Tiểu luận vật liệu học polyme cao su

LỜI NÓI ĐẦU
1.

Lí do chọn đề tài:
Trong cuôc sống hiện đại ngày nay các vật dụng trong gia đình hay trong các

nhà máy xi nghiệp đều được sản xuất từ các vật liệu hoá học. Vật liệu polime ngày
càng được chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế, do có nhiều
ưu thế và tính năng cơ lí, kĩ thuật, giá thành phù hợp. Polime (cao su):EPDM
(Etylen-Propylen-dien đồng trùng hợp) có nhiều đặc tính vượt trội, có nhiều ứng
dụng trong công nghiệp, việc tìm hiểu về polime này sẽ giúp việc sữ dụng loại
polime này đạt hiệu quả kinh tế cao hơn.
Tuy nhiên không phải ai cũng biểt hết về thành phần và tính chất của các vật
dụng đó. Để tìm cách bảo quản và sử dụng tốt nhất, đúng mục đích nhất. Do đó
nhóm chúng tôi tìm hiểu đề tài này để biết về thành phần tạo nên các vật dụng để
sử dụng cho tốt nhất.
2.

Đối tượng nghiên cứu: Polime cao su
Mục đích nhằm giúp người đọc hiểu rõ về nguồn gốc, tính chất, cách thức sản

xuất để biết cách bảo quản và sử dụng sản phẩm Polime cao su một cách tốt nhất.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu.
Tìm hiểu về khái niệm cao su EPDM
Một số đặc tính của cao su EPDM
Ký hiệu cao su EPDM
Một số loại cao su EDPM thông dụng
Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất cao su EPDM
Ứng dụng cao su EPDM

TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

NỘI DUNG
1. KHÁI NIỆM POLIME VÀ POLIME - CAO SU
1.1 Polime
1.1.1 Khái niệm
Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ( gọi là
mắt xích) liên kết với nhau.
Ví dụ: Nilon – 6 –(NH=CH2]6=CO)n– do mắt xích –NH –[CH2]6 – CO– liên kết đôi
với nhau tạo nên hệ số n được gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa. Các
phân tử tạo nên từng mắt xích của polime được gọi là monome.
1.1.2 Phân Loại
a) Theo nguồn gốc:
Thiên nhiên
-Có nguồn gốc từ thiên

Tổng hợp
- Do con người tổng

Nhân tạo(bán tổng hợp)
- Lấy polime thiên

nhiên

hợp nên

nhiên và chế hóa thành

-Ví dụ: xenlulozơ, tinh

- Ví dụ: polietylen,

polilme mới

bột..

poli(vinyl clorua)…

- Ví dụ: tơ axetat, tơ
visco…

b) Theo cách tổng hợp:
Polime trùng hợp
-Tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp

Polime trùng ngưng
- Tổng hợp bằng phản ứng trùng

-Ví dụ: polietilen, poli(metyn

ngưng

metarylat)

- Ví dụ: nilon – 6,poli(phenol –
fomanđehit)

1.2 Cao su

1.2.1 Khái niệm
2


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

EPDM là một polime được tạo ra bằng cách đồng trùng hợp etylen và
propylene với một lượng nhỏ các đien không liên hợp. Các đien hiện đang được sử
dụng

trong

sản

xuất

EPDM

là

DCPD

(dicyclopentadien),

ENB

(ethylidenenorbornene) và VNB (vinyl norbornene).
Thành phần của EPDM: etylen chiếm khoảng 45 – 75% khối lượng. Các đien

chiếm 2.5 – 12% khối lượng.
Các loại EPDM có “tính no” còn dư trong các mạch nhánh và vì vậy có thể
được lưu hóa bằng lưu huỳnh và các chất xúc tiến.
1.2.2 Phân loại
2. ĐẶC TÍNH POLYME - CAO SU EPDM
2.1 Một số tính chất cơ bản của cao su EPDM
- Là loại cao su có tỷ trọng thấp nhất trong tất cả các loại cao su(0,86g/cm3).
- Có khả năng nhận hàm lượng chất độn cao hơn tất cả các loại cao su khác.
- Rất bền với nhiệt, oxi hóa, môi trường nước và thời tiết.
- Bền với hóa chất, có độ mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, có tính năng cách điện.
- Cao su EPDM thường được gọi là cao su “sử dụng ngoài trời”.
2.2 Các thông số quan trọng của cao su EPDM
- Độ nhớt Mooney.
- Tỷ lệ etylen và propylene.
- Hàm lượng đien (ENB hoặc loại khác).
- Hàm lượng và loại dầu trong cao su.
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của cao su
Hàm lượng etylen
Hấp thụ nhiều chất độn và dầu
Cường lực trước lưu hóa khi nguội
Cường lực, modulus và khả năng đùn
Độ cứng ở nhiệt độ thấp
Tính bám dính và tính dính trục cán
Tính mềm dẻo ở nhiệt độ thấp
Độ bền nén
Hàm lượng ENB

