Khoá luận tốt nghiệp nghiên cứu chế tạo và ứng dụng keo dán trên cơ sở cao su nitril

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
===03 rea===

ĐỎ THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU CHÉ TẠO VÀ ỨNG DỤNG
KEO DÁN TRÊN c ơ SỞ CAO

su NITRIL

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
•

•

•

•

C h u y ên n g à n h : H ó a C ô n g n g h ệ - M ô i trư ờ n g

N gười hướng dẫn khoa học
PGS.TS ĐỎ QUANG KHÁNG

Hà Nội - 2015


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhờ vào nỗ lực của bản thân cùng với sự
giúp đõ’ tận tình của thầy giáo em đã hoàn thành đề tài của mình đúng với thời
gian quy định.
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc của
mình tới PGS.TS Đỗ Quang Kháng - Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành trong
suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn tới tập thế Phòng công nghệ vật liệu polyme Viện Hóa Học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình
chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2,
đặc biệt là tập thể cán bộ giảng viên khoa Hóa Học, đã hết sức quan tâm giúp đõ'
em trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận.
Trong quá trình nghiên cún đề tài này dù đã rất cố gắng nhưng cũng
không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em kính mong nhận được sự chỉ bảo của
các thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên quan tâm để đề tài này
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 03 thảng 05 năm 2015
Sinh viên

Đ ỗ Thị Dung

Đ ỗ Thị Dung

K37B - Hóa Học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

D A N H M Ụ C C Á C K Í H IỆ U , C H Ũ V IÉ T T Ắ T
«

•

7

NBR

Cao su nitril butadien

HNBR

Cao su acrylonitril butadien hydro hóa

PVC

Polyvinyl cloride

TGA

Phân tích nhiệt trọng lượng

XNBR

Cao su nitrile cacboxyl

CSTN

Cao su thiên nhiên

PVA

Polyvinyl alcol

CR

Cao su cloropren

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

ASTM

Tiêu chuẩn của Mỹ

PSE

Polyeste

PA

Polyamid

ĐỖ Thị Dung

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp
DANH M ỤC CÁC BANG

Bảng 1.1: Đơn pha chế để tổng họp N B R .............................................................11
Bảng 1.2: Một số tính chất vật lý của cao su nitril ............................................. 13
Bảng 1.3: Hệ số thầm thấu khí và nước của một số loại polyme,
107cm2.5'lbar'1............................................................................................13
Bảng 1.4: Đặc trưng kỹ thuật của NBR được xác định trên cơ sở hợp phần.... 14
Bảng 1.5: Đặc trung kỹ thuật một số loại cao su nitril butadien trên thương
trường quốc tế ............................................................................................15
Bảng 3 .ỉ: Ảnh hưởng của loại dung môi đến độ bền kéo bóc và kéo trượt
của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên mành
P S E ................................................................................................................. 27
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian cắt mạch tới độ bền kéo bóc và kéo
trượt của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên
mành polyeste.............................................................................................28
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ NBR tới độ bền kéo bóc và kéo trượt
của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên
mành polyeste.............................................................................................31
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của loại chất độn gia cường tới độ bền kéo bóc và
kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ
gia lên mành polyeste.............................................................................. 34
Bảng 3.5: Ket quả phân tích TGA của vật liệu kếtdính trên cơ sở NBR.......... 36
Bảng 3.6: Hệ số già hóa của vật liệu kếtdính trên cơ sở N B R ..........................37

Đ ỗ Thị Dung

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1: Anh hưởng của thời gian cắt mạch tới độ bền kéo bóc của mối dán
bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia trên mành polyeste............ 29
Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian cắt mạch tới độ bền kéo trượt của mối
dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia trên mành polyeste.... 29
Hình 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ NBR tới độ bền kéo bóc của mối dán
bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia trên mành polyeste............ 32
Hình 3.4: Ánh hưởng của nồng độ NBR tới độ bền kéo trượt của mối dán
bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia trên mành polyeste............ 32
Hình 3.5: Biểu đồ phân tích TGA của vật liệu kết dính trên cơ sở N B R .........35

Đ ổ Thị Dung

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp
MỤC LỤC

MỠ Đ Ầ U ............................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG Q U A N ...........................................................................................3
1.1.. Keo dán kĩ th u ậ t................................................................................................... 3
l . ỉ . ỉ . Lịch sử phát triên, khái niệm về keo dán .................................................3
1.1.2. Nhừng ưu, nhược điềm của keo d á n ......................................................... 4
1.1.3. ứng dụng của keo d á n .................................................................................6
1.2. Cao su nitril butadien...........................................................................................8
1.2.1. Lịch sử phát triến của cao su nitril (NBR)................................................8
1.2.2. Đặc điếm cấu tạ o ..........................................................................................8
1.2.3. Phương pháp tông hợp N B R .................................................................. 10
1.2.4. Tính chất cơ lý và công n g h ệ................................................................. 12
1.3 Keo dán từ N B R...................................................................................................19
1.3.1. Lịch sử phát triên của keo dán từ N B R ................................................... 19
1.3.2 Đặc điếm cấu tạ o .........................................................................................19
1.3.3 Tính chất........................................................................................................ 19
1.3.4 Úng dụng.......................................................................................................20
1.4 Tình hình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng của keo dán từ N B R ............. 20
1.4.1

