDM ban đầu 23 Hình 2.2 Chế tạo hỗn hợp cao su CIIR ban đầu 23 Hình 2.3 Chế tạo blend cao su EPDM/CIIR 24 Hình 2.4 Hình dạng mẫu đo độ bền kéo đứt 25 Hình 2.5 Hình dạng mẫu đo độ bền xé 26 Hình 3.1 Đường cong lưu hóa cao su EPDM CIIR 29 Hình 3.2 So sánh đường cong lưu hóa hai loại hệ lưu hóa sử dụng chất xúc tiến khác pha CIIR 31 Hình 3.3 So sánh tốc độ lưu hóa pha CIIR sử dụng chất xúc tiến khác 33 Hình 3.4 So sánh đường cong lưu hóa cao su EPDM sử dụng hệ lưu hóa peroxit cao su CIIR sử dụng xúc tiến CBS 34 Hình 3.5 Ảnh kính hiển vi điện tử quét mẫu: 35 Hình 3.6 Ảnh hưởng hàm lượng CIIR đến tính chất học blend 36 Hình 3.7 Ảnh hưởng hàm lượng CIIR đến hệ số già hóa vật liệu 38 Hình 3.8 Phổ TGA mẫu EPDM 39 Hình 3.9 Phổ TGA mẫu CIIR 40 Hình 3.10 Phổ TGA mẫu EPDM/CIIR: 90/10 40 Hình 3.11 Phổ TGA mẫu EPDM/CIIR: 80/20 41 Hình 3.12 Giản đồ DSC mẫu EPDM blend EPDM/CIIR (tỉ lệ 90/10) 42 iii Hình 3.13 So sánh đồ thị đo độ bền kéo bóc mẫu blend EPDM 43 Hình 3.14 Đề xuất chế giải thích bám dính blend cao su với vải mành 44 Hình 3.15 Cơng thức hóa học EM331 (TMPTA) 45 Hình 3.16 Ảnh hưởng hàm lượng nhựa EM331 đến độ bám dính blend 45 Hình 3.17 Ảnh hưởng hàm lượng tro bay chưa biến tính tro tính Si69 đến độ bám dính với mành blend EPDM/CIIR trước lão hóa nhiệt 46 Hình 3.18 Ảnh hưởng hàm lượng tro tính Si69 đến độ bám dính với mành blend EPDM/CIIR sau lão hóa nhiệt 48 Hình 3.19 Ảnh hưởng hàm lượng nano silica đến độ bền kéo bóc blend EPDM/CIIR 50 Hình 3.20 Ảnh hưởng hàm lượng nano silica biến tính đến độ bền kéo bóc blend trước sau lão hóa nhiệt 52 Hình 3.21 Ảnh kính hiển vi điện tử quét mẫu blend sau kéo bóc 54 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất cao su EPDM theo đặc điểm thành phần Bảng 2.1 Nguyên liệu hóa chất nghiên cứu 20 Bảng 2.2 Thành phần đơn phối liệu ban đầu cao su EPDM CIIR 22 Bảng 3.1 Thành phần, tỉ lệ chất xúc tiến lưu huỳnh pha CIIR 30 Bảng 3.2 Thơng số lưu hóa CIIR sử dụng xúc tiến khác 31 Bảng 3.3 Nhiệt độ phân hủy cực đại từ kết TGA 39 Bảng 3.4 Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét bề mặt mành sau kéo bóc độ phóng đại ×300 ×500 blend EPDM/CIIR 90/10 5pkl tro tính 49 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Tên đầy đủ Tên viết tắt EPDM Etylene Propylene Diene Monomer CIIR Chlorinated Isobutylene-isoprene rubber IIR Isobutylen- isoprene rubber NR Natural Rubber (Cao su tự nhiên) BR Butyl Rubber (Cao su Butyl) PET Polyethylene terephthalate PE Polyethylene PP Polypropyrene PA6 Polyamide 10 PVC Poly vinyl cloride 11 DSC Differential scanning calorimetry 12 TGA Thermogravimetric analysis 13 SEM Scanning Electron Microscope (hiển vi điện tử quét) 14 RF Resorcinol Formaldehyde 15 DM Dibenzothiazole disulfide (MBTS) 16 M 2-Mercaptobenzothiazole (MBT) 17 DPG Diphenyl Guanidine (D) 18 EZ Zinc Diethyldithiocarbamate (ZDEC) 19 CBS N-Cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide (CZ) 20 EM331 Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA) 21 EV Efficiency Vulcanization (Hệ lưu hóa hiệu quả) 22 CV Conventional Vulcanization (Hệ lưu hóa thơng dụng) 23 ENB Ethylidene norbornene 24 1, - HD 1, - hexadien 25 DCPD Dicyclopentadien vi Hình 3.14 Đề xuất chế giải thích bám dính blend cao su với vải mành Đầu tiên, cần biết lớp vải mành dệt từ polyamit (PA6) polyeste mà cụ thể polyetylentetraphtalat (PET) Trong trình chế tạo vải mành, người ta nhúng lớp vải sau dệt vào dung dịch latex Resorcinol Formaldehit (RF) sau sấy khơ với mục đích tạo lớp bắt dính Do xem xét chế kết bám dính thực chất có ba lớp tham gia vào trình tạo liên kết Lớp lớp vải mành bao gồm PA6 PET Các nhóm chức este amin hai loại sợi tham gia liên kết với lớp nhựa RF thông qua liên kết hydro liên kết cộng hóa trị Tiếp theo lớp bắt dính Resorcinol Formaldehit sản phẩm phản ứng Resorcinol Formaldehit Đây nhựa có cấu tạo tương tự Phenol Formaldehit có khả đóng rắn nhiệt độ cao Trên hình thấy, liên kết với lớp mành, lớp RF cịn có nhiều vị trí tham gia hình thành liên kết (vị trí khoanh trịn đỏ hình) [18] Cuối lớp cao su bám dính có cấu tạo từ blend cao su EPDM CIIR Đối với cao su EPDM, lưu hóa hệ lưu hóa peroxit nên dễ dàng hình thành liên kết bão hóa C-C Ngồi thành phần dien EPDM có nhiều liên kết đơi nhân tố trung tâm giúp hình thành nên phản ứng Đối với cao su CIIR có tính chất đặc biệt lưu hóa nhựa Phenol Formaldehit nên cao su CIIR phản ứng trực tiếp với lớp RF để hình thành liên kết Dựa vào điều hiểu nguyên nhân blend cao su EPDM/CIIR có độ bám dính với vải mành tốt cao su EPDM 44 3.3.2 Nghiên cứu nâng cao độ bám dính blend với mành sử dụng nhựa E331 Nhựa EM 331 có thành phần Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA) Đây tác nhân đưa vào nhằm mục đích gia tăng liên kết TMPTA thường dùng loại tác nhân đồng lưu hóa (co-agent) hệ lưu hóa peroxit Hình 3.15 Cơng thức hóa học EM331 (TMPTA) Trong phần này, nhựa EM331 đưa vào hỗn hợp cao su để tăng cường liên kết cao su vào lớp vải mành.Ảnh hưởng hàm lượng EM331 đến độ bền kéo bóc thể qua đồ thị hình 3.10 12 Do ben keo boc 10.6 10.3 Do ben keo boc (N/mm) 10 8.3 8.5 4.7 0,5 1,5 2,5 Ham luong EM331 (pkl) Hình 3.16 Ảnh hưởng hàm lượng nhựa EM331 đến độ bám dính blend 45 Từ đồ thị nhận thấy có thay đổi lớn thay đổi hàm lượng EM331 đơn cao su Độ bền kéo bóc tăng dần từ 4,7N/mm đến 10,6N/mm, thấp với hàm lượng EM331 0,5pkl cao với hàm lượng 2pkl Từ cơng thức hóa học EM331 thấy nhựa EM331 có khả tạo liên kết với nhóm -NH2 – nylon nhóm chức C=O mành polyeste nên tăng độ bám dính với mành Mặt