Như đã biết, keo dán hay chất kết dính tự lưu là chất kết dính từ cao su, nhựa thường gồm hai thành phần, thành phần 1 là cao su, nhựa và các phụ gia có hoặc không có chất xúc tiến lưu hóa. Thành phần thứ hai gồm chất xúc tiến lưu hóa có mức độ hoạt động cực mạnh (siêu xúc tiến). Siêu xúc tiến thường được dùng trong trường hợp này là cacbamat natri, cacbamat kẽm và xúc tiến P [6]. Trước khi sử dụng chất kết dính này, một mặt chuẩn bị dung dịch chất
Trương Thị Thùy Giang 25 K37B – Hóa Học kết dính, mặt khác, chuẩn bị dung dịch chứa chất siêu xúc tiến và hòa trộn đều vào nhau rồi đưa lên bề mặt cần kết dính.
Nhận xét chung
Từ những nội dung trên có thể thấy rằng, NBR, PVC có thể tạo hệ chất kết dính nguội có khả năng bám dính tốt với cơ chế hóa rắn theo kiểu bay hơi dung môi. Tuy nhiên, để cho mối dán chắc chắn hơn, cần phải sử dụng các loại siêu xúc tiến để đóng rắn nguội (tạo ra chất kết dính tự lưu) cho hệ kết dính này.
Trương Thị Thùy Giang 26 K37B – Hóa Học
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Vật liệu nghiên cứu
- Cao su NBR sử dụng là KOSYN – KNB 35L (Hàn Quốc) có hàm lượng nhóm acrylonitril 35%; PVC sử dụng là loại PVC – S có ký hiệu SG 710 (của Việt Nam).
- Các chất độn và các phụ gia gồm: than đen loại N 330 HAF (Trung Quốc); Nanosilica (nanosilica) là loại Reolosil của công ty hóa chất Akpa (Thổ Nhĩ Kỳ) có các thông số như diện tích bề mặt riêng: 200 20 m2/g; Cỡ hạt: 12 - 50 nm; Khối lượng riêng đổ đống: 50 g/l; Lưu huỳnh của hãng Sae Kwang Chemical IND. Co. Ltd. (Hàn Quốc); Axit stearic của PT. Orindo Fine Chemical (Indonesia); Oxit kẽm Zincollied (Ấn Độ); Chất ổn định cho PVC gồm stearat bari và stearat cadimi là sản phẩm của Viện Công nghệ Xạ hiếm; Phòng lão A (aldol-naphtyl-amin) và phòng lão D (phenyl-naphtyl-amin) (Trung Quốc). Tất cả các nguyên liệu và hóa chất trên đây đều là dạng công nghiệp.
- Dung môi xyclohexanon, axeton (loại P) của Trung Quốc
- Chất siêu xúc tiến khâu mạch sử dụng là : Dietyl dithiocarbamat kẽm (Siêu xúc tiến ZDC (EZ)) của Trung Quốc. Công thức cấu tạo như sau :
C2H5-N-C-S-Zn-S-C-N-C2H5
H5C2 S S C2H5
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Chế tạo chất kết dính từ vật liệu compozit trên cơ sở blend của NBR/PVC với nanosilica, than đen và các phụ gia NBR/PVC với nanosilica, than đen và các phụ gia
NBR được cắt mạch sơ bộ trên máy cán thí nghiệm của hãng Toyoseiki (Nhật Bản) trong khoảng thời gian 30 phút. PVC được phối trộn với chất ổn
Trương Thị Thùy Giang 27 K37B – Hóa Học định, nanosilica, để ủ 6 giờ ở 50 C. Tiếp tục cho NBR, PVC (đã phối trộn hóa dẻo và chất ổn định), than đen và các phụ gia gồm các chất ổn định và các phụ gia khác (cao su), trộn trong máy trộn kín ở nhiệt độ 165 oC trong thời gian 8 phút. Lấy ra, để nguội xuống dưới 50 oC, cho lưu huỳnh rồi cán trộn đều.
Hòa tan hợp phần vật liệu trong xyclorhexanon cho đến khi tan hết, khuấy kỹ (hoặc dùng cối sứ nghiền, trộn) cho các thành phần trộn đều.
Vải mành cắt thành miếng có kích thước theo tiêu chuẩn đo độ bền kéo bóc (TCVN 1596-2006) và kéo trượt ASTM-D905. Đưa keo dính lên bề mặt vải, ép hai bề mặt cần kết dính trong 1 phút, để cho khô tự nhiên. Sau các thời gian khác nhau, đo độ bền kéo bóc và độ bền kéo trượt của mối dán.