Trên thế g iớ i...............................................................................................20

1.4.2 Trong nước................................................................................................... 20
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u ......................... 22
2.1 Thiết bị và vật liệu nghiên cún.........................................................................22
2.1.1 Thiết bị nghiên cứu...................................................................................... 22
2.1.2 Vật liệu nghiên c ứ u .....................................................................................22
2.2 Phương pháp chế tạo keo dán và mẫu th ử ...................................................... 23
2.2.1. Ché tạo keo dán trên cơ sở cao su nitril butadien................................ 23

Đ ỗ Thị Dung

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

2.2.2. Chế tạo mẫu thử khả năng kết dính của chắt kết dính với vải
mành polyeste.........................................................................................................23
2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởỉig đến khả năng bám dính của chất
kết clính lên mành polyeste...................................................................................23
2.3 Phương pháp xác định một số tính chất cơ lí của keo dán.......................... 24
2.3.1 Phương pháp xác định khả năng bám dính của keo dán ......................24
2.3.2 Phương pháp xác định độ bền nhiệt, bền môi trường của keo d á n ... 24
2.3.3 Phương pháp xác định độ bền môi trường của keo dán ....................... 25
CHƯƠNG 3. KẾT QUÀ VÀ THẢO LU Ậ N .............................................................27
3.1. Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng kết dính của vật liệu lên
mành polyeste............................................................................................................. 27
3.2. Ánh hưởng của thời gian cắt mạch sơ bộ đến khả năng kết dính của
vật liệu lên mành polyeste........................................................................................ 28
3.3. Ảnh hưởng của nồng độ NBR đến khả năng kết dính của vật liệu lên
mành polyeste............................................................................................................. 30
3.4. Ảnh hưởng của loại chất độn gia cường đến khả năng kết dính của
vật liệu lên mành polyeste........................................................................................ 33
3.5. Độ bền nhiệt và bền môi trường của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở
cao su nitril butadien................................................................................................. 35
3.5.1. Độ bền nhiệt của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở cao su nitril
butadien...................................................................................................................35

3.5.2. Độ bền môi tnròng của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở cao su nitríl
butadien....................................................................................................................36
KẾT L U Ậ N .....................................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM K HẢO.............................................................................................39

Đ ỗ Thị Dung

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

M Ở ĐẦU

Hóa học cao phân tử đã có quá trình phát triển tích cực và liên tục từ
sau năm 1920 với những công trình nghiên cún lý thuyết hệ keo của Herman
Staudinger (giải Nobel hóa học 1953). v ề mặt vật liệu, thập kỉ 1930 đã đem
đến nhiều polyme mới có ý nghĩa kinh tế, kĩ thuật quan trọng như cao su
clorpren, sợi polyamid và chất dẻo polyamid. Đến đầu thập kỉ 40 có sự bùng
nô hàng loạt polyme mới.
Các lĩnh vực ứng dụng mới của polyme đòi hỏi phải có nghiên cứu sâu
hon về hiện tượng bám dính, nắm vững vấn đề liên quan đến keo dán và chất
keo dính.Trong thế kỉ XX, công nghệ keo dán có bước tiến khổng lồ.
Keo dán có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong
kĩ thuật và y tế, trong xây dựng, trong hàng không...Với những khả năng ứng
dụng rộng rãi như vậy, keo dán đã chiếm vị trí rất quan trọng. Người ta có thể
chế tạo keo dán từ những polyme khác nhau. Trong đó, cao su nitril hay cao
su nitril butadien (NBR) là cao su tống hợp từ 2 monome acrylonitril và

butadien. Đây là một trong những cao su tống hợp được ứng dụng rộng rãi
nhất hiện nay do những ưu điểm chịu dầu, bền môi trường và thời tiết cao
và có giá thành hạ. Loại cao su này không chỉ ứng dụng rộng rãi trong sản
xuất các sản phấm cao su kỹ thuật, nó còn được ứng dụng làm các loại
keo dán kỹ thuật. Với những ưu thế trên, để làm chất kết dính, bảo vệ cho
hệ thống ống mềm từ vật liệu dệt đế xây dựng kết cấu bảo vệ các công trình
kinh tế, quốc phòng, chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cún chế tạo và úng
dụng keo dán trên cơ sở cao su nitril” làm đề tài cho khóa luận của mình.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là: Chê tạo được chất kêt dính trên cơ
sở cao su nitril butadien
Đê thực hiện mục tiêu trên, chúng tôi tiên hành các nghiên cứu sau:

Đ ỗ Thị Dung

1

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tôt nghiệp

- Tống quan chung về keo dán, cao su NBR, keo dán từ NBR và khả
năng ứng dụng của chúng
- Nghiên cứu lưa chọn dung môi phù hợp để chế tạo dung dịch keo trên
cơ sở NBR
- Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt mạch cơ học đến khả năng kết dính
của chất kết dính
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng kết dính của chất

kết dính
- Nghiên cứu chất độn gia cường cho vật liệu
- Nghiên cứu độ bền nhiệt, bền môi trường của vật liệu