khác EM331 cịn tạo gốc tự đóng vai trò tác nhân đồng liên kết, q trình lưu hóa ổn định, nhanh với cao su có nối đơi mạch EPDM Do lựa chọn sử dụng EM331 với hàm lượng pkl cho nghiên cứu 3.3.3 Nghiên cứu nâng cao độ bám dính với mành blend EPDM/CIIR sử dụng phụ gia tro bay a Nghiên cứu cứu ảnh hưởng tro bay đến độ bám dính với mành blend EPDM/CIIR trước lão hóa nhiệt Ảnh hưởng tro bay có sử dụng tác nhân liên kết Silan Si69 đến độ bám dính blend EPDM/CIIR với mành thể hình 3.17 14 Chua bien tinh Bien tinh Si69 12 Do ben keo boc (N/mm) 11.1 10.54 10.25 12.9 11.84 11.7 11.2 10.5 10.8 10.45 10 0 Ham luong tro bay (pkl) Hình 3.17 Ảnh hưởng hàm lượng tro bay chưa biến tính tro tính Si69 đến độ bám dính với mành blend EPDM/CIIR trước lão hóa nhiệt Từ hình 3.17 nhận thấy: - So sánh với mẫu chưa thêm tro bay (mẫu 0pkl) bổ sung tro bay vào hỗn hợp có tác dụng làm gia tăng độ bền kéo bóc 46 Đối với mẫu có hàm lượng tro bay thêm vào cao su sử - dụng Si69 cho độ bám dính tốt khơng có Si69 Tác nhân liên kết Si69 thường sử dụng để biến tính bề mặt chất vơ nên đưa vào có tác dụng làm cầu nối tro bay với lớp cao su lớp mành, qua tăng cường thêm tính chất vật liệu Đối với mẫu tro bay chưa biến tính, tăng hàm lượng tro bay độ bám - dính blend EPDM/CIIR tăng đạt giá trị lớn 3pkl tro bay, tiếp tục tăng hàm lượng tro bay độ bám dính blend giảm Có thể giải thích điều hạt tro bay có kích thước nhỏ có tác dụng tăng diện tích tiếp xúc thơng qua việc lấp đầy vị trí cịn trống, chưa phẳng (do cách dệt mành) qua tạo liên kết tốt lớp mành lớp cao su Khi hàm lượng tro bay tăng đến pkl độ bám dính có xu hướng giảm vượt ngưỡng giá trị tối ưu Đối với mẫu tro tính, giá trị ngưỡng tối ưu tăng lên 5pkl - hàm lượng tro bay tăng ngưỡng độ bám dính bắt đầu giảm Điều cho thấy Si69 vừa tác nhân liên kết vừa tham gia vào trình xử lý bề mặt giúp làm giảm kết tụ phân tán tro bay đồng Từ nhận định cho thấy tro tính có tác dụng tốt việc tăng cường độ bám dính cao su với lớp vải mành Do sử dụng tro tính để tiến hành cho nghiên cứu b Nghiên cứu ảnh hưởng tro tính đến độ bám dính với mành blend EPDM/CIIR sau lão hóa nhiệt Do ứng dụng blend cho băng tải cao su chịu nhiệt tính chất làm việc môi trường nhiệt độ quan trọng Lớp bám dính cao su băng tải yêu cầu khơng phải bám dính tốt nhiệt độ thường mà cịn phải bám dính tốt nhiệt độ cao, tiến hành khảo sát ảnh hưởng tro bay đến độ bám dính với mành nhiệt độ 150°C với mốc thời gian từ giờ, 72 giờ, 120 168 Kết độ bền kéo bóc thể hình 3.18 47 14 Chua lao hoa 72 gio 120 gio 168 gio 12 12.9 11.84 11.7 Do ben keo boc (N/mm) 11.1 10.54 10 7.19 6.5 4.16 3.24 2.98 2.58 4.17 3.1 2.3 2.1 1.91 1.86 3.87 1.8 0 Ham luong tro bay bien tinh (pkl) Hình 3.18 Ảnh hưởng hàm lượng tro tính Si69 đến độ bám dính với mành blend EPDM/CIIR sau lão hóa nhiệt Từ đồ thị hình 3.18 nhận thấy: - Các mẫu hàm lượng tro bay thời gian lão hóa dài độ bền kéo bóc giảm - Các mẫu có mặt tro tính ln cho độ bền kéo bóc cao mẫu blend thơng thường điều kiện thời gian lão hóa Khi thay đổi hàm lượng tro bay, trước lão hóa với hàm lượng tro bay pkl cho độ bám dính cao nhất, sau lão hóa 72 giờ, 120 giờ, 168 nói chung mẫu blend với pkl tro bay có độ bám dính tốt Điều khẳng định rõ hàm lượng tối ưu sử dụng tro tính pkl - Sau 72 lão hóa tất mẫu có độ bền kéo bóc giảm mạnh, nhiên sau 120 168 giá trị độ bền kéo bóc giảm chậm Sau 168 lão hóa, mẫu cho giá trị độ bền kéo bóc gần tương đương khoảng N/mm Các vấn đề giải thích q trình lão hóa nhiệt làm đứt gãy liên kết gây suy giảm tính chất bám dính cao su Trong khoảng 72 cao su có thay đổi lớn đột ngột bị tác dụng nhiệt lớn cao su chưa kịp hồi phục Sau 72 liên kết bị bẻ gãy đến mức độ định nên độ bám dính khơng cịn bị thay đổi đáng kể c Ảnh hiển vi điện tử quét SEM mẫu sau kéo bóc 48 Sau kéo bóc tiến hành chụp hình thái bề mặt lớp mành thu kết bảng 3.4 Bảng 3.4 Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét bề mặt mành sau kéo bóc độ phóng đại ×300 ×500 blend EPDM/CIIR 90/10 5pkl tro tính Độ phóng đại x500 Lão hóa 168 Lão hóa 120 Lão hóa 72 Chưa lão hóa Độ phóng đại x300 Từ hình ảnh bảng nhận thấy: 49 - Trước lão hóa, thấy lượng cao su bám bề mặt mành lớn, chứng tỏ cao su bám dính tốt với mành thể Bên cạnh hạt hạt tro bay nhỏ nên chui vào khoảng trống sợi mành qua làm tăng cường bám dính lớp cao su với lớp mành mẫu có mặt tro bay - Đối với mẫu sau lão hóa 72 giờ, thấy rõ phá hủy lớp cao su bám dính với sợi mành Lớp cao su trở nên cứng sau lão hóa dễ bị bóc tách khỏi mành dẫn đến độ bền kéo bóc suy giảm - Đặc biệt thời gian lão hóa từ 120 trở nhận thấy sợi mành có tượng bắt đầu đứt gãy Điều chứng tỏ suy giảm tính chất bám dính sau thời gian lão hóa dài nghiên cứu không đứt gãy liên kết lớp cao su bám dính mà đến từ việc phá hủy liên kết lớp RF với mành Điều cho thấy sau 168 giờ, độ bền kéo bóc mẫu cao su chênh lệch không đáng kể 3.3.4 Nghiên cứu nâng cao độ bám dính mành với blend EPDM/CIIR sử dụng phụ gia nano silica a Nghiên cứu cứu ảnh hưởng hàm lượng nano silica đến độ bám dính với mành blend EPDM/CIIR trước lão hóa nhiệt Ảnh hưởng nano silica có sử dụng tác nhân liên kết silan - Si69 đến độ bám dính blend EPDM/CIIR với mành thể hình 3.1 14 Chua bien tinh Bien tinh Si69 Do ben keo boc (N/mm) 12 11.36 10.53 10 10 13.2 12.3 11.76 11.65 10.7 10.1 9.6 0 Ham luong Nano silica (pkl) Hình 3.19 Ảnh hưởng hàm lượng nano silica đến độ bền kéo bóc blend EPDM/CIIR 50 Dựa vào đồ thị hình 3.19 thấy: - Khi đưa nano silica vào blend, độ bền kéo bóc mẫu tăng đáng kể