Độ nhớt Mooney
Cường lực trước lưu hóa khi nóng
Cường lực trước lưu hóa khi nóng

Kháng biến hình
Modulus, độ bền nén, bền xé
Các tính năng động lực học
Nhiệt độ cán, tiêu hao năng lượng
Khả năng gia công
MWD và độ phân nhánh
3


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Tốc độ lưu hóa, modulus, độ cứng và

Khả năng gia công

độ bền nén
An toàn tự lưu

Tính năng sản phẩm

2.4 Lựa chọn loại EPDM thích hợp
Việc lựa chọn loại EPDM thích hợp được xác định bởi độ nhớt Mooney, hàm
lượng etylen và hàm lượng monomer thứ ba của cao su. Các loại EPDM đã có sẵn
trong dầu trong thành phần được người ta sản xuất ra để có những loại cao su với
trọng lượng phân tử cao hoặc rất cao và vì vậy khả năng tiếp nhận chất độn và dầu
rất cao.
Cao su có độ nhớt hạt trọng lượng phân tử cao hơn có những tính năng đặc trưng
của cao su như tính đàn hồi, độ bền nén và cường lực tốt hơn. Mặt khác trọng

lượng phân tử có ảnh hưởng cực kỳ lớn đến khả năng chảy của cao su khi chưa lưu
hóa. Vì vậy sự lựa chọn loại cao su sẽ chủ yếu phụ thuộc vào yêu cầu gia công. Do
khả năng chảy sẽ giảm khi trọng lượng phân tử tăng, quy tắc theo kinh nghiệm
dưới đây sẽ được áp dụng:
=> Cao su EPDM có độ nhớt thấp sẽ được dùng cho hỗn hợp cao su có hàm lượng
hóa dẻo thấp và ngược lại.
Trong công nghệ lưu hóa liên tục, người ta ưa chuộng cao su có trọng lượng phân
tử cao để đảm bảo khả năng duy trì nguyên dạng của sản phẩm tính chống biến
hình khi cao su chưa được lưu hóa nhưng cần có sự cân đối hợp lý với khả năng
đùn của hỗn hợp.
Loại cao su có hàm lượng etylen cao có nhiều tính năng như nhựa nhiệt dẻo và
có thể cán luyện, đùn, cán sáng dễ dàng, nó có cường lực cao và do đó có thể đưa
vào nhiều chất độn và hóa dẻo. Thêm vào đó, nó có độ cứng và giãn dài cao hơn.
Hàm lượng dien không liên hợp ( monomer thứ 3: ENB hoặc loại khác) ảnh
hưởng tới tốc độ lưu hóa( an toàn tự lưu và thời gian lưu hóa), cường lực và ứng
suất biến dạng.
Trong công nghệ lưu hóa liên tục khi mà người ta sử dụng lưu huỳnh làm chất
lưu hóa, thường các loại EPDM có hàm lượng không no cao được lựa chọn làm để
đạt được tốc độ lưu hóa cao nhất và như thế có thể để tạo ra sản phẩm chất lượng
cao và năng suất cao.
Trong công nghệ không liên tục, các loại cao su với hàm lượng không no trung
bình thường được sử dụng vì khi đó người ta có thể giảm thời gian lưu hóa bằng
tăng nhiệt độ lưu hóa hay nhiệt độ gia công/ tốc độ ép.
2.5 Ký hiệu theo thành phần trọng lượng
Buna EPG 3569 200 TiO2 (Loại Rutile) 10.
Vulkasil S 20 Sillitin Z 86 100.
4


