Khoa Học Cao Su Nền Tảng Khoa Học Về Cao Su

Cao su thiên nhiên tổng hợp?

Nhựa chứa NR rắn trong những hạt cao su được gọi là hạt cao su, và chúng ta thu được NR ở trạng thái rắn bằng cách đúc nhựa cao su lên một tấm để thu được một lớp mỏng NR sau khi chất phân tán bay hơi, hoặc bằng cách đông cứng nhựa cao su bằng dung dịch axit nước để thu được một khối NR. Nhiều loại SBR có sẵn trên thị trường, và các đặc tính của chúng phụ thuộc vào nội dung của đơn vị styrene, các phương thức cộng của 1,3-butadiene (1,2 hoặc 1,4), cấu hình cis hoặc trans của liên kết C=C, dẫn đến việc bao phủ một loạt đa dạng các đặc tính.

Cao su và chất đàn hồi là polyme vô định hình .1 Vô định hình

Thời đại của vật liệu mềm và công nghệ mềm

Bằng cách xuất bản sách giáo khoa này, chúng tôi đã cố gắng tổng hợp các kết quả kỹ thuật về cao su đã được tích lũy trong thế kỷ trước đây và tiến một bước đến việc thành lập khoa học về cao su hiện đại, dựa trên phương pháp trong các khoa học về các vật liệu mềm và entropy. Đối với những nhiệm vụ này của con người, việc hiểu các phản ứng ngược từ thiên nhiên và môi trường được thể hiện bởi các mũi tên xuống trong Hình 1.3 đang trở nên quan trọng hơn và quan trọng hơn để làm cho kỹ thuật và sau đó là công nghệ linh hoạt hơn và thân thiện hơn với con người.

Nền tảng khoa học về cao su

Hóa học 1: Phản ứng trùng hợp, Phản ứng polyme và Phản ứng hóa học tại chỗ

Ở giai đoạn đầu phát triển cao su tổng hợp ở Đức và Nga, người ta phát hiện ra rằng một loại natri kim loại (Natrium trong tiếng Đức), được sử dụng để sản xuất cao su tổng hợp.sự khử nước của các monome và dung môi hữu cơ không phân cực được cho là khởi đầu cho phản ứng trùng hợp 1,3-butadien, đây là một ví dụ ban đầu của phản ứng trùng hợp anion. Chất xúc tác Ziegler cho PP hoạt động cho quá trình đồng trùng hợp ethylene và propylene để tạo ra cao su ethylene-propylene (EPM), và cho quá trình polyme hóa hai monome và di-olefin để tạo ra terpolyme ethylene-propylene-diene (EPDM), là chất xúc tác chéo -có thể liên kết bằng peroxide hoặc bằng hệ thống lưu huỳnh/máy gia tốc [8].

Hóa học II: Phản ứng liên kết ngang .1 Phát minh và phát triển lưu hóa

Năm 1839, Goodyear đã phát minh ra phương pháp lưu hóa, và sau đó cao su tự nhiên (NR) trở thành một vật liệu hữu ích [47] Ông đã hăng hái lặp lại các thí nghiệm để biến NR trở thành vật liệu sử dụng, đặc biệt là để khắc phục sự thay đổi nhiệt độ: Vào mùa đông, nó trở nên cứng nhắc thành những nhân vật mềm mại và đàn hồi lỏng lẻo, và vào những ngày nóng nực vào mùa hè thì nó quá mềm mại. Từ quan điểm phát triển bền vững (SD), sự lan rộng của các chất phản ứng lưu hóa còn lại và một số sản phẩm phụ từ chúng (ví dụ do mòn lốp cao su) cần được lưu ý nhiều hơn. Vì độ mài mòn của lốp cao su là một chức năng cần thiết để giảm thiểu độ mài mòn của mặt đường nên một lần nữa cần phải có sự đánh đổi. Việc xem xét toàn cầu và tổng hợp là rất quan trọng để giảm ô nhiễm môi trường trên Trái đất. Do đó, các nhà khoa học và kỹ sư cao su phải thách thức sự phát triển hơn nữa của thiết kế vật liệu cao su, luôn lưu ý đến SD. 1) Chất kích hoạt cho quá trình lưu hóa.