Đ ỗ Thị Dung

2

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 1
TỐNG QUAN
1.1.. Keo dán kĩ thuật
1.1.1. Lịch sử phát triển, khái niệm về keo dán [8]
Lịch sử keo dán gắn liền với lịch sử phát triển của nền văn minh nhân
loại. Ngay từ thời cố đại, con người đã biết sử dụng keo trong các công trình
kiến trúc, xây dựng hay trong trang trí, hội họa. Vật liệu keo và chất trám vô
cơ đã được dùng trong xây dựng các kim tự tháp thuộc Ai Cập cố đại (nền
văn minh Tebơ). Trong nền văn minh Hi lạp cổ đại, người ta dùng keo để gắn
những tấm tranh hoành tráng trong lâu đài thò' thần Knosos trên đảo Cret từ
cách đây trên 5.000 năm. Người Trung Quốc, La Mã cố đại đã biết dùng keo
gồm nhựa cây và sáp ong để trám kín các chiến thuyền của họ.
Tuy nhiên, cho đến đầu thế kỉ XX, các keo dán chủ yếu được sử dụng
đều có nguồn gốc tự nhiên như keo từ động vật (keo xương, da, keo cazein keo từ sữa, keo gốc album in...) hoặc từ thực vật (như amidon, dextrin, gôm
arbic, nhựa, sáp cây...) hay các keo gốc khoáng chất như nhựa than đá, nhựa

đường.
Những biến đồi mạnh mẽ về kĩ thuật công nghệ và các thành tựu vĩ đại,
sâu sắc trong các nghiên cứu lí thuyết về vật lý, hóa học, sinh học, toán học...
đã đưa đến những đối thay có tính chất cách mạng trong lĩnh vực vật liệu.
Hàng loạt vật liệu mới ra đời, có tính năng ưu việt hơn hẳn, vưọt xa các
vật liệu sẵn có trong tự nhiên về độ bền chắc, khả năng chịu nhiệt, chịu ứng
xuất, đã cho phép chế tạo nhưng máy móc trang bị, phương tiện kĩ thuật mới
và làm đảo lộn nếp sinh hoạt truyền thống của con người. Phần lớn các thiết
bị, vật liệu chúng ta quen dùng ngày nay chỉ mới ra đời trong vòng vài chục
năm qua (ví dụ: sợi tống hợp, cao su tống họp, tivi m àu...).

Đ ỗ Thị Dung

3

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Các tiến bộ đó đã xảy ra trên cơ sở cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật
trong thế kỉ XX, thể hiện điểm chính sau :
- Nông nghiệp không còn là cơ sở của nền kinh tế nữa. Nhiều quốc gia
có số dân làm nông nghiệp chỉ còn < 5% (Mỹ 4%, Anh quốc 3%).
- Mức tiêu thụ năng lượng (chỉ tiêu về sức mạnh công nghiệp và sức
sống của xã hội) tăng vọt.
- Khoa học trở nên lực lượng sản xuất trực tiếp. Do nhu cầu phát triển
của khoa học - công nghệ do yêu cầu của xã hội và các quy trình đào tạo,

huấn luyện tối ưu, chất lượng ngày càng nâng cao.
Kỹ nghệ keo dán đã ra đời và phát triên trong bối cảnh đó, đáp ứng
những nhu cầu và thành tựu khoa học - công nghệ hiện đại, đó là :
- Sử dụng triệt để và có hiệu quả cao các nguồn tài nguyên, những
nguyên liệu có sẵn.
- Chế tạo các sản phẩm mới có nhiều ưu thế, vượt xa sản phẩm tương
tự của tự nhiên.
- Tạo ra các phương pháp công nghệ mới trong sản xuất có hiệu quả
cao hơn, tiết kiệm hơn, cho sản phẩm chất lượng tốt hơn.
Keo cao su là dung dịch của cao su hoặc hỗn họp cao su trong dung
môi. Trong kĩ thuật gia công keo cao su được sử dụng đế sản xuất các sản
phẩm màng mỏng, phủ phết lên vải mành, vải bạt và dán các bán thành phâm
cao su cho các sản phấm có cấu trúc phức tạp, nhiều lóp.
1.1.2.

Những ưu, nhược điêm của keo dán
Ưu điểm:
Khi dùng keo có thể đạt được nhiều lợi thế về công nghệ và chất lượng

sản phấm trong khai thác, sử dụng :
1.

Keo có thê gắn kết các vật liệu không thể gắn hay khó gắn liền bằng

kĩ thuật khác (bột mịn, bột gỗ, kết cấu ngoắt nghoéo, phức tạp).

Đ ỗ Thị Dung

4

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

2. Cho phép tạo mối dán bền chắc giữa các vật liệu khác bản chất mà
không gây ra ăn mòn, phá hủy lẫn nhau (gắn các kim loại khác bản chất, kim
loại với chất dẻo, cao su, da, gỗ...).
3. Đe tạo nên bề mặt hay chu vi nhẵn, bóng, giảm được ma sát, chống
tiêu hao nhiên liệu, tăng được tốc độ làm việc (cánh quay, thân máy bay, khóp
nối, tiếp điếm ...).
4. Bảo đảm chuyển ứng xuất đều, phân bố tải trọng tốt hơn kĩ thuật hàn,
tán ri vê, ghép cơ học... (làm dầm, xà, panel chịu lực, rotor động cơ ...) tăng
tuồi thọ và độ tin cậy trong làm việc.
5. Cho phép chế tạo các vật liệu compozit có tính năng biến thiên trong
giới hạn rất rộng, đáp ứng các đòi hỏi đa dạng của kỹ thuật hiện đại (các kết
cấu tấm ép chịu nhiều lớp, vật liệu cốt sợi, cốt bột độn gia cường, cốt tổ ong)
chịu lực tốt, chịu mệt mỏi và uốn vặn cao.
6. Mối dán cho phép giảm bớt rung lắc khi hoạt động trong chế độ ứng
xuất động, tăng tuối thọ của vật liệu khi bị rung xóc thường xuyên.
7. vết dán có độ kín khít cao, chống rò rỉ, thấm dầu, thấm khí, bảo vệ
tốt hơn phương pháp gia công cơ khí.
-