Điều tương tự với tro bay, hạt nano silica có tác dụng lấp đầy kẽ hở lớp cao su vào lớp mành, từ làm gia tăng liên kết - Cùng hàm lượng nano silica thêm vào cao su sử dụng nano silica biến tính cho độ bám dính tốt khơng biến tính Điều thêm Si69, thành phần Si69 đóng vai trị cấu nối giúp cho hạt nano silica có liên kết tốt với cao su với vải - Nhận thấy, mẫu nano silica chưa biến tính, hàm lượng nano silica tối ưu pkl, mẫu nano silica biến tính silan có hàm lượng nano silica biến tính tối ưu pkl Khi tăng hàm lượng nano silica từ pkl lên pkl độ bền kéo mẫu nano silica chưa biến tính giảm, mẫu nano silica biến tính silan tăng Sự khác giải thích nano silica chưa biến tính, hạt nano silica có xu hướng dễ bị kết tụ thành đám làm cản trở trình phân tán đồng hạt Khi hạt nano silica biến tính sử dụng tác nhân liên kết silan (Si69), lúc tác nhân liên kết vừa đóng vai trị chất liên kết vừa có khả xử lý bề mặt làm giảm trình kết tụ hạt nano silica, giúp hạt nano silica phân tán tốt qua cải thiện đáng kể độ bám dính Do lựa chọn sử dụng nano silica biến tính để tiến hành nghiên cứu b Nghiên cứu ảnh hưởng nano silica biến tính đến độ bám dính với mành blend EPDM/CIIR sau lão hóa nhiệt Ảnh hưởng nano silica biến tính đến độ bám dính blend với lớp vải mành sau thời gian lão hóa nhiệt khác thể hình 51 14 Do ben keo boc (N/mm) 12 Chua lao hoa 72 gio 120 gio 168 gio 11.36 13.2 12.3 11.65 10.53 10 8.4 8 6.8 5.7 4.1 4.2 3.4 3.27 2.832.78 3.5 2.94 2.9 2.8 2.9 0 Ham luong nano silica bien tinh (pkl) Hình 3.20 Ảnh hưởng hàm lượng nano silica biến tính đến độ bền kéo bóc blend trước sau lão hóa nhiệt Dựa vào đồ thị hình 3.14 thấy: - Mẫu blend sử dụng nano silica biến tính cho độ bền kéo bóc cao so với sử dụng tro tính mục Điều nano silica có kích thước nhỏ nhiều so với tro bay nên diện tích tiếp xúc nano silica lớn hơn, gia tăng nhiều liên kết - Đối với mẫu hàm lượng nano silica, độ bền kéo bóc blend EPDM/CIIR giảm dần thời gian lão hóa nhiệt tăng giảm mạnh sau 72 lão hóa Sau 168 giờ, mẫu cao su cho giá trị độ bền kéo bóc gần tương đương (khoảng 2,9 N/mm) Mẫu có hàm lượng pkl nano silica cho độ bền kéo bóc tốt trước sau lão hóa Điều chứng tỏ pkl giá trị tối ưu phụ gia thêm vào để tăng cường độ bám dính - Đối với mẫu khơng có nano silica, sau lão hóa 72 giờ, độ bền kéo bóc giảm mạnh từ 10,53N/mm cịn 3,27N/mm (giảm gần 70%) - Đối với mẫu sử dụng phụ gia nano silica, sau 72 độ bền kéo bóc giảm chậm Mẫu nano silica 5pkl giảm khoảng 36% Sự giảm độ bền kéo bóc mẫu sau lưu hóa giải thích tác dụng nhiệt, liên kết hệ bị đứt, dẫn đến tổng số liên kết bị giảm giảm độ bền kéo bóc Các mẫu có nano silica sau lão hóa độ giảm độ bền kéo bóc 52 so với mẫu chưa có nano silica giải thích hạt nano silica có tác dụng che