Vật lý: Trạng thái cao su và độ đàn hồi của cao su .1 Trạng thái cao su

(ii) Khả năng giãn nở đến mức đứt là cực kỳ cao, dựa trên trạng thái động học của cao su (theo chuyển động phân đoạn vi mô Brown), được mô tả bằng phương trình. Khả năng mở rộng cao có thể liên quan đến tính không thể nén được.) (iii) Sự thay đổi thể tích liên quan đến biến dạng là rất nhỏ, tức là tỷ số Poisson là 0,5. Khoảng đầu thế kỷ 20, ý tưởng về các trạng thái keo do lực hóa trị thứ cấp có ảnh hưởng lớn đến các nhà khoa học vật lý và hóa học đến mức thừa nhận các đại phân tử là chất có khối lượng phân tử cao không phải do liên kết keo mà do hóa trị chính (tức là. Nói cách khác, một đại phân tử có thể thể hiện tính chất keo ngay cả khi không có sự liên kết và không được chấp nhận rộng rãi cho đến thời điểm đó. Trong những tình huống này, người ta không lưu ý nhiều rằng cao su đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết lập khái niệm phân tử về các phân tử vĩ mô hoặc polyme. NR là sản phẩm nông nghiệp của các nước nhiệt đới và việc tiếp thị nó nằm dưới sự kiểm soát của Anh. Do đó, sự phát triển của cao su tổng hợp tập trung vào lĩnh vực hóa học. Một kỹ sư hóa học người Đức, F. 1956) tại Bayer, đã đệ trình kế hoạch sản xuất cao su tổng hợp lên ban giám đốc và kế hoạch này đã được chấp nhận.

Khoa học vật liệu cao su

Tính chất vật lý của vật liệu

Các phép đo theo tiêu chuẩn ISO (hoặc ASTM, BA, DIN, JIS và bất kỳ quy định tương đương nào khác) là để kiểm soát chất lượng của các sản phẩm công nghiệp và không được sử dụng nhiều để làm sáng tỏ một cách khoa học về bản chất vật lý của các chất cao su: Kết quả của ISO các thử nghiệm không phải là một quan sát trong một quá trình gần như tĩnh có ý nghĩa nhiệt động lực học. Ngược lại, khi một nhóm thế bao gồm flo (có độ âm điện tử cao) được đưa vào, chiết suất của nó trở nên nhỏ. Bằng việc sử dụng 4 loại cao su silicone có hàm lượng nhóm hydrosilyl khác nhau làm chất phản ứng, việc đưa các nhóm hóa học khác nhau bằng phản ứng hydrosil hóa được tiến hành như hình 3.10 [67]. Hình 3.11 trình bày các kết quả thu được, biểu thị mối quan hệ giữa được đo ở 20°C bằng vạch natri D.) và số Abbe (còn gọi là công suất tán sắc nghịch đảo và biểu thị sự phụ thuộc của chiết suất vào bước sóng của ánh sáng) của sản phẩm.

Phát triển các thiết bị đàn hồi có chức năng cao 1. Chức năng của cao su và chất đàn hồi