Phương pháp dán làm giảm đáng kể trọng lượng sản phẩm, hạ giá

thành gia công và chi phí khai thác cho phép sản xuất hàng loạt thuận lợi (kỹ
thuật dán bằng keo màng, keo nóng chảy thuận lợi hon hẳn tán ri vê).

Các khó khăn và nhược điếm chính khi dùng keo:
1. Độ bền mối dán phụ thuộc nhiều vào hướng tác dụng lực (nén, kéo,
trượt, bóc, xé, uốn...). Mối dán thường chịu nén và chịu uốn trượt tốt, chịu
kéo đứt vừa phải, chịu bóc và xé yếu.
2. Thông thường các mối dán cần có thời gian và nhiệt độ, áp suất phù
họp đế hình thành và on định độ bền.

Đ ỗ Thị Dung

5

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

3. Độ bền mối dán phụ thuộc nhiều vào chất lượng xử lý bề mặt nền
dán.
Khâu này rất quan trọng, đòi hỏi kỹ năng chuyên môn cao, tốn kém về
trang bị, hóa chất, năng lượng và khá độc hại.
4. Việc chọn lựa và chỉ định đúng keo dán phù họp với nền dán và chế
độ thi công có ảnh hưởng quyết định đến thành công cho mối dán. Nhiều khi,
chỉ định keo là duy nhất và rất đặc thù do đó cần tham khảo chuyên gia giỏi,
có kinh nghiệm trong lĩnh vực này. Hiện nay vẫn chưa có một loại keo vạn
năng cho mọi nền dán và mọi môi trường làm việc.
5. Độ bền và tuồi thọ làm việc của mối dán phụ thuộc vào yếu tố của
môi trường (độ âm, nhiệt độ, bức x ạ ...).
6. Công nghệ dán cần các thiết bị và điều kiện công nghệ đặc trưng:

máy ép, thiết bị gia nhiệt, bộ phận xử lí bề mặt, khuôn m ẫu...
Các khó khăn vừa liệt kê trên không hạn chế việc phát triển và các tiến
bộ lớn lao trong công nghệ keo dán thời gian qua. Thực tế cuộc sống đã
chứng minh các loại keo ngày càng có chất lượng cao hơn, đáp ứng ngày một
tốt hơn đòi hỏi của con người trong sản xuất và đời sống.
1.1.3. Úng dụng của keo dán
Trong thế kỷ XX, công nghệ keo dán có những bước tiến khổng lồ, các
sản phâm của keo dán tham gia hầu hết mọi hoạt động của con người, cả
trong sinh hoạt đến hoạt động sản xuất, công nghệ và kỹ thuật đỉnh cao. Ngày
nay không thế có các chuyến bay du hành vũ trụ, các phương tiện hàng
không, thông tin liên lạc hiện đại nếu không có keo dán cao cấp góp phần chế
tạo ra những vật liệu siêu bền, kết cấu vững chắc, có tồn hao nhỏ hoặc che
chắn tốt sóng điện từ.
Keo dán được dùng trong kỹ thuật và y tế (dùng để dán mạch máu,
xương, da. m ô...). Trong công nghiệp cơ khí keo dùng nhiều để dán các chi

Đ ỗ Thị Dung

6

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

tiết kim loại, dán kín các chồ thoát khói, thoát chất lỏng, Trong công nghiệp
điện và điện từ, keo dán dùng để chế tạo các vi mạch, các tấm compozit (kết
dính tạo nền và gắn các tiếp điểm, các mạch dẫn, bán dẫn...).

Trong xây dựng, thi công các nhà cửa, keo dùng đê chống thấm, dán
cách âm, cách nhiệt, làm tường bảo vệ, dán các chi tiết trang trí, các cụm chức
năng, gắn kết bê tông, kim lo ại...
Trong hàng không và du hành vũ trụ, dùng để chế tạo các chi tiết máy
bay, tên lửa, vệ tinh (các cacbin, cánh, mũi, thân, tấm chắn nhiệt) chế tạo các
kết cấu tổ ong chịu lực, tấm pin mặt trời.
Trong công nghiệp ô tô, keo dùng đế chế tạo các tấm cửa, chi tiết máy,
dán kính an toàn (triplex) và lượng keo rất lớn được dùng trong chế tạo các
lốp xe (lớp cốt sợi tống họp hay lớp cốt thép), các phụ tùng, nội thất xe (ghế +
xốp cao su, xốp PU). Trong công nghiệp giày dép, công nghệ dệt, giấy, gia
công đồ da, giả da, công nghiệp thuốc lá, công nghiệp thực phẩm, đều cần
một khối keo dán rất lớn.
Các nước công nghiệp hóa cao nhất đều là các quốc gia sản xuất và tiêu
thụ keo dán lớn nhất như Mỹ, Nhật Bản, Đức, P háp...
Hiện nay trên thương trường có hàng trăm loại keo dán và hàng chục
ngàn mặt hàng. Bên cạnh các loại keo dán truyền thống, giờ đây đã xuất hiện
hàng loạt keo dán mới, hết sức ưu việt và đa dụng. Đó là các nhóm keo :
- Keo cấu trúc: Dán các chi tiết thường xuyên chịu lực, có độ bền cơ lý
cao (dán cao su - kim loại, kim loại - kim lo ại...)
- Keo dán nóng chảy: Cho mối dán bền chắc, tức thời ngay trên dây
chuyền sản xuất.
- Keo nhạy áp lực: Dùng để dán nhanh, cố định các vị trí tương đối, che
chắn hay các mục đích thông dụng khác

