Luận án tiến sĩ hóa học nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend bền môi trường và dầu mỡ

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT
NAM



VIỆN HOÁ HỌC
٭٭٭٭٭٭٭٭






TRẦN KIM LIÊN









NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU

CAO SU BLEND BỀN MÔI TRƢỜNG VÀ DẦU MỠ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC






HÀ NỘI - 2012
2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT
NAM


VIỆN HOÁ HỌC
٭٭٭٭٭٭٭٭








TRẦN KIM LIÊN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU
CAO SU BLEND BỀN MÔI TRƢỜNG VÀ DẦU MỠ




Chuyên ngành: Hoá Hữu cơ Mã số: 62.44.27.01





LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC


Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
1. PGS.TS. Đỗ Quang Kháng
3
2. PGS.TS. Phạm Thế Trinh




HÀ NỘI - 2012

MỞ ĐẦU

Ngày nay, vật liệu polyme blend nói chung và cao su blend nói riêng được
nghiên cứu ứng dụng trên khắp thế giới. Với mức tiêu thụ hàng năm cỡ 1,5 triệu
tấn, tương đương với tốc độ tăng trưởng 8 10% mỗi năm [1], có thể thấy đây là
loại vật liệu có tốc độ phát triển nhanh và ngày càng có vai trò quan trọng trong
nền kinh tế, kỹ thuật hiện tại và trong tương lai. Nhiều loại cao su blend có tính
năng đặc biệt như bền cơ, bền nhiệt, bền môi trường, hóa chất và dầu mỡ đã trở
thành thương phẩm trên thị trường quốc tế [2].
Ở Việt Nam, trong những năm qua cũng có nhiều công trình nghiên cứu chế
tạo và ứng dụng các loại cao su blend mang lại những hiệu quả khoa học, kinh tế -
xã hội đáng kể. Tuy nhiên, những nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào một số hệ
blend trên cơ sở cao su thiên nhiên nên phạm vi ứng dụng còn hạn chế. Riêng các
vật liệu cao su blend có tính năng cao, bền môi trường và dầu mỡ, nhất là các hệ
blend trên cơ sở cao su tổng hợp, để chế tạo các sản phẩm cho công nghệ cao vẫn
còn chưa được quan tâm nghiên cứu, ứng dụng nhiều. Trong khi đó, hàng năm
nước ta vẫn phải nhập hàng trăm tấn sản phẩm cao su kỹ thuật các loại với giá cao
để phục vụ cho phát triển kinh tế, xã hội [3]. Từ thực tế đó, chúng tôi chọn đề tài:
“Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend bền môi trường và dầu mỡ” làm chủ
đề cho luận án của mình.
Mục tiêu của luận án là: Chế tạo được vật liệu cao su blend có tính năng cơ
lý tốt, bền dầu mỡ và môi trường (thời tiết), có giá thành hợp lý, đáp ứng yêu cầu
4
để chế tạo các sản phẩm cao su kỹ thuật có yêu cầu cao về bền dầu mỡ và thời tiết.
Từ vật liệu nhận được chế tạo ra sản phẩm ứng dụng trong thực tế.
Để thực hiện mục tiêu trên, trong luận án này, chúng tôi chọn đối tượng
nghiên cứu là các hệ cao su blend hai cấu tử và ba cấu tử trên cơ sở cao su nitril
butadien (NBR), cao su cloropren (CR) và polyvinylclorua (PVC), với những nội
dung nghiên cứu sau đây:
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend hai cấu tử NBR/PVC, NBR/CR,
CR/PVC. Trong đó lựa chọn khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử tới tính chất của
vật liệu blend như các tính chất cơ lý, độ bền dầu mỡ (thông qua độ trương trong

xăng A 92 và dầu biến thế), cấu trúc hình thái (bằng phương pháp kính hiển vi điện
tử quét - SEM), độ bền nhiệt (bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng -
TGA), độ bền môi trường theo tiêu chuẩn Việt Nam và thế giới (TCVN 2229-77
và ASTM D 4857-91), từ đó rút ra tỷ lệ cấu tử thích hợp của từng loại blend cũng
như khả năng bền dầu mỡ và thời tiết của chúng làm cơ sở để nghiên cứu chế tạo
hệ blend ba cấu tử NBR/CR/PVC và triển khai các nghiên cứu tiếp theo.
- Nghiên cứu sử dụng các chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp trên cơ sở
dầu trẩu (D01) và nhựa phenol formandehyt biến tính dầu vỏ hạt điều (DLH) để
nâng cao tính năng cơ lý, kỹ thuật của blend NBR/CR và NBR/CR/PVC.
- Dùng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm để xác định tỷ lệ tối ưu
của blend ba cấu tử NBR/CR/PVC.
- Đánh giá khả năng ứng dụng của các vật liệu chế tạo được.
- Xây dựng công nghệ chế tạo sản phẩm cao su kỹ thuật bền dầu mỡ và thời
tiết từ vật liệu chế tạo được để ứng dụng trong thực tế.






5





CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Những khái niệm cơ bản về polyme blend [4-10]
Vật liệu polyme blend là loại vật liệu polyme được cấu thành từ hai hoặc
nhiều polyme nhiệt dẻo hoặc polyme nhiệt dẻo với cao su để làm tăng độ bền cơ lý

