3.2 Nghiên cứu chế tạo cao su nhiệt dẻo (TPE) bằng phương pháp lưu hóa động
3.2.4 Ảnh hưởng của chất trợ tương hợp lên tính chất của blend NBR/PP
Để tăng cường sự tương hợp giữa các cấu tử trong TPE, sử dụng chất trợ tương hợp là PP-g-MA (có cấu tạo từ PP ghép với anhydrit maleic) và Fusabond (có cấu tạo PP ghép với anhydrit maleic nhưng với chỉ số chảy cao hơn chỉ số chảy của PP-g-MA).
Đơn phối liệu chế tạo blend được chỉ ra trong bảng 3.3 có bổ sung thêm chất trợ tương hợp là polypropylen ghép anhydrit maleic (PP-g-MA) hoặc Fusabond.
Blend được chế tạo theo tỷ lệ NBR/PP/chất trợ tương hợp(=40/60/5). Sử dụng hai chất trợ tương hợp này trong cùng hàm lượng 5% về khối lượng so với
76
nhựa. Sự thay đổi momen xoắn trong quá trình trộn hợp, đặc trưng cho độ nhớt của các hỗn hợp NBR/PP/PP-g-MA được biểu diễn trên hình 3.21 và của NBR/PP/Fusabond được chỉ ra trên hình 3.22.
Hình 3.21 Biểu đồ mô tả sự biến đổi của momen xoắn vào thời gian phối trộn khi có chất trợ tương hợp (NBR/PP/PP-g-MA =40/60/5)
Hình 3.22 Biểu đồ mô tả sự biến đổi của momen xoắn vào thời gian phối trộn khi có chất trợ tương hợp (NBR/PP/Fusabond=40/60/5)
77
Trên các hình này, pic đầu tiên thể hiện độ nhớt của PP/chất trợ tương hợp, pic thứ hai thể hiện độ nhớt của hỗn hợp khi đưa cao su NBR vào, các pic tiếp theo thể hiện sự thay đổi độ nhớt khi đưa các phụ gia cao su vào hỗn hợp. Sự tăng độ nhớt ở đoạn cuối đường cong thể hiện quá trình lưu hóa động của pha cao su trong hỗn hợp làm tăng mật độ mạng của pha cao su trong TPE.
Có thể thấy từ các hình trên chất trợ tương hợp Fusabond có tác dụng làm giảm mạnh độ nhớt của PP trước khi đưa cao su vào so với chất trợ tương hợp PP-g- MA: momen xoắn của hỗn hợp PP/Fusabond tại pic đầu tiên vào khoảng 6Nm so với 15Nm của hỗn hợp PP/PP-g-MA. Trong khi đó độ nhớt của cao su NBR khi đưa vào hỗn hợp (pic thứ hai) là khoảng 13Nm so với 15 Nm. Do, fusabond có chỉ số chảy cao hơn chỉ số chảy của PP-g-MA nên fusabond kết hợp với PP tạo ra hỗn hợp PP/fusabond có độ nhớt thấp và thấp hơn nhiều so với hỗn hợp sau khi đưa cao su NBR vào. Còn chất trợ tương hợp PP-g-MA có chỉ số chảy thấp hơn chỉ số chảy của fusabond, khi trộn hợp với PP tạo ra hỗn hợp PP/PP-g-MA có độ nhớt cao hơn độ nhớt của PP/fusabond, gần với độ nhớt của hỗn hợp sau khi đưa cao su NBR vào. Như vậy sự chênh lệch độ nhớt giữa hai pha PP và NBR là rất lớn trong trường hợp NBR/PP/Fusabond, còn với trường hợp NBR/PP/PP-g-MA sự chênh lệch này không đáng kể. Theo tác giả Cor Koning và cộng sự [39] sự phân tán của các cấu tử vào nhau trong blend càng tốt nếu độ nhớt của chúng càng gần nhau và độ phân tán sẽ tốt nhất khi hệ có độ nhớt của các cấu tử xấp xỉ nhau. Do đó có thể nhận xét rằng mức độ phân tán lẫn nhau giữa hai pha cao su và nhựa trong trường hợp NBR/PP/PP-g-MA sẽ tốt hơn nhiều so với NBR/PP/Fusabond mặc dù bản chất hóa học của hai loại trợ tương hợp này giống nhau: chúng đều có nền là polypropylen ghép với anhydrit maleic.