Đ ỗ Thị Dung

7

K37B - Hóa Học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

- Keo dán yếm khí: Keo tạo mối dán rất chắc chắn khi không có mặt
Ơ 2 , dùng để cố định trong gia công cơ khí.
- Keo bán dẫn và keo dẫn điện: Dùng đặc biệt cho chế tạo các linh kiện
hay sửa chữa trong kỹ thuật điện tử.
Ngoài ra còn có những nhóm keo chuyên dụng quan trọng khác như
keo chịu nhiệt độ siêu lạnh (Cryogenic adhesive), keo chịu chân không cao,
keo chịu nhiệt đặc b iệt... Các loại keo mới không ngừng ra đời, góp phần giải
quyết nhiều vấn đề nảy sinh trong thực tế cuộc sống. Ở Việt Nam, trong vòng
10 năm qua, hàng loạt keo tổng hợp nhập ngoại đã đổi mới đáng kể kỹ thuật
và phạm vi sử dụng trong nhiều ngành sản xuất tại chỗ.
1.2. Cao su nitril butadỉen
1.2.1. Lịch sử p h át triên của cao su nitrỉỉ (NBR)
Cao su nitril butadien công nghiệp 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 NBR trở thành một trong những cao su được sử dụng nhiều
nhất [6,7].
1.2.2. Đặc điếm 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 persuníat và trietanolamin. Cao su này là
một trong những loại cao su chịu dầu điển hình. Cao su nitril, được hydro
hóa một cách chọn lọc, gọi là cao su nitril hydro hóa (HNBR).
Acrylonitril tham gia vào phản ứng với butadien tạo ra hai loại sản
phẩm khác nhau [6]. Phản ứng diễn ra như sau:

Đ ỗ Thị Dung

8

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

ch2

CH2^ = ch ----CH

x2 ch2= ch

+

-

—

(-C H 2

C

H

^ = C

H

----------C H 2

CN

—

- ( —

C H 2 --------- C H

Ỵ

N

Sản phâm chính của quá trình này là đại phân tử nitril butadien, ngoài
ra sản phẩm phụ hình thành khi acrylonitril tham gia vào phản ứng vòng hóa
với butadien để tạo thành nitril mạch vòng 4 - xiano xiclorhexen tạo cho
NBR mùi đặc trưng (mùi nhựa cây đu đủ).
^
H(J

CH’

_ . A _ ỌH2
.

CH2

ch

CH^

HC

X CH,

l2

-CH

c
CH----- CN

»2

Phản ứng tạo sản phẩm phụ 4- xiano xiclorhexen xảy ra càng mạnh khi
hàm lượng monome acrylonitril trong hỗn họp phản ứng càng cao. Cao su
nitril butadien chứa càng nhiều 4- xiano xiclorhexen càng có màu xẫm hơn và
mùi rõ hơn [1J. Dựa vào đặc điểm này ta có thể dễ dàng phân biệt được loại
cao su và hàm lượng nhóm nitril có trong cao su.
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 xuất ở Liên Xô cũ có 77,4%
monome Butadien tham gia vào phản ứng ở 1,4 trans 12,4%

monome

butadien tham gia vào phản ứng ở 1,4-cis 10,2% monome Butadien tham gia
vào phản ứng ở vị trí 1,2.

Đ ỗ Thị Dung

9

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Khối lượng phân tử trung bình của NBR dao động trong khoảng từ
200.000 đến 300.000 đvC.
Cao su nitril butadiene có cấu trúc không gian không điều hòa vì thế nó
không kết tinh trong quá trình biến dạng. Đây là loại cao su vô định hình, rất
khó kết tinh.
1.2.3. Phương pháp tông hợp NBR
NBR được sản xuất bằng hệ thống đồng trùng hợp nhũ tương tương tự
như SBR. Đe bắt đầu đồng trùng họp nhũ tương, monome butadien và
acrylonitril được đưa vào thùng phản ứng và trộn với nước mềm và chất tạo
nhũ, sau đó đưa thêm chất xúc tác và chất điều chỉnh.
Đối với đồng trùng họp lạnh, hệ thống xúc tác oxy hóa khử được sử
dụng, hệ thống này bao gồm các peroxit vô cơ như hydro peroxit, kali
persunfat hay các hydroperoxit hữu cơ như cumen hydroperoxit, diisopropyl
benzen hydroperoxit hay parametan hydroperoxit và tác nhân khử như muối
sắt hoặc tetraetylen pentamin. Tác nhân điều chỉnh pH như natri photphat
cũng được sử dụng. Khi sự chuyển hóa thích hợp đạt đến mức từ 60- 90 %,

phản ứng trùng họp được hãm lại bởi hydroquinon hay carbamat. Đơn pha
chế để tổng họp NBR thể hiện trong bảng 1.1 dưới đây.

