1. 2.2 Thành phần
1.2.4. Tình hình nghiên cứu vật liệu blend trên cơ sở cao su nitril butadien,
nhựa polyvinylclorua và cao su thiên nhiên.
Đối với việc nghiên cứu vật liệu blend trên cơ sở cao su nitril butadien, nhựa polyvinyl clorua và cao su thiên nhiên, ta biến tính vật liệu PVC/NBR – với tỷ lệ PVC và NBR cho kết quả tốt nhất bằng cao su thiên nhiên.
* Nghiên cứu về vật liệu blend NBR/PVC
Vật liệu blend trên cơ sở NBR/PVC là một trong những loại blend được nghiên cứu và ứng dụng sớm nhất, được Konrad chế tạo vào năm 1936 và được đưa vào ứng dụng năm 1962. Khi phối trộn PVC với NBR ở dạng khô (nhiệt độ thấp hay cao), dạng latex hay dung dịch, cho phép thu được các blend có tính chất cơ lý tốt. Blend hóa ở dạng khô, nếu PVC – S thì nhiệt độ trộn hỗn hợp cần phải đảm bảo sao cho PVC có thể nóng chảy. Nếu là PVC – E, do kích thước hạt mịn nên có thể phối trộn ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của nó [13]. Bằng một số phương pháp khác nhau như: DSC, DMTA… các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của bản chất các polyme thành phần như: khối lượng phân tử, hàm lượng nhóm nitril trong NBR lớn hơn hoặc bằng 23%, thì NBR và PVC có khả năng trộn hợp với nhau. Các hệ blend được chế tạo trên cơ sở các polyme này có một nhiệt độ hóa thủy tinh nằm giữa khoảng nhiệt độ thủy tinh hóa của NBR và PVC [14, 15, 16, 17]. Ngoài hàm lượng nitril ra, các công bố không cho thấy sự ảnh hưởng nào của khối lượng phân tử cũng như chủng loại của hai polyme tới khả năng trộn hợp của chúng. Khi hàm lượng nhóm nitril thấp hơn 23%, cực tính của NBR giảm, nên tương tác giữa nó với PVC yếu đi nhiều, dẫn tới sự tách pha trong hệ và blend thể hiện hai nhiệt độ hóa thủy tinh [16, 17].
Trước năm 1970, NBR thường được phối trộn với một lượng PVC thấp hơn để chế tạo polyme blend được lưu hóa bằng phương pháp thông thường.
Vũ Đình Chuyên 31 K31D – Hoá So với cao su NBR thì các tổ hợp này có những ưu điểm hơn hẳn đó là: độ bền cơ lý cao, chịu tác động của ozon và các điều kiện môi trường cũng như bền oxy hóa nhiệt [18, 19]. Bởi vậy mà vật liệu này được ứng dụng trong một số lĩnh vực như chế tạo các loại ống dẫn dầu, dẫn khí, vỏ bọc cáp điện, trục in và đế giày đặc chủng… [18]. Cũng như NBR khả năng chịu dầu của blend tăng lên khi hàm lượng nitril tăng. Do PVC kém chịu dầu hơn NBR nên mức độ chịu dầu của blend có giảm đi chút ít so với NBR [20]. Đối với sản phẩm thường xuyên tiếp xúc với xăng, dầu và một số dung môi thì blend PVC/NBR có ưu điểm nổi bật ở chỗ là nó có khả năng ổn định oxi hóa cao. Hiệu ứng này có được là do tương tác giữa PVC và NBR tạo thành. Vì đây là các polyme không thể bị trích ly trong quá trình tiếp xúc với môi trường nói trên, nên vật liệu giữ được tính ổn định lâu hơn so với tổ hợp NBR có chứa chất ổn định thấp phân tử dễ bị trích ly theo thời gian sử dụng. Thông thường, blend trên cơ sở NBR và PVC có độ đàn hồi kém hơn và độ biến dạng dư cao hơn NBR. Các hệ lưu hóa được sử dụng có thể là các hệ thông thường như lưu huỳnh, ZnO, axit stearic với chất xúc tiến TMTD hay CBS [20, 21].