hoặc hạ giá thành của vật liệu. Giữa các polyme có thể tương tác hoặc không tương
tác vật lí, hóa học với nhau.
Polyme blend có thể là hệ đồng thể hoặc dị thể. Trong hệ đồng thể các
polyme thành phần không còn đặc tính riêng, còn trong polyme blend dị thể thì các
tính chất của các polyme thành phần hầu như vẫn được giữ nguyên. Polyme blend
thường là loại vật liệu có nhiều pha, trong đó có một pha liên tục (pha nền, matrix)
và một hoặc nhiều pha phân tán (pha gián đoạn) hoặc tất cả các pha đều phân tán,
mỗi pha được tạo nên bởi một polyme thành phần.
Sự tương hợp của các polyme: Là sự tạo thành một pha tổ hợp ổn định và
đồng thể từ hai hoặc nhiều polyme. Sự tương hợp của các polyme cũng chính là
khả năng trộn lẫn tốt của các polyme vào nhau, tạo nên một vật liệu polyme mới -
vật liệu polyme blend .
Khả năng trộn hợp: Là khả năng những polyme dưới những điều kiện nhất
định có thể trộn lẫn vào nhau tạo thành những tổ hợp đồng thể hoặc dị thể.
Phân loại vật liệu polyme blend (cao su blend): Trong polyme blend nói
chung hoặc cao su blend nói riêng, các cấu tử có thể hòa trộn vào nhau tới mức độ
phân tử và cấu trúc này tồn tại ở trạng thái cân bằng, người ta gọi hệ này là tương
hợp về mặt nhiệt động học hay “miscibility”, hoặc cũng có thể những hệ như thế
6
được tạo thành nhờ một biện pháp gia công nhất định. Trong trường hợp này người
ta gọi là tương hợp về mặt kỹ thuật hay “compatible blends”. Những tổ hợp polyme
trong đó tồn tại những pha khác nhau dù rất nhỏ (micrô), được gọi là tổ hợp không
tương hợp hay “incompatible blends” hoặc “alloys”.
Trong thực tế có rất ít các cặp polyme nói chung, và cao su hay nhựa nhiệt
dẻo nói riêng, tương hợp nhau về mặt nhiệt động. Còn đa phần các polyme không
tương hợp với nhau [4].
Một số tổ hợp polyme tương hợp được thể hiện trên Bảng 1.1. Trong các hệ
polyme không tương hợp, khi trộn với nhau chúng tạo thành các vật liệu blend có
cấu trúc ứng với một trong ba dạng như mô tả trên Hình 1.1 dưới đây:

(a) (c) (b)
Hình 1.1. Các dạng phân bố pha trong vật liệu cao su blend không tương hợp
a: Một pha liên tục và một pha phân tán (thường gặp) b: Hai pha
liên tục c: Hai pha phân tán (rất ít gặp)
Tính chất của các vật liệu cao su blend được quyết định bởi sự tương hợp
của các polyme thành phần (cao su, nhựa) trong blend. Từ những kết quả nghiên
cứu, người ta chỉ ra rằng sự tương hợp của các polyme phụ thuộc vào các yếu tố
như: bản chất hóa học và cấu trúc phân tử của các polyme; khối lượng phân tử và
sự phân bố của khối lượng phân tử; tỷ lệ các cấu tử trong tổ hợp; năng lượng bám
dính ngoại phân tử; nhiệt độ.
Tính chất các tổ hợp không tương hợp phụ thuộc vào các yếu tố như: sự phân bố
pha; kích thước hạt; loại bám dính pha.
7
Những yếu tố này bị chi phối bởi điều kiện chuẩn bị và gia công vật liệu.
Trong thực tế, để tăng độ tương hợp cũng như khả năng trộn hợp của các polyme
trong các polyme blend không tương hợp, người ta dùng các chất làm tăng khả
năng tương hợp (chất tương hợp) như các copolyme, oligome đồng trùng hợp hoặc
các chất hoạt tính bề mặt bên cạnh việc chọn chế độ chuẩn bị và gia công thích hợp
cho từng hệ blend thông qua việc khảo sát tính chất lưu biến của vật liệu blend.
Bảng 1.1. Một số hệ polyme blend tương hợp [4]
Polyme 1
Polyme 2
Phạm vi
tƣơng hợp
(% polyme 2 so
với polyme 1)
Cis 1,4-polybutadien
Poly(butadien-co-styren) (75/25)
20 - 80
Polyisopren

Poly(butadien-co-styren) (75/25)
50
Polymetylstyren
Poly-2,6– dimetyl-1,4-phenylen
0 - 100
Polyacrylic
Polyetylen
>50
Nitroxenlulozơ
Polyvinylaxetat
0 - 100
Polyisopropylacrylat
Polyisopropylmetacrylat
0 - 100
Polyvinylaxetat
Polymetylacrylat
50
Polymetylmetacrylat
(iso)
Polymetylmetacrylat
0 - 100
Polymetylmetacrylat
Polyvinylflorua
> 65
Polyetylmetacrylat
Polyvinylflorua
> 49
Polyvinylaxetat
Polyvinylnitrat
0 - 100

Polyvinylaxetat
Polyє-caprolacton
> 49
Polyvinylclorua
Polyα-
metylstyren/Metacrylonitril/
Etylaxetat (50/40/20)
0-100
Polyvinylclorua
Poly є-caprolacton
> 49
8
Nitroxenlulozơ
Polymetylacrylat
0 - 100
Polymetylmetacrylat
Polyvinylidenflorua
>65

Từ kinh nghiệm thực tế có thể thấy rằng các polyme có bản chất hóa học
giống nhau sẽ dễ phối hợp với nhau, những polyme khác nhau về cấu tạo hóa học
hoặc độ phân cực sẽ khó trộn hợp với nhau. Trong những trường hợp này người ta
phải dùng các chất tương hợp để tạo cho chúng dễ trộn hợp với nhau.
Trong vật liệu polyme blend nói chung hay cao su blend nói riêng, cấu trúc
kết tinh một phần làm tăng độ bền hóa học, độ bền hình dạng dưới nhiệt độ và độ
bền mài mòn. Phần vô định hình làm tăng độ ổn định kích thước cũng như độ bền
nhiệt dưới tải trọng.
1.2. Sự tƣơng hợp của polyme blend
1.2.1. Nhiệt động học của quá trình trộn hợp polyme blend [1, 5-15]
Khi trộn các polyme với nhau, tính chất nhiệt động học của hệ blend quyết

định tới hình thái học cũng như các tính chất cơ lý khác. Khi hai polyme được gọi
là tương hợp hoàn toàn và bền vững khi chúng thỏa mãn các điều kiện sau:
G
M
= H
M
-

T S
M
< 0 khi
H
M
< 0 (toả nhiệt) và S
M
> 0
Trong đó: G
M
là biến thiên năng lượng tự do quá trình trộn;
H
M
là nhiệt trộn lẫn 2 polyme (thay đổi entalpy);
S
M
là thay đổi entropy khi trộn lẫn các polyme;
T là nhiệt độ trộn.
và đạo hàm bậc hai của năng lượng tự do trong quá trình trộn theo tỷ lệ thể tích của
các polyme thành phần phải dương:
2

