nhiệt trọng lượng (TGA)
Phân tích nhiệt trong lượng (TGA) là một phương pháp phân tích sự thay đổi liên tục về khối lượng của mẫu theo sự tăng nhiệt độ. Phương pháp này cho thấy được các thông tin về nhiệt độ bắt đầu phân hủy, tốc độ phân hủy và phần trăm mất khối lượng của vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau.
Các điều kiện để phân tích nhiệt trọng lượng: + Môi trường: không khí
+ Tốc độ tăng nhiệt độ: 10o
C/phút
+ Khoảng nhiệt độ nghiên cứu: từ 30oC đến 600o
C
Qúa trình phân tích TGA được thực hiện trên máy DTG-60H của hãng Shimadzu (Nhật Bản) đặt tại khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội.
Bùi Thị Thơm 32 K37A – Hóa Học
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu biến tính cao su EPDM bằng cao su BR
3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng BR tới tính chất cơ lý của vật liệu
Tính chất của vật liệu từ cao su nói chung và cao su EPDM nói riêng không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố như bản chất vật liệu, phụ gia sử dụng, điều kiện phối trộn và công nghệ gia công mà còn phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ các cấu tử polyme trong hợp phần. Trong phần nghiên cứu này, chúng tôi cố định các yếu tố về bản chất vật liệu, thành phần các phụ gia khác cũng như chế độ gia công và chỉ khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng cao su tổng hợp BR tới tính chất cơ học của vật liệu. Kết quả khảo sát được thể hiện trên các hình vẽ dưới đây:
Bùi Thị Thơm 33 K37A – Hóa Học
Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng BR tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu
Bùi Thị Thơm 34 K37A – Hóa Học
Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng BR tới độ cứng của vật liệu
Nhận thấy rằng, khi tăng hàm lượng BR thì độ bền kéo đứt, độ dãn dài tương đối khi đứt và độ bền mài mòn của tổ hợp vật liệu tăng dần và đạt cực đại tại hàm lượng BR là 30 %. Khi hàm lượng BR vượt quá tỷ lệ này, các tính chất này của vật liệu giảm. Riêng độ cứng của vật liệu tăng chậm khi hàm lượng cao su BR tăng. Điều này có thể giải thích do BR có độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt cũng như độ bền mài mòn cao hơn hơn so với cao su EPDM, còn độ cứng chỉ cao hơn của EPDM đôi chút do vậy khi phối hợp hai vật liệu này với nhau đã tạo ra hiệu ứng như vậy.
Theo các tác giả Jin Hwan Go và Chang Sik Ha [13] thì EPDM và BR hầu như không tương hợp, song qua kết quả trên cho thấy, hai cấu tử này phần nào tương hợp với nhau khi đồng lưu hóa với DCP (thể hiện sự biến đổi của các tính chất cơ học của blend nằm trong khoảng tính chất của hai vật liệu riêng rẽ). Điều đó có thể giải thích do quá trình đồng khâu mạch với DCP dẫn đến kết quả trên. Đặc biệt ở tỷ lệ EPDM/BR 70/30, khả năng tương hợp của
Bùi Thị Thơm 35 K37A – Hóa Học
hai loại cao su này là tốt nhất, chính vì vậy mà tính chất cơ học của vật liệu có phần vượt trội hơn ở các tỷ lệ khác. Từ kết quả này, blend EPDM/BR có tỷ lệ 70/30 được chọn để nghiên cứu tiếp.
3.1.2. Ảnh hưởng của chất làm tương hợp tới tính chất cơ học của vật liệu
Để tăng khả năng tương hợp của cao su EPDM và BR, đã sử dụng chất
tương hợp VLP vào quá trình phối trộn tạo blend.Kết quả khảo sát ảnh hưởng
của hàm lượng VLP tới tính chất cơ học của vật liệu được thể hiện trên các hình vẽ dưới đây. Trong đó: Mẫu 1: EPDM/BR (70/30) Mẫu 2: EPDM/BR/VLP (70/30/1) Mẫu 3: EPDM/BR/VLP (70/30/3) Mẫu 4: EPDM/BR/VLP (70/30/5)
Bùi Thị Thơm 36 K37A – Hóa Học
Hình 3.6: Ảnh hưởng của chất tương hợp VLP tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu
Bùi Thị Thơm 37 K37A – Hóa Học
Hình 3.8: Ảnh hưởng của chất tương hợp VLP tới độ cứng của vật liệu Nhận thấy rằng, khi có thêm chất tương hợp VLP, độ bền kéo đứt, độ mài mòn và độ dãn dài tương đối khi đứt của vật liệu được cải thiện rõ rệt. Đặc biệt ở mẫu có hàm lượng VLP là 1% so với polyme. Điều này có thể giải thích, mặc dù cả hai vật liệu BR và EPDM cùng có độ phân cực thấp song do phân tử cồng kềnh và cấu trúc khác nhau nên việc phân tán vào nhau gặp khó khăn. Khi có thêm VLP cũng là chất phân cực thấp, song có khối lượng phân tử thấp (có Mw = 2.900) được đưa vào đã làm giảm độ nhớt của hệ, tạo điều kiện cho các đại phân tử polyme linh động hơn và dễ dàng phân tán vào nhau. Nhờ vậy làm vật liệu có cấu trúc đều đặn và chặt chẽ hơn, dẫn đến làm tăng tính năng cơ học của vật liệu. Tuy nhiên, khi hàm lượng VLP quá cao sẽ tập hợp thành pha riêng, cản trở tương tác giữa các đại phân tử (giống như một chất hóa dẻo) sẽ làm giảm tính năng cơ học của vật liệu. Từ những kết quả này, hàm lượng VLP là 1% được chọn để tiếp tục nghiên cứu.
