Luận văn Biến tính cao su thiên nhiên và polyme blend trên cơ sở cao su thiên nhiên bằng dầu đậu nành

thiªn nhiªn cã ®é bÒn kÕt dÝnh néi cao, kh¶ n¨ng c¸n tr¸ng, Ðp phun tèt, møc ®é co ngãt kÝch th­íc s¶n phÈm nhá. cao su thiªn nhiªn cã thÓ phèi trén víi c¸c lo¹i cao su kh«ng ph©n cùc kh¸c (cao su poly izopren, cao su butadien, cao su butyl) víi bÊt cø tû lÖ nµo. 1.1.7. TÝnh chÊt c¬ lý cña cao su thiªn nhiªn. Cao su thiªn nhiªn cã kh¶ n¨ng l­u ho¸ b»ng l­u huúnh phèi hîp víi c¸c lo¹i xóc tiÕn l­u ho¸ th«ng dông. TÝnh chÊt c¬ lý cña cao su thiªn nhiªn ®­îc x¸c ®Þnh theo tÝnh chÊt c¬ lý cña hîp phÇn cao su tiªu chuÈn. B¶ng 6: Thµnh phÇn tiªu chuÈn ®Ó x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña cao su thiªn nhiªn STT Thµnh phÇn Hµm l­îng [P.K.L] 1 Cao su thiªn nhiªn 100,0 2 L­u huúnh 3,0 3 Mercaptobenzothiazol 0,7 4 ZnO 5,0 5 Axit stearic 0,5 Hçn hîp cao su l­u ho¸ ë nhiÖt ®é 143±2 [0C] trong thêi gian l­u ho¸ tèi ­u lµ 20 ÷ 30 phót. C¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña CSTN: §é bÒn kÐo ®øt [MPa] : 23 §é d·n dµi t­¬ng ®èi [%] : 700 §é d·n dµi d­ [%] ≤ 12 §é cøng t­¬ng ®èi [Shore] : 65 Cao su thiªn nhiªn kh«ng ®éc nªn tõ nã cã thÓ s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm dïng trong y tÕ vµ trong c«ng nghiÖp thùc phÈm [1]. 1.2. DÇu thùc vËt vµ dÇu ®Ëu nµnh 1.2.1. DÇu thùc vËt DÇu thùc vËt lµ mét nguyªn liÖu quan träng trong c«ng nghiÖp còng nh­ ®êi sèng. Ngoµi viÖc sö dông cho c«ng nghiÖp thùc phÈm (lµ nguån dinh d­ìng thay mì ®éng vËt) dÇu thùc vËt cßn lµ nguyªn liÖu dïng trong c«ng nghiÖp ®Ó s¶n xuÊt s¬n, vecni, chÊt tÈy röa, chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt. Trªn thÕ giíi hiÖn nay s¶n l­îng hµng n¨m vÒ dÇu mì bÐo kho¶ng 48.500.000 tÊn, mçi n¨m t¨ng kho¶ng 700.000 tÊn . HiÖn nay, dÇu bÐo ®­îc khai th¸c tõ ba nguån chÝnh: tõ 900 lo¹i c©y cung cÊp 60% l­îng dÇu, 300 lo¹i ®éng vËt trªn c¹n cho 36% vµ phÇn cßn l¹i tõ c¸c lo¹i ®éng vËt d­íi n­íc. S¶n l­îng mét sè lo¹i dÇu thùc vËt trªn thÕ giíi n¨m 1979 [5]. (®¬n vÞ: 1000 tÊn) DÇu ®Ëu nµnh 80.453 DÇu ®Ëu phéng 18.309 DÇu b«ng v¶i 24.216 DÇu h­íng d­¬ng 12.658 C¸c nguån nguyªn liÖu dÇu thùc vËt hiÖn cã trong n­íc ta rÊt phong phó, chóng ®­îc trång theo quy m« c«ng nghiÖp hoÆc mäc tù nhiªn. HiÖn nay c¸c nguån dÇu thùc vËt phôc vô cho c«ng nghiÖp chñ yÕu lµ: dÇu dõa, dÇu ®Ëu phéng, dÇu ®Ëu nµnh, dÇu cao su, dÇu b«ng, dÇu trÈu. DÇu thùc vËt th­êng ®­îc chøa trong c¸c h¹t hoÆc qu¶ cña c¸c c©y cã dÇu. Sau khi thu ho¹ch vµ s¬ chÕ b»ng ph­¬ng ph¸p nh­ sö dông m¸y Ðp thuû lùc hay trÝch ly b»ng dung m«i. Sau ®ã dÇu ®­îc lµm s¹ch: khö t¹p chÊt b»ng axit hoÆc kiÒm, trung hoµ c¸c chÊt, hÊp thô b»ng than ho¹t tÝnh, sau ®ã lµm khan vµ thu ®­îc dÇu s¹ch. DÇu ®· tinh chÕ ®­îc ®em ®i kiÓm tra c¸c tÝnh chÊt ho¸ lý vµ thµnh phÇn tr­íc khi sö dông vµo c¸c môc ®Ých c«ng nghiÖp. Thµnh phÇn chñ yÕu cña dÇu lµ triglyxrit. RCOO – CH2 R’COO – CH R’’COO – CH2 Trong ®ã R, R’, R” lµ nh÷ng gèc cña axit bÐo cã thÓ no hoÆc kh«ng no Ngoµi ra dÇu cßn cã chøa nhiÒu nh÷ng t¹p chÊt nh­: ph«tpholipit, s¸p steron, hydrocacbon [5]. 