9
G
2 M 0
P,T
Trong đó là tỷ lệ pha trộn của blend
Về mặt hóa học, sự tương hợp các polyme không tương tự nhau về mặt cấu
trúc, cấu tạo, khối lượng phân tử, v.v dường như là một quy luật và sự tương hợp
các polyme tạo thành một hỗn hợp đồng thể chỉ là một ngoại lệ. Sự ngoại lệ này
chỉ xảy ra với các polyme phân cực, khi đó polyme này có thể tương hợp với
polyme kia. Nhiệt entalpy tự do của blend phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và tỷ lệ
phối trộn. Khi hai polyme tương hợp hoàn toàn thì khi trộn hợp chỉ tạo ra một pha
bền vững. Một cách đơn giản để đánh giá độ tương hợp của polyme blend là từ hệ
số hòa tan của chúng. Polyme có hệ số hòa tan càng giống nhau thì khả năng tương
hợp của chúng càng tốt.
Sự tương hợp các polyme cũng phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Mỗi một cặp
polyme được đặc trưng bởi một thông số tương tác. Khả năng hòa tan của các
polyme rất hạn chế, phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như cấu trúc, khối lượng phân
tử, độ phân cực, nhiệt độ hòa tan, v.v các polyme không trộn lẫn với nhau trở
thành trộn lẫn khi đun nóng, ngược lại cũng có các polyme trộn lẫn bị tách pha khi
đun nóng. Nhiệt độ ở đó xảy ra quá trình tách pha của hỗn hợp là một hàm của
thành phần với nhiệt độ tách pha thấp nhất, gọi là nhiệt độ tách pha tới hạn dưới.
Nằm ở phía trên đường này hai pha không trộn lẫn vào nhau được và ở phía dưới
đường này hai pha trộn lẫn tốt với nhau tạo thành một pha. Người ta đã xác định
được hỗn hợp polyme có hiệu ứng trộn lẫn âm (tỏa nhiệt) có giá trị nhiệt độ tách
pha tới hạn dưới, với hiệu ứng trộn lẫn dương có giá trị nhiệt độ tách pha tới hạn
trên. Bình thường, hai polyme không trộn lẫn với nhau nhưng khi tăng nhiệt độ đến
trên nhiệt độ tách pha tới hạn trên thì chúng trộn lẫn tốt với nhau. Thực tế có các
polyme có cả giá trị nhiệt độ tách pha tới hạn dưới và trên, các giá trị này phụ thuộc
vào tỷ lệ các polyme thành phần.
10

1.2.2. Xác định khả năng tương hợp của polyme blend
Có nhiều phương pháp có thể xác định khả năng tương hợp của polyme blend
nói chung và cao su blend nói riêng. Dưới đây là một số phương pháp thông dụng
và khá đơn giản để đánh giá khả năng tương hợp của vật liệu này.
1.2.2.1. Hòa tan vật liệu trong dung môi
Vật liệu blend được hòa tan trong các dung môi thông dụng. Nếu trong dung
dịch tạo thành xảy ra sự phân pha, tức là các cấu tử trong vật liệu không tương hợp
được với nhau. Nguyên nhân là do sự phân tán pha bị ảnh hưởng bởi nồng độ
polyme và bởi nhiệt độ. Phép kiểm tra này mang tính chất định tính và chỉ cho các
kết quả tương đối.
1.2.2.2. Tạo màng polyme blend
Tạo màng polyme blend từ dung dịch loãng của polyme blend. Nếu màng
tạo thành trong suốt là vật liệu blend tương hợp. Trái lại, nếu màng mờ đục và ròn
là vật liệu blend không tương hợp. Phép kiểm tra này cũng chỉ mang tính định tính.
1.2.2.3. Quan sát bề mặt vật liệu
Mẫu vật liệu polyme blend nóng chảy được ép thành các tấm phẳng. Quan sát
bề mặt mẫu nếu thấy trong suốt và đồng thể, nghĩa là vật liệu blend có khả năng
tương hợp; trái lại khi thấy bề mặt mờ đục, nghĩa là vật liệu không tương hợp. Tuy
nhiên, cũng như hai phương pháp trên, phương pháp kiểm tra này cũng chỉ mang
tính định tính.
1.2.3.4. Đánh giá qua nhiệt độ thuỷ tinh hóa của vật liệu
Nếu polyme blend thể hiện 2 nhiệt độ thuỷ tinh hóa đặc trưng tương ứng với
các polyme ban đầu, tức là không tương hợp. Nếu polyme blend cho duy nhất một
nhiệt độ thuỷ tinh hóa thì hệ là tương hợp. Trường hợp có hai nhiệt độ thuỷ tinh
hóa gần nhau, nằm trong khoảng nhiệt độ thuỷ tinh hóa của từng cấu tử riêng biệt
thì hệ là tương hợp một phần. Khi hai nhiệt độ này càng gần nhau, mức độ tương
hợp càng cao.
11
Qua các kinh nghiệm thực tế, có thể đánh giá mức độ tương hợp của vật liệu
blend thông qua nhiệt độ chuyển trạng thái hoặc nhiệt độ phân huỷ của blend cũng

tương tự như đánh giá qua nhiệt độ thủy tinh hóa ở trên.
1.2.2.5. Phương phá p cơ nhiệt độ ng
Đây là phương pháp chính xác nhất và được sử dụng khá rộ ng rã i. Khi có
các đường cong tổn hao cơ học của dao động xoắn theo nhiệt độ của các cấ u tử
ban đầu và của polyme blend , ngườ i ta so sá nh các kết quả thu được . Nếu một
polyme blend tương hợp sẽ cho giá trị cực đại trên đườ ng cong tổn hao dao động
trong khoảng cự c đạ i của các polyme ban đầu , trong khi polyme blend không
tương hợp cho 2 giá trị cực đại ở nhiệt độ tương ứng với các polyme thà nh phầ n.
Mặ t khá c phương phá p cơ nhiệt độ ng cũ ng có thể cho các th ông tin theo mođun
trượt hay mođun kéo đứt. Nếu đường cong mođun nhiệt độ thể hiện nhiều vù ng
chuyển tức là polyme blend không tương hợp.
1.2.2.6. Phương phá p s dụ ng kính hiển vi
Có thể sử dụng các loại kính hiển vi khác nhau. Kính hiển vi quang học có
thể phát hiện tính không đồng thể ở mức độ 0,2 10µm. Kính hiển vi điện tử có thể
phát hiện sự không đồng thể với phạm vi tế vi, tới 0,01 µm. Bằng kính hiển vi điện
tử, trong nhiều trường hợp người ta có thể thấy rõ hiệu quả của các biện pháp làm
tăng tương hợp trong các blend không tương hợp. Tuy nhiên, cầ n hiể u rằ ng sự
không đồng thể được thể hiện trên hình ả nh củ a kính hiển vi chỉ có tính chất tương
đối.
1.2.2.7. Phương pháp tán xạ tia X góc hẹp
Với phương pháp này có thể thu được những thông tin về mức độ tương hợp
của các polyme ở mức độ tế vi (khoảng 10
-3
10
-1
m). Trong điều kiện hiện tại
ở Việt Nam, chưa thấy tác giả nào sử dụng phương pháp nghiên cứu này. 1.2.3.
Những biện pháp tăng cường tính tương hợp của polyme blend [1, 4, 16-19]
1.2.3.1. S dụng các chất tương hợp
12