Để đóng rắn nguội (tự lưu hóa), tiếp tục hòa tan siêu xúc tiến EZ trong dung môi, trước khi sử dụng cho vào trộn đều với hệ chất kết dính trên.
Tuy nhiên, để đơn giản hơn, chất kết dính này có thể chế tạo ngay bằng cách hòa tan các polyme tương ứng trong dung môi. Sau khi các polyme (NBR, PVC) tan hoàn toàn, cân, đong các phụ gia cần thiết phối hợp với các polyme đã hòa tan theo tỷ lệ, trộn đều trong cối sứ (nếu chế tạo nhiều thì dùng các loại máy nghiền) cho tới khi các thành phần phân tán đồng đều ta đã được hệ chất kết dính với đầy đủ thành phần. Cần lưu ý, chất siêu xúc tiến EZ cho vào trước khi sử dụng chất kết dính.
2.2.2. Đánh giá khả năng bám dính của vật liệu kết dính trên cơ sở compozit trên cơ sở blend NBR/PVC với nanosilica+than đen và các compozit trên cơ sở blend NBR/PVC với nanosilica+than đen và các phụ gia lên mành polyeste
Khả năng bám dính của chất kết dính, bảo vệ từ nanocompozit và nanocompozit trên cơ sở blend NBR/PVC với nanosilica, than đen và các phụ gia lên vải polyeste được đánh giá thông qua độ bền kéo bóc và độ bền kéo trượt của mối dán theo các tiêu chuẩn hiện hành, cụ thể:
Trương Thị Thùy Giang 28 K37B – Hóa Học - Độ bền kéo bóc xác định theo TCVN 1596 : 2006 (ISO 36 : 2005) - Độ bền kéo trượt theo tiêu chuẩn TCVN 7755 : 2007 (ASTM D – 905)
2.2.3. Ép lưu hóa
Để đánh giá khả năng bám dính của hệ chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC và các phụ gia với chất siêu xúc tiến EZ, mẫu nghiên cứu vẫn chế tạo như trên, song để bay hơi hết dung môi, cho lên máy ép nóng để lưu hóa trên máy ép thủy lực của hãng Toyoseiki (Nhật Bản) ở 100oC, áp suất 2 kg/cm2, trong thời gian 5 phút, mẫu lấy ra để nguội trong môi trường sau 24 giờ, đo xác định độ bền kéo bóc và kéo trượt.
2.2.4. Nghiên cứu cấu trúc hình thái bề mặt kéo bóc của chất kết dính tự lưu trên cơ sở blend NBR/PVC và các phụ gia
Cấu trúc hình thái bề mặt kéo bóc của chất kết dính tự lưu trên cơ sở blend NBR/PVC với nanosilica, than đen và các phụ gia khác được nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử trường phát xạ (FESEM) thực hiện trên máy S - 4800 (HITACHI) của Nhật Bản, tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.2.5. Đánh giá độ bền môi trường của mối dán
Độ bền môi trường của mối dán được đánh giá theo tiêu chuẩn TCVN 2229 -77 trong môi trường không khí và trong môi trường nước muối 10% ở 70oC, trong thời gian 72 giờ.
