Lưu hóa cao su ACM NBR: Hệ lưu hóa peroxide và lưu huỳnh
MỤC LỤC
Lưu hóa bằng hợp chất peroxide
Hệ lưu hóa peroxide là một phương pháp lưu hóa cao su, trong đó peroxides được sử dụng làm chất phân hủy tạo ra các gốc tự do cần thiết cho phản ứng liên kết chéo giữa các chuỗi polyme, nhằm tăng cường tính chất vật lý như độ bền, độ đàn hồi và khả năng chịu nhiệt của cao su. Hệ lưu hóa peroxide lưu hóa chọn lọc hơn so với hệ lưu hóa lưu huỳnh(chỉ phản ứng ở liên kết đôi) nên số lượng liên kết thấp hơn so với lưu hóa bằng lưu huỳnh(có thể phản ứng ở bất kì vị trí nào trên mạch polymer), mật độ nối mạng đồng đều làm cho tính chất sản phẩm đồng đều so với hệ lưu hóa lưu. Hệ lưu hóa lưu huỳnh: Do cao su NBR thường ứng dụng vào các vật liệu kháng dầu nên sử dụng hệ lưu hóa lưu huỳnh vì hệ lưu hóa lưu huỳnh vừa có chi phí rẻ và vừa giúp cho cao su NBR tăng khả năng kháng dầu.
Hệ lưu hóa sulfur cao (high sulfur cure systems): Sử dụng sulfur đã được xử lý với magnesium carbonate (MC) để cải thiện sự phân tán của sulfur trong polymer MC có bề mặt hấp phụ lớn do kích thước hạt nhỏ và cấu trúc tinh thể của nó. Các hạt sulfur phân tán có thể tạm thời bám vào bề mặt của MC, giảm khả năng chúng tự tụ lại thành cụm lớn hơn. Hệ lưu hóa sulfur thấp (low sulfur cure systems): Sử dụng một lượng thấp về lưu huỳnh nhưng lại sử dụng hàm lượng chất xúc tiến cao.
Mặc dù về tính chất cơ học thì hệ lưu hóa sulfur cao vượt trội hơn tuy nhiên đối với hệ lưu hóa sulfur thấp thì lại có sự cải thiện về độ giữ dẻo sau quá trình lão hóa nhiệt so với hệ lưu hóa sulfur cao nguyên nhân là vì các chất xúc tiến có tác dụng giảm đi các liên kết polysulfidic thay.
Hệ chất độn
Bên cạnh than đen, các ứng dụng NBR, ACM thực tế cũng yêu cầu sử dụng các chất độn sáng màu, đặc biệt trong các ứng dụng trục cao su như là silica, calcium carbonate (whitting), …. Cũng giống như than đen, các hạt mịn như silica (dạng hun khói hoặc kết tủa) cũng tạo nên các tính chất cơ lý tốt cho các sản phẩm sáng màu nhưng chúng có hai nhược điểm chính khi sử dụng. Thứ nhất, chúng làm tăng độ nhớt của hỗn hợp, làm khó kết hợp và gia công nên yêu cầu vật liệu đàn hồi có độ nhớt thấp và dùng nhiều chất hóa dẻo cho quá trình gia công.
Thứ hai, diện tích bề mặt cao và khả năng phản ứng của những chất độn với các chất kết mạng hoặc kẽm oxyt nên yêu cầu phải thêm vào chất đông tụ silane, triethanolamine hoặc polyethylene glycol để hạn chế khả năng phản ứng. Calcium carbonate nghiền không gia cường nhưng rẻ tiền và có thể kết hợp một lượng lớn vào cao su. Calcium carbonate kết tủa có khả năng bán gia cường hỗn hợp NBR, không ảnh hưởng vận tốc kết mạng và tạo nên tính biến dạng dư sau khi nén tốt.
Mica, alumina potassium silicate, là chất độn tự nhiên dạng dẹt, hỗ trợ quá trình cán tráng và ép đùn.
Các phụ gia cải thiện lưu hóa cho cao su NBR .1. ZnO
Loại kẽm oxide dùng phải là loại có hàm lượng tối thiểu là 99.5% và được xử lý để có diện tích bề mặt riêng lớn, ngoài có tác dụng hoạt hóa bột kẽm oxide còn đóng vai trò như một chất tạo liên kết ngang đối với polymer (ví dụ: cao su clobutyl, cao su nitril carboxyl hóa, cao su clopren…). Tăng cường tính chất cơ học: PbSO4 cũng có thể được sử dụng để cải thiện tính chất cơ học của cao su NBR như độ bền kéo, độ cứng, hoặc độ bền mài mòn, tùy thuộc vào cách sử dụng và tỷ lệ pha trộn trong quá trình sản xuất. Tính chất ổn định nhiệt: Canola oil có khả năng chịu nhiệt độ cao, điều này có thể làm cho nó phù hợp để sử dụng trong quá trình xử lý cao su ở nhiệt độ cao mà không làm thay đổi cấu trúc hoặc tính chất của cao su.