a) Chất tương hợp và vai trò của chất tương hợp trong polyme blend
Các chất tương hợp được sử dụng trong polyme blend với mục đích làm tăng
sự tương hợp của các polyme blend không tương hợp hoặc chỉ tương hợp một phần,
giúp cho sự phân tán các pha polyme hòa trộn vào nhau tốt hơn. Ngoài ra nó cũng
tăng cường sự bám dính bề mặt hai pha polyme. Các chất tương hợp cho các
polyme thường là các hợp chất thấp phân tử hoặc các hợp chất cao phân tử có khả
năng hoạt động bề mặt. Mạch phân tử của chất tương hợp có cấu trúc khối hoặc
ghép, trong đó một khối có khả năng trộn hợp với polyme thứ nhất, còn khối thứ
hai có khả năng trộn hợp tốt với polyme thứ hai.
Chất tương hợp có thể được chế tạo trước và được bổ xung vào hỗn hợp polyme
khi quá trình blend đang xảy ra. Ngoài ra chúng cũng có thể được tạo thành tại
chỗ trong quá trình trộn hợp (quá trình “in situ”). Để có thể tiến hành tương hợp
tại chỗ, thì các cấu tử của hỗn hợp phải có khả năng phản ứng với nhau. Chất
tương hợp còn có khả năng làm giảm ứng suất bề mặt giữa hai pha polyme, ngăn
ngừa sự kết tụ của từng polyme thành phần trong quá trình gia công. Vì vậy chất
tương hợp có tác dụng làm cho polyme này dễ phân tán vào trong polyme kia nhờ
các tương tác đặc biệt. Như vậy sự tương hợp của các polyme phụ thuộc vào các
yếu tố sau:
+ Bản chất hóa học và cấu trúc phân tử của các polyme;
+ Khối lượng phân tử và độ đa phân tán;
+ Tỷ lệ các cấu tử trong blend và khả năng kết dính ngoại;
+ Nhiệt độ, loại chất tương hợp và khối lượng phân tử của chất tương hợp.
b) Sử dụng các chất tương hợp là các copolyme nhánh hoặc khối
Để làm chất tương hợp, các copolyme nhánh hoặc khối phải có một nhánh
hoặc một khối có khả năng tương hợp tốt với một polyme, còn nhánh hoặc khối
kia phải có khả năng tương hợp tốt với polyme còn lại trong hệ. Các copolyme ở
đây thường có hai phần, mỗi phần bao gồm monome của mỗi polyme thành phần.
Như vậy, khối có cùng monome với polyme thành phần nào sẽ có cùng bản chất
và cấu tạo hóa học tương tự như polyme đó, do vậy chúng có khả năng trộn hợp,
liên kết chặt chẽ với nhau. Kết quả là hai polyme thành phần của hệ sẽ được liên

13
kết với nhau, trong đó copolyme đóng vai trò như một chất kết dính. Đây cũng là
nguyên nhân dẫn tới việc giảm ứng suất bề mặt phân chia pha tăng ứng suất trượt
của hệ. Lúc này sẽ tồn tại một lượng tối ưu (nồng độ tới hạn) chất tương hợp đủ để
bão hòa với bề mặt phân chia pha. Nếu lượng chất tương hợp đưa vào lớn hơn giá
trị này thì độ lớn của pha phân tán cũng hầu như không thay đổi. Hơn nữa, nếu
lượng chất tương hợp đưa vào quá lớn sẽ tạo thành pha mới trong hệ, dẫn đến tính
chất của hệ polyme blend ba thành phần (tính năng cơ lý, kỹ thuật) cũng có thể
thay đổi hoàn toàn.
Việc sử dụng các chất tương hợp trên cơ sở các copolyme nhánh hoặc khối là
một hướng đã được nghiên cứu nhiều và có hiệu quả cao. Mặt khác, những tiến bộ
trong kỹ thuật đồng trùng hợp trong vài thập kỷ gần đây đã cho phép các nhà khoa
học có thể đi sâu nghiên cứu mối tương quan giữa cấu trúc, thành phần, khối lượng
phân tử của các chất tương hợp với tính chất của các polyme blend.
c) Sử dụng chất tương hợp là các polyme có khả năng phản ứng với polyme
thành phần của hệ.
Đưa một polyme C có khả năng phản ứng vào polyme blend A/B, trong đó
polyme này phải có khả năng tương hợp với một trong hai polyme thành phần của
hệ, còn polyme không tương hợp với polyme C thì phải chứa nhóm chức có khả
năng phản ứng với polyme C. Nếu cả hai polyme A và B đều không chứa nhóm
chức có khả năng phản ứng với polyme C thì có thể đưa thêm vào một polyme D
nữa, với điều kiện polyme C và D có khả năng phản ứng được với nhau và mỗi
polyme này có khả năng tương hợp với một polyme chính của hệ (polyme A hoặc
B). Tùy thuộc vào vị trí nhóm chức (nhóm cuối mạch hay trong mạch) của polyme
C và A hoặc B, mà trong quá trình blend hóa bằng phương pháp nóng chảy, các
copolyme nhánh hay khối sẽ được tạo thành tại bề mặt phân chia pha của polyme
A và B. Các copolyme tạo thành đóng vai trò làm chất tương hợp, tăng khả năng
kết dính giữa các pha và nâng cao tính chất cơ lý của blend. Để đạt được hiệu quả
tốt, một yêu cầu bắt buộc của các copolyme có khả năng phản ứng là các nhóm
14

