1.3. Giới thiệu về cao su blend
1.3.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu cao su blend
Polyme blend là một loại vật liệu mới xuất hiện từ thế kỷ 19, nhưng thực sự phát triển từ cuối những năm 80 của thế kỷ XX và hiện nay chúng là
Nguyễn Thị Thủy 19 K38B – Hóa học vật liệu có tốc độ phát triển nhanh. Theo số liệu công bố gần đây có thể thấy polyme blend có mức tăng trưởng mỗi năm trên 10% (trong khi hiện nay tốc độ tăng trưởng hàng năm của vật liệu polyme thông thường chỉ đạt 5 6%).
Trong số đó, hệ blend của các elastome nhiệt dẻo (TPE) chế tạo bằng cách trộn hợp cao su với các loại nhựa này có tốc độ phát triển nhanh nhất [10-13].
Nhiều vật liệu blend trên cơ sở CSTN cũng như cao su tổng hợp đã được nghiên cứu chế tạo, trong đó có nhiều loại cao su blend đã trở thành thương phẩm trên thị trường quốc tế như: Geolast (blend của cao su NBR với cao su EPDM) có khả năng bền nhiệt, bền dầu do hãng Monsanto Polym.
Prod. sản xuất; JSR NV (blend của NBR với nhựa PVC) có khả năng bền dầu, hóa chất và nhiệt độ thấp do hãng Japan Synth. Rubb sản xuất hoặc Royalene (blend của cao su EPDM với nhựa PP) có khả năng bền va đập, bền thời tiết và được sử dụng trong kỹ nghệ ô tô do hãng Uniroyal Chem sản xuất, v.v...[10]
Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme blend nói chung, và cao su blend nói riêng, mới chỉ được quan tâm từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước và dần phát triển từ gần chục năm trở lại đây. Mục tiêu đầu tiên nhắm tới của các tác giả là thông qua chế tạo các vật liệu cao su blend trên cơ sở CSTN nhằm cải thiện các tính năng cơ lý, kỹ thuật để mở rộng phạm vi ứng dụng cho CSTN, nguồn nguyên liệu sẵn có ở Việt Nam. Từ đó nghiên cứu công nghệ chế tạo ra các sản phẩm cao su kỹ thuật với giá thành hợp lý, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, thay thế nhập ngoại và dần tiến tới xuất khẩu [15-17].
Với xu hướng trên, các tác giả ở Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme (Đại học Bách khoa Hà Nội) đã nghiên cứu chế tạo cao su blend của CSTN với cao su cloropren (CR) và ứng dụng làm các khe co dãn, gối cầu phục vụ xây dựng các công trình giao thông đường bộ [18].
Nguyễn Thị Thủy 20 K38B – Hóa học Các tác giả của Viện Hóa học Vật liệu (Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự) đã nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu trên làm các loại gioăng, phớt chịu dầu và ủng chữa cháy, hay blend của ENR với CR để chế tạo một số dụng cụ cứu hộ hỏa hoạn nhà cao tầng [17]. Các tác giả thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu, chế tạo thành công vật liệu cao su blend chống cháy và các kết cấu cứu hộ hỏa hoạn khẩn cấp cho các toà nhà cao tầng trên cơ sở PVC-NBR, hệ blend chống cháy trên cơ sở PVC-ENR và hệ CR-ENR [19].
Một số loại cao su blend khác cũng đang được nghiên cứu trong nước như: cao su blend từ CSTN với cao su styren – butadien (SBR) phù hợp để chế tạo ống mềm cao su chịu áp lực cho tầu nạo vét sông, biển; từ CSTN với cao su cloropren (CR) hoặc với cao su etylen – propylen – dien đồng trùng hợp (EPDM) bền môi trường, thời tiết và có thể được dùng để chế tạo các sản phẩm cao su cần các tính năng tương ứng (vải địa kỹ thuật không thấm nước, tấm lợp cao su, v.v…). Ngoài ra, vật liệu cao su blend được chế tạo cho các lĩnh vực công nghệ cao đi từ cao su tổng hợp có khả năng bền dầu mỡ, bền nhiệt và thời tiết nên rất phù hợp để làm các loại gioăng đệm cho máy biến thế [23-38].