Khả năng tương thích với môi trường: Canola oil thường không gây ra các vấn đề liên quan đến sự tương tác không mong muốn với các chất khác trong quá trình sản xuất cao su, điều này có thể làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho việc sử dụng trong ngành công nghiệp cao su. - Chất chống kết dính: Paraffin wax cũng có thể được sử dụng như một chất chống kết dính trong quá trình sản xuất và xử lý cao su, giúp ngăn chặn sự kết dính không mong muốn giữa các bề mặt cao su trong quá trình sản xuất và sử dụng. Chất bảo quản và bảo vệ: Paraffin wax có thể được sử dụng như một chất bảo quản và bảo vệ cho cao su, giúp bảo vệ cao su khỏi sự ảnh hưởng của môi trường bên ngoài, như sự oxi hóa, ánh sáng mặt trời và độ ẩm.
Cacbon đen thường tồn tại dưới dạng các hạt hình cầu hoặc hạt hình que, thường là cấu trúc tinh thể không đều và không có thứ tự, có màu đen hoặc màu xám đậm do khả năng hấp thụ ánh sáng của nó. Bổ sung chất chống sém (như MgO, acid salixylic, acid benzoic, acid axetylsalixylic, anhyđrit phtalic, N-nitroso-diphenylamin hoặc acid stearic) ở nồng độ 0,2- 1% sẽ kéo dãn thời gian bắt đầu cháy cao su mà không làm giảm tốc độ của quá trình lưu hóa. Silane làm tăng khả năng lưu hóa vì nó tạo ra các liên kết giữa các phân tử ACM, giúp tăng tính năng lưu hóa của cao su, tạo điều kiện cho sản phẩm được sử dụng trong môi trường có chất oxy hóa, nhiệt độ cao và dầu nhớt.
Đơn pha chế của NBR
Chọn loại SVR 3L vì cao su SVR 3L màu sắc tươi, ít tạp chất, độ dẻo khoảng 50 độ mooney, có tính năng cơ học cao, không độc tuy nhiên kém bền môi trường, bền bức xạ, dung môi. Cao su butadiene : có cấu trúc không gian khá điều hòa, có thể lưu hóa bằng lưu huỳnh phối hợp với các loại xúc tiến lưu hóa thông thường, có độ bền kéo đứt khá cao (khoảng 18-20 MPa), độ cứng tương đối, khả năng chống mài mòn, chống trượt cao, kháng dung môi ở mức trung bình. Xúc tiến lưu hóa nhóm guanidin: mở rộng dải lưu hóa tối ưu và hạn chế được hiện tượng tự lưu trong quá trình gia công sản phẩm.
Cao su NBR: là loại cao su kháng dầu được dùng rộng rãi nhất, có giá thấp, dễ gia công, có nhiều dạng khác nhau, có độ bền cao, chịu nhiệt tương đối (tới 125oC) nên phù hợp với rất nhiều ứng dụng. Chất hóa dẻo Di-Octyl Phthalate (DOP): tan trong các loại dung môi hữu cơ thông thường (hầu như không tan trong nước) và có thể trộn lẫn và tương hợp với các chất hóa dẻo đơn phân tử thường được dùng trong nhựa PVC. Chất phòng lão N- (1,3-dimethybutyl)-N’-phenyl-p-phenylenediamine (DPAA): là một chất lỏng kháng, trong suốt, gần như không màu, có mùi khó nhận biết được.
Nó tan trong các loại dung môi hữu cơ thông thường (hầu như không tan trong nước) và có thể trộn lẫn và tương hợp với các chất hóa dẻo đơn phân tử thường được dùng trong nhựa PVC.
Đơn pha chế của ACM
Sử dụng hệ lưu hóa sulfur: Do hệ lưu hóa sulfur tạo các liên kết chéo lưu huỳnh ngẫu nhiên dẫn đến một mạng lưới không gian có sự đa dạng về kích thước và độ bền của các mắt xích liên kết lưu huỳnh giữa các mạch polymer tạo nên một mạng lưới vững chắc có thể ứng dụng cho việc tạo ra các vật liệu chống mài mòn, chịu lực tốt, chống rung. Khi cao su bị kéo dãn hoặc bị tác dụng lực, liên kết chéo giữa các mạch polymer phân bố lực kéo đều khắp cấu trúc vật liệu, giúp tăng cường độ bền. • Natri stearate và Kali stearate: Chất hoạt động bề mặt giúp phân tán đều các chất lưu hóa và các phụ gia khác trong hỗn hợp cao su.
Trong quá trình liên kết chéo, chỉ các điểm cuối của chuỗi PCL được liên kết chéo nhưng chúng vẫn có thể kết hợp với cao su ACM do chúng không phải là một mạng lưới liên kết chéo hoàn toàn kín. • Cao su ACM được làm mềm trên máy cán hai trục ở nhiệt độ phòng và trộn lẫn với các thành phần khác ngoại trừ lưu huỳnh. Nguyên liệu SGC đã liên kết chéo sau đó được trộn vào hỗn hợp ACM trên máy cán hai trục ở nhiệt độ 120°C và sau đó làm mát về nhiệt độ phòng.
• Lưu huỳnh được trộn lẫn với hỗn hợp ACM/SGC ở nhiệt độ phòng, và các hỗn hợp được vulcan hóa bằng phương pháp đúc nén ở nhiệt độ 180°C và áp suất 15 MPa.