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Mercaptosilane 1 Paraffinic oil 10.
Rhenofit DDA 70 1 Vulkanox ZMB2 0.5
Zinkoxyd Aktiv 5 Stearic acid 1.
Rhenocure S/G 2.5 Sulfur 1
3. MỘT SỐ LOẠI CAO SU THÔNG DỤNG
3.1 Cao su tự nhiên:
Cao su tự nhiên hay cao su thiên nhiên là loại vật liệu được sản xuất
từ mủ cây cao su. Những người dân Nam Mỹ là những người đầu tiên phát hiện và
sử dụng cao su tự nhiên ở thế kỷ 16. Nam Mỹ vẫn là nguồn chính của mủ cao su
với số lượng rất hạn chế được sử dụng trong nhiều thế kỷ 19. Tuy nhiên, vào năm
1876, Henry Wickham nhập lậu 70.000 Para hạt giống cây cao su từ Brazil và đã
giao cho Kew Gardens,Anh. Chỉ 2.400 trong số này nảy mầm sau đó cây con sau
đó được gửi đến Ấn Độ, Sri Lanka, Indonesia, Singapore, và Anh Malaya. Malaya
(tại bán đảo Malaysia) sau này trở thành nhà sản xuất lớn nhất của cao su. Trong
những năm 1900, các Bang Tự do Congo ở châu Phi cũng là một nguồn quan trọng
của mủ cao su tự nhiên, chủ yếu được thu thập bởi lao động cưỡng
bức. Liberia và Nigeria cũng bắt đầu sản xuất cao su.
Ở Ấn Độ, canh tác thương mại của cao su tự nhiên đã được thực hiện bởi các
chủ đồn điền người Anh, mặc dù những nỗ lực thử nghiệm để phát triển cao su trên
quy mô thương mại ở Ấn Độ được bắt đầu rất sớm vào năm 1873 tại Vườn Bách
thảo, Calcutta. Đồn điền thương mại đầu tiên Heave ở Ấn Độ đã được thành lập tại
Thattekadu ở Kerala vào năm 1902.
Tại Singapore và Malaysia, sản xuất thương mại cao su đã được rất nhiều
thúc đẩy bởi Sir Henry Nicholas Ridley, người từng là Giám đốc khoa học đầu tiên
của Vườn Bách thảo Singapore 1888-1911. Ông phân phối hạt giống cao su cho
nhiều người trồng và phát triển các kỹ thuật đầu tiên để khai thác mủ mà không
5

TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho cây.Henry Wickham hái hàng ngàn hạt
ở Brasil vào năm 1876 và mang những hạt đó đến Kew Gardens (Anh) cho nảy
mầm. Các cây con được gửi đến Colombo, Indonesia, và Singapore.
Tuy nhiên, việc sử dụng cao su trở nên phổ biến chỉ khi quá trình lưu hóa cao
su được các nhà hóa học tìm ra vào năm 1839. Khi đó, cao su tự nhiên chuyển
từ trạng thái chảy nhớt sang trạng thái đàn hồi cao.
Về mặt hóa học, cao su thiên nhiên là polyisopren - polyme của isopren.

Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích
isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4.

Ngoài đồng phân cis 1,4, trong cao su thiên nhiên còn có khoảng 2% mắt xích
liên kết với nhau ở vị trí 3,4.
Có cấu tạo tương tự với cao su thiên nhiên, nhựa cây Gutapertra được hình
thành từ polyme của isopren đồng phân trans 1,4.
Tính chất vật lý
Ở nhiệt độ thấp, cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể. CSTN kết tinh với vận tốc
nhanh nhất ở -25 °C. CSTN tinh thể nóng chảy ở 40 °C.
Khối lượng riêng: 913 kg/m³
Nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg): -70 °C
Hệ số giãn nở thể tích: 656.10−4 dm³/°C
Nhiệt dẫn riêng: 0,14 w/m°K
Nhiệt dung riêng: 1,88 kJ/kg°K
6

TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Nửa chu kỳ kết tinh ở -25 °C: 2÷4 giờ
Thẩm thấu điện môi 1000 Hz/s: 2,4÷2,7
Tang của góc tổn thất điện môi: 1,6.10−3
Điện trở riêng:
Crếp trắng: 5.1012
Crếp hong khói: 3.1012
Cao su thiên nhiên tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng và
CCl4. Tuy nhiên, cao su thiên nhiên không tan trong rượu và xetôn.