Đ ỗ Thị Dung

10

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Bảng 1.1: Đơn pha chế để tổng hợp NBR
Tỷ lệ
Thành phần
[Phần khối lượng]
Butadien

67

Acrylonitril

33

Nước

230

Natri oleat

5,0

KOH

0,05

KC1

0,30

Natri

naphtalen

suníonat

ngưng

tụ

và

0,20

formaldehit
EDTA- Na4.4H20

0,02

Dodecyl mercaptan

0,38

FeSƠ4

0,01

SFS (NaSO 2 .CH 2 OH.2 H 2 O)

0,05

p- Metanehydroperoxit

0,04

Sau khi loại bỏ và thu hồi các monome không phản ứng từ latex bằng
cách làm nóng, giảm áp suất, lọc hơi, các tác nhân ổn định được đưa vào để
duy trì tính ổn định của polyme. Latex được làm đông lại bởi canxi clorrua,
nhôm sunfat, natri clorua với axit suníuric hoặc chất làm đông. Sản phẩm
được lọc, rửa và sấy khô trong thành sản phấm cuối cùng.
Trong trường họp sản xuất NBR không có kim loại sắt hoặc với lượng
kim loại sắt, chất nhũ, huyền phù tương đối nhỏ, có thể sử dụng đồng trùng
họp khối.

Đ ỗ Thị Dung

11

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

1.2.4.

Khóa luận tôt nghiệp

Tỉnh chất cơ lý và công nghệ
Tính chất nổi bật nhất của NBR là bền với các dung môi mạch thẳng và

các loại dầu khoáng, nhưng tan trong kêtôn [5]. Những đặc tính kỹ thuật cơ
bản của vật liệu này bao gồm:
- Độ bền kéo đứt, modul đàn hồi và độ cứng cao
- Ben dầu mỡ (ít thay đối thế tích trong môi trường dầu hoặc nhiên liệu)
- Độ linh động ở nhiệt độ thấp kém
- Quá trình hồi phục chậm, khả năng bền nhiệt ở điều kiện động thấp
- Độ biến dạng dư khi nén cao
NBR có cấu trúc không gian không điều hòa, vì thế nó không kết tinh
trong quá trình biến dạng. Tính chất cơ lý, tính chất công nghệ của NBR phụ
thuộc vào hàm lượng nhóm nitril trong nó [2,6,9]. Khả năng chịu môi trường
dầu mờ, dung môi hữu cơ tăng cùng với hàm lượng nhóm Acrylonitril tham
gia vào phản ứng tạo mạch phân tử cao su. Anh hưởng của nhóm nitril đến
khả năng chịu dầu mỡ của NBR có thể giải thích theo 2 cách sau :
CL Theo thuyết hấp phụ
Do liên kết -C = N trong cao su có độ phân cực lớn (ô+ ở nguyên tử
Cacbon và ô' ở nguyên tử nitơ) nên lực tác dụng tương hỗ giữa các đoạn
mạch phân tử có chứa nhóm -C N tăng. Năng lượng liên kết vật lý giữa các
đoạn mạch cao, năng lượng kết dính nội càng lớn khi hàm lượng nhóm -C N

càng cao. Năng lượng liên kết nội ngăn chặn hiện tượng tách các phân tử
polyme ra xa trong quá trình trương và hòa tan. Vì thế cùng với hàm lượng
nhóm nitril tăng khả năng chịu dầu mỡ của cao su cũng tăng. Bảng 1.2 dưới
đây thống kê một số tính chất vật lý của cao su nitril [2,9].

Đ ỗ Thị Dung

12

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Bảng 1.2: Một số tính chất vật lý của cao su nitril
Tính chât

Giá trị

Khối lượng riêng [kg/m3]:

H: 0,999, MH: 0,987, M: 0,968

Hệ số dãn nở nhiệt [10'6 ° c 1]:

H: 150, MH: 170, M: 175

Nhiệt độ hóa thủy tinh [°C]:

H: -22, MH: -38, M: -46, L: -56
1

Hằng số điện môi 8 [1000 hzj:

7-12

Điện áp đánh thủng [kv/mm]:

20

o

r-

Điện trở thể tích riêng [Q.cm]

b. Theo thuyết che chắn
Do kích thước không gian các nhóm -C N lớn và khoảng cách không
gian giữa nhóm này với liên kết không 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, m ỡ ...) 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 khả năng và hiệu quả che chắn càng cao.
Tuy nhiên, nhóm -C N trong mạch đại phân tử làm tăng độ thấm thấu
của NBR so với một số loại cao su không phân cực khác [12].
Bảng 1.3 : Hệ số thấm thấu khí và nước của một số loại polyme,
107cm2.5-1bar_1 [5]
Polyme