1.2.2. DÇu ®Ëu nµnh DÇu ®Ëu nµnh hay cßn ®­îc gäi lµ dÇu ®Ëu t­¬ng. C©y ®Ëu t­¬ng cã tªn khoa häc lµ: Glycine hyspida, nã thuéc lo¹i hä ®Ëu, th©n cá, mét n¨m mét vô. §Ëu t­¬ng lµ lo¹i c©y cã ®¹m, cã dÇu. Protein cña h¹t ®Ëu cã ho¹t tÝnh sinh häc cao vµ cã thÓ hç trî khi thiÕu protein ®éng vËt. V× vËy h¹t ®Ëu t­¬ng ®­îc dïng ®Ó s¶n xuÊt dÇu thùc phÈm vµ chÕ phÈm protein. C©y ®Ëu t­¬ng cã tíi 600 gièng kh¸c nhau, trong sè ®ã ®¸ng l­u ý lµ gièng glycine hyspida. C©y ®Ëu t­¬ng ®­îc loµi ng­êi ph¸t hiÖn ra tõ kho¶ng 7000 n¨m tr­íc c«ng nguyªn. Theo tµi liÖu Trung Quèc, nguån gèc ®Ëu t­¬ng lµ ë §«ng ¸ (Trung Quèc, NhËt B¶n…). Bëi v× ë nh÷ng n­íc nµy cã rÊt nhiÒu gièng ®Ëu mäc d¹i, tõ ®ã ®­îc tuyÓn chän, g©y trång. Ngoµi ë ch©u ¸, ®Ëu t­¬ng ®­îc trång nhiÒu ë B¾c Mü, ¶ RËp, hiÖn nay c©y ®Ëu t­¬ng ®­îc trång nhiÒu nhÊt ë B¾c Mü. Qu¶ ®Ëu t­¬ng lµ lo¹i qu¶ gi¸p. Mçi qu¶ cã tõ 2 ®Õn 3 h¹t, chóng ®­îc bao bäc bëi líp vá máng, vá chiÕm 5 ÷ 10% khèi l­îng h¹t. §Ëu t­¬ng cã c¸c lo¹i mÇu s¾c cña vá kh¸c nhau nh­ mÇu vµng, mÇu xanh, mÇu ®en. Khèi l­îng 1000 h¹t kh« tõ 140 ÷ 200 gam. Khèi l­îng riªng cña h¹t ®Ëu t­¬ng lµ: 600 ÷ 780 kg/m3. Thµnh phÇn hãa häc cña h¹t ®Ëu t­¬ng ®­îc tr×nh bµy trªn b¶ng d­íi ®©y. B¶ng 7: Thµnh phÇn ho¸ häc chñ yÕu cña h¹t ®Ëu t­¬ng (tÝnh theo % h¹t kh«) H¹t vµ c¸c phÇn cña h¹t Lipit Protein Xenluloz¬ Taz¬ Tö ®iÖp Ph«i Vá h¹t 20,7 10,4 0,6 41,3 36,9 7,0 14,6 17,3 21,0 4,8 4,0 3,8 Trong thµnh phÇn protein cña h¹t ®Ëu t­¬ng cã nhiÒu axit amin kh«ng thay thÕ. Hystidin (1,67 ÷ 2,8%), Acgnimin (5,0 ÷ 6,48%), Lizin (42 ÷ 46,9%), tryptophan (2,2 ÷ 3,26%), Glyxerin (11,2 ÷ 13,2%), Aspuraginic (10,1 ÷ 12,5%). Lipit cña tö ®iÖp, ph«i vµ vá h¹t rÊt kh¸c nhau vÒ thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt. V× vËy khi chÕ biÕn h¹t ®Ëu t­¬ng víi môc ®Ých lÊy dÇu cã chÊt l­îng cao th× kh«ng nh÷ng chØ t¸ch vá h¹t mµ cßn t¸ch c¶ ph«i v× dÇu tõ ph«i cã nhiÒu cÊu tö kh«ng ph¶i glyxerit dÔ bÞ thuû ph©n vµ bÞ oxy ho¸ khi b¶o qu¶n. Axit bÐo chñ yÕu cã trong dÇu ®Ëu t­¬ng lµ Linolic (51 ÷ 57%), Oleic (23 ÷ 29%), Linolenic (3 ÷ 6%), Panmatic (2,5 ÷ 6%), Stearic (4,5 ÷ 5%). Nh÷ng chØ sè ho¸ lý chñ yÕu cña dÇu ®Ëu t­¬ng. Tû träng ë 150C 0,922 ÷ 0,934 g/cm3 ChØ sè triÕt quang 1,374 ÷ 1,478 NhiÖt ®é nãng ch¶y 0C -15 ÷ -18 §é nhít ®éng häc ë 200C 59 ÷ 72.10-6 m2/sec ChØ sè xµ phßng 189 ÷ 195 mg KOH/100g ChØ sè iot 120 ÷ 141 g I2/100g DÇu ®Ëu t­¬ng chñ yÕu dïng vµo môc ®Ých thùc phÈm vµ c¸c lo¹i thøc ¨n kh¸c. DÇu ®Ëu t­¬ng ®· tinh luyÖn dïng lµm nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt macgarin. Tõ dÇu ®Ëu nµnh t¸ch ra ®­îc Lexitin dïng trong d­îc liÖu trong s¶n xuÊt b¸nh kÑo. DÇu ®Ëu nµnh cßn dïng s¶n xuÊt s¬n, vecni, xµ phßng, chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt. NÕu ®em dÇu ®Ëu nµnh cho t¸c dông víi HNO3 sÏ thu ®­îc keo, sau khi xö lý keo nµy b»ng kiÒm vµ ®un lªn 1500C th× sÏ cã chÊt dÎo gièng cao su [5]. 1.3. Nh÷ng biÖn ph¸p vµ kh¶ n¨ng biÕn tÝnh cao su thiªn nhiªn Nh­ phÇn trªn ®· tr×nh bÇy, bªn c¹nh nh÷ng ­u ®iÓm, CSTN cßn cã nh÷ng nh­îc ®iÓm nh­ kÐm bÒn nhiÖt, kÐm bÒn m«i tr­êng, bÞ ozon ho¸,… ChÝnh v× vËy lÜnh vùc øng dông cßn rÊt h¹n chÕ. Do ®ã ®Ó cã thÓ më réng ph¹m vi øng dông cho CSTN ng­êi ta cÇn ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p biÕn tÝnh ®Ó n©ng cao tÝnh n¨ng c¬ lý kü thuËt, më réng ph¹m vi øng dông cho vËt liÖu nµy nh­: - Ph­¬ng ph¸p ho¸ häc - Ph­¬ng ph¸p ho¸ lý vµ vËt lý 1.3.1. BiÕn tÝnh