3.1.3. Cấu trúc hình thái của vật liệu
Bùi Thị Thơm 38 K37A – Hóa Học
quét. Các hình dưới đây là ảnh chụp SEM bề mặt gãy của một số mẫu vật liệu tiêu biểu.
Hình 3.9: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu cao su blend EPDM/BR (70/30)
Hình 3.10: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu cao su blend EPDM/BR/VLP (70/30/1) Nhận thấy rằng, ở mẫu cao su blend EPDM/BR trên bề mặt gãy của vật liệu có cấu trúc thô ráp, có các vết lõm sâu. Trong khi đó bề mặt gãy ở mẫu
Bùi Thị Thơm 39 K37A – Hóa Học
blend EPDM/BR có 1% VLP có cấu trúc đều đặn, chặt chẽ hơn, khả năng bám dính giữa hai cao su được cải thiện đáng kể. Chính vì vậy, vật liệu blend EPDM/BR có VLP có tính chất cơ học cao hơn hẳn.
3.1.4. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới tính chất nhiệt của vật liệu
Tính chất nhiệt của vật liệu được nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) thực hiện trên máy phân tích nhiệt DTG-60H của hãng
Shimadzu (Nhật Bản) với tốc độ nâng nhiệt là 10oC/phút trong môi trường
không khí. Kết quả thu được, được trình bày trên các hình 3.11 đến hình 3.14.
Bùi Thị Thơm 40 K37A – Hóa Học
Hình 3.12: Biểu đồ TGA mẫu cao su BR
Bùi Thị Thơm 41 K37A – Hóa Học
Hình 3.14 Biểu đồ TGA mẫu cao su EPDM/BR/VLP (70/30/1) Hình 3.14. Giản đồ TGA mẫu cao su EPDM/BR/VLP (70/30/1)
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu
Vật liệu Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất (oC)
Tổn hao khối lượng tới 600 oC (%)
EPDM 436,97 99,961
BR 476,85 99,237
EPDM/BR (70/30) 452,79 và 475,62 99,810
EPDM/BR/VLP (70/30/1) 458,52 99,222
Nhận thấy rằng, EPDM có độ bền nhiệt thấp hơn BR (thể hiện ở phân hủy mạnh nhất). Khi biến tính với BR, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của vật liệu đều tăng lên. Mẫu blend EPDM/BR xuất hiện 2 pic nhiệt độ phân hủy mạnh nhất ở 452,79 và 475,62. Vật liệu blend này khi có thêm 1% chất làm tương hợp VLP, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của vật liệu chỉ còn một pic ở
458,52oC. Điều đó chứng tỏ chất tương hợp VLP đã làm tăng khả năng tương
hợp cho cao su EPDM và BR. Do vậy, với sự có mặt của VLP đã nâng cao khả năng bền nhiệt cũng như tính chất cơ học của vật liệu.
Bùi Thị Thơm 42 K37A – Hóa Học
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy rằng:
- EPDM/BR là hai polyme ít tương hợp nhau, song ở tỷ lệ EPDM/BR (70/30) các cấu tử này có khả năng hòa trộn tốt với nhau hơn cả. Mặt khác, tác dụng đồng khâu mạch với DCP đã làm tăng khả năng tương hợp cho vật liệu.
- Vật liệu blend EPDM/BR có tính chất cơ học, độ bền nhiệt cao hơn cao su EPDM. Đặc biệt blend EPDM/BR (70/30) có thêm 1% VLP, các tính năng này của vật liệu được cải thiện đáng kể.
- Việc biến tính EPDM bằng BR ngoài việc tăng cường tính chất cơ học, độ bền nhiệt mà còn làm giảm giá thành cho vật liệu (BR có giá thấp hơn so với EPDM). Do vậy, kết quả này còn có khả năng mở ra triển vọng ứng dụng trong thực tế của vật liệu này.