He

o2

h 2o

Polyetylen

1,14

0,40

12

1,3

120

0.0003

300

Cao su Butyl

-

Cao su NBR

0,55

Đ ỗ Thị Dung

13

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

NBR là loại cao su phân cực lớn nên nó có khả năng trộn họp với các
polyme phân cực, với các loại nhựa tổng họp phân cực... NBR có liên kết
không no trong mạch chính đại phân tử nên nó có khả năng lưu hóa bằng lun
huỳnh phối họp với các loại xúc tiến, lun hóa thông dụng. Ngoài hệ thống lun
hóa thông dụng cao su butadien nitril còn có khả năng lưu hóa bằng xúc tiến
lưu hóa nhóm thiuram, nhựa phenol foocmldehyt có tính chất cơ lí cao, khả
năng chịu nhiệt tốt [10,13].
Bảng 1.4 : Đặc trung kỹ thuật của NBR được xác định trên cơ sở họp phần
Cao su nitril butadien
Lưu huỳnh

100
2

Xúc tiên lưu hóa

1.5

Than HAF - 100

50

Bảng 1.5 dưới đây trình bày một số tính chất cơ học của NBR với thành
phần đơn tính theo phần khối lượng (pkl): NBR: 100; lưu huỳnh: 2; xúc tiến
lưu hóa: 1,5; than HAF: 50.

Đ ỗ Thị Dung

14

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Bảng 1.5: Đặc trang kỹ thuật một số loại cao su nitril butadien trên
thương trường quốc tế [6]
Nước
Loại cao su

ơ300%

ơ

8

Sdư

T

Ben

[MPa]

[MPa]

[%]

[%]

[shopre]

[kgl/cm]

trương

12,5

26,5

550

15

74

57

65

sản

T
xuất
CKH-18
1

Liên

xé

Độ

xô

2

CKH-18M

-

12,2

27,0

600

15

68

60

65

3

CKH-26

-

11,5

28,5

650

20

76

72-75

35

4

CKH-26M

-

12,5

29,0

650

15

72

75

38

5

CKH-

-

13,2

30,0

600

20

75

78

30

26PVC-30
6

CKH-40

-

13,2

31,2

600

22

76

75-80

15

7

CKH-40M

-

12,5

30,5

650

25

78

80

12

8

Buna N

Đức

12,0

27,5

550

18

72

58-60

65

9

Bu tap ren

Mỹ

12,5

26,5

600

20

75

60-62

47

10

Paracril

Mỹ

13,0

27,5

575

20

76

70

45

11

Hacar

Mỹ

12,5

26,5

575

20

72

65

50

12

Breon

Anh

12,5

28,0

600

15

72

58

52

13

Butacon

Anh

13,0

29,5

650

20

75

60

42

14

Europren N

Ý

12,5

29,0

600

20

72

58

50

15

Butacril

Pháp

13,2

30,5

625

17

70

62

48

16

Nipol N

Nhật

13,5

31,0

650

20

72

65

52

13,5

31,5

650

20

75

65

45

12,5

31,0

625

17

72

62

50

Bản
17

ISRN

Nhật
Bản

18

Perbunan

CHLB
Đức

Đ ỗ Thị Dung

15

K37B - Hóa Học


Trườìĩg ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Trong đó Ơ300 %: là độ bền kéo ở độ dãn 300%
ơ : độ bền kéo đứt
8 : độ dãn dài khi đứt
Sdư: độ dãn dài dư

Độ trương của vật liệu được xác định sau 24 giờ khi ngâm mẫu ở nhiệt
độ 25±2°c trong hỗn họp dung môi benzin : benzen 8:1
-

Tính chất công nghệ và khả năng tạo blend với các loại cao su, nhựa

khác của cao su nitriỉ
Cao su nitril butadien có cấu trúc không gian không điều hòa vì thế nó
không kết tinh trong quá trình biến dạng.
Cao su nitril butadien là cao su phân cực nên nó có khả năng trộn họp
với các loại polyme phân cực cũng như cao su phân cực khác,...

Tố hợp cao su nitril butadien với nhựa phenol formandehit có rất nhiều
tính chất quý giá như chịu nhiệt cao, chống xé rách, bền với ozon, oxy, có độ
bền kết dính ngoại cao. Ngoài ra NBR còn có khả năng phân giải điện tích tụ
ở vật liệu trong quá trình ma sát. Đặc biệt, blend của cao su nitril với nhựa
PVC có độ bền cơ học, bền môi trường, dầu mỡ và bền chống cháy cao.
Cao su nitril butadien có liên kết không no trong mạch nên nó có khả
năng lun hóa bằng lun huỳnh và xúc tiến lun hóa thông dụng. Ngoài hệ thống
lưu hóa thông dụng, cao su nitril còn được lun hóa bằng xúc tiến lưu hóa
nhóm thiuram hoặc nhựa phenol formandehit có tính chất cơ lý cao, chịu
nhiệt tốt.
1.2.5. Úng dụng
Cao su nitril butadien (NBR), cao su nitrile cacboxyl (XNBR) được sử
dụng rộng rãi trong các sản phẩm công nghiệp do đặc tĩnh chịu dầu, dung môi
và hóa chất của chúng. Chức năng quan trọng của vật liệu này là làm các
dụng cụ chứa và vận chuyên dầu, nhiên liệu, nước và hóa chất trong công