b»ng c¸c biÖn ph¸p ho¸ häc Ng­êi ta ®· tiÕn hµnh biÕn tÝnh ho¸ häc cao su thiªn nhiªn theo theo nhiÒu h­íng kh¸c nhau nh­: - Ho¸ vßng cao su thiªn nhiªn ®Ó lµm vËt liÖu c¶m quang, s¬n, keo,… - Epoxy ho¸ cao su thiªn nhiªn ®Ó t¹o ra vËt liÖu lµm s¬n, keo ®Æc biÖt keo d¸n cao su vµ kim lo¹i. - C¾t m¹ch CSTN råi cho ph¶n øng víi c¸c hîp chÊt diisocyanat t¹o vËt liÖu polyuretan cã ®o¹n m¹ch cao su lµm s¬n, keo d¸n,… 1.3.2. BiÕn tÝnh b»ng c¸c ph­¬ng ph¸p vËt lý §èi víi hîp phÇn cao su, khi ®­a mét sè chÊt ®én vµo hîp phÇn CSTN ®é bÒn kÐo d·n vµ mét vµi tÝnh chÊt c¬ lý cao su l­u ho¸ ë tr¹ng th¸i ®µn håi cao thay ®æi mét c¸ch ®¸ng kÓ. T¸c dông t¨ng c­êng cña chÊt ®én phô thuéc vµo b¶n chÊt ho¸ häc cña b¶n th©n nã vµ polyme, vµo ®Æc tr­ng t­¬ng t¸c lÉn nhau gi÷a vËt liÖu polyme víi chÊt ®én. MÆt kh¸c, møc ®é t¨ng c­êng lùc cho cao su cßn phô thuéc vµo hµm l­îng chÊt ®én cã trong thµnh phÇn, kÝch th­íc vµ h×nh d¸ng h×nh häc cña chÊt ®én, ®Æc tr­ng ho¸ häc cña bÒ mÆt chÊt ®én vµ nhiÒu yÕu tè kh¸c. Khi t¨ng hµm l­îng chÊt ®én ho¹t tÝnh trong hîp phÇn cao su ®Õn hµm l­îng giíi h¹n nµo ®ã c¸c tÝnh chÊt c¬ häc vËt liÖu t¨ng lªn. §Ó t¨ng c­êng tÝnh chÊt c¬ lý cña hîp phÇn cao su cã thÓ sö dông chÊt ®én víi kÝch th­íc h¹t tõ 5 μm ®Õn 100 μm. Møc ®é t¨ng c­êng lùc cho cao su b»ng c¸c chÊt ®én ho¹t tÝnh cßn phô thuéc vµo t­¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö cao su víi bÒ mÆt chÊt ®én. ChÊt ®én cã ®é ph©n cùc lín sÏ t¸c dông rÊt lín vµ cã liªn kÕt bÒn v÷ng víi c¸c m¹ch polyme cã ®é ph©n cùc t­¬ng øng. Ng­îc l¹i, c¸c chÊt ®én kh«ng ph©n cùc th× t¸c dông rÊt yÕu ®èi víi c¸c m¹ch cao su ph©n cùc. *ChÊt ®én v« c¬ ho¹t tÝnh C¸c chÊt ®én v« c¬ sö dông nhiÒu trong c«ng nghÖ gia c«ng cao su lµ: bét nhÑ, cao lanh, ®ioxit silic,… Trong c¸c chÊt ®én v« c¬ nµy th× ®ioxit silic lµ chÊt ®én t¨ng c­êng hiÖu qu¶ nhÊt. Còng nh­ c¸c chÊt ®én t¨ng c­êng kh¸c, møc ®é ph©n t¸n lµ ®Æc tr­ng qua träng nhÊt mµ ®Æc tr­ng nµy cã thÓ ®¸nh gi¸ t¸c dông t¨ng c­êng lùc cña ®ioxit silic. §ioxit silic cßn ®­îc sö dông lµm chÊt ®én t¨ng c­êng cho c¸c lo¹i hîp phÇn cao su tæng hîp kh¸c. §èi víi c¸c lo¹i cao su kh«ng liªn kÕt hoÆc cao su cã cÊu tróc v« ®Þnh h×nh th× ®ioxit silic cã t¸c dông t¨ng c­ßng tÝnh chÊt c¬ lý nh­ c¸c lo¹i than ho¹t tÝnh. §ioxit silic cã chøa nhiÒu nhãm ph©n cùc trªn bÒ mÆt v× thÕ cã kh¶ n¨ng hÊp phô hÇu hÕt c¸c chÊt phèi hîp kh¸c ®Æc biÖt lµ c¸c chÊt l­u ho¸ vµ xóc tiÕn l­u ho¸ cho cao su. * C¸c chÊt ®én h÷u c¬ ho¹t tÝnh C¸c chÊt ®én h÷u c¬ ho¹t tÝnh hay chÊt ®én h÷u c¬ t¨ng c­êng lµ c¸c chÊt h÷u c¬ víi kÝch th­íc h¹t nhá khi ®­a nã vµo thµnh phÇn cña hîp phÇn cao su c¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña nã tèt h¬n. Trong sè c¸c chÊt ®én h÷u c¬ t¨ng c­êng lùc ®­îc sö dông réng r·i nhÊt lµ phenol fomandehit, amino fomandehit, c¸c lo¹i nhùa cã nguån gèc tõ ®éng vËt sèng,… * Than ho¹t tÝnh Than ho¹t tÝnh lµ chÊt ®én t¨ng c­êng chñ yÕu ®­îc dïng trong c«ng nghiÖp gia c«ng cao su. Sù cã mÆt cña than ho¹t tÝnh trong hîp phÇn cao su víi hµm l­îng cÇn thiÕt lµm t¨ng c¸c tinh chÊt c¬ lý cña cao su nh­ giíi h¹n bÒn kÐo ®øt, bÒn xÐ r¸ch, kh¶ n¨ng chèng mµi mßn, ®é cøng cña vËt liÖu, modun ®µn håi cña vËt liÖu. Sù cã mÆt c¸c nhãm ph©n cùc trªn bÒ mÆt than ho¹t tÝnh lµ yÕu tè quan