Việc trộn hợp cao su – nhựa trong TPE từ hệ NBR/PP/PP-g-MA tốt hơn cũng được thể hiện trên đường cong ứng suất-giãn dài của các vật liệu này chỉ ra trên hình 3.23 dưới đây.
78
0 10 20 30 40 50
0 2 4 6 8 10 12 14
ứng suất (MPa)
Độ giãn dài (%) (1)PP-g-MA
(2)Fusabond (3)Ch-a TH
(1)
(2)
(3)
Hình 3.23 Đường cong ứng suất – giãn dài của mẫu blend chưa có trợ tương hợp (3), blend NBR/PP/5% Fusabond (2) và blend NBR/PP/5% PP-g-MA (1)
Hình 3.23 cho thấy, blend chưa có chất trợ tương hợp (đường 3) có độ bền kéo cũng như độ giãn dài thấp hơn hẳn so với blend có chất trợ tương hợp. TPE từ hệ NBR/PP/PP-g-MA có độ bền kéo cao hơn rõ rệt so với TPE từ hệ NBR/PP/Fusabond. Ngoài ra, ở giai đoạn đầu của quá trình biến dạng TPE từ hệ NBR/PP/PP-g-MA mềm hơn và gần giống với cao su hơn. Còn TPE từ hệ NBR/PP/fusabond giai đoạn đầu dốc và có dạng giống với PP nhiều hơn.
Để đánh giá hiệu quả của hai chất trợ tương hợp nói trên đã so sánh độ bền của các hỗn hợp với giá trị tính toán theo công thức cộng hợp [42]:
TSTPE = a.TSNBR + b.TSPP
Trong đó: TSTPE , TSNBR , TSPP là độ bền kéo lần lượt của TPE, NBR và PP.
a, b là phần trăm khối lượng lần lượt của NBR và PP.
Kết quả độ bền kéo của cao su nhiệt dẻo blend NBR/PP khi có và chưa có chất trợ tương hợp được cho trong bảng 3.8.
79
Bảng 3.8 Độ bền kéo của TPE với các chất trợ tương hợp khác nhau, MPa TPE
chưa có chất trợ tương hợp
TPE từ hệ NBR/PP/PP-g-MA
TPE từ hệ NBR/PP/Fusabond Thực
nghiệm
Tính toán
Thực nghiệm/
tính toán,%
Thực nghiệm
Tính toán
Thực nghiệm/tính
toán,%
Thực nghiệm
Tính toán
Thực nghiệm/
tính toán,%
8,3 25,8 32,1 13,5 21,8 61,9 9,3 20,3 45,8
Có thể thấy cả hai chất trợ tương hợp đều cải thiện được mức độ tương hợp giữa các cấu tử trong TPE so với trường hợp không sử dụng chất trợ tương hợp.
Tuy nhiên chỉ có PP-g-MA là có tác dụng cải thiện rõ rệt mức độ tương hợp, còn Fusabond không đem lại hiệu quả đáng kể. Điều này có thể do mức độ phân tán kém giữa hai pha cao su – nhựa khi sử dụng Fusabond.
Trong quá trình trộn hợp, PP với chất trợ tương hợp kết dính lại, hỗn hợp PP/PP-g-MA và NBR hình thành tương tác vật lý với nhau. Trong quá trình trộn hợp, dưới tác dụng của lực xé các hạt cao su lưu hóa bị xé thành các hạt nhỏ hơn, phân tán trong nhựa nền PP, pha PP lúc này đóng vai trò là pha nền đồng thời như là chất kết dính, kết dính các hạt cao su đã lưu hóa lại với nhau. Mặt khác trong quá trình trộn hợp xảy ra phản ứng với cao su tạo ra liên kết giữa cao su NBR và PP/PP- g-MA nên tính chất của vật liệu được cải thiện. Sơ đồ phản ứng được chỉ ra trong hình 3.24.
Hình 3.24 Sơ đồ phản ứng giữa PP-g-MA và NBR
80