Người ta đưa ra giả thuyết rằng sự gia tăng các chuỗi cô lập này có thể phụ thuộc vào sự tương tác mạnh giữa chất độn với chất độn trong silica ưa nước và các điều kiện liên kết ngang sử dụng peroxide làm chất liên kết ngang và cần tiến hành nghiên cứu chi tiết hơn về những điểm này trong một công việc trong tương lai. Phát triển các thiết bị đàn hồi có chức năng cao. của chỳng ta, điều đỏng buồn nhưng được gợi ý rừ ràng trong hai cuộc Thế chiến ở thế kỷ XX, khi cao su là vật liệu chiến lược không thể thiếu [94]. Những ví dụ này cho thấy độ đàn hồi của cao su không chỉ là một đặc tính vật lý đơn giản mà bản thân nó còn có chức năng cao, rất hữu ích cho nhiều loại hiệu suất. Do đó, hầu hết các sản phẩm cao su đều được biết đến là có nhiều chức năng hữu ích khác nhau ngoài tính đàn hồi của cao su vốn có của cao su. Độ đàn hồi của cao su có thể được phân loại tốt hơn thành một chức năng ban đầu. Tuy nhiên, trong phần này, một số chức năng đặc biệt khác ngoài độ đàn hồi của cao su sẽ được thảo luận. Ngay cả trong phần này, các tính chất cơ học cũng được đề cập, vì hầu hết tất cả các chức năng của cao su đều chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của các cấu trúc liên kết ngang và mạng lưới của nó, đây cũng là những yếu tố quyết định tính chất cơ học. Từ quan điểm chức năng hóa, có ba hướng để cung cấp chức năng khác ngoài độ đàn hồi của cao su:. 1) Đầu tiên là sử dụng nền cao su làm dung môi polyme. Ví dụ, trong trường hợp cao su dẫn điện, nhiều loại hạt dẫn điện khác nhau (bao gồm bột kim loại và một số loại CB) được trộn cơ học để tạo thành cao su để chế tạo các thiết bị dẫn điện hoặc bán dẫn mềm, được sử dụng nhiều trong thực tế. Một ví dụ cụ thể sử dụng kỹ thuật này cho thấy một loại cao su dẫn điện nhạy áp, một loại đầu dò, được chế tạo bằng cách kiểm soát hình thái của chất độn dẫn điện trong ma trận cao su như trong Hình 3.16. Cụ thể, một cảm biến áp suất được tạo ra bằng cách trộn cơ học giữa chất độn và cao su:. Đường dẫn điện tử không được nối từ trên xuống dưới dưới áp suất F = 0 như thể hiện ở phía bên trái của hình. Tuy nhiên, bằng cách tăng áp suất, số lượng đường dẫn được kết nối sẽ tăng lên; do đó dòng điện có thể đi qua được. Loại đầu dò mềm này có nhiều giá trị, ví dụ như đối với các điện cực của thiết bị y sinh, được áp dụng trên da của bệnh nhân. Tính linh hoạt của đầu dò cho phép tiếp xúc rất tốt giữa thiết bị điện tử và da. Lưu ý rằng việc chuẩn bị loại cảm biến. này bằng cách nạp chất độn vào cao su khó khăn và phức tạp hơn nhiều so với việc chỉ trộn: Các kỹ thuật tuyệt vời để kiểm soát sự phân tán như trong Hình 3.16 là bắt buộc để tạo ra chức năng của cảm biến và cuối cùng nó đã đạt được có lẽ là sau rất nhiều thử nghiệm thử và sai của một số chuyên gia, những người đã tham gia vào lĩnh vực trộn cao su trong nhiều năm. Ngoài ra, cảm biến còn được yêu cầu phải có khả năng tái tạo tốt, nhờ đó sự thay đổi hình thái phân tán chất độn trong nền cao su phải hoàn toàn có thể đảo ngược ngay cả sau hàng nghìn chu kỳ nạp và dỡ tải. Nghịch lý thay, việc nạp chất độn vào cao su bằng cỏch trộn cơ học rừ ràng là rất đơn giản và dễ dàng, nhưng vẫn cũn nhiều cơ hội để phát triển hơn nữa. Hình 3.16: Cao su nhạy áp bằng cách kiểm soát hình thái của chất độn dẫn điện trong ma trận cao su. F là ứng suất, áp suất bên ngoài. 2) Thứ hai là ghép các phân tử hoặc nhóm chức năng vào chuỗi cao su bằng cách sử dụng các phản ứng polyme.

Sự phát triển gần đây của khoa học cao su 4.1 Tăng cường chất độn nano và sự kết hợp của chúng

Hỗn hợp cao su/chất độn nano

Hơn nữa, một thực tế quan trọng sau đây không được tính đến trong tài liệu mẫu; nghĩa là các hạt đơn CB có kích thước nm được tạo ra trong lò trong quá trình quá trình sản xuất đã kết tụ lại với nhau để tạo thành cốt liệu CB sơ cấp (kích thước khoảng 20–1000 kích thước hạt độn từ ca. nm) do lực van der Waals (về cơ bản là lực phân tán đối với các phân tử và hạt không phân cực) giữa các hạt có kích thước nm. Ở đây, người ta giả định rằng cấu trúc của mạng CB được hình thành từ tập hợp CB tương tự như cấu trúc mạng 3D được hình thành do bức xạ gây ra trùng hợp monome (ở đây, tập hợp CB sơ cấp được coi là monome) với sự có mặt của monome đa chức năng (ở đây, cùng một khối CB được tổng hợp có nhiều chức năng về điểm liên kết chéo) [37, 38].