träng quyÕt ®Þnh kh¶ n¨ng t¸c dông ho¸ häc, lý häc cu¶ than ho¹t tÝnh víi c¸c nhãm ph©n cùc, c¸c liªn kÕt ®«i cã trong m¹ch ®¹i ph©n tö. Dùa vµo c¸c thµnh phÇn nguyªn tè ho¸ häc cña than ho¹t tÝnh cã thÓ chän lo¹i than ho¹t tÝnh thÝch hîp cho tõng lo¹i cao su ®Ó ®¹t ®­îc lùc t¸c dông gi÷a than vµ m¹ch cao su lín nhÊt. Tuy cã sù ph©n lo¹i ®a d¹ng nh­ng chóng ®Òu cã c¸c ®Æc tr­ng quan träng chóng quyÕt ®Þnh ®Õn kh¶ n¨ng t¨ng c­êng lùc cho polyme nãi chung vµ cao su nãi riªng ®ã lµ: ®é ph©n t¸n cña than, cÊu tróc vµ khèi l­îng riªng cña nã. Nghiªn cøu qu¸ tr×nh t¨ng c­êng lùc polyme b»ng c¸c chÊt ®én ho¹t tÝnh nh­: than ho¹t tÝnh vµ silic ®ioxit, G. Kraus, G.Rener,… ®· ®i ®Õn kÕt luËn: gi÷a polyme vµ than ho¹t tÝnh cã nhiÒu lo¹i t¸c dông - lùc Vandec waals, lùc liªn kÕt hydro vµ trong nhiÒu tr­êng hîp gi÷a polyme vµ than ho¹t tÝnh xuÊt hiÖn nh÷ng liªn kÕt ho¸ häc ®¶m b¶o cho hîp phÇn cao su vµ than ho¹t tÝnh cã ®é bÒn c¬ häc cao. Sù cã mÆt nh÷ng ¸i lùc gi÷a hai lo¹i vËt liÖu nµy gi÷ vai trß quan träng trong qu¸ tr×nh t¨ng c­êng lùc. HiÖu qu¶ t¨ng c­êng lùc cao su b»ng than ho¹t tÝnh cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c¸ch x¸c ®Þnh vµ biÖn luËn tÝnh chÊt c¬ lý cña mÉu vËt liÖu cao su - ®én. Trong h­íng nghiªn cøu nµy, c¸c nhµ khoa häc trong n­íc vµ n­íc ngoµi ®Òu quan t©m. H­íng nghiªn cøu nµy tr­íc ®©y ®· cã nhiÒu c«ng tr×nh s¶n xuÊt ®Ò cËp ®Õn nh­ng trong thêi gian gÇn ®©y Ýt ®­îc quan t©m. §¸ng chó ý lµ ®Ó n©ng cao tÝnh n¨ng c¬ lý cho CSTN t¸c gi¶ §ç Quang Kh¸ng vµ L­¬ng Nh­ H¶i [6] ®· phèi hîp gi÷a c¸c lo¹i chÊt ®én ho¹t tÝnh víi nhau, s¶n phÈm thu ®­îc cã tÝnh n¨ng tèt ®¸p øng ®­îc mét sè tiªu chuÈn cho s¶n phÈm cao su kü thuËt dïng trong c¸c ngµnh thuû lîi vµ hµng h¶i,… 1.3.3. BiÕn tÝnh cao su thiªn nhiªn b»ng nhùa nhiÖt dÎo vµ cao su tæng hîp kh¸c Trong khoa häc vËt liÖu, viÖc nghiªn cøu øng dông cña vËt liÖu tæ hîp polyme ®ãng vai trß quan träng. Trong khoa häc vËt liÖu hiÖn nay vËt liÖu polyme ®­îc chÕ t¹o theo 3 h­íng [7]: H­íng thø nhÊt: trïng hîp c¸c lo¹i monome; H­íng thø hai: tæng hîp c¸c copolyme khèi, copolyme ghÐp vµ copolyme thèng kª tõ c¸c monome th«ng dông hiÖn nay; H­íng thø ba: trén hîp c¸c polyme s½n cã ë tr¹ng th¸i nãng ch¶y, dung dÞch, ®Ó t¹o ra nh÷ng lo¹i vËt liÖu tæ hîp cã nh÷ng tÝnh chÊt ®Æc biÖt, kh¸c h¼n tÝnh chÊt c¸c polyme riªng rÏ ban ®Çu, ®¸p øng ®­îc yªu cÇu cuéc sèng vµ kü thuËt. Trong ba h­íng trªn, h­íng thø ba ®­îc ®Æc biÖt quan t©m nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn v× ®ã lµ ph­¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt, nhanh nhÊt vµ kinh tÕ nhÊt t¹o ra nh÷ng vËt liÖu míi, ®¸p øng ®­îc yªu cÇu ngµy cµng cao cña ®êi sèng vµ kü thuËt. Theo c¸c chuyªn gia trong lÜnh vùc ho¸ häc cao ph©n tö, ®©y lµ h­íng chñ ®¹o cña ho¸ häc c¸c hîp chÊt cao ph©n tö trong nh÷ng n¨m cuèi thÕ kû 20 vµ ®Çu thÕ kû 21 v× nã cã nh÷ng ­u ®iÓm sau [8]: - LÊp ®­îc kho¶ng trèng vÒ tÝnh chÊt c«ng nghÖ còng nh­ kinh tÕ gi÷a c¸c lo¹i nhùa nhiÖt dÎo. Ng­êi ta cã thÓ tèi ­u ho¸ vÒ mÆt gi¸ thµnh vµ tÝnh chÊt cña vËt liÖu sö dông. - T¹o kh¶ n¨ng phèi hîp c¸c tÝnh chÊt mµ c¸c lo¹i vËt liÖu khã hoÆc kh«ng thÓ ®¹t ®­îc, ®¸p øng ®­îc yªu cÇu kü thuËt cao trong lÜnh vùc khoa häc vµ kinh tÕ. - Qu¸ tr×nh nghiªn cøu, chÕ t¹o mét s¶n phÈm míi