H 2O 2+ RCOO RCOOO + 2O
1.3.4. Ứng dụng của cao su thiên nhiên epoxy hóa và cao su thiên nhiên lỏng epoxy hóa
lỏng epoxy hóa
Epoxy hóa cao su thiên nhiên và cao su thiên lỏng là phương pháp đã được sử dụng từ rất lâu nhằm cải tiến tính chất của cao su thiên nhiên như độ bền dung môi, độ thấm khí và các tính chất cơ lý khác [3, 5, 19, 20]. Sự epoxy hóa cao su thiên nhiên lỏng xảy ra chủ yếu trong dung dịch với việc sử dụng axit peaxetic, axit pefomic hoặc hỗn hợp hidropeoxit và axit hữu cơ như: axit axetic, axit fomic [5, 8, 20, 23]. Một số điều kiện ảnh hưởng đến phản ứng epoxy hóa cao su thiên nhiên lỏng như: dung môi, nồng độ cao su, tỷ lệ mol peaxit – liên kết đôi, nhiệt độ đã được nghiên cứu [5, 8].
Do có nhóm epoxy trong phân tử nên cao su epoxy hóa có khả năng mở rộng mạch bằng phản ứng với các hợp chất có nhóm chức khác để tạo hợp chất mới [23].
Cao su epoxy hóa có thể tương hợp dễ dàng với nhựa melamin fomandehit butyl hóa, nhựa phenolfomandehit, polieste no và không no, poliacrylonitrin và nhiều nhựa tổng hợp khác, được dùng chế sơn, vecni, keo dán.
Cao su epoxy hóa có khả năng hóa rắn với anhidritmaleic, hexametilen diamin, polietylen, poliamin (trong dung dịch axeton 5 – 10%) tạo màng bám dính tốt, được dùng để gắn, dán các vật liệu kim loại, gỗ, thủy tinh, chất dẻo và nhiều vật liệu khác.
Tùy thuộc vào hàm lượng epoxy đưa vào mà tính chất của sản phẩm có thể điều chỉnh trong một phạm vi rộng. Cũng chính vì vậy mà CSTN-E có một phạm vi ứng dụng rộng rãi. Nó có thể được ứng dụng trực tiếp để chế tạo các sản phẩm cao su có tính chất cơ lý tốt, chịu dầu và độ thấm khí thấp hoặc có thể ứng dụng để chế tạo các chất kết dính, bịt bọc, … Một lĩnh vực ứng dụng quan trọng của CSTN-E đó là blend hóa với một số polime khác để chế tạo các vật liệu mới hay làm chất tương hợp để chế tạo các polime blend.
Ứng dụng điển hình của CSTN-E trong lĩnh vực này đó là blend hóa với PVC. PVC được ổn định và hóa dẻo có thể trộn hợp với CSTN-E ở bất kì tỷ lệ nào [25, 26]. Bằng chứng là hệ số chỉ có một nhiệt độ thủy tinh hóa nằm giữa nhiệt độ thủy tinh hóa của PVC và CSTN-E [24]. Nghiên cứu tính chất của hệ có chứa chất ổn định và hóa dẻo, các tác giả [21] thấy rằng, blend có tính chất cơ lý tốt và có thể sử dụng CSTN-E để thay thế một phần DOP là loại hóa dẻo thấp phân tử có tính độc hại. Theo Ramesh và các cộng sự [26], PVC không chứa chất ổn định và không được hóa dẻo có thể chế tạo thành blend tự khâu mạch với CSTN-E dưới tác dụng của nhiệt độ trong quá trình gia công, song trường hợp này hai polime không có khả năng trộn hợp. Kết quả này được giải thích bởi sự tạo thành vòng furan trong mạch CSTN-E. Dưới tác dụng của nhiệt độ, PVC bị phân hủy tạo thành HCl và cloallyl có hoạt tính. Sau đó, nhóm này có tác dụng với nhóm epoxy của CSTN-E tạo thành liên kết khâu mạch giữa PVC và CSTN-E theo phản ứng: CH=CH-CH-CH2 Cl CH=CH-CH-CH2 Cl O O CH3 + PVC (ENR) CH3
Việc tạo thành cấu trúc khâu mạch dẫn tới tính chất hóa lý của hệ thay đổi, nên quá trình tách pha xảy ra. Còn có nhiều yếu tố khác liên quan đến quá trình này như giảm hàm lượng nhóm – C – Cl trong mạch PVC, mở vòng epoxy của CSTN-E, dẫn đến làm giảm tương tác giữa các phân tử, tạo thuận lợi cho việc tách pha của hệ. Phụ thuộc vào hàm lượng các polime tạo thành phần, mà điều kiện công nghệ chế biến blend cũng thay đổi. Tối ưu hóa điều kiện này cho phép tạo thành các blend có tính chất cơ lý tốt.
Khi nghiên cứu chế tạo blend PVC/CSTN-E (50/50, 50% hàm lượng epoxy) không chứa chất ổn định và hóa dẻo, Coran và Patel [21] nhận thấy, blend có tính chất cơ lý tốt nhất khi phối trộn ở 1700C. Mặc dù trong điều kiện này PVC và CSTN-E có khả năng khâu mạch với nhau theo phản ứng nêu trên và quá trình tách pha sẽ xảy ra, nhưng đây là nhiệt độ nóng chảy của PVC, nên khả năng phối trộn của các polime thành phần vẫn đạt hiệu quả tốt nhất. Nếu nhiệt độ blend hóa thấp hơn 1700C, PVC chưa nóng chảy, bởi vậy khả năng phối trộn của hai polime đạt hiệu quả thấp. Khi đó, PVC là pha phân tán thô trong CSTN-E, nên tính chất cơ lý của blend thấp. Nếu nhiệt độ cao quá sẽ xảy ra quá trình phân hủy mạch PVC và CSTN-E, dẫn tới tính chất cơ lý của blend giảm.
Ngoài kết hợp với PVC, CSTNL-E còn kết hợp được với polime phân cực như: nilon 6, polietylen oxit, copolime etylen acrylic, novolac, resol, cao su nitrin cacboxylat và nhựa phenoxi. Do có chứa nhóm epoxy và có liên kết đôi trong mạch nên CSTNL-E có thể sử dụng để biến tính các polime chứa nhóm chứa epoxy, hidroxyl, cacboxyl. Một số nghiên cứu về việc sử dụng CSTNL-E để biến tính nhựa epoxy đã được công bố. Sự tương hợp của CSTNL-E với các polime chứa vòng thơm theo thứ tự: CSTNL-E/novolac > CSTNL-E/resol > CSTNL-E/phenoxi > CSTNL-E/nhựa epoxy – DGEBA do sự khác nhau tính axit của các nhóm hidroxyl trong nhựa.
CHƯƠNG 2