1.3. Cao su thiên nhiên và cao su nitril butadien
1.3.2. Cao su nitril butadien
1.3.2.1. Lịch sử phát triển của cao su nitril butadien
Cao su nitril butadien công ngiệp ra đời năm 1937 ở Cộng hòa Liên bang Đức. Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, cao su nitril butadien được tổ chức sản xuất công nghiệp ở Liên Xô cũ. Ngày nay, cao su NBR trở thành một trong những cao su được sử dụng nhiều nhất [16,17].
1.3.2.2. Đặc điểm cấu tạo
NBR là sản phẩm đồng trùng hợp butadien-1,3 và acrylonitril với sự có mặt của hệ xúc tác oxy hóa khử persunfat kali và trietanolamin. Phản ứng diễn ra như sau:
CH2 n =CH CH=CH2 + mCH2=CH CN CH2 =CH CH 2 CH CN CH2=CH ( ) (a ) b Sản phẩm này là sản phẩm chính, ngồi ra cịn có sản phẩm phụ là sản phẩm mạch vòng 4-xiano xiclohecxen tạo cho NBR mùi đặc trưng (mùi nhựa cây đu đủ).
HC HC CH2 CH2 + CH2 HC CN HC HC CH2 CH CH2 CH2 CN
Hàm lượng của monome acrylonitril trong hỗn hợp càng cao thì sản phẩm phụ tạo ra càng nhiều. NBR có nhiều sản phẩm phụ càng có màu thẫm hơn và có mùi rõ hơn.
Monome butadien-1,3 tham gia vào phản ứng hình thành mạch đại phân tử chủ yếu ở vị trí 1,4 trans đồng phân.
Ví dụ: Trong cao su CKH-26 được sản suất ở Liên Xơ cũ có 77,4% monome butadien tham gia vào phản ứng ở 1,4 trans và 12,4% monome butadien tham gia vào phản ứng ở 1,4 - cis và 10,2% monome butadien tham gia vào phản ứng ở vị trí 1,2.
Khối lượng phân tử trung bình của NBR dao động trong khoảng từ 200.000 đến 300.000.
1.3.2.3 Tính chất cơ lý và cơng nghệ
NBR có cấu trúc khơng gian khơng điều hịa, vì thế nó khơng kết tinh trong q trình biến dạng. Tính chất cơ lý, tính chất cơng nghệ của NBR phụ thuộc vào hàm lượng nhóm nitril trong nó. Khả năng chịu mơi trường dầu mỡ, dung mơi hữu cơ tăng cùng với hàm lượng nhóm nitril tham gia vào phản ứng tạo mạch phân tử cao su. Ảnh hưởng của nhóm nitril đến khả năng chịu dầu mỡ của NBR có thể giải thích theo hai cách sau:
a. Theo thuyết hấp phụ
Do liên kết C N trong cao su có độ phân cực lớn (+
ở nguyên tử Carbon và - ở nguyên tử nitơ) nên lực tác dụng tương hỗ giữa các đoạn mạch phân tử có chứa nhóm –CN tăng. Năng lượng liên kết vật lý giữa các đoạn mạch cao, năng lượng kết dính nội càng lớn khi hàm lượng nhóm –CN càng cao. Năng lượng liên kết nội ngăn chặn hiện tượng tách các phân tử polyme ra xa trong q trình trương và hồ
tan. Vì thế cùng với hàm lượng nhóm nitril tăng khả năng chịu dầu mỡ của cao su cũng tăng.
b. Theo thuyết che chắn
Do kích thước khơng gian các nhóm –CN lớn và khoảng cách khơng gian giữa nhóm này với liên kết khơng no gần nên nó đã bao trùm lên không gian các liên kết không no, ngăn chặn sự xâm nhập của các tác nhân tác dụng (phân tử của dầu, mỡ,…) vào không gian liên kết đôi và khoảng không gian giữa các mạch đại phân tử. Khi hàm lượng nhóm nitril trong mạch cao su càng cao và hiệu quả che chắn càng cao hay nói cách khác khả năng chịu dầu mỡ càng cao.
Tuy nhiên, nhóm –CN trong mạch đại phân tử làm tăng độ thẩm thấu nước của NBR so với một số loại cao su không phân cực khác [32].
NBR là loại cao su phân cực lớn nên nó có khả năng trộn hợp với hầu hết các poyme phân cực, với các loại nhựa tổng hợp phân cực,… NBR có chứa liên kết khơng no trong mạch chính mạch đại phân tử nên nó có khả năng lưu hố bằng lưu huỳnh phối hợp với các xúc tiến lưu hố thơng dụng.
Ngồi hệ thống lưu hố thơng dụng NBR cịn có khả năng lưu hố bằng xúc tiến lưu hố nhóm thiuram, nhựa phenol formandehit cho tính chất cơ lý cao và chịu nhiệt tốt.