trªn c¬ së vËt liÖu tæ hîp polyme nhanh h¬n nhiÒu so víi c¸c s¶n phÈm tõ vËt liÖu míi kh¸c v× nã ®­îc chÕ t¹o trªn c¬ së vËt liÖu vµ c«ng nghÖ cã s½n. - Nh÷ng kiÕn thøc réng r·i vÒ cÊu tróc, sù t­¬ng hîp ph¸t triÓn nhanh trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y t¹o c¬ së cho sù ph¸t triÓn cña lo¹i vËt liÖu nµy. Theo h­íng nghiªn cøu nµy, ®· cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu chÕ t¹o vµ øng dông vËt liÖu cao su blend. Nhãm c¸c nhµ khoa häc §µo ThÕ Minh, TrÇn Thanh S¬n cïng c¸c ®ång sù [9] ®· nghiªn cøu biÕn tÝnh cao su thiªn nhiªn b»ng polypropylen. KÕt qu¶ t¹o ra vËt liÖu cã tÝnh chÊt quý b¸u nh­: ®µn håi, bÒn va ®Ëp, chÞu mµi mßn. §ç Quang Kh¸ng, Ng« KÕ ThÕ [10] nghiªn cøu biÕn tÝnh cao su thiªn nhiªn b»ng cao su stiren-butadien t¹o ra vËt liÖu tæ hîp trªn c¬ së CSTN cã ®é bÒn mµi mßn vµ bÒn m«i tr­êng cao, ®¸p øng nh÷ng yªu cÇu chÕ t¹o mét sè s¶n phÈm cao su kü thuËt. NguyÔn Quang, Ph¹m Thuý Hång, TrÞnh V¨n Thµnh [11] cã c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ ¶nh h­ëng c«ng nghÖ vµ tû lÖ thµnh phÇn ®Õn tÝnh chÊt cña vËt liÖu trªn c¬ së blend PE/CSTN. VËt liÖu t¹o ra cã nh÷ng tÝnh chÊt ®Æc biÖt vµ ph¹m vi øng dông réng r·i. §ç Tr­êng ThiÖn, §Æng V¨n LuyÕn, §ç Quang Kh¸ng [12] ®· nghiªn cøu t¨ng ®é cøng CSTN b»ng nhùa cacdanol-phenol-fomandehyt, t¹o ra s¶n phÈm cã ®é cøng cao, sö dông lµm qu¶ l« trong c«ng nghiÖp giÊy, xay s¸t. ¦u ®iÓm cña nã so víi viÖc t¨ng ®é cøng cao su b»ng c¸ch t¨ng hµm l­îng l­u huúnh l­u ho¸ ë chç lµ: khi t¨ng l­îng l­u huúnh l­u ho¸ mËt ®é kh©u m¹ch t¨ng, dÉn ®Õn to¶ nhiÖt lín khã kiÓm so¸t qu¸ tr×nh l­u ho¸ ®ång thêi c¸c s¶n phÈm cã ®é ®µn håi thÊp, dÔ r¹n vì. Trong khi biÕn tÝnh CSTN b»ng nhùa trªn ®· kh¾c phôc ®­îc c¸c nh­îc ®iÓm trªn. §ç Quang Kh¸ng cïng c¸c ®ång sù [13] ®· nghiªn cøu chÕ t¹o tæ hîp cao su thiªn nhiªn víi nhùa polyetylen tû träng thÊp. S¶n phÈm nhËn ®­îc lµm nhùa nÒn ®Ó s¶n xuÊt compozit lµm ®Öm chèng va ®Ëp cho tÇu biÓn. NguyÔn Phi Trung cïng c¸c ®ång sù [14] nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu tæ hîp tõ CSTN víi polyvinyl clorua vµ cao su nitril-butadien, s¶n phÈm nhËn ®­îc lµm nhùa nÒn ®Ó s¶n xuÊt compozit. NguyÔn Quang [15] nghiªn cøu tÝnh chÊt cña vËt liÖu tæ hîp tõ hçn hîp cao su ERN-50 víi cao su thiªn nhiªn vµ cao su tæng hîp, nh»m h¹ gi¸ thµnh s¶n phÈm vµ cã thÓ biÕn ®æi tÝnh chÊt cña vËt liÖu phï hîp víi tõng øng dông cô thÓ. §ç Tr­êng ThiÖn cïng c¸c ®ång sù [16] nghiªn cøu chÕ t¹o tæ hîp CSTN vµ Nhùa cardanol, s¶n phÈm thu ®­îc s¶n xuÊt compozit lµm c¸c l« dÖt. S.H.Botros [19] ®· nghiªn cøu vµ chÕ t¹o vËt liÖu tæ hîp tõ CSTN vµ cao su etylen propylen ®ång trïng hîp - anhydryt maleic (EPDM-AM) b»ng c¸ch cho EPDM t­¬ng t¸c víi anhydryt maleic cã benzoin peroxit lµm chÊt khëi ®Çu. S¶n phÈm thu ®­îc cã tÝnh chÊt thay ®æi khi tû lÖ (NR/EPDM) thay ®æi. Khi NR/EPDM lµ 25/75 cho s¶n phÈm chÞu l·o ho¸ nhiÖt rÊt tèt ®ång thêi cho ®é bÒn kÐo vµ ®é gi·n dµi rÊt lín. Khi NR/EPDM lµ 50/50 th× kh¶ n¨ng chÞu tia tö ngo¹i cña vËt liÖu lµ rÊt tèt. Ismail vµ Suryadiasyah [20] ®· nghiªn cøu vµ chÕ t¹o ra vËt liÖu tæ hîp trªn c¬ së PP, CSTN (NR),vµ RRP (bét cao su phÕ th¶i). VËt liÖu thu ®­îc cã ®é bÒn kÐo vµ modul ®µn håi cao vµ tÝnh chÊt c¬ lý t¨ng khi t¨ng hµm l­îng RRP. 