7


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

3.2 Cao su tổng hợp
Cao su tổng hợp là chất dẻo được con người chế tạo với chức năng là chất co
giãn. Một chất co giãn là vật chất có đặc tính cơ học là chịu được sức ép thay đổi
hình dạng hơn phần lớn các vật chất khác mà vẫn phục hồi hình dạng cũ. Cao su
tổng hợp được dùng thay thế cao su tự nhiên trong rất nhiều ứng dụng, khi mà
những đặc tính ưu việt của nó phát huy tác dụng.
Cao su tự nhiên có nguồn gốc từ nhựa cây cao su, trải qua phản ứng trùng
hợp tạo thành isopren với đôi chút tạp chấp. Điều này giới hạn các đặc tính của cao

su. Thêm vào đó, những hạn chế còn ở tỷ lệ các liên kết đôi không mong muốn và
tạp chất phụ từ phản ứng trùng hợp mủ cao su tự nhiên. Vì những lý do trên, các
chỉ số đặc tính của cao su tự nhiên bị suy giảm ít nhiều mặc dù quá trình lưu
hóa có giúp cải thiện trở lại.

8


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Cao su tổng hợp được tạo ra từ phản ứng trùng ngưng các cấu trúc đơn bao
gồm isopren (2-methyl-1,

3-butadien), 1,3-butadien, cloropren (2-cloro-1,3-

butadien) vàisobutylen (methylpropen) với một lượng nhỏ phần trăm isopren cho
liên kết chuỗi. Thêm vào đó, các cấu trúc đơn này có thể trộn với các tỷ lệ mong
muốn để tạophản ứng đồng trùng hợp mà kết quả là các cấu trúc cao su tổng hợp
có các đặc tính vật lý, cơ học và hóa học khác nhau.
Từ những năm 1890, khi các phương tiện giao thông đường bộ sử dụng bánh
hơi ra đời, nhu cầu cao su tăng lên rất nhanh. Các vấn đề chính trị khiến cho giá
cao su tự nhiên dao động rất lớn. Nguồn cung thiếu hụt, đặc biệt là trong những
năm chiến tranh đưa đến nhu cầu phải tạo ra cao su tổng hợp.
Năm 1879, Bouchardt chế tạo được một loại cao su tổng hợp từ phản ứng
trùng hợp isopren trong phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học Anh và Đức sau đó,
trong thời gian 1910-1912, phát triển các phương pháp khác cũng tạo ra chất dẻo
từ isopren.
Đức là quốc gia đầu tiên thành công trong việc sản xuất cao su tổng hợp ở

quy mô thương mại. Việc này diễn ra trong Thế chiến thứ nhất, khi nước này
không tìm đủ nguồn cao su tự nhiên. Cao su tổng hợp này có cấu trúc khác với sản
phẩm của Bouchardt, nó dựa trên sự trùng hợp butadien là thành quả của nghiên
cứu trong phòng thí nghiệm của nhà khoa học Nga Sergei Lebedev. Khi chiến
tranh chấm dứt, loại cao su này bị thay thế bằng cao su tự nhiên, mặc dầu vậy các
nhà khoa học vẫn tiếp tục công cuộc tìm kiếm các chất cao su tổng hợp mới và các
quy trình sản xuất mới. Kết quả của những nỗ lực này là phát minh ra cao su "Buna
S" (Cao su styren-butadien). Đây là sản phẩm đồng trùng hợp của butadien
và styren, ngày nay, nó chiếm một nửa sản lượng cao su tổng hợp toàn cầu.
Cho đến năm 1925, giá cao su tự nhiên đã tăng đến ngưỡng mà rất nhiều công
ty bắt đầu tìm kiếm các phương pháp sản xuất cao su nhân tạo nhằm cạnh tranh với
sản phẩm thiên nhiên. Ở Mỹ, quá trình tìm kiếm tập trung vào các nguyên liệu
khác với những gì đang được nghiên cứu ở Châu Âu. Hãng Thiokol bắt đầu bán
9


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

cao su tổng hợp Neoprene năm 1930. Hãng DuPont, dựa trên kết quả nghiên cứu
trong phòng thí nghiệm ở Nieuwland cũng tung ra thị trường loại cao su tương tự
năm 1931.
Sản lượng cao su tổng hợp của Hoa Kỳ tăng rất nhanh trong Chiến tranh thế
giới lần thứ hai bởi Phe Trục phát xít kiểm soát gần như toàn bộ nguồn cung cấp
cao su tự nhiên của thế giới - Đế quốc Nhật Bản chiếm đóng Đông Á. Những cải
tiến nhỏ của quá trình chế tạo cao su nhân tạo tiếp diễn sau chiến tranh. Đến đầu
những năm 1960, sản lượng cao su tổng hợp đã vượt qua cao su tự nhiên.