chắn, làm giảm thiểu tối đa tác động nhiệt độ đến trình phá hủy liên kết c Ảnh hiển vi điện tử quét mẫu sau kéo bóc blend trước sau cho nano silica Ảnh hiển vi điện tử quét mẫu blend sau kéo bóc thể hình 3.21 Từ ảnh nhận thấy: mẫu không sử dụng nano silica bề mặt tiếp xúc cao su mành có khoảng trống tiếp xúc khơng hoàn toàn Khi đưa nano silica vào, khoảng trống lấp đầy hạt nano silica có kích thước nhỏ phân tán len lỏi vào khoảng trống Do làm tăng khả bám dính cao su với lớp vải mành 53 EPDM/CIIR chưa có nano silica EPDM/CIIR có nano silica Hình 3.21 Ảnh kính hiển vi điện tử qt mẫu blend sau kéo bóc 54 KẾT LUẬN Thơng qua q trình khảo sát đường cong lưu hóa, xác định xúc tiến có ảnh hưởng lớn tới tính chất lưu hóa vật liệu Lựa chọn hệ lưu hóa EV phù hợp với tiêu chí chế tạo vật liệu chịu nhiệt khơng ảnh hưởng đến tính chất lý Lựa chọn xúc tiến CBS, tỉ lệ xúc tiến 1,5 phần khối lượng phần khối lượng lưu huỳnh phù hợp để pha cao su CIIR lưu hóa có tốc độ gần giống với pha EPDM nhất, qua giúp cải thiện độ tương hợp Đánh giá sơ tính chất lý blend so với mẫu EPDM Thơng qua hệ số già hóa đánh giá khả chịu nhiệt tốt vật liệu môi trường nhiệt độ khắc nghiệt 150oC Phương pháp phân tích TGA cho thấy mẫu blend tạo thành có khả chịu phân hủy nhiệt cao mẫu cao su ban đầu nhiệt độ phân hủy tỉ lệ thuận với hàm lượng CIIR đưa vào Qua cho thấy vật liệu hồn tồn ứng dụng để sản xuất băng tải cao su làm việc môi trường nhiệt độ cao Nghiên cứu tính bám dính blend EPDM/ CIIR có độ bám dính với mành cao EPDM Đề xuất chế bám dính dựa chất tham gia trình tạo liên kết Nghiên cứu sử dụng tác nhân liên kết EM331 giúp nâng cao đáng kể độ bền kéo bóc blend, giá trị tối ưu sử dụng EM331 pkl Q trình đưa phụ gia vơ tro bay, nano silica làm tăng đáng kể tính bám dính trước sau chịu lão hóa nhiệt Giá trị tối ưu phụ gia thêm vào 5pkl Việc sử dụng tác nhân liên kết Si69 để biến tính bề mặt phụ gia có hiệu đáng kể việc cải thiện liên kết phụ gia vô lớp cao su với lớp mành Điều có ý nghĩa vơ to lớn cơng nghiệp nâng cao tính chất giá trị sử dụng vật liệu cao su băng tải công nghiệp 55 HƯỚNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT Nghiên cứu việc biến tính EPDM thơng qua q trình phản ứng với chất có cực để làm chất trợ tương hợp cho blend EPDM/ CIIR Nghiên cứu tính chất – nhiệt – động blend EPDM/CIIR qua giúp dự đốn tuổi thọ vật liệu trình vận hành 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Morton (1973), "Rubber Techonology", 2nd ed., an Nostrand Reinhold Company: New York [2] Bùi Chương, Đặng Việt Hưng, Nguyễn Phạm Duy Linh (2021), "Công nghệ kỹ thuật vật liệu cao su", Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, Hà nội [3] M Van Duin (2002), "Chemistry of EPDM cross-linking", KGKKautschuk