Đ ỗ Thị Dung

16

K37B - Hóa Học


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

nghiệp ô tô, máy móc, vũ trụ, hóa chất, thực phấm, cơ khí, khoan dầu, hàng
hải, đường sắt, dệt và in ấn,... chi tiết được trình bày dưới đây [2,6,9].
+ Sử dụng trong công nghiệp ô tô: NBR được sử dụng chủ yếu trong

công nghiệp ô tô. Theo như phân loại của phân hội cao su (CARS) thuộc Hội
kỹ thuật ô tô (Society of Automotive Engineers - SAE) thì các loại cao su sử
dụng trong lĩnh vực này được phân loại theo khả năng chịu nhiệt và theo khả
năng chịu dầu của chúng. Theo khả năng chịu nhiệt có từ cap A, B, đến cấp
H, J tương ứng với nhiệt độ từ 70, 100, 125,... đến 250 và 275 °c, còn theo độ
bền dầu cũng từ cấp A, B, đến cấp J, K, trong đó cấp A tương ứng với độ bền
dầu của CSTN, cấp B, c có độ trương trong dầu (tính theo thể tích) tương ứng
140 % và 120 %,... cho đến cấp K có độ trương trong dầu 10 % (theo thể
tích). Theo đó, NBR được phân thành loại BF, BG, BK có khả năng ứng dụng
ở 100 °c và CH ở 125 °c. HNBR (Cao su acrylonitril butadien hydro hóa)
được phân loại là DH và dự định sẽ là DK.
+ Các ống dẫn: NBR đặc biệt được sử dụng cho các đường ống được
gia cường bằng vải (fabric) hay dây thép và bao phủ bởi kim loại, vải dệt hoặc
bằng cao su có khả năng chịu thời tiết. Các ống NBR được sử dụng chứa, dẫn
nhiên liệu cho hệ thống truyền động, phanh và bánh lái trong ô tô. Trong công
nghiệp, dân dụng được sử dụng làm ống nước, vận chuyên dầu thô, dầu nặng,
nhiên liệu, axit và kiềm; các ống dẫn sữa cũng được làm bang NBR. HNBR
còn được sử dụng làm các ống dẫn nhiên liệu, ống dẫn cho hệ thống điều hòa
không khí với tuôi thọ cao.
+ Làm vật liệu bọc, bịt: Các cao su khác nhau được sử dụng để làm
kín dầu, nước, nhiên liệu và các loại hóa chất. Một trong những ứng dụng
chính của NBR và HNBR đó là nó có khả năng bịt kín và làm gioăng, đệm
bởi vì nó có khả năng chịu dầu, dầu nhờn, dầu mỡ. Các ứng dụng đặc trung
của vật liệu này là làm vật liệu bọc, bịt và vòng đệm (O- rings). Ö Nhật Bản,

Đ ỗ Thị Dung

17

K37B - Hóa Học

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

người ta đã tiêu chuân hóa về phạm vi ứng dụng của vật liệu này theo tiêu
chuẩn JĨS B2401 - 1 với các mức độ A và B. Trong đó B2402 - mức độ B cho
khả năng bọc bịt và JIS K6380 trong công nghiệp bao gói (industrial packing)
với các vật liệu BI, BII, Bill. HNBR được sử dụng cho các ứng dụng ở áp
suất nhiệt độ cao.
+ Quả lô (rolls): Các quả lô cao su từ NBR được sử dụng một cách
rộng rãi trong công nghiệp giấy, nhuộm, dệt, vải, da, thép, in, hóa chất và
công nghiệp gia công polyme. Các lô NBR có khả năng chịu dầu, các tác nhân
hoạt động bề mặt, chất nhuộm, mực, dung môi, axit, kiềm,... Tuy nhiên HNBR
và XNBR trộn hợp vói kẽm metacrylat hiện tại được sử dụng trong các ứng
dụng làm quả lô lớn và nặng như lô sử dụng trong công nghiệp giấy, thép và
công nghiệp dệt bởi vì chúng có tuồi thọ cao khi làm việc ở nhiệt độ cao.
+ Đai, băng truyền: NBR và XNBR được sử dụng một cách rộng rãi
làm băng truyền trong khai thác quặng, than cốc, cát và các dây curoa phang
trong sản xuất tiền giấy và vé tàu xe. NBR trộn hợp với PVC thường được sử
dụng cho công nghiệp dệt và công nghiệp thực phẩm có yêu cầu khả năng
chịu ozon.
Các băng dẫn động cốt cam trong động cơ ô tô phần lớn được làm từ
HNBR, do nó có các tính chất rất cân bằng với modul cao ở nhiệt độ cao, khả
năng chịu mài mòn, có độ bền uốn tốt và khả năng chịu dầu.

+ Các ứng dụng khác: Các cao su nitril gồm có NBR, XNBR và
HNBR được sử dụng một cách rộng rãi cho các sản phẩm như bơm, van,
màng chắn, dây đai, các chất kết dính, má phanh khóp, chất cách điện, vỏ

cáp,... Trong kỹ thuật khoan dầu người ta sử dụng NBR trong thiết bị chống
phun dầu, bịt lỗ khoan, lớp vỏ bảo vệ các ống khoan, bơm dầu, ắc quy, stator
trong máy bơm dầu, ống hút dầu,... Bên cạnh đó, HNBR được ứng dụng cho

Đ ỗ Thị Dung

18

K37B - Hóa Học