Trong đó có một số loại thông dụng được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống

Cao su Isoprene (IR)
Là loại cao su tổng hợp có công thức giống với cao su thiên nhiên, có tính dính tốt
khi ở dạng bán thành phẩm, có độ bền kéo và độ nẩy cao, độ bền xé tốt. Tuy nhiên,
nó khác với cao su thiên nhiên ở một số điểm:
-

IR đồng đều hơn NR

-

Do IR có trọng lượng phân tử phân tán trong dãy hẹp nên nó ít có khuynh

hướng kết tinh do kéo căng, vì vậy lực kéo cũng như lực xé sẽ kém hơn NR.
Thông thường, tương tự như NR các nối liên kết bất bảo hòa trên mạch chính của
IR cũng cần được bảo vệ để chống lại oxygen, ozone và ánh sáng.
IR có tính kháng dầu kém, không kháng được các hydrocarbon thơm, béo và được
halogen hóa. Kháng được các hóa chất vô cơ trừ các acid có oxy. IR không thích
hợp dùng trong các chất lỏng hữu cơ ngoại trừ alcohol nếu nó có trọng lượng phân
tử thấp.
IR có thể được lưu hóa bằng những hệ thống tương tự như NR. Nhưng do khác với
NR ở chỗ không có các thành phần không phải cao su nên việc tạo hỗn hợp sẽ khác
mặc dù có cùng nguyên tắc với NR. Lượng acid stearic cần tăng lên để hoạt hóa
10


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

quá trình lưu hóa, lượng chất gia tốc cần tăng 10 % để có thể đạt được tốc độ lưu

hóa bằng với NR.
IR có thể được dùng thay thế cho NR trong tất cả các ứng dụng, và thường được
kết hợp với cao su polybutadien và Styrene.

Polybutadien (BR)
BR được tổng hợp bằng phương pháp polymer hóa dung dịch và thu được
hàm lượng chủ yếu là cis- 1,4 và 1,2 vinyl. Khi hàm lượng cis 1,4 vinyl cao
( >90%) polymer có Tg khoảng -900C với độ độ chịu lạnh cực kì tốt, độ kháng
mòn và độ nẩy cao. Tuy nhiên, độ nẩy cao lại dẫn đến khả năng bám trên bề mặt
ướt kém làm cho BR bị hạn chế trong các ứng dụng làm nền cho nhiều hợp chất.
Hầu hết các loại BR khó cán trộn do có độ dính thấp, khả năng đản hổi của nó tạo
khả năng đúc ép kém. Để cải thiện tính đúc ép có thể sử dụng các Peptiser cho quá
trình gia công.
Do mạch chính có các liên kết bất bảo hòa nên BR cũng cần được bảo vệ chống
các tác nhân gây lão hóa. Khả năng kháng dầu của polymer kém và nó cũng như
IR không kháng được hydrocarbon thơm, béo và halogen hóa.
BR có thể được lưu hóa bằng hệ lưu huỳnh, hệ mang chất cho lưu huỳnh hay
peroxide. Lưu hóa BR bằng hệ peroxide sẽ hiệu quả hơn phần lớn các liên kết
mạng được tạo bằng phản ứng gốc tự do khác, sản phẩm sẽ có độ nẩy cao nên
11


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

được ứng dụng làm các “superballs”.
Các hợp chất dựa trên loại polymer này chỉ đạt được tính chất tốt nhất ở hàm lượng
dầu và chất độn cao.
Hầu hết BR được ứng dụng trong sản xuất vỏ xe, và chủ yếu là ở dạng hỗn hợp với

các polymer khác như NR, SBR. Khi đó BR giúp giảm sự tích tụ nhiệt và cải thiện
tính kháng mòn cho hỗn hợp. Ma sát của vỏ xe vào mùa đông cũng được cải thiện
bằng cách sử dụng hàm lượng BR cao. Ngoài ra, BR còn được dùng làm đế giầy,
băng chuyền, dây curoa…