Tạo các mẫu đo độ bền kéo bóc và kéo trượt (mỗi loại 15 mẫu). Ép lưu hóa để đóng rắn hoàn toàn bằng phương pháp ép nóng. Để ổn định một ngày sau đó lấy mỗi loại 5 mẫu đo độ bền kéo bóc và kéo trượt, 5 mẫu đem thử nghiệm già hóa ở 70oC trong 72 giờ trong không khí và trong nước muối 10%. Lấy mẫu để ổn định sau 24 giờ đem đo độ bền kéo bóc và kéo trượt. Kết quả đo độ bền kéo bóc và kéo trượt trước và sau thử nghiệm là giá trị trung bình của 5 mẫu đo. Hệ số già hóa là tỷ số của độ bền kéo bóc và kéo trượt sau
Trương Thị Thùy Giang 29 K37B – Hóa Học và trước khi thử nghiệm, tức là:
- Theo độ bền kéo bóc: t s b f f K
Trong đó: fs là độ bền kéo bóc sau ft là độ bền kéo bóc trước - Theo độ bền kéo trượt:
t s t M M K
Trong đó: Ms là độ bền kéo trượt sau Mt là độ bền kéo trượt trước
Trương Thị Thùy Giang 30 K37B – Hóa Học
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của thời gian khô và dung môi đến khả năng bám dính của chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia
Hệ chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở blend NBR/PVC và các phụ gia với chất khâu mạch EZ và lưu huỳnh sau khi trộn đều được đưa lên bề mặt cần kết dính để tạo mẫu đo độ bền kéo bóc và kéo trượt theo các tiêu chuẩn như ở mục 2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian khô đến khả năng bám dính của vật liệu được trình bày trong bảng sau.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới khả năng kết dính
của chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong dung môi xyclohexanon với siêu xúc tiến EZ
TT Thời gian khô [Phút]
Độ bền kéo bóc [N/cm]
Độ bền kéo
trượt [MPa] Ghi chú
1 10 - - Chưa khô 2 20 - - Chưa khô 3 40 - - Bám dính rất yếu 4 80 0,12 0,23 Bám dính rất yếu 5 160 0,25 0,62 Bám dính yếu 6 320 0,55 0,96 Bám dính yếu 7 640 1,05 2,06 Bám dính
Trương Thị Thùy Giang 31 K37B – Hóa Học
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới độ bền kéo bóc của
mối mối dán bằng keo tự lưu trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong xyclohexanon với siêu xúc tiến EZ
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới độ bền kéo trượt của
mối dán bằng keo tự lưu trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong xyclohexanon với siêu xúc tiến EZ
Thời gian khô [Phút]
Đ ộ bề n ké o bó c [N /c m]
Thời gian khô [Phút]
Đ ộ bề n ké o trư ợt [ M Pa]
Trương Thị Thùy Giang 32 K37B – Hóa Học Nhận thấy rằng, với dung môi xyclohexanon hệ chất kết dính từ blend NBR/PVC và các phụ gia để khô tự nhiên và đóng rắn nguội cho bề mặt vải polyeste (diện tích kết dính 2x2 cm) sau 40 phút vẫn chưa bay hết dung môi và sau sau 1440 phút (1 ngày đêm) khả năng bám dính vẫn còn rất yếu. Chính vì vậy, để tăng tốc độ khô vật lý (bay hơi hết dung môi), cần lựa chọn một loại dung môi có tốc độ bốc hơi nhanh hơn.
Căn cứ những kết quả của tác giả khác, dung môi axeton có khả năng bay hơi rất nhanh. Vì vậy, để tăng tốc độ bay hơi của dung môi, chúng tôi phối hợp hai loại dung môi là xyclohexanon và axeton với tỷ lệ 50/50. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian để khô và đóng rắn tự nhiên đến khả năng bám dính của vật liệu được trình bày trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới khả năng kết dính
của chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong hỗn hợp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến EZ
TT Thời gian khô [Phút] Độ bền kéo bóc [N/cm] Độ bền kéo trượt [MPa] Ghi chú 1 10 - - Chưa khô 2 20 - - Bám dính rất yếu 3 40 0,10 0,21 Bám dính rất yếu 4 80 0,25 0,62 Bám dính yếu 5 160 0,56 0,99 Bám dính yếu 6 320 0,95 1,72 Bám dính yếu 7 640 1,86 3,25 Bám dính
Trương Thị Thùy Giang 33 K37B – Hóa Học
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới độ bền kéo bóc của
mối dán bằng keo tự lưu trên cơ sở blend của NBR/PVC và các chất phụ gia trong hỗn hợp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến EZ
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian để khô tự nhiên tới độ bền kéo trượt của
mối dán bằng keo tự lưu trên cơ sở blend của NBR/PVC và các chất phụ gia trong hỗn hợp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến EZ
Đ ộ bề n ké o bó c [N /c m] Đ ộ bề n ké o trư ợt [ M Pa]
Thời gian khô [Phút]
Trương Thị Thùy Giang 34 K37B – Hóa Học Nhận thấy rằng, với hỗn hợp dung môi là xyclohexanon và axeton (50/50) thời gian khô của chất kết dính nhanh hơn đáng kể và cùng với nó là khả năng bám dính của vật liệu cũng tăng lên nhanh hơn. Như vậy, để sử dụng biện pháp kết dính nguội bên cạnh việc chọn dung môi phù hợp, cần phải lựa chọn chất đóng rắn nguội thích hợp cho hệ chất kết dính này.
3.2. Khả năng bám dính của hệ chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia khi đóng rắn hoàn toàn
Kết quả nghiên cứu thu được, được trình bày trong bảng 3.3 dưới đây.
Bảng 3.3. Độ bền kéo bóc và bền kéo trượt của mối dán với chất kết dính
trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong các dung môi
TT Dung môi Độ bền kéo bóc
[N/cm]
Độ bền kéo trượt [Mpa]
1 Xiclohexanon 12,45 15,12
2 Hỗn hợp xiclohexanon (50/50) 12,60 16,02
Nhận thấy rằng, với hệ chất kết dính từ blend NBR/PVC (50/50) gia cường nanosilica phối hợp than đen khi dùng siêu xúc tiến EZ cho đóng rắn hoàn toàn có khả năng bám dính khá tốt khi khô hoàn toàn (tuy nhiên, thấp hơn so với hệ khâu mạch DCP).
3.3. Đánh giá khả năng và thời gian tự lưu của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở blend của NBR/PVC và các phụ gia với siêu xúc tiến EZ
Như kết quả khảo sát ở các các mục trên cho thấy, hệ chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC nếu sử dụng dung môi xyclohexanon sẽ rất lâu khô vật lý (chậm hóa rắn) trong điều kiện nhiệt độ môi trường. Chính vì vậy, việc sử dụng hỗn hợp dung môi sẽ đẩy nhanh được quá trình hóa rắn do bay hơi dung môi. Tuy nhiên, với điều kiện nhiệt độ môi trường hiện tại (nhiệt độ khoảng 20oC) thì cho tới 10 giờ, vật liệu đã bám dính, song lực kéo bóc, kéo
Trương Thị Thùy Giang 35 K37B – Hóa Học trượt còn rất thấp (so với mối dán được gia nhiệt ở 100 C, áp suất 2kg/cm ). Do vậy, cần khảo sát thời gian sau bao lâu mối dán mới hóa rắn cả về mặt hóa học. Kết quả khảo sát khả năng bám dính (theo độ bền kéo bóc và kéo trượt của mối dán được thể hiện trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian tự lưu tới khả năng kết dính của chất
kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong hỗn hợp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến EZ
TT Thời tự lưu [giờ]
Độ bền kéo bóc [N/cm]
Độ bền kéo
trượt [MPa] Ghi chú
1 1 0,23 0,59 Bám dính yếu 2 10 1,78 2,97 Bám dính 3 24 2,25 3,15 4 48 4,35 6,62 5 72 6,06 9,99 6 96 7,92 11,52 7 120 9,16 12,15
Trương Thị Thùy Giang 36 K37B – Hóa Học
Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian tự lưu tới độ bền kéo bóc của mối dán
bằng keo tự lưu trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong hỗn hợp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến EZ
Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian tự lưu tới độ bền kéo trượt của mối dán
bằng keo tự lưu trên cơ sở blend của NBR/PVC (50/50) và các phụ gia trong hỗn hợp dung môi xyclohexanon/axeton (50/50) với siêu xúc tiến EZ
Đ ộ bề n ké o bó c [N /c m] Đ ộ bề n ké o trư ợt [ N /cm]
Thời gian tự lưu [giờ]
Trương Thị Thùy Giang 37 K37B – Hóa Học Nhận thấy rằng, với thời gian tự lưu tăng lên, độ bền kéo bóc và độ bền kéo trượt của mối dán tăng lên. Tuy nhiên, sau 5 ngày, độ bền của mối dán còn thấp hơn nhiều so với giá trị đạt được của nó. Điều này có thể giải thích do nhiệt độ môi trường thấp, tốc độ phản ứng lưu hóa chậm, làm cho các liên kết hóa học trong vật liệu chưa hoàn chỉnh. Như vậy, theo thời gian, mối dán sẽ còn trở nên vững chắc hơn.
3.4. Cấu trúc hình thái bề mặt kéo bóc của chất kết dính tự lưu trên cơ sở blend của NBR/PVC và các phụ gia
Cấu trúc hình thái bề mặt kéo bóc của chất kết dính tự lưu trên cơ sở blend NBR/PVC với nanosilica, than đen và các phụ gia khác được nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM). Dưới đây là ảnh chụp FESEM bề mặt kéo bóc của mối dán bằng keo tự lưu trên cơ sở NBR/PVC và các phụ gia.
Hình 3.7. Ảnh FESEM bề mặt kéo bóc của mối dán bằng chất kết dính tự lưu
Trương Thị Thùy Giang 38 K37B – Hóa Học Nhận thấy rằng, các hạt chất độn than đen, nanosilica phân tán khá đều đặn (thậm chí có những hạt kích cỡ dưới 100nm) trên nền vật liệu polyme blend từ NBR/PVC. Điều đó chứng tỏ rằng, bằng phương pháp trộn kín rồi