Und Gummi Kunststoffe, Vol.55, pp 150- 154+156 [4] J.E Mark, B Erman (2011), "Science and Technology of Rubber", Elsevier Science, [5] Ján Kruželák, Ivan Hudec (2018), "Vulcanization systmes for rubber compounds based on IIR and Halogenated IIR: An overview", Rubber Chemistry and Technology, Vol.91, pp 167–183 [6] Sadhan K De, Jim R White (2001), "Rubber Technologist’s Handbook", iSmithers Rapra Publishing, [7] I Kuntz, R L Zapp, R J Pancirov (1984), "The Chemistry of the Zinc Oxide Cure of Halobutyl", Rubber Chemistry and Technology, Vol.57, pp 813–825 [8] R Vukov (1984), "Zinc Oxide Crosslinking Chemistry of Halobutyl Elastomers—A Model Compound Approach", Rubber Chemistry and Technology, Vol.57, pp 284–290 [9] K G Hendrikse, W J Mcgill, J Reedijk, et al (2000), "Vulcanization of chlorobutyl rubber I The identification of crosslink precursors in compounds containing ZnO/ZnCl2", Journal of Applied Polymer Science, Vol.78, pp 2290–2301 [10] Đỗ Quang Kháng (2012), "Cao su- Cao su blend ứng dụng", Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ, [11] Thái Hoàng (2011), "Vật liệu Polyme blend", Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ, Hà nội [12] A Ciesielski, Rapra Technology Limited (1999), "An Introduction to Rubber Technology", Rapra Technology Limited, [13] Sunil Jose T., Joseph Rani (2007), "EPDM/CIIR Blends: Effect of EPDM 57 Grade on Mechanical Properties", International Journal of Polymeric Materials, Vol.56, pp 743–758 [14] Sunil T Jose, Anoop K Anand, Rani Joseph (2009), "EPDM/CIIR blends: Improved mechanical properties through precuring", Polymer Bulletin, Vol.63, pp 135–146 [15] Lê Như Đa (2016), Nghiên cứu chế tạo blend từ cao su tự nhiên có sử dụng phụ gia nano, Đại học Bách khoa Hà nội [16] Sunil T Jose, A Kuzhuppully, Rani Joseph (2008), "Compatibility Studies on Sulphur Cured EPDM/CIIR Blends", Iranian Polymer Journal, Vol.17, pp 419–430 [17] R.J Seyler (1994), "Assignment of the Glass Transition", ASTM, [18] R.B.Durairaj (2005), "Resorcinol: Application", Springer, 58 Chemistry, Techonology and ... chọn tên đề tài là: ? ?Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chịu nhiệt từ blend cao su EPDM/ CIIR ứng dụng cho sản xuất băng tải công nghiệp? ?? Mục tiêu luận văn: Chế tạo blend cao su EPDM CIIR có tính... giả luận văn: Đỗ Quốc Việt Đề tài luận văn: Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chịu nhiệt từ blend cao su EPDM/CIIR ứng dụng cho sản xuất băng tải cơng nghiệp Chun ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số... loại băng tải cơng nghiệp sử dụng phổ biến kể đến là: băng tải cao su, băng tải xích, băng tải lăn, băng tải PVC… Do có nhiều loại băng tải khác nên vật liệu làm băng tải vô đa dạng Trong loại băng