1.4. BiÕn tÝnh cao su thiªn nhiªn trªn c¬ së dÇu thùc vËt 1.4.1. Kh¶ n¨ng dïng dÇu thùc vËt biÕn tÝnh CSTN DÇu thùc vËt chøa chñ yÕu lµ glyxrit cña c¸c axit no hoÆc kh«ng no m¹ch dµi. Do ®ã, trong qua tr×nh t­¬ng t¸c víi c¸c hîp chÊt kh¸c th× c¸c nhãm -COO- vµ c¸c nèi ®«i ë cuèi m¹ch cña gèc axit sÏ tham gia c¸c ph¶n øng nh­: thuû ph©n, este ho¸, céng halogen, ph¶n øng céng l­u huúnh. §i ®Çu trong viÖc nghiªn cøu sö dông dÇu trÈu ®Ó biÕn tÝnh CSTN lµ c¸c nhµ khoa häc NhËt B¶n: Tomokuni Harutaka vµ c¸c céng sù [21] nghiªn cøu biÕn tÝnh cao su víi dÇu trÈu ®Ó lµm mÆt lèp xe, t¨ng hÖ sè ma s¸t cña mÆt lèp. Uchio vµ c¸c céng sù [22] ®· nghiªn cøu sö dông dÇu trÈu cã ®é Èm b×nh th­êng ë d¹ng láng chiÕm 80% axit eleostearic vµo hîp phÇn cao su cña lèp xe. Hµm l­îng phèi trén lµ 1 ÷ 30 PKL dÇu trÈu so víi 100 PKL cña cao su. KÕt qu¶ cho thÊy víi hµm l­îng nµy dÇu trÈu ®­îc xem nh­ lµ chÊt ho¸ dÎo gióp cho tÝnh gia c«ng ®­îc c¶i thiÖn ®¸ng kÓ, ®ång thêi lµm t¨ng tÝnh n¨ng bÒn kÐo vµ sù ph¸t nhiÖt sÏ kh«ng t¨ng. S¶n phÈm cña hîp phÇn trªn lµ x¨m lèp «t« cã ®é bÒn rÊt cao. Trong nghiªn cøu kh¶ n¨ng biÕn tÝnh CSTN víi dÇu thùc vËt c¸c nhµ khoa häc: NguyÔn V¨n Kh«i, §ç Quang Kh¸ng, L­¬ng Nh­ H¶i, TrÇn ThÞ BÝnh [17] ®· sö dông dÇu trÈu nh­ mét phô gia qu¸ tr×nh. KÕt qu¶ cho thÊy ®é cøng cña s¶n phÈm khi sö dông dÇu trÈu gi¶m so víi khi kh«ng dïng dÇu trÈu, ®é bÒn kÐo ®øt t¨ng vµ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i (2821 N/cm2), ®é d·n dµi còng t¨ng lªn vµ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i (688%) víi hµm l­îng dÇu trÈu lµ 10%. MÆt kh¸c, ®é mµi mßn, ®é cøng cña vËt liÖu, ®é tr­¬ng cña s¶n phÈm trong dung m«i nhá h¬n khi kh«ng sö dông dÇu trÈu. Nh­ vËy, hµm l­îng cña dÇu trÈu sö dông lµ 10% th× cho s¶n phÈm cã nhiÒu tÝnh chÊt tèt nhÊt. Tõ ®ã cã thÓ kÕt luËn r»ng: ngoµi viÖc sö dông c¸c dÇu thùc vËt kh¸c ®Ó lµm “chÊt phô gia qu¸ tr×nh” cho CSTN cßn cã thÓ lµm t¨ng tÝnh chÊt c¬ lý cña s¶n phÈm nÕu sö dông mét tû lÖ thÝch hîp. 1.4.2. Kh¶ n¨ng biÕn tÝnh cao su thiªn nhiªn b»ng dÇu ®Ëu nµnh Trªn c¬ së nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu biÕn tÝnh CSTN b»ng dÇu trÈu, cã thÓ thÊy r»ng dÇu ®Ëu nµnh còng cã kh¶ n¨ng sö dông ®Ó biÕn tÝnh CSTN v× nh÷ng lý do sau: - DÇu ®Ëu nµnh cã khèi l­îng ph©n tö lín chøa c¸c nhãm ph©n cùc vµ c¸c phÇn kh«ng ph©n cùc lµ c¸c gèc axit m¹ch dµi chøa nhiÒu liªn kÕt ®«i. Do ®ã nã ®ãng vai trß lµ chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt lµm cho kh¶ n¨ng khuÕch t¸n c¸c phô gia vµo trong hîp phÇn cao su tèt h¬n rÊt nhiÒu, lµm cho chóng ph©n t¸n ®ång ®Òu trong hîp phÇn. - Trong vËt liÖu tæ hîp cao su víi c¸c polyme hay cao su kh¸c th× dÇu ®Ëu nµnh cã thÓ ®ãng vai trß lµm chÊt t­¬ng hîp cho c¸c phÇn polyme ®ã. PhÇn m¹ch dµi cña gèc axit sÏ ®an xen vµo phÇn cao su kh«ng ph©n cùc (nh­ CSTN) vµ phÇn ph©n cùc sÏ t­¬ng t¸c víi c¸c phÇn cao su (nhùa nhiÖt dÎo) ph©n cùc. §ång thêi, chÝnh c¸c liªn kÕt ®«i trong c¸c gèc axit sÏ t­¬ng t¸c víi c¸c liªn kÕt ®«i trong cao su khi tiÕn hµnh l­u ho¸ cao su. ChÝnh v× thÕ cã thÓ tÝnh chÊt c¬ lý cña hîp phÇn cao su t¨ng lªn ®¸ng kÓ. - Thµnh phÇn ho¸ häc vµ c¸c chØ sè ®Æc tr­ng (chØ sè axit, chØ sè iot, chØ sè xµ phßng) cña dÇu ®Ëu nµnh vµ cña dÇu trÈu gÇn gièng nhau. ChØ sè xµ phßng cña dÇu trÈu lµ 195 mg KOH/g cña dÇu ®Ëu nµnh lµ 193 mg KOH/g, chØ sè iot cña dÇu trÈu lµ 149 ÷ 170 g I2/100g cña dÇu ®Ëu nµnh lµ 120 ÷ 141 g I2/100g. ChÝnh v× thÕ mµ kh¶ n¨ng lµm thay ®æi tÝnh n¨ng c¬ lý cña vËt liÖu trªn c¬ së CSTN cña dÇu ®Ëu nµnh còng cã thÓ nh­ dÇu trÈu. PhÇn II môc ®Ých, néi dung, vËt liÖu vµ ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu 2.1. Môc ®Ých Nh»m ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng dïng dÇu ®Ëu nµnh ®Ó n©ng cao tÝnh n¨ng c¬ lý, kü thuËt cho vËt liÖu cao su thiªn nhiªn vµ mét sè vËt liÖu polyme blend trªn c¬ së CSTN. 2.2. Néi dung nghiªn cøu §Ó thùc hiÖn c¸c môc tiªu nghiªn cøu, trªn c¬ së ®iÒu kiÖn hiÖn cã chóng t«i thùc hiÖn c¸c néi dung vµ ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu sau: - ChÕ t¹o mÉu trªn c¬ së CSTN biÕn tÝnh b»ng dÇu ®Ëu nµnh víi hµm l­îng kh¸c nhau. - Nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña hµm l­îng dÇu ®Ëu nµnh ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu CSTN th«ng qua viÖc ®o c¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu ë c¸c hµm l­îng dÇu ®Ëu nµnh kh¸c nhau. Tõ c¸c kÕt qu¶ kh¶o s¸t tÝnh chÊt c¬ lý cña c¸c mÉu vËt liÖu cã hµm l­îng dÇu ®Ëu nµnh kh¸c nhau, chän ra hµm l­îng dÇu ®Ëu nµnh thÝch hîp ®Ó biÕn tÝnh CSTN vµ c¸c blend CSTN/SBR, CSTN/NBR vµ CSTN/LDPE. - Nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña dÇu ®Ëu nµnh biÕn tÝnh ®Õn qu¸ tr×nh trén hîp cña vËt liÖu (th«ng qua biÓu ®å quan hÖ gi÷a momen quay, n¨ng l­îng trén víi thêi gian trén). Nghiªn cøu cøu nµy ®­îc thùc hiÖn trªn m¸y trén kÝn Haake (CHLB §øc). - Nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña dÇu ®Ëu nµnh biÕn tÝnh ®Õn cÊu tróc h×nh th¸i cña vËt liÖu ®­îc thùc hiÖn b»ng ph­¬ng ph¸p kÝnh hiÓn vi ®Ön tö quÐt (SEM) trªn kÝnh hiÓn vi quÐt JSM 5300 cña h·ng JEOL (NhËt B¶n). - Nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña dÇu ®Ëu nµnh biÕn tÝnh tíi ®é bÒn nhiÖt cña vËt liÖu ®­îc thùc hiÖn b»ng ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch nhiÖt träng l­îng (TGA) trªn m¸y ph©n tÝch nhiÖt TA50 cña h·ng Shimadzu (NhËt B¶n). Tõ kÕt qu¶ thu ®­îc, ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng sö dông dÇu ®Ëu nµnh ®Ó biÕn tÝnh c¶i thiÖn tÝnh n¨ng c¬ lý, kü thuËt cho vËt liÖu CSTN vµ mét sè vËt liÖu cao su blend. 2.3. VËt liÖu nghiªn cøu §Ó thùc hiÖn c¸c néi dung nghªn cøu trªn, chóng t«i chän ®¬n pha chÕ cho vËt liÖu nghiªn cøu gåm c¸c thµnh phÇn c¬ b¶n sau: 2.3.1. Cao su thiªn nhiªn Cao su thiªn nhiªn ®­îc sö dông ë ®©y lµ d¹ng crÕp SVR - 3L cña c«ng ty Cao su ViÖt Trung s¶n xuÊt theo tiªu chuÈn TCVN 3769 - 95. C¸c chØ tiªu cña lo¹i cao su nµy lµ: - Hµm l­îng chÊt bÈn cßn l¹i trªn d©y 0,20 - Hµm l­îng tro 1,00 - Hµm l­îng chÊt dÔ bay h¬i 1,00 - Hµm l­îng nit¬ 0,60 2.3.2. Cao su tæng hîp vµ PE + Cao su butadiene-styren (SBR) Cao su tæng hîp butadien-styren cã ký hiÖu NIPOL 1502 cña NhËt B¶n. + Cao su butadiene-nitril (NBR) Cao su tæng hîp NBR cã ký hiÖu KOSYN - KNB 35L cña Hµn Quèc. + LDPE (low density polyetylene) Poly etylen tØ träng thÊp cã ký hiÖu LOTRENE 13031 - 9 cña Qatar  2.3.3. DÇu ®Ëu nµnh vµ dÇu trÈu DÇu ®Ëu nµnh sö dông ®­îc chiÕt t¸ch tõ h¹t ®Ëu t­¬ng cã s½n trªn thÞ tr­êng. DÇu trÈu sö dông ®­îc chiÕt t¸ch tõ h¹t c©y trÈu cña Cao B»ng t¹i phßng thÝ nghiÖm vËt liÖu polyme (ViÖn Hãa häc). 