Nhóm tác giả Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cũng đã nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su nitril butadien và polyvinylclorua (NBR/PVC). Kết quả nghiên cứu cho thấy nét nổi bật của vật liệu blend từ NBR và PVC với tỉ lệ thích hợp (80/20 70/30) có tính năng cơ lý cao, có khả năng bền nhiệt, chống cháy và đặc biệt có khả năng làm việc lâu dài ở nhiệt độ đến 1000C và với tỉ lệ PVC và NBR 30/70, blend thu được có kết quả tốt nhất. Ngoài ra khi biến tính NBR bằng PVC, độ bền kéo đứt của vật liệu tăng lên khi hàm lượng PVC dưới 30% song nếu vượt qua giới hạn này thì độ bền kéo đứt có xu hướng giảm và giảm mạnh khi hàm lượng
Nguyễn Thị Thủy 21 K38B – Hóa học PVC vượt quá 40%. Bên cạnh đó, độ dãn dài khi đứt giảm còn độ dãn dư, độ cứng của vật liệu lại tăng liên tục [33]. Các tác giả cũng đã nghiên cứu chế tạo vật liệu blend PVC/NBR (bột đã lưu hóa)/DOP và blend PVC/NBR (bột không lưu hóa)/DOP. Polyme blend chế tạo được có độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt cao (24,2 MPa, 403%). Vật liệu polyme blend trên cơ sở PVC và NBR đã lưu hóa có tính năng cơ lý vượt trội so với vật liệu blend có cùng thành phần với NBR không lưu hóa cũng như vật liệu từ CSTN hoặc NBR và đặc biệt vật liệu này có thể gia công được bằng các phương pháp gia công như nhựa nhiệt dẻo. Vật liệu blend trên cơ sở PVC/NBR chứa DOP có thể ứng dụng để chế tạo các loại ống dẫn dầu, vỏ bọc dây và cáp điện, đế giầy, v.v…[36]. Nhóm tác giả Viện Kỹ thuật Nhiệt đới – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu chế tạo blend trên cơ sở PVC và NBR chứa DOP với pha NBR được lưu hóa động. Kết quả thu được phản ứng khâu mạch cao su xảy ra sớm hơn trước khi NBR được phân tán mịn và tạo pha đồng liên tục với PVC. Vật liệu polyme blend nhận được vừa dễ gia công lại vừa có tính năng cơ lý cao: độ bền kéo đứt 19,0 MPa và độ dãn dài khi đứt 360%
[31]. Tác giả Nguyễn Phi Trung và Hoàng Thị Ngọc Lân (Viện Kĩ thuật Nhiệt đới – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) đã chế tạo blend trên cơ sở cao su nitril butadien (NBR) và polyvinylclorua (PVC), NBR và cao su thiên nhiên (CSTN). Kết quả thu được vật liệu polyme blend có độ bền kéo đứt trong khoảng 19,6 – 21,7 MPa [32].
Cao su blend CSTN với cao su nitril butadien (NBR) có khả năng bền dầu mỡ, có tính chất cơ lý cao, giá thành hạ nên đã được ứng dụng để chế tạo các sản phẩm cao su kỹ thuật và dân dụng có yêu cầu bền dầu mỡ (các đệm chống va tàu thuyền cho các cảng dầu khí, làm giầy, ủng bền dầu mỡ, v.v…).
Trên thế giới đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về cao su blend dựa trên cơ sở của cao su thiên nhiên và cao su butadien của nhiều tác giả khác
Nguyễn Thị Thủy 22 K38B – Hóa học nhau đã được công bố. Tác giả Zhang, Hongmei (2009) [40] đã thực hiện việc trộn cao su bão hòa etylen-propylen-dien (EPDM) với cao su không bão hòa là cao su thiên nhiên (NR) và cao su butadien (BR). Mục tiêu là khắc phục những tính chất không tương hợp cũng như tăng cường tính tương hợp cho hỗn hợp NR/BR/EPDM bằng các phương pháp khác nhau và từ đó cải thiện các tính chất cơ học của vật liệu.
Tác giả Hsien-Tang Chiu; Peir-An Tsai [41] đã nghiên cứu các tính chất cơ học và tính chất lão hóa bởi nhiệt của blend cao su thiên nhiên (NR) và cao su polybutadiene (BR) được pha trộn ở tỷ lệ khác nhau. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của blend NR/BR tăng khi tăng hàm lượng NR. BR có độ cứng cao hơn so với NR. Các biến dạng của BR là ít hơn so với NR dưới điều kiện tải trọng tương tự. Đối với khả năng lão hóa, cả hai ứng suất kéo và biến dạng của NR với blend NR/BR giảm sau khi lão hóa kéo dài.
Trong một công bố khác của D. Freitas de Castro và các cộng sự [42] đã nghiên cứu ảnh hưởng của các chất phụ gia đến thuộc tính đồng nhất trên blend NR/BR. Khi pha trộn hai cao su CSTN và BR, nhờ thêm các chất phụ gia, các đặc tính của blend thu được là tuy thua kém CSTN nhưng so với BR đã có những cải tiến trong hoạt động cũng như trong gia công.
Zhao Yanfang và các cộng sự cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của than đen đến các thuộc tính của vật liệu blend NR/BR [43]. Nghiên cứu cho thấy, khi hàm lượng than đen thay đổi, đặc điểm lưu hóa của blend NR/BR cũng thay đổi. Khi thêm vào hàm lượng của than đen là 20, các đặc tính cơ học của blend thu được tốt. Ngoài ra chất gắn kết Si69 được thêm vào có gây ảnh hưởng trên than đen. Với hàm lượng ngày càng tăng của Si69, ban đầu hiệu suất của cao su cũng tăng nhưng sau đó lại giảm xuống; khi hàm lượng của Si69 thêm vào đạt 8% của hàm lượng than đen, hiệu suất cao su là tối ưu.
Nguyễn Thị Thủy 23 K38B – Hóa học Sự phát triển và ứng dụng của vật liệu polyme blend nói chung, cao su blend nói riêng, là một trong những thành tựu quan trọng của thế kỷ XX. Do có ưu thế ở nhiều mặt mà polyme blend nói chung, cao su blend nói riêng, đã được sản xuất và ứng dụng ở hầu khắp các lĩnh vực của nền kinh tế, từ các sản phẩm thông dụng cho tới các sản phẩm kỹ thuật cao và được ứng dụng trong ngành điện, chế tạo máy, giao thông vận tải, xây dựng, khai thác dầu khí, lĩnh vực an ninh - quốc phòng, ngành kỹ thuật công nghệ cao, v.v…và các sản phẩm polyme blend đã và đang phát triển mạnh mẽ cả về số lượng cũng như chủng loại [14].
Nguyễn Thị Thủy 24 K38B – Hóa học CHƯƠNG 2.THỰC NGHIỆM