Bùi Thị Thơm 43 K37A – Hóa Học
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hoàng Hải Hiền, Nghiên cứu chế tạo các blend trên cơ sở cao su thiên
nhiên, Luận án tiến sĩ Hóa Học, Trường Đại học Vinh, 2014.
2. Thái Hoàng, Vật liệu polyme blend, Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và
Công Nghệ, 2011.
3. Thái Hoàng, Các biện pháp tăng cường sự tương hợp của các polyme trong
tổ hợp, Trung tâm KHTN &CNQG- Trung tâm thông tin tư liệu, Hà Nội,
2001.
4. Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Văn Khôi, Đỗ Trường Thiện, Vật liệu tổ hợp
polyme- những ưu điểm và ứng dụng, Tạp chí hoạt động khoa học, số 10,
trang 37- 41, 1995.
5. Nguyễn Phi Trung, Trần Thanh Sơn, Nguyễn Thạc Kim, Hoàng Thị Ngọc
Lân, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Tập 37 (3), trang 59- 63, 1990.
6. B. Jungnickel, Polymer Blends, Carl Hanser Verlag, Muenchen, Wien, 3-
8, 1990.
7. C. Koning, M. Van Duin, C. Pagnoulle, R. Jerome, Straegies for
Compatibilization of Polymer Blend, Progress in Polymer Science, 23 (4),
p. 707-757, 1998.
8. Dryodhan Mangaraj, Elastomer Blends, Rubber Chemistry and
Technology, 2002, 75(3), 365- 428.
9. D. R. Paul, Polymer Blend, 1, 2, Academic Press, New York, San
Francisco, 1987, London.
10. D. R. Paul, Polymer Blends and Mixtures (Walsh, D. P, Higgins, J. S,
Bùi Thị Thơm 44 K37A – Hóa Học
11. G. Holden, N. R. Legge, R. Quirk, H. Eschroeder, Thermoplastic
Elastomer, Hanser Publisher, 2nd Edition, Munich Vienna New York, p.
369- 370, 1996.
12. I. Fanta, Elastome and rubber compounding material, Amsterdam-
Oxford- New York- Tokyo, p. 138- 139, 1989.
13. Jin Hwan Go, Chang Sik Ha, Effect of a compatibilizer on the properties
of EPDM/BR blend, Korea Polymer Journal, 3(1), 25-34, 1995.
14. J. George, L. Prasannakumari, P. Koshy, K. T. Varughese, S. Thomas, Tensile Impact Strength of blend of high-Density polyethylene and
Acrylonitrile-butadiene Rubber. Effect of blend Ratio and
Compatibilization, Polymer- Plastics Technology and Engineering, 1995,
34 (4), 561- 579.
15. J. Noolandi, K. M. Hong, Interfacial Properties of Immiscible Homopolymer Blends in the Presence of Block Copolymers,
Macromolecules, 1982, 15 (2), 482- 492.
16. J. Noolandi, K. M. Hong, Effect of Block Copolymer at a Demixed
Homopolymer Interface, Macromolecules, 1984, 17 (8), 1531- 1537.
17. J. P. Arlie, Synthetic Rubbers, 2nd, Edition, Edition technip 27 Rueginoux
75737 pari calex 15 technip, p. 45- 54, 1993.
18. L. A. Utracki, Polymer Alloys and Blends, Hanser Press, New York,
1990.
19. L. A. Utracki, Compatibilization of Polymer blends, The Canadian
Journal of Chemical Engineering, 2002, 80, 1008-1016.
20. Lloyd M. Robeson, Polymer Blends, Hanser Verlag, 2007.
21. M. H. Youssef, Temperature dependence of the degree of compatibility in SBR/NBR blends by ultrasonic attenuation measurements: influence of
Bùi Thị Thơm 45 K37A – Hóa Học
22. O. Olabisi, L.M. Robeson, M.T. Shaw, Polymer- Polymer Miscibility,
Academic Press, New York, 1979.
23. Palanisamy Arjunan, Compatibilization of elastomer blends, United States
Patent 5, 352, 739, 1994.
24. S. George, K.T. Varughese, S. Thomas, “Thermal and crystallization
behavior of isotactic polypropylene/ nitril rubber blend”, Polymer, 2000,
41, 5485- 5503. 25. http://vi.swewe.net/word_show.htm/?66744_1&Butadien_cao_su 26. http://luanvan.co/luan-van/san-xuat-cao-su-ky-thuat-338/ 27. http://doc.edu.vn/tai-lieu/tieu-luan-tim-hieu-ve-polime-epdm-52476/ 28. http://luanvan.net.vn/luan-van/tim-hieu-cong-nghe-san-xuat-cao-su- polybutadien-59464/