chức của chúng phải có đủ hoạt tính để tham gia các phản ứng hóa học trong điều
kiện chế tạo blend. Mặt khác, các liên kết tạo thành phải đủ bền nhiệt ở nhiệt độ
gia công.
d) Chất tương hợp là các tác nhân có hai nhóm chức
Nhờ có hai nhóm chức nên các hợp chất này có thể tương tác với các nhóm
chức trên mạch phân tử của hai polyme thành phần để tạo thành copolyme khối.
Tùy thuộc vào nhóm chức trên mạch của các polyme thành phần mà hai nhóm chức
của các tác nhân đưa vào có thể giống nhau hay khác nhau.
1.2.3.2. S dụng các peroxit
Dưới tác dụng của nhiệt, peroxit phân hủy tạo thành gốc tự do. Các gốc tự
do này lấy proton và chuyển gốc sang mạch polyme. Tiếp đó các gốc tự do của hai
polyme thành phần kết hợp với nhau để tạo thành copolyme nhánh. Đây là điều
kiện khá đơn giản về mặt công nghệ, song do có nhiều phản ứng cạnh tranh khác
(đứt mạch, khâu mạch, phân hủy, v.v ) xảy ra ở trạng thái nóng chảy, nên cho đến
nay người ta mới chỉ chủ yếu tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình tới khả
năng lưu biến, cấu trúc hình thái học và tính chất cơ lý của blend mà hầu như chưa
có nghiên cứu về động học các phản ứng và cấu trúc của các copolyme tạo thành.
1.2.3.3. S dụng các tác nhân gồm peroxit và hợp chất đa chức
Đây là phương pháp kết hợp của hai phương pháp nêu trên. Vai trò của
peroxit là hoạt hóa phản ứng của một polyme với ít nhất một nhóm chức của hợp
chất đa chức. Tiếp đến là phản ứng giữa nhóm chức còn lại với polyme thứ hai để
tạo thành copolyme ghép.
1.2.3.4. Chế tạo các blend trên cơ sở các polyme có khả năng tham gia phản ứng
trao đổi
Khi hai hay nhiều polyme trùng ngưng được trộn hợp với nhau ở trạng thái
nóng chảy, nhiều phản ứng trao đổi có thể xảy ra. Mức độ của các phản ứng phụ
thuộc vào chủng loại và hàm lượng các nhóm chức, vào nhiệt độ, độ ẩm, thời gian
15
và xúc tác phản ứng của quá trình trộn hợp. Các phản ứng trao đổi dẫn tới việc tạo
thành các copolyme là chất tương hợp của các polyme trong blend.

1.2.3.5. S dụng các chất hoạt động bề mặt
Các chất hoạt tính bề mặt sẽ tập trung trên bề mặt phân pha có vai trò như
chiếc cầu nối giữa hai pha, làm giảm sức căng bề mặt phân pha và tạo điều kiện
cho các pha phân tán tốt vào nhau trong quá trình chế tạo blend. Tuy nhiên cần lưu
ý chất hoạt động bề mặt thường có khối lượng phân tử thấp, do vậy hàm lượng sử
dụng tối ưu thường không cao. Qua các kết quả nghiên cứu người ta thấy rằng, khi
sử dụng các chất hoạt động bề mặt có khối lượng phân tử thấp (dưới đơn vị nghìn),
hàm lượng tối ưu chỉ vào khoảng 1% so với cấu tử có hàm lượng thấp.
1.2.3.6. S dụng các chất độn hoạt tính
Một số chất độn hoạt tính có tác dụng nâng cao khả năng tương hợp của các
polyme. Trong những trường hợp này, chất độn được phân bố một cách chọn lọc
tại bề mặt phân cách pha giữa hai pha polyme và có tác dụng như các chất tương
hợp ở trên. Đối với các hệ này, mức độ tăng khả năng tương hợp của các cấu tử
phụ thuộc vào tương tác giữa chất độn với các polyme thành phần. Nếu tương tác
càng mạnh, mức độ tăng tương hợp càng cao.
1.2.3.7. S dụng phương pháp cơ nhiệt
Khi gia công trong điều kiện ứng suất và nhiệt độ cao có thể xẩy ra quá trình
phân hủy của polyme, trong đó có phản ứng đứt mạch tạo thành các gốc tự do. Các
gốc tự do này cũng có thể được tạo thành dưới tác dụng của nhiệt hoặc của đồng
thời hai yếu tố cơ và nhiệt. Phản ứng tạo thành gốc tự do có thể xảy ra cả trong
điều kiện có và không có mặt oxy. Sau đó gốc tự do của các phân tử khác nhau kết
hợp lại với nhau hoặc tác dụng với nối đôi có trong các phân tử polyme trong hệ.
Khi gốc tự do của hai mạch polyme khác loại kết hợp với nhau sẽ tạo thành
copolyme khối hay ghép tại bề mặt phân cách pha. Chính các liên kết này có tác
dụng nâng cao khả năng tương hợp của hai polyme thành phần. Như vậy, đối với
16
một số hệ blend thích hợp, thì đây là phương pháp đơn giản, không cần phải bổ
sung thêm bất kỳ tác nhân làm tương hợp nào khác. Vì cao su có khuynh hướng dễ
bị phân hủy cơ, nhiệt, nên phương pháp này thường được áp dụng trong nghiên
cứu các hệ blend trên cơ sở CSTN, NBR hay SBR, v.v…