2.3.4. C¸c phô gia kh¸c - Xóc tiÕn DM (Dibenzothiazyl disufide): ORICEL - DM (G) h·ng PT.ORINDO FINE CHEMICAL - Indonesia. - Xóc tiÕn D (N,N’ - Difenylguanidin): ORICEL - M(G) h·ng PT. ORINDO FINE CHEMICAL - Indonesia. - AxÝt stearic: Lo¹i cã ký hiÖu Type 401 do h·ng PT.ORINDO FINE CHEMICAL - Indonesia. - ¤xit kÏm (ZnO): Zincollied G/1183 cña Indonesia s¶n xuÊt. - L­u huúnh d¹ng bét hµm l­îng 99,9% do h·ng SAE KWANG CHEMICAL IND. Co,. Ltd Hµn Quèc s¶n xuÊt. - Than ®en: sö dông lµ lo¹i LUCARB HAF (N 330) do Hµn Quèc s¶n xuÊt. - Phßng l·o D (fenyl β nafthylamin): sö dông lµ lo¹i do Trung Quèc s¶n xuÊt. 2.4. Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu 2.4.1. Thµnh phÇn c¬ b¶n cña vËt liÖu Trªn c¬ së ®¬n pha chÕ c¬ b¶n tõ CSTN vµ c¸c phô gia, chóng t«i cè ®Þnh c¸c thµnh phÇn kh¸c, chØ thay ®æi hµm l­îng dÇu ®Ëu nµnh ®Ó kh¶o s¸t vµ sö dông thµnh phÇn cña mÉu nghiªn cøu c¬ b¶n gåm: Cao su thiªn nhiªn Than ®en ¤xyt kÏm L­u huúnh Xóc tiÕn D Xóc tiÕn DM Phßng l·o D Axit stearic Hµm l­îng dÇu ®Ëu nµnh cho vµo thay ®æi tõ 1 - 15%. + §èi víi vËt liÖu blend cña CSTN víi cao su tæng hîp th× trén theo thµnh phÇn CSTN/cao su tæng hîp víi tû lÖ 80/20 (CSTN/SBR; CSTN/NBR; CSTN/LDPE), sau ®ã trén víi c¸c hîp phÇn phô gia nh­ trªn. Riªng ®èi víi blend CSTN/LDPE ®­îc trén trong m¸y trén kÝn, sau ®ã trén víi c¸c phô gia trªn m¸y c¸n. 2.4.2. ChÕ t¹o mÉu nghiªn cøu MÉu nghiªn cøu chÕ t¹o theo hai b­íc: + C¸n c¾t m¹ch CSTN råi trén hîp víi cao su tæng hîp trªn m¸y c¸n hai trôc hë cña h·ng TOYOSEIKY (NhËt B¶n), tiÕp ®ã trén víi c¸c phô gia. + C¸n xuÊt tÊm cao su vµ ®­a vµo khu«n Ðp l­u ho¸ trªn m¸y Ðp thuû lùc cña h·ng TOYOSEIKY víi c¸c ®iÒu kiÖn: - NhiÖt ®é Ðp: 145±50C - ¸p suÊt Ðp: 300 kg/cm2 (chØ sè ®ång hå, t­¬ng øng 8 kg/cm2 trªn mÉu Ðp) - Thêi gian l­u ho¸: 30 phót S¶n phÈm thu ®­îc ë d¹ng tÊm dÇy 2mm vµ ®­îc c¾t theo c¸c tiªu chuÈn hiÖn hµnh. 2.4.3. Nghiªn cøu qu¸ tr×nh trén vËt liÖu trªn m¸y trén kÝn Nghiªn cøu qu¸ tr×nh trén hîp cña vËt liÖu ®­îc thùc hiÖn trªn m¸y trén kÝn Haake. Qu¸ tr×nh trén hîp cña vËt liÖu ®­îc kh¶o s¸t th«ng qua biÓu ®å biÕn thiªn momen quay, n¨ng l­îng vµ nhiÖt ®é theo thêi gian víi c¸c th«ng sè nh­ sau: NhiÖt ®é b¾t ®Çu trén 90oC Tèc ®é trôc quay 30 vßng/phót Thêi gian trén 7 phót HÖ sè ®iÒn ®Çy 0,7 2.4.4. §o c¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu §o c¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu theo tiªu chuÈn hiÖn hµnh cña ViÖt Nam nh­ sau: - §é bÒn kÐo ®øt (MPa): [TCVN 4509-88] - §é gi·n dµi t­¬ng ®èi khi ®øt (%): [TCVN 4509-88] - §é cøng (Shore A): [TCVN 1595-88] - §é mµi mßn (cm3/1,61km): [TCVN 5363-88] §o ®é bÒn kÐo ®øt ®­îc thùc hiÖn trªn m¸y cã ký hiÖu YG - 622 sè m¸y 01 s¶n xuÊt t¹i §µi Loan n¨m 1998. §o ®é cøng trªn m¸y ®o ký hiÖu JIS K6301A TECLOCK. GS 706N. M¸y ®o ®é mµi mßn ký hiÖu YG - 634 s¶n xuÊt t¹i §µi Loan n¨m 1998 (t¹i C«ng ty GiÇy Thuþ Khuª). 2.4.5. Nghiªn cøu cÊu tróc cña vËt liÖu b»ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt SEM §Ó nghiªn cøu cÊu tróc h×nh th¸i cña vËt liÖu, chóng t«i dïng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt JSM 5300 cña NhËt B¶n: mÉu vËt liÖu ®­îc c¾t b»ng dông cô chuyªn dông LEICA (cã ký hiÖu RM 2125