Epichlorohydrin Polymers (CO/ECO/ETER)
Epichlorohydrin là một loại terpolymer có chứa một lượng nhỏ allyl glycidyl bất
bảo hòa.
12


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Do các homopolymer có độ phân cực cao tạo cho polymer khả năng kháng dầu tốt
nhất, nhưng lại có độ chịu lạnh kém. Homopolymer cũng có tính thấm khí thấp.
Sườn carbon bất bão hòa giúp vật liệu kháng tốt oxy, ozone và ánh sáng.
Epichlorohydrin kháng được các hydrocarbon béo và thơm, alcohol, alkalis , các
khoáng hòa tan và các acid có chứa oxy. Nhưng lại bị tấn công mạnh bởi các tác
nhân oxy hóa, chlorine và các khoáng mạnh.
Phương pháp chủ yếu để khâu mạng homopolymer và polymer này là dùng
thiourea với những điều kiện cơ bản của phản ứng lưu hóa. Một hợp chất nhận điện
tử cũng được cho vào, thường là chì dioxid, chì đỏ, oxid magiê …Hệ lưu hóa được
sử dụng nhiều nhất là thiourea /ethylen thiourea. Bên cạnh đó, các terpolymer cũng
có thể được lưu hóa bằng hệ lưu huỳnh hay peroxid, khả năng này giúp
Epichlorohydrin có thể được sử dụng kết hợp với các polymer khác chẳng hạn như
Nitrile…
Ứng dụng chính của Epichlorohydrin là trong lĩnh vực tự động với rất nhiều loại
khớp nối và đệm làm kín khác nhau, các o-rings và màng ngăn…

Ngoài ra các chúng còn được dùng trong sản xuất các trục lăn và nhiều ứng dụng
khác ở nhiệt độ thấp.
Polychloroprene
Loại polymer này thường nhưng không chính xác được gọi với tên thương mại là
Neoprene.
CR được tổng hợp bằng quá trình polymer hóa nhũ tương. Polymer này không thể
thương mại được nếu dựa trên dạng cis 1,4, mà phải là dạng trans 1,4 với điểm
chảy tinh thể, Tm khoảng +750C và nhiệt độ Tg khoảng -450C, có thể kết tinh dễ
dàng. CR không kết tinh khi hòa tan vào trong dung môi nhưng sẽ kết tinh khi
dung môi bay hơi, thuận lợi cho việc tạo sự kết dính bề mặt.
Nhiệt độ của quá trình polymer hóa sẽ ảnh hưởng lên tính chặt chẽ của polymer thu
được ở dạng trans 1,4. Khi nhiệt độ tăng lên từ -400C đến +400C sẽ làm tăng hàm
lượng dạng 1,2 và 3,4 dẫn đến làm giảm tính điều hòa và sự kết tinh của polymer.
Do đó, CR càng có tính giống cao su khi nhiệt độ polymer hóa càng tăng. Khả
13


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

năng kết tinh của CR cũng có thể được điều khiển bằng cách copolymer hóa nó với
một lượng nhỏ monomer khác.Do có sự cân bằng giữa độ bền kéo, tính kháng dầu
và khả năng chống cháy, cũng như khả năng kháng ozone, thời tiết và lão hóa mà
CR có nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, điển hình như các V-belts, băng
tải, các loại kích cáp và dây điện, lớp bọc chống cháy…

14

TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Polynorbornene
Có cấu trúc vòng trên mạch chính, Tg khá cao +350C nên polymer không giống
cao su ở nhiệt độ môi trường thông thường mà cần phải làm dẻo để có được tính
đàn hồi.
Vật liệu này có thể được kéo dãn khi có mặt một lượng lớn dầu với một độ bền có
thể chấp nhận được, có khả năng chống sốc tốt nên được ứng dụng vào các thiết bị
chống rung và giảm ồn.
Polynorbornene không kháng được dầu và các dung môi vì chúng có thể tác động
lên các chất hóa dẻo bên trong nó.
15


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Vật liệu này có thể được lưu hóa bằng lưu huỳnh lẫn peroxid nhưng cần phải được
bảo vệ khỏi oxy, ozone và tia UV.Chủ yếu dùng bọc trục cao su và các chi tiết
chống sốc, chống rung…
3.3 Cao su buna – S
Cao su styren-butađien còn gọi là cao su buna S là một loại cao su tổng hợp. Nó
được viết tắt là SBR ( Styrene Butadiene Rubber) là chất đồng trùng hợp từ 2 đồng
phân là butadiene và styren. Nó được nhà hóa học người Đức Walter Bock tổng
hợp thành công lần đầu tiên vào năm 1929 bằng phương pháp polymer nhũ tương
hai cấu tử này. Nó cũng là loại cao su tổng hợp đầu tiên có khả năng sử dụng ở quy
mô kinh tế-thương mại.