1.2.3.8. S dụng phương pháp lưu hóa động
Đây là phương pháp thường được sử dụng để tăng khả năng tương hợp của
các polyme trong blend từ cao su với nhựa nhiệt dẻo. Khi lượng cao su lớn, đồng
thời độ nhớt của hai polyme tương đương nhau ở nhiệt độ gia công, nếu không
được khâu mạch, thì blend tạo thành có cấu trúc gồm pha nhựa phân tán trong pha
liên tục của cao su. Trong điều kiện có tác nhân khâu mạch, độ nhớt của pha cao
su tăng lên, và đến một mức độ nào đó sẽ xảy ra sự chuyển pha. Kết quả là pha
nhựa nhiệt dẻo tái hợp lại, tạo thành pha liên tục có cấu trúc mỏng và bao quanh
các vùng thuộc pha phân tán của cao su. Trong trường hợp này, pha nhựa nhiệt dẻo
đóng vai trò như lớp chất kết dính các vùng cao su đã khâu mạch với nhau. Hệ vật
liệu được lưu hóa động tạo thành có tính chất giữa nhựa nhiệt dẻo và cao su. Các
blend này được xếp vào loại blend cao su nhiệt dẻo (thermoplastic elastome), do
nó vừa có tính đàn hồi của cao su lưu hóa bằng phương pháp thông thường (lưu
hóa tĩnh) lại vừa có khả năng gia công bằng các phương pháp như đối với nhựa
nhiệt dẻo.
Phương pháp tăng khả năng tương hợp này đã được nhiều tác giả quan tâm
nghiên cứu và đã được ứng dụng rộng rãi để chế tạo các polyme blend như:
PP/EPDM, PP/NBR, PP/CSTN, PVC/NBR, v.v…
1.3. Các phƣơng pháp chế tạo polyme blend [2, 5, 7, 8, 10, 20 ]
Để chế tạo vật liệu polyme blend nói chung, hay cao su blend nói riêng, người ta
có thể tiến hành trộn trực tiếp các polyme ngay trong quá trình tổng hợp hoặc còn
đang ở dạng huyền phù hay nhũ tương. Đối với các polyme thông thường người ta
thường phối trộn trong các máy trộn kín (internal mixer), máy đùn (extruder) một
17
trục hoặc hai trục và có thể dùng cả máy cán có gia nhiệt hoặc không gia nhiệt (khi
phối trộn các cao su có nhiệt độ chảy mềm không cao), v.v…[134].
Trong tất cả các trường hợp, thời gian trộn, nhiệt độ và tốc độ trộn có ảnh
hưởng quyết định tới cấu trúc cũng như tính chất của vật liệu. Vì thế đối với mỗi
hệ cụ thể, căn cứ vào tính chất của các polyme (cao su hay nhựa) ban đầu cũng như
đặc tính lưu biến của tổ hợp để chọn chế độ chuẩn bị (tạo blend) và gia công thích

hợp. Quá trình chế tạo vật liệu polyme blend có thể được tiến hành bằng các
phương pháp như: chế tạo polyme blend từ dung dịch, từ hỗn hợp latex polyme,
phương pháp nóng chảy.
Điều quan trọng đầu tiên trong công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp là chọn ra
những polyme phối hợp được với nhau và đưa lại hiệu quả cao. Những căn cứ để
lựa chọn:
- Yêu cầu kĩ thuật của vật liệu cần có;
- Bản chất và cấu tạo hóa học của polyme ban đầu;
- Giá thành.
Cần lưu ý rằng các polyme có bản chất hóa học giống nhau sẽ dễ phối hợp
với nhau còn những polyme khác nhau về cấu tạo hóa học cũng như độ phân cực
sẽ khó trộn hợp với nhau. Trong trường hợp này chúng ta phải dùng các chất làm
tương hợp. Mặt khác, trong vật liệu tổ hợp, cấu tử kết tinh một phần làm tăng độ
bền hóa chất, độ bền hình dạng dưới nhiệt độ và độ bền mài mòn. Phần vô định
hình làm tăng độ ổn định kích thước cũng như độ bền nhiệt với tải trọng.
1.3.1. Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme
Theo phương pháp này thì các polyme thành phần phải hòa tan tốt trong
cùng một dung môi hoặc tan tốt trong các dung môi có khả năng trộn lẫn vào nhau.
Để các polyme trong dung dịch phân tán tốt vào nhau cần phải khuấy chúng ở tốc
độ cao và kèm theo quá trình gia nhiệt trong thời gian khá dài. Sau khi thu được
màng polyme blend, cần phải đuổi hết dung môi bằng phương pháp sấy ở áp suất
18
thấp và nhiệt độ thấp để tránh rạn nứt bề mặt màng và tránh hiện tượng màng bị
phân huỷ nhiệt hay phân hủy oxy hóa nhiệt.
1.3.2. Chế tạo polyme blend từ hỗn hợp các latex polyme
So với phương pháp chế tạo polyme blend từ dung dịch thì phương pháp này có
ưu điểm hơn và đa số các sản phẩm polyme trùng hợp bằng phương pháp nhũ tương
đều tồn tại dưới các dạng latex với môi trường phân tán là nước. Quá trình trộn các
latex dễ dàng và polyme blend thu được có hạt phân bố đồng đều vào nhau. Phương
pháp này có nhược điểm là khó tách hết các chất nhũ hóa, các phụ gia cũng như