Cơ chế gia cố cao su bằng chất độn nano

Xét tổng cộng số đơn vị trọng lượng cơ bản trong trường xem của hình ảnh 3D-TEM cần kiểm tra, và tổng số (N.Nd) các điểm được kết nối (ở đây gọi là liên kết chéo điểm) trong trường nhìn tổng thể có thể được thể hiện như được hiển thị ở nơi khác [32], phương trình. Từ các cuộc thảo luận ở trên, có thể hiểu rằng một mạng lưới CB mạnh mẽ được hình thành bằng cách kết nối các tập hợp CB bằng sự trung gian của lớp tương tác CB/NR (CNIL), trong đó khả năng di chuyển của dây xích cao su bị hạn chế.

Cấu trúc mạng lưới cao su được đánh giá bằng phương pháp tán xạ và phương pháp quang phổ

Để phân tích định lượng các cấu hình SANS thu được bằng thực nghiệm, một loạt đường cong việc lắp được thực hiện bằng cách sử dụng các hàm tán xạ tương tự như trường hợp sưng gel: Trong vùng góc nhỏ, hàm Lorentz bình phương (hàm SL) được được sử dụng để mô tả tính không đồng nhất giống như chất rắn trong gel và trong góc lớn vùng, hàm Lorentz (L) được sử dụng để mô tả cường độ phân tán từ một dung dịch polyme tương ứng. Sự kết hợp và thành phần của các thuốc thử liên kết ngang, đặc biệt là oxit kẽm với các thuốc thử khác, được cho là rất quan trọng đối với hình thái kiểm soát trong quá trình lưu hóa; nghĩa là, những kết quả này cho thấy ZnO đóng vai trò quan trọng khi kết hợp với axit stearic, trong việc kiểm soát không chỉ kích thước mắt lưới mà còn cả kích thước của các miền mạng trong cao su liên kết ngang.

Sự phát triển mới trong phản ứng lưu hóa

Trong hệ thống lưu hóa CBS dưới sự có mặt của oxit kẽm và axit stearic, phức hợp kẽm/stearate mới được phát hiện có thể đóng vai trò tạo ra hoạt tính trung gian để đẩy nhanh phản ứng liên kết ngang lưu huỳnh của cao su có thể thông qua phản ứng bắt chước enzyme sau thời gian chờ đợi thích hợp (thời gian cháy). Phản ứng này cơ chế có lẽ chưa được ai trong số các nhà khoa học và công nghệ cao su dự đoán được. Điều rất độc đáo là việc thiết lập quá trình lưu hóa bằng cao su nghiên cứu trong vài thập kỷ qua có mối quan hệ thú vị với sự tiến hóa của cơ thể sống từ hàng chục ngàn năm. Sau đó, làm thế nào chất trung gian tăng tốc phản ứng lưu hóa cao su? Các thảo luận. chi tiết về toàn bộ cơ chế lưu hóa sẽ được báo cáo trong thời gian sắp tới tương lai. Các phép đo được giải quyết theo thời gian và hóa học lý thuyết sẽ mang lại mục tiêu cuối cùng để tiết lộ nó. Kết quả dự kiến sẽ được sử dụng để tạo ra những giá trị sản phẩm cao su nhằm xây dựng một xã hội an toàn và bền vững trên Trái đất. được xuất bản) được tóm tắt, bắt đầu từ sự đổi mới của Goodyear trong Sect. Có thể là việc tìm thấy phức hợp kẽm/stearat bắc cầu loại hạt nhân gồm có 𝑍𝑛2 (𝜇- 𝑂2 C𝐶17 𝐻35 )2)2+.4x (phức kẽm/stearat có tỷ lệ 2/2) có thể là bước khởi đầu quan trọng để làm sáng tỏ cơ chế lưu hóa, vì chất trung gian phản ứng có thể được cho là tăng tốc phản ứng lưu hóa nhiều hơn phức hợp Zn(St)2 truyền thống, tương đối ổn định.