Cũng như các polyme khác, tính chất cơ lý của blend PVC/NBR phụ thuộc nhiều vào thông số của vật liệu và điều kiện công nghệ. Đối với blend cùng thành phần, hàm lượng nitril càng lớn thì độ bền kéo đứt và độ giãn dài khi đứt của blend càng tăng. Theo sự gia tăng của hàm lượng NBR, thì độ bền kéo đứt của blend giảm và độ dãn dài khi đứt của blend không được lưu hóa thay đổi lệch âm so với giá trị tính theo trung bình tỷ lệ của các polyme thành phần [22]. Theo mức độ khâu mạch của NBR, thì độ bền kéo đứt và khả năng đàn hồi tăng lên, trong khi đó độ dãn dài khi đứt và độ biến dạng giảm. Nhìn chung mức độ phụ thuộc của tính chất cơ lý của các blend vào nhiệt độ tăng lên theo thứ tự sau: NBR (lưu hóa thông thường) < PVC/NBR (được lưu hóa) < PVC/NBR (không được lưu hóa). Để đáp ứng yêu cầu thực tế một cách tốt
Vũ Đình Chuyên 32 K31D – Hoá nhất cũng như để thu được hiệu quả kinh tế cao nhất, trong thực tế chế tạo blend PVC/NBR có chứa chất dẻo và các chất chống oxi hóa [23, 24, 25]. Ngoài ra các tính chất cơ lý của blend còn phụ thuộc đáng kể vào khối lượng phân tử của PVC cho phép điều chỉnh tính chất cơ lý trong một phạm vi rộng theo hướng tăng độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt và khả năng chịu mài mòn cũng như giảm độ biến dạng dư. Việc tăng hàm lượng NBR có tác dụng hạn chế khả năng trích ly và bay hơi của các loại hóa dẻo thấp phân tử có tính độc hại và gây ô nhiễm môi trường. Khi có mặt chất chống oxi hóa, NBR có tác dụng nâng cao độ bền oxi hóa nhiệt của tổ hợp và hiệu quả thể hiện rõ nhất ở các giá trị thể hiện độ dãn dài khi đứt. Các chất độn thông thường như: bột talc, CaSO4 và CaSO3… đưa vào blend có tác dụng cải thiện một số tính chất công nghệ (hạn chế sự kết dính, tạo thuận lợi cho quá trình gia công), tính chất sản phẩm song chủ yếu là để giảm giá thành của tổ hợp. Sản phẩm được chế tạo từ blend có chứa chất độn cho bề mặt khô và mịn, không gây cảm giác ướt và dính như là các sản phẩm chứa hàm lượng hóa dẻo cao mà không được độn. Đối với blend PVC/NBR có chứa DOP và CaCO3, tác giả [26] thấy rằng, thay một phần hóa dẻo bằng NBR cho phép nâng cao khả năng phối trộn của tổ hợp với CaCO3. Cùng tổng lượng DOP và NBR, blend chứa hàm lượng cao su lớn hơn cho phép độn một lượng CaCO3 lớn hơn mà vẫn đạt được tính chất cơ lý như blend chứa nhiều DOP. Như vậy thay đổi tỷ lệ các thành phần NBR, DOP và CaCO3 ta có thể điều chỉnh tính chất tổ hợp theo yêu cầu chất lượng và đạt hiệu quả kinh tế cao.
Trên cơ sở trên, vừa qua tại viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã có một đề tài nghiên cứu vật liệu blend trên cơ sở cao su nitril butadien và nhựa polyvinyl clorua bằng việc thay đổi hàm lượng PVC trong tổ hợp PVC/NBR.
Vũ Đình Chuyên 33 K31D – Hoá Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy PVC kết hợp với NBR thì tính chất cơ lý của vật liệu có cải thiện khi hàm lượng PVC ở khoảng 20 – 30%, khi hàm lượng PVC lớn hơn 30% thì độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt giảm mạnh đồng thời độ cứng và độ dãn dư tăng. Quá trình nghiên cứu cũng cho thấy độ trương trong dầu điezen của blend PVC/NBR ở mọi tỷ lệ thành phần đều thấp (< 18%) và đạt bão hòa trong thời gian 2 ngày. Hệ số già hóa của vật liệu đạt giá trị lớn nhất khi hàm lượng PVC ở khoảng 20 – 30%. Kết quả nghiên cứu trên cho thấy vật liệu blend PVC/NBR với tỷ lệ PVC và NBR là 20/80 cho kết quả tốt nhất [27].
* Vật liệu blend trên cơ sở nitril butadien, nhựa polyvinyl clorua và cao su thiên nhiên.
Vật liệu blend trên cơ sở 3 cấu tử vẫn chưa được nghiên cứu phổ biến ở Việt Nam, song cũng có một số công trình nghiên cứu. Mới đây, Nguyễn Phi Trung cùng các đồng sự [28] chế tạo vật liệu trên cơ sở CSTN, cao su nitril butadien và nhựa polyvinyl clorua. Bằng việc cố định hàm lượng các cấu tử (PVC/NBR)/CSTN là 70/30, các tác giả đã nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên bằng các phương pháp khác nhau: Phương pháp dung môi, phương pháp nóng chảy và phương pháp nóng chảy kết hợp với phương pháp cán trộn. Kết quả nghiên cứu cho thấy trong 3 phương pháp trên thì phương pháp nóng chảy kết hợp với phương pháp cán trộn là thích hợp nhất để chế tạo vật liệu blend 3 thành phần. Sản phẩm thu được từ phương pháp này có tính chất cơ học tốt, độ bền oxy hóa nhiệt cao.
Vũ Đình Chuyên 34 K31D – Hoá
Chương II
Mục tiêu, nội dung, vật liệu và phương pháp nghiên cứu