nước ra khỏi polyme blend, chính vì vậy các tính chất cơ lý hóa, nhiệt, điện của
polyme blend thường giảm đi. 1.3.3. Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy
Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy là phương pháp
kết hợp đồng thời các yếu tố cơ nhiệt, cơ hóa và tác động cưỡng bức lên các polyme
thành phần, phụ gia, trên các máy gia công nhựa nhiệt dẻo để trộn hợp chúng với
nhau (như máy trộn kín, máy cán, ép đùn, đúc phun, v.v…). Đây là phương pháp
được ứng dụng khá rộng rãi trong thời gian gần đây.
Đối với hệ blend cao su - nhựa nhiệt dẻo, tùy theo tỷ lệ giữa nhựa và cao su
có thể phân chia thành nhóm vật liệu cứng hay nhóm vật liệu mềm. Các bước tiến
hành gia công chế tạo vật liệu cứng hay mềm có thể thay đổi phù hợp theo chế độ
gia công trên máy trộn kín, máy cán hay máy đùn, v.v…
Khi thực hiện chế tạo vật liệu polyme blend trên máy trộn kín, thì máy
thường được gắn với hệ thống thiết bị cho phép cài đặt các thông số đầu vào (như
nhiệt độ, tốc độ quay, thời gian trộn và ghi nhận các thông số đầu ra như momen
xoắn, nhiệt độ của quá trình, v.v…) theo thời gian trộn. Qua các thông tin thu được
có thể đánh giá gián tiếp trạng thái vi cấu trúc của hệ polyme, sự thay đổi về cấu
trúc phân tử của các polyme tham gia trộn hợp (ví dụ như phản ứng cắt mạch hoặc
phân hủy nhiệt, v.v…) có thể đánh giá qua sự thay đổi giá trị mô men xoắn.
19
Khi thực hiện chế tạo vật liệu polyme blend hoặc cao su blend trên máy đùn
trục vít, quá trình cắt xé sẽ xảy ra mãnh liệt hơn, thời gian lưu sản phẩm ngắn hơn
nên tùy thuộc vào thành phần cao su, nhựa ban đầu mà có thể chọn quy trình gia
công phù hợp để đảm bảo được độ đồng nhất cao và tránh được nguy cơ phối liệu
bị phân hủy.
1.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu cao su blend
1.4.1. Giới thiệu chung
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 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 [2, 21- 23].
Ưu thế của loại vật liệu blend là:
- Lấp được khoảng trống về tính chất công nghệ cũng như kinh tế giữa các
loại cao su hoặc nhựa thành phần, theo đó người ta có thể tối ưu hóa về mặt giá
thành và tính chất của vật liệu sử dụng.
- Tạo khả năng phối hợp tính chất mà một loại vật liệu khó hoặc không thể
đạt được. Do vậy đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật cao của hầu hết các lĩnh
vực kinh tế - kỹ thuật.
- Quá trình nghiên cứu, chế tạo một sản phẩm mới trên cơ sở vật liệu polyme
blend nói chung và cao su blend nói riêng nhanh hơn nhiều so với sản phẩm từ vật
liệu mới khác vì nó có thể được chế tạo trên cơ sở vật liệu và công nghệ sẵn có.
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
20
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 [139].
Để cải thiện tính năng vật liệu nhằm đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật
ngày càng cao, trong những năm qua các nhà khoa học, các nhà sản xuất đã không
ngừng nghiên cứu để đưa ra những vật liệu mới. 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 [2].
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 [24-26].
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 [138]. Các tác giả của Viện Hóa học Vật liệu (Viện
21
KHKT & CNQS) 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 [26]. 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 [27].
Đi sâu nghiên cứu chế tạo và ứng dụng một cách có hệ thống các loại cao su
blend là nhóm tác giả thuộc Viện Hóa học phối hợp với một số đơn vị nghiên cứu,
các trường đại học và đơn vị sản xuất khác. Các tác giả này đã chế tạo và ứng dụng
có hiệu quả các loại cao su blend trên cơ sở CSTN với polyetylen tỷ trọng thấp
(CSTN/LDPE). Loại vật liệu này có khả năng bền môi trường hơn hẳn so với
CSTN, gia công đơn giản với năng suất cao và được ứng dụng để chế tạo các loại
đệm chống va đập tàu biển cũng như các loại giầy đế nhẹ chất lượng cao phục vụ
xuất khẩu [28, 29, 137]. 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…). 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 (như NBR/PVC, NBR/CR) 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 [30-45].
22
Kết quả nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu cao su blend của các tác giả trong
nước đã được đăng tải với hàng chục công trình trên các tạp chí khoa học chuyên
ngành trong nước và quốc tế, mà tập trung nhất là ở các tạp chí Khoa học & Công
nghệ và Tạp chí Hóa học. Những kết quả nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu
cao su blend trong những năm qua mới chỉ là bước đầu nhưng đã khẳng định khả
năng tự chế tạo các sản phẩm cao su kỹ thuật phục vụ phát triển kinh tế - xã hội.
Nhiều công trình nghiên cứu theo hướng này đã mang lại hiệu quả kinh tế - xã hội
cao và đã được xã hội thừa nhận thông qua các giải thưởng cao về Khoa học và
Công nghệ [46].
1.4.2. Một số cao su tổng hợp bền dầu mỡ, nhiệt và thời tiết [47-58]
1.4.2.1. Cao su cloropren
Cao su cloropren (CR) là một trong những vật liệu quan trọng trong nền kinh
tế với mức tiêu thụ hàng năm trên toàn thế giới gần 300 nghìn tấn. Loại cao su này
được hãng Dupont De Nemeurs giới thiệu vào năm 1932 và phát triển với tên
thương mại là Neopren GN (1939). Cao su CR thu được bằng cách trùng hợp
cloropren hoặc đồng trùng hợp cloropren với một lượng nhỏ hydrocacbon dạng
vinyl hoặc dien trong nhũ tương nước. Phân tử polycloropren chứa khoảng 85%

nhánh trans-1,4 và 10% cis-1,4.
CR có cấu trúc phân tử như sau:
Cl
CH
2


Do sự có mặt của nguyên tử Cl trong phân tử nên phân tử cao su có tính phân
cực mạnh và làm cho cao su có nhiều tính chất đặc biệt như: bền với oxy và ozon,
chống cháy, ít thấm khí, ít bị mài mòn, bền với dầu mỡ, có độ kết dính cao với
nhiều vật liệu và bền dưới tác động của nhiều loại hóa chất. Cao su cloropren có
thể được lưu hóa bằng một số oxit kim loại (PbO hay ZnO) hoặc bằng lưu huỳnh
với xúc tiến hữu cơ, tuy nhiên tốc độ lưu hóa của cao su cloropren chậm gấp đôi
C
H
2
C
C
H
n
23
so với CSTN. Cao su cloropren còn có thể được lưu hóa bằng amin bậc 2, phenol
lưỡng chức. Khác với các loại cao su có mạch phân tử không no khác, chỉ dưới tác
dụng của nhiệt cao su cloropren cũng có thể tự tạo thành cấu trúc mạng lưới không
gian giữa các phân tử polyme mà không cần có lưu huỳnh. Các sản phẩm lưu hóa
của cao su cloropren có độ bền cao, độ dẻo và độ đàn hồi tốt, nên ngoài ứng dụng
trong lĩnh vực chất dẻo, chúng được sử dụng để sản xuất thùng lưu trữ và vận
chuyển các sản phẩm dầu mỏ, làm dây cáp, vải tổng hợp và các loại vật liệu khác.
Cao su cloropren có tính chất đặc biệt là chất tự kết tinh, do đó một số loại cao su
cloropren có thể được dùng làm keo dán. Tuy nhiên, do tính đàn hồi cao nên loại