SBR là loại cao su tổng hợp được sử dụng nhiều nhất chiếm hơn 45% tổng lượng
cao su tiêu thụ trên toàn cầu. Trong đó, ứng dụng sản xuất lốp xe là nhiều nhất và
tiêu thụ trên 75% lượng SBR sản xuất trên thế giới. Ngoài ra, SBR còn được ứng
dụng làm nguyên liệu để sản xuất rất nhiều vật dụng khác như giày dép,chất kết
dính, các thiết bị máy móc: trục máy in, tấm lót bàn phím, tấm đệm, …
Tính chất:
- Nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh (Tg) của SBR vào khoảng -55oC phụ thuộc vào
hàm lượng styrene.
- Nhiệt độ sử dụng : -40 đến 100oC
- Độ giãn dài (%) : 450-5005.
Do nhu cầu trong ngành công nghiệp chế tạo lốp xe tăng lên, dẫn đến nhu cầu tiêu
thụ SBR tăng đều đặn trong suốt 10 năm qua. Từ 3.286.677 tấn năm 2000 lên
4.571.201 tấn năm 2010 và dự kiến đạt 8.201.902 tấn/ năm vào năm 2020.
Nghiên cứu vào năm 2010 cho thấy các ngành công nghiệp sản xuất lốp xe chiếm
3.363.045 tấn, giày dép chiếm 315.770 tấn, xây dựng chiếm 247.000 tấn; tức là
chúng chiếm đến hơn 85% nhu cầu SBR trên toàn thế giới.
Các phương pháp sản xuất monomer:
1. Sản xuất butadiene
16


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Butadien (t0s=-4,4130C, d204=0,6211) là một sản phẩm hóa dầu phổ biến, nhờ đó là
sự phát triển của các loại polyme đồng trùng hợp với styren và acrylonitril. Quá
trình sản xuất butadien gần đây nhất là từ acetylene và formaldehyt (Germany, the
Reppe process) hoặc sản xuất bằng phương pháp aldol hóa acetandehyt (Germany),
hoặc dehydrat hóa, dehydro hóa etanol (USSR, United States: Union Carbide)

Các phương pháp sản xuất ngày nay đi từ nguyên liệu dầu mỏ. Tại châu Âu và
Nhật, butadien được phân tác từ phân đoạn C4 của quá trình steam craking. Tại
Mỹ, nó có thể được sản xuất bằng cách dehydro hóa n-butan và đặc biệt là n-buten
trong phân đoạn C4 từ cracking xúc tác
2. Dehydro hóa xúc tác trực tiếp
Butadien từ dehydro hóa vẫn cung cấp 1/15 sản lượng trên tòan thế giới năm 1981,
nhưng đến năm 1990, phương pháp tổng hợp này gần như không còn xuất hiện.
Đầu tiên là từ buten, sau đó từ butan trong 2 giai đoạn với nguyên liệu trung gian
là buten và cuối cùng trong 1 giai đoạn gồm:
Dehydro hóa buten có xúc tác
Với điều kiện cần thiết Buten chỉ có trong hỗn hợp trong phân đoạn C4 (25 đến 45
phần trăm khối lượng) gồm n-buten, iso-buten, n-butan và iso-butan. Để đạt yêu
cầu cho quá trình dehydro hóa, nồng độ n-buten trong nguyên liệu phân đoạn C4
phải ít nhất 70%, có thể là 80-95%. Bởi vì từ sự chuyển hóa buten thành butadien
chỉ xảy ra một phần trong mỗi đoạn xúc tác, phần chưa chuyển hóa phải được tuần
hoàn lại. Vì thế các hydrocacbon C4 phải được giới hạn đến mức có thể, để tránh
làm mất một số lượng buten chưa được chuyển hóa trong phần cặn. Sự dehydro
hóa xảy ra theo phản ứng sau:

Phản ứng là cân bằng, thu nhiệt. Do đó phản ứng thích hợp ở nhiệt độ cao và áp
suất thấp.
17


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

3.4 Cao su buna – N

5.Ứng dụng của EPDM
5.1 EPDM làm gioăng bít kín cho cửa máy giặt
Gioăng cửa của máy giặt loại cửa trước giữa cửa kính và ống trước lồng máy
giặt. Gioăng làm kín này phải chịu được mức độ rung động đáng kể trong khi lồng
máy giặt chứa quần áo quay tốc độ cao trong giai đoạn làm khô.
Ống trước lồng máy giặt được di chuyển tự do trên hệ thống treo của nó vì trọng
tải giặt không bao giờ cân bằng.
Gioăng này củng phải bền với lão hóa gây ra bởi ảnh hưởng của khí quyển và các
thành thần của bột giặt.
Để có thể thực hiện được chức năng làm kín của mình một cách hoàn hảo hỗn hợp
cao su làm gioăng cần có độ bền xé và bền nén tốt.
Hỗn hợp cao su này củng phải được thiết kế để có độ chảy tốt khi gia công bằng
phương pháp ép va thường nó phải có màu sáng.
Thiết kế hỗn hợp cao su:
Hỗn hợp cao su được làm từ một loại cao su EPDM có trọng lượng phân tử cao và
đã có sẵn 100 phần trọng lượng dầu trong thành phần (buna EPG 3569).
18


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Trọng lượng phân tử cao của cao su cùng với silica tăng cường lực ( Vulkasyl S) và
silane giúp đảm bảo độ bền xé và bền nén cao.
EPDM có khả năng chịu lão hóa và bền với các hóa chất mạnh của bột giặt.
Độ bền lão hóa của nó còn được tăng cường bằng việc đưa vào cao su hỗn hợp
phòng lão có tính hiệp lực Rhenofit DDA 70 và Vulkanox ZMB2.
Hệ lưu hóa sử dụng các xúc tiến không gây nguy cơ ung thư mà tạo ra tốc độ lưu
hóa nhanh. Hàm lượng lưu huỳnh thấp cùng với các chất mang lưu huỳnh không

gay nguy cơ ung thư được người ta sử dụng để tạo ra độ bền nén tốt nhất.
5.2 Hạt cao su EPDM màu
Hạt cao su EPDM màu đàn hồi và dẻo dai, được sử dụng làm bề mặt: Sân chơi,
đường chạy, sân thể thao nhằm:
•
•
•
•
•
•
•
•

Kháng trượt, kháng mòn
Giảm xóc, giảm chấn thương
Kháng thời tiết, UV, bền theo thời gian
Hạt cao su EPDM màu hiện nay được cung cấp:
Màu sắc đa dạng
Kích thước hạt nhỏ , phân bố đồng đều
Độ cứng shore A trong khoảng rộng.
Có sẵn công thức kháng cháy nếu có yêu cầu
Một số ví dụ về EPDM màu:
Sân cỏ nhân tạo sử dụng cao su EPDM màu:
Ứng Dụng Chính Của Cao Su EPNM Bao Gồm:
- Công nghiệp xe hơi:
+Gioăng và prolife làm kín cho cửa, cửa sổ
Ron cửa, ron kính:

19

TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

+Ống các loại (ống thoát, ống chịu nhiệt, ống chân không,…), chi tiết giảm chấn.
Ống thoát nước:

20


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Cao su giảm chấn:

Ống chịu nhiệt cao cấp:

-Ứng dụng cho ngành nhựa:
+Làm cản xe hơi & TPO, TPE, TPV
VD:Cản trước xe Santafe 2013

21


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

22


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

-Cao ốc và xây dựng:
+Tấm lợp mái nhà và profile nhà cao tầng, cửa sổ và đệm cầu, tấm trải sàn, khu vui
chơi;
Profile nhà cao tầng:

Tấm trải sàn:

Thảm trải sàn 4D cao cấp dành cho ô tô:

23


TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

-Chi tiết cao su kỹ thuật:
+Gioăng máy giặt, bình nước uống và lớp lót bồn chứa, trục, ống, băng tải, đệm
xốp.
Gioăng cửa lồng máy giặt Electrolux:

24

TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ĐÀO NGỌC LÂM

Các loại đệm xốp:

25