cao su này khó ép hình, ngoài ra khả năng bám dính kim loại cũng gây khó khăn
trong việc hỗn luyện. Cao su cloropren có cường lực kéo đứt và độ dãn dài kém
hơn so với CSTN. Khi ở 100
0
C cường lực của cao su cloropren chỉ còn lại là 30
40% cường lực của nó ở nhiệt độ thường.
1.4.2.2. Cao su polyetylen clo hóa
Cao su polyetylen clo hóa (CPE) được sản xuất bằng cách clo hóa polyetylen tỷ
trọng cao (HDPE) trong dung dịch. Các polyme được phân biệt bởi hàm lượng clo,
trọng lượng phân tử và sự kết tinh, trong đó hàm lượng clo cao nhất có thể lên tới
70%, nhưng thường vào khoảng từ 25 đến 42%.
CPE có cấu trúc
phân tử như sau:
CH
2
CH
2
CH
2


y
Cl
CPE có khả năng kháng tuyệt vời với ozon và bền thời tiết, kháng tốt với dầu và
ngọn lửa, chịu mài mòn và uốn nứt, kháng tốt với kiềm, rượu và axit. Tuy nhiên
CPE kháng chịu trung bình với dầu mỏ và các dung môi thơm oxy hóa do tính
không no của nó.
C
H
x

24
CPE thường được lưu hóa bằng peroxit. Một số chất hóa dẻo, phụ gia thêm
vào có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ khâu mạch và mức độ lưu hóa. CPE có thể trộn lẫn
với các polyme khác nhau do có các thuộc tính của cả chất dẻo và cao su. CPE linh
hoạt ở -30
o
C, ròn ở nhiệt độ dưới -70
o
C và bị phân hủy ở nhiệt độ trên 160
o
C. Cao
su CPE có thể được sử dụng độc lập hoặc pha trộn với các polyme như
polyvinylclorua (PVC), polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS),
polyacrylonitril-butadien-styrol (ABS) hay polyuretan (PUR), v.v Cao su CPE
có tính chất đàn hồi của cao su và khả năng chịu dầu, chịu nhiệt, chịu lạnh và ngọn
lửa, v.v
Hiện nay, khoảng 70% lượng CPE được sử dụng trong ngành điện (dùng để
làm dây và cáp điện). Các ứng dụng còn lại khoảng 15%, bao gồm chế tạo chi tiết
và phụ tùng ô tô, chế tạo ống thủy lực, tấm lót, miếng đệm, v.v…
1.4.2.3. Cao su closulfon polyetylen hay cao su Hypalon
Cao su closulfon polyetylen (CSM) là một cao su tổng hợp dựa trên cơ sở
polyetylen. Hypalon là tên thương mại của các sản phẩm CSM, được phát triển vào
năm 1951 và trở thành tên gọi chung cho closulfon polyetylen, trong đó Hypalon
® là sản phẩm của hãng DuPont. CSM cũng được sản xuất bởi những nhà sản xuất
khác với các tên thương mại khác nhau.
CSM có cấu trúc phân tử như sau :
H
CH
2
CH

2

CH
2

Cl
2
n

Trong đó x = 12, y từ 15 đến 20 tùy theo khối lượng phân tử
C
H
2
C
C
H
2
C
H
2
S
O
C
l
x
y
C
H
25
Hàm lượng clo trong Hypalon từ 29 đến 48%, bình quân cứ một nguyên tử

clo có 7 nguyên tử cacbon. Hàm lượng lưu huỳnh rất nhỏ (1 1,5%). Nhóm SO
2
Cl
là vị trí hoạt động cho quá trình lưu hóa. Các oxit kim loại như MgO, PbO thường
được sử dụng với các chất xúc tác cho lưu huỳnh như tetrasulfua
dipentametylentiuram. Chất này có tác động lưu hóa ở vị trí Cl nối vào mạch phân
tử để tạo các nối disulfua liên phân tử.
Có thể lưu hóa CSM với hệ thống lưu hóa bằng peroxit hữu cơ. Các sản
phẩm làm từ cao su Hypalon có tính năng kháng rất tốt đối với oxy, ozon, các axit,
kiềm đậm đặc và một số axit có tính oxi hóa mạnh. Ngoài ra vì có mặt của rất nhiều
nguyên tử clo dọc theo mạch phân tử, nên Hypalon có khả năng chống cháy và
kháng dầu tốt. Khả năng kháng dung môi thơm của CSM nằm giữa CR và NBR.
Tính năng cơ lý của sản phẩm CSM rất tốt, theo đó lực kéo đứt đạt đến
300kg/cm
2
và có thể chịu liên tục ở nhiệt độ 120
o
C. Mức chịu nhiệt cao nhất của
CSM lên tới 303
o
C. Tuy nhiên, cao su này có độ biến dạng nén lớn vì bản chất của
nó là gốc nhựa dẻo. Cao su Hypalon có khả năng kháng ánh sáng, kháng tia tử
ngoại rất tốt, không bị biến màu ở các sản phẩm có màu nhạt. Cao su sống có thể
tồn trữ lâu, tính năng ít bị biến đổi. Hypalon chưa lưu hóa có trạng thái giống như
nhựa dẻo, khá cứng, nhám ở nhiệt độ bình thường và biến mềm nhanh khi nhiệt độ
tăng. Hypalon cũng đòi hỏi chất độn để gia tăng lực kéo đứt và nhất là với những
loại có hàm lượng clo thấp.
1.4.2.4. Cao su nitril/nitril butadien
Cao su nitril/nitril butadien (NBR hoặc Buna-N) được giới thiệu lần đầu tiên tại
Đức vào 1934. Các tên thương mại của loại cao su này bao gồm Perbunan, Baypren,

Chemeprene, Chemigum, v.v… Cao su nitril được sản xuất ở Liên Xô trước đây
có ký hiệu là CKH như: CKH–18, CKH–18M, v.v…Các loại cao su nitril do Mỹ
sản xuất là Butapren, Paracril, v.v còn ở Anh là Breon, Butacon, v.v…Cao su
nitril là sản phẩm trùng hợp của butadien-1,3 và acrylonitril với sự có mặt của hệ
xúc tác oxy hóa khử là kali persunfat và trietanolamin.
NBR có cấu trúc phân tử như sau: