Nghiên cứu chế tạo cao su blend đi từ cao su tự nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đề tài:
Nghiên cứu chế tạo cao su blend đi từ cao su tự nhiên.

Tác giả luận văn:

LÊ NHƯ ĐA

Khóa:
Người hướng dẫn:

2009
TS. Hoàng Nam

Hà Nội - 2011
1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đề tài:
Nghiên cứu chế tạo cao su blend đi từ cao su tự nhiên.

Tác giả luận văn:

LÊ NHƯ ĐA

Khóa:

2009

Người hướng dẫn:

TS. Hoàng Nam

Hà Nội – 2011
2


NỘI DUNG TÓM TẮT:
a) Lý do chọn đề tài
Vật liệu blend có tiềm năng phát triển và ứng dụng rất lớn, là chủng loại vật liệu
của hiện tại và tương lai do đáp ứng được những yêu cầu ngày càng cao của kỹ thuật
và đời sống. Việc chế tạo vật liệu cao su blend đi từ cao su tự nhiên có thể tạo ra được
một vật liệu mới mang những tính chất ưu việt của cao su tự nhiên và cao su EPDM.
Vật liệu này có một số ưu thế cơ bản so với các loại vật liệu cao su truyền thống
b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
Nghiên cứu chế tạo cao su blend đi từ cao su tự nhiên.
c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả :
Trong luận văn thạc sĩ, tác giả đã tiến hành các nghiên cứu có liên quan đến vật
liệu blend đi từ cao su tự nhiên và cao su EPDM, cụ thể là:
-

Xác định đơn chuẩn của cao su EPDM trong blend

-

Xác định đơn chuẩn của CSTN trong blend

-

Khảo sát các chất liên kết cho blend CSTN/CS EPDM

-

Khảo sát các tỉ lệ blend CSTN/CS EPDM

-

Lựa chọn được chất liên kết và tỉ lệ blend CSTN/CS EPDM phù hợp
d) Phương pháp nghiên cứu
Tác giả đã sử dụng các máy móc, thiết bị hiện đại để nghiên cứu, khảo sát vật

liệu như: Kính hiển vi điện tử quét, máy trộn hai trục vít Brabender, máy đo tính chất
cơ lý đa năng Instron … vì vậy các kết quả khá là chính xác, đầy đủ.
e) Kết luận
Các kết quả khoa học của luận án là hoàn toàn mới và có giá trị ứng dụng thực
tế. Các kết luận phản ánh đầy đủ những nội dung nghiên cứu đã trình bày trong tóm tắt
luận án.
3

1. Đã lựa chọn được hai phối liệu cao su tự nhiên và cao su EPDM với hệ xúc
tiến lưu hóa như nhau: EZ, CZ, TMTD, … Hai phối liệu cao su này có chế
độ lưu hóa như nhau: nhiệt độ 120 oC, thời gian 25 phút, áp suất 20 Kgf/cm2.
2. Đã lựa chọn được tỉ lệ giữa hai loại cao su CSTN/EPDM = 70/30 để chế tạo
blend với chế độ lưu hóa: nhiệt độ 120 o C, thời gian 25 phút, áp suất 20
Kgf/cm2.
3. Trong số 4 hệ chất trợ tương hợp được khảo sát thì DTDM không có khả
năng tăng cường mức độ trộn hợp của CSTN và EPDM trong blend
CSTN/EPDM. Mức độ cải thiện tính chất được xếp theo thứ tự:
AM < PEgMA < AM/BPO
4. Đã chế tạo được blend CSTN/EPDM với chất trợ tương hợp AM/BPO. Hàm
lượng AM/BPO thích hợp là 2 pkl AM/0,2% BPO so với 100 pkl EPDM.
Blend có các tính chất cơ học sau:
Độ bền kéo

13,24 MPa

Độ dãn dài khi đứt
Độ cứng

492,8%

53 shore A

4


Luận văn tốt nghiệp cao học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LÊ NHƢ ĐA

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU BLEND ĐI TỪ CAO SU TỰ NHIÊN

Chuyên ngành : KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU PHI KIM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. HOÀNG NAM

Hà Nội – 2011

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

1


Luận văn tốt nghiệp cao học

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy
cô giáo và các bạn đồng nghiệp cùng sự nỗ lực cố gắng của bản thân, luận văn tốt
nghiệp cao học của tôi đã đƣợc hoàn thành.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các đồng nghiệp tại trung tâm
nghiên cứu vật liệu Polyme trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là thầy giáo,
TS. Hoàng Nam đã tận tình dạy dỗ, bồi dƣỡng tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành
luận văn này.

Do thời gian làm luận văn có hạn, điều kiện nghiên cứu hạn chế nên không
tránh khỏi thiếu sót. Tôi rất mong nhận đƣợc những đóng góp từ các thầy, cô giáo và
các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn chỉnh hơn.
Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2011
Học viên

Lê Nhƣ Đa

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

2


Luận văn tốt nghiệp cao học

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và kết quả
nghiên cứu trong luận văn là trung thực, đƣợc các đồng tác giả cho phép sử dụng và
chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Tác giả

Lê Nhƣ Đa

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

3


Luận văn tốt nghiệp cao học

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................... 7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...................................................................... 10
MỞ ĐẦU .................................................................................................... 11
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ POLYME BLEND CSTN/EPDM .......... 13
1.1. Cao su thiên nhiên (CSTN) .................................................................... 13
1.1.1. Lịch sử phát triển................................................................................ 13
1.1.2. Thành phần và cấu tạo hoá học của CSTN. .......................................... 14
1.1.2.1. Thành phần của CSTN. .................................................................... 14
1.1.2.2. Cấu tạo hoá học ............................................................................... 15
1.1.3. Tính chất của CSTN. .......................................................................... 16
1.1.3.1. Tính chất vật lý của CSTN. .............................................................. 16
1.1.3.2. Tính chất cơ lý của CSTN. ............................................................... 17
1.1.3.3. Tính chất công nghệ của CSTN. ....................................................... 18
1.1.3.4. Ứng dụng của CSTN ....................................................................... 18
1.2. Cao su EPDM ....................................................................................... 18
1.2.1. Lịch sử phát triển ............................................................................... 18
1.2.2. Cấu tạo hóa học của cao su EPDM ...................................................... 19
1.2.3. Tính chất của cao su EPDM ................................................................ 21
1.2.3.1 Khả năng chịu nhiệt .......................................................................... 22
1.2.3.2. Khả năng chịu ozon và thời tiết ........................................................ 23
1.2.3.3. Khả năng chịu với hóa chất và các dung môi hữu cơ ......................... 23
1.2.3.4. Một số tính chất khác....................................................................... 23
1.3. Hiểu biết chung về vật liệu blend. .......................................................... 24
1.3.1. Những khái niệm cơ bản. .................................................................... 24
1.3.2. Những yếu tố ảnh hƣởng tới tính chất của vật liệu blend. ..................... 25
1.3.3. Những biện pháp tăng cƣờng tính tƣơng hợp của blend. ....................... 26
1.3.3.1. Sử dụng các chất tƣơng hợp là polyme. ............................................ 26
1.3.3.2. Sử dụng các chất tƣơng hợp là hợp chất thấp phân tử. ....................... 27
1.3.3.3. Ứng dụng các blend trên cơ sở các polyme có phản ứng chuyển vị. ... 28

1.3.3.4. Sử dụng các phƣơng pháp cơ hoá. .................................................... 28
1.3.3.5. Thêm vào hệ các chất khâu mạch chọn lọc........................................ 28
1.3.3.6. Gắn vào polyme thành phần các nhóm chức có tƣơng tác đặc biệt. .... 28
1.3.3.7. Thêm vào hệ các ionome.................................................................. 29
1.3.3.8. Thêm vào polyme thứ ba trộn lẫn (một phần) với tất cả các pha. ........ 29
1.3.3.9. Tạo các mạng lƣới đan xen nhau. ..................................................... 29
1.3.3.10. Phƣơng pháp hỗn hợp tăng cƣờng tƣơng hợp các polyme. ............... 29
Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

4


Luận văn tốt nghiệp cao học

1.3.4. Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu polyme blend .................................. 30
a. Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme. .............................................. 30
b. Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy. ........................................... 31
1.3.5. Ƣu điểm của vật liệu polyme blend. .................................................... 31
1.3.6.1. Nghiên cứu, ứng dụng tại Việt Nam ................................................. 32
1.3.6.2. Nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới .................................................. 34
CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGIÊN CỨU ............ 38
2.1. Hóa chất và nguyên liệu ........................................................................ 38
2.2. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu.......................................................... 38
2.2.1. Máy luyện hở ................................................................................... 38
2.2.2. Máy ép thủy lực ................................................................................. 38
2.2.3. Máy trộn kín Brabender ...................................................................... 39
2.2.4. Máy thử cơ lý ..................................................................................... 39
2.2.5. Máy đo độ cứng ................................................................................. 41
2.2.6. Máy đo độ mài mòn............................................................................ 41
2.2.7. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) ......................................................... 42

2.2.8. Thiết bị cắt mẫu cao su ....................................................................... 42
2.2.9. Cân phân tích ..................................................................................... 42
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................ 43
3.1. Nghiên cứu xác định chế độ lƣu hoá cho blend cao su EPDM/CSTN....... 43
3.1.1.
Cao su EPDM.............................................................................. 43
3.1.1.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lƣu hoá....................................................... 44
3.1.1.2. Ảnh hƣởng của thời gian lƣu hoá...................................................... 45
3.1.1.3. Ảnh hƣởng hàm lƣợng phần than kỹ thuật HAF đến tính chất cơ học
của hỗn hợp cao su EPDM ........................................................................... 46
3.1.2. Cao su thiên nhiên (CSTN) ................................................................. 47
3.1.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ lƣu hoá....................................................... 49
3.1.2.2. Ảnh hƣởng của thời gian lƣu hoá...................................................... 50
3.1.2.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng TMTD đến tính chất cơ học CSTN.......... 51
3.2. Nghiên cứu sử dụng chất trợ tƣơng hợp để chế tạo blend EPDM/CSTN .. 54
3.2.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ cao su ................................................................. 54
3.2.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của chất trợ tƣơng hợp đến mức độ tƣơng hợp
CSTN/EPDM .............................................................................................. 56
3.2.2.1. Chất trợ tƣơng hợp DTDM............................................................... 56
3.2.2.2. Sử dụng PEgMA làm chất trợ tƣơng hợp cho blend CSTN/EPDM.... 59
3.2.2.3. Sử dụng AM làm chất trợ tƣơng hợp của blend CSTN/EPDM .......... 63
3.2.2.4. Sử dụng BPO (benzoyl peroxit)....................................................... 67
KẾT LUẬN................................................................................................. 70

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

5


Luận văn tốt nghiệp cao học

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 71

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

6


Luận văn tốt nghiệp cao học

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu và chữ viết tắt

Tên bảng

CSTN,NR

Cao su tự nhiê

EPDM

Etylen Propylen Dien Monome

EPM

Ethylen Propylen copolyme

PP

Polypropylen

PE

Polyetylen

PS

Polystyren

PA

Polyamid

MA

Maleic Anhydryt

CR

Cao su clopren

ENB

Ethylidene norbornene

SBR

Cao su Butadien Styren

BR

Cao su Butadien

CZ

N – Cyclohexy – 2 Benzothiazole Sulfenamide

EZ

Zinc – Diethyl Dithiocarbamate

TMTD

Tetrametyl thiuram disunphit

DTDM

Dithio – bis – mocpholin

M

Mecaptobenzothiazol

HAF

Muội than lò bền mài mòn (high abrasion furnance)

BPO

Benzoyl peroxide

SEM

Scanning electron microscope

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

7


Luận văn tốt nghiệp cao học

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng
số

Tên bảng

Trang

1.1
1.2

Tình hình sản xuất(SX) CSTN trên thế giới
Mức tiêu thụ cao su tự nhiên trên thế giới

13
14

1.3
1.4

Thành phần chính của CSTN
Tính chất vật lý của CSTN

15
16

1.5

Hợp phần cao su tiêu chuẩn

17

1.6
1.7

Tính chất cơ lý của CSTN
Một số tính chất của cao su EPDM

17
21

3.1
3.2

Phối liệu cao su EPDM
Một số tính chất cơ học của mẫu cơ bản EPDM

43
44

3.3

Ảnh hƣởng của nhiệt độ lƣu hoá đến tính chất cơ học của hỗn hợp

45

cao su EPDM

3.4

Ảnh hƣởng thời gian lƣu hóa đến tính chất cơ học của cao su EPDM

46

3.5

Ảnh hƣởng của hàm lƣợng phần than HAF đến tính chất cơ học của

47

mẫu cao su EPDM

3.6

Phối liệu CSTN

48

3.7

Tính chất cơ học của mẫu CSTN cơ bản

49

3.8
3.9

Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tính chất cơ học của hỗn hợp

50
51

Ảnh hƣởng của thời gian đến tính chất chất cơ học của hỗn hợp
CSTN

3.10

Ảnh hƣởng của hàm lƣợng TMTD đến tính chất cơ học của hỗn hợp

52

CSTN

3.11

Ảnh hƣởng của tỷ lệ CSTN/CS EPDM đến tính chất cơ học của

55

blend.

3.12

Ảnh hƣởng của hàm lƣợng DTDM đến tính chất cơ học của blend

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

8

58


Luận văn tốt nghiệp cao học

3.13

Ảnh hƣởng của hàm lƣợng PEgMA đến tính chất cơ học của blend

61

3.14

Ảnh hƣởng tỉ lệ AM đến tính chất cơ học của blend CSTN/EPDM

64

3.15

3.16

Ảnh hƣởng của hàm lƣợng BPO đến tính chất cơ học của blend

68
69

So sánh tính chất blend CSTN/EPDM với các chất trợ tƣơng hợp
khác nhau.

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

9


Luận văn tốt nghiệp cao học

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình vẽ

Tên hình vẽ, đồ thị

Trang

số
1.1

Cấu tạo hoá học CSTN

15

1.2

Biểu đồ sản xuất cao su EPDM trên thế giới.

19

1.3

Công thức tổng quát của EPDM

19

1.4

Cấu trúc của EPDM có chứa ENB

20

2.1

Hình dạng và kích thƣớc mẫu đo độ bền kéo đứt

39

2.2

Hình 2.2: hình dạng và kích thƣớc mẫu đo độ bền xé rách

41

2.3

Mẫu đo độ mài mòn vật liệu

42

3.1

Giản đồ momen xoắn của quá trình trộn DTDM với EPDM

57

3.2

Giản đồ momen xoắn của quá trình trộn paste DTDM/EPDM với

58

EPDM
3.3

Giản đồ momen xoắn của quá trình trộn PEgMA/EPDM

60

3.4

Giản đồ momen xoắn của quá trình trộn paste PEgMA/EPDM

61

với EPDM
3.5

Ảnh SEM bề mặt gẫy của blend CSTN/EPDM với 3 pkl PEgMA

62

3.6

Giản đồ momen xoắn quá trình trộn AM với EPDM

63

3.7

Giản đồ trộn hợp EPDM/AM với EPDM-CSTN

64

3.8

Ảnh SEM mặt gẫy của blend CSTN/EPDM với các hàm lƣợng

65

AM

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

10


Luận văn tốt nghiệp cao học

MỞ ĐẦU
Trong một vài thập niên gần đây, ngành khoa học vật liệu đã có nhiều thành
tựu quan trọng nhƣ nghiên cứu chế tạo, triển khai ứng dụng có kết quả các vật liệu
polyme compozit. Và nổi bật lên trong đó có vật liệu blend . Đây là loại vật liệu mới
có mức tiêu thụ hàng năm trên thế giới cỡ khoảng 1,5 triệu tấn và vẫn đang tăng
trƣởng nhanh, ƣớc tính vào khoảng 8 – 10% trong những năm tới.
Vật liệu blend có tiềm năng phát triển và ứng dụng rất lớn, là chủng loại vật
liệu của hiện tại và tƣơng lai do đáp ứng đƣợc những yêu cầu ngày càng cao của kỹ
thuật và đời sống. Các nhà khoa học nhận định thế kỷ 21 là thế kỷ của công nghệ cao
và vật liệu mới, trong đó vật liệu blend sẽ đƣợc chú ý nhiều.
Để tạo ra một polyme mới với nhƣng tính năng ƣu việt, có thể dùng nhiều
phƣơng pháp khác nhau, tuy nhiên phải chịu nhiều phí tổn. Song với phƣơng pháp
blend hóa ngƣời ta có thể :
+ Sử dụng các máy móc và thiết bị thông dụng trong công nghệ và gia công
nhựa nhiệt dẻo để chế tạo và gia công vật liệu blend.
+ Chế tạo đƣợc vật liệu có tính chất là tổ hợp các tính chất tối ƣu của các
polyme thành phần theo hƣớng có lợi, phù hợp với yêu cầu sử dụng khác nhau.
+ Tạo nên vật liệu có tính chất hoàn toàn mới so với các polyme thành phần.
+ Có khả năng tổ hợp nhiều loại polyme tổng hợp, nhân tạo và tự nhiên hiên
có.
Cao su thiên nhiên là một loại polyme tự nhiên, có tính đàn hồi cao, khả năng
phối trộn với các phụ gia, chất độn tốt, hợp phần có tính kết dính nội tốt. Có khả năng
gia công trên các thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo nhƣ ép, cán, tráng, đùn …Đặc biệt,

nó có tính chất cơ lý cao nhƣ: độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt, độ dãn dƣ sau khi
đứt, độ nén dƣ…
Ngoài ra cao su thiên nhiên có giá thành thấp và sẵn có ở Việt Nam cũng nhƣ
trên thế giới . Tuy nhiên cao su thiên nhiên có những hạn chế nhất định nhƣ: khả năng
Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

11


Luận văn tốt nghiệp cao học

chịu dầu, chịu nhiệt chịu hóa chất kém, dễ bị lão hóa trong môi trƣờng không khí, đặc
biệt nhanh hỏng dƣới tác dụng của ozon. Vì vậy, cao su thiên nhiên thuần túy không
dùng làm cao su chất lƣợng cao trong kỹ thuật .
Cao su EPDM là một cao su tổng hợp, có độ bền cơ lý thấp. Nhƣng, ngƣợc lại
nó có khả năng phòng chống lão hóa rất tốt, đặc biệt với các tác nhân oxi hóa, ozon,
lão hóa nhiệt, do cấu trúc mạch đại phân tử trơ về mặt hóa học.
Việc phối trộn hai loại cao su trên có thể khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của
từng cao su thành phần, tạo ra đƣợc một vật liệu mới mang những tính chất ƣu việt
của hai loại cao su mà từng loại cao su riêng biệt không thể có đƣợc. Vật liệu này có
một số ƣu thế cơ bản so với các loại vật liệu cao su truyền thống:
-

Lấp đƣợc khoảng trống về tính chất công nghệ và giá thành giữa các loại cao

su và polyme thành phần. Qua đó ngƣời ta có thể tối ƣu hóa về mặt giá thành và tính
chất của vật liệu sử dụng.
-

Tạo khả năng phối hợp tính chất mà những loại vật liệu khác khó có thể đạt

đƣợc, do vậy đáp ứng những yêu cầu cao của hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật.
Theo hƣớng chế tạo vật liệu blend và ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật,
nhiêm vụ đặt ra là:
“ Nghiên cứu chế tạo cao blend đi từ cao su tự nhiên”

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

12


Luận văn tốt nghiệp cao học

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ POLYME BLEND CSTN/EPDM
1.1. Cao su thiên nhiên (CSTN)
1.1.1. Lịch sử phát triển.
CSTN lần đầu tiên đƣợc các thổ dân Nam Mỹ sử dụng vào nửa cuối thế kỷ 16.
Khi ấy họ chỉ biết trích cây lấy nhựa rồi tẩm vào sợi làm giầy dép đi rừng, leo núi.
Những chiếc giày làm bằng vải tẩm nhựa này có thời gian sử dụng không lâu lại dính
và gây cảm giác khó chịu. Sau đó các thổ dân đã biết sử dụng đất cát ở những nơi có
núi lửa hoạt động để xoa vào, vừa chống dính vừa kéo dài thời gian sử dụng [6,16].
Đến năm 1839, Charles Goodyear phát minh ra quá trình lƣu hoá cao su bằng
lƣu huỳnh. Đến nay các sản phẩm từ cao su và cao su kỹ thuật đƣợc sản xuất từ CSTN
tăng lên, đồng thời diện tích trồng cây cao su cũng tăng lên [5,6].
Bảng1.1: Tình hình sản xuất(SX) CSTN trên thế giới [3]
(Đơn vị: nghìn tấn)
Năm

1990

1995

2000

2005

2008

SX

5.708

5.922

6.566

7.180

9.850

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

13


Luận văn tốt nghiệp cao học

Bảng 1.2 Mức tiêu thụ cao su tự nhiên trên thế giới

Hiện nay ở Việt Nam, có hơn 500000 ha cây cao su đƣợc trồng tập trung ở

Đông Nam Bộ (339000 ha), Tây Nguyên (113000 ha), Bắc Trung Bộ (41500 ha) và
không ngừng tăng lên.
1.1.2. Thành phần và cấu tạo hoá học của CSTN.
1.1.2.1. Thành phần của CSTN.
Tuỳ thuộc vào tuổi cây cao su, cấu tạo thổ nhƣỡng nơi cây sinh trƣởng, khí
hậu, mùa khai thác mủ và phƣơng pháp sản xuất mà CSTN có thành phần khác nhau.
Trong cao su thiên nhiên , ngoài mạch hydrocacbon có cấu tạo từ các mắt xích
izopenten còn có các hợp chất phi cao su khác: Các hợp chất đƣợc trích ly bằng
axeton ,các chất chứa nitơ, các chất tan trong nƣớc, các chất khoáng và độ ẩm. Hàm
lƣợng các chất phi cao su phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Một trong số các yếu tố có ảnh
hƣởng rất lớn đến thành phần của cao su là phƣơng pháp sản xuất cao su sản phẩm.
Những thành phần chính của CSTN đƣợc cho trong bảng 1.3

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

14


Luận văn tốt nghiệp cao học

Bảng1.3: Thành phần chính của CSTN [5].
Loại cao su
Thành phần chính (%)

Hong khói

Crep trắng

Bay hơi

1

Hydrocacbon

93 95

9395

8590

2

Chất trích ly bằng axeton

1,53,5

2,23,45

3,65,2

3

Chất chứa nitơ

2,23,5

2,43,8

4,24,8

4

Chất tan trong nƣớc

0,30,85

0,20,4

5,55,72

5

Chất khoáng

0,150,85

0,160,85

1,51,8

6

Độ ẩm

0,20,9

0,20,9

1,02,5

1.1.2.2. Cấu tạo hoá học
Cao su thiên nhiên là polyme thuộc loại polyizopren hình thành từ các mắt xích
isopenten:

Hình 1.1: Cấu tạo hoá học CSTN
Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên hình thành từ các mắt xích izopenten
điều hòa không gian mạch thẳng dạng cis (98%- 100%) (các mắt xích isopenten liên
kết với nhau ở vị trí 1,4):

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

15


Luận văn tốt nghiệp cao học

Ngoài các mắt xích đồng phân izopenten 1,4 cis, trong cao su thiên nhiên còn
có khoảng 2% các mắt xích izopenten tham gia vào hình thành mạch đại phân tử ở vị
trí 3,4 [3 – 6].
1.1.3. Tính chất của CSTN.
1.1.3.1. Tính chất vật lý của CSTN.
Ở nhiệt độ thấp, CSTN có cấu trúc tinh thể, vận tốc kết tinh lớn nhất đƣợc xác
định ở nhiệt độ -25oC. CSTN kết tinh có biểu hiện rất rõ ràng: bề mặt cứng, mờ
đục…Các tính chất vật lý đặc trƣng cho CSTN đƣợc cho trong bảng 1.4.
Bảng 1.4: Tính chất vật lý của CSTN [5,6].
Khối lƣợng riêng ( kg/m3 )

913 – 914

Nhiệt độ hoá thuỷ tinh Tg ( oC)

-70oC  -720 C

Hằng số dãn nở thể tích ( dm3/ o C)

656.10 -4

Nhiệt dẫn riêng ( W/m.K )

0,14

Nhiệt dung riêng ( KJ/kg.K )

1,88

Nửa chu kỳ kết tinh ở -25 oC (giờ)

2 đến 4

Góc tổn hao điện môi (tg)

1,6.10 -3

Điện trở riêng ( m )

3.10 12 – 5.10 12

Vận tốc truyền âm (m/s) ( ở 25 o C )

37

Khả năng tan trong dung môi

Mạch

thẳng,

mạch

vòng, CS2,CCl4.
Không tan trong rƣợu,
xetôn.

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

16


Luận văn tốt nghiệp cao học

1.1.3.2. Tính chất cơ lý của CSTN.
CSTN có thể lƣu hoá bằng lƣu huỳnh phối hợp với các xúc tiến lƣu hoá. Tính
chất cơ lý cúa CSTN xác định theo hợp phần cao su tiêu chuẩn.
Bảng 1.5: Hợp phần cao su tiêu chuẩn[5,6].
STT

Thành phần

Hàm lƣợng (Tính theo PKL)

1

Cao su thiên nhiên

100,0

2

Lƣu huỳnh

3,0

3

Xúc tiến lƣu hóa M

0,7

4

ZnO

5,0

5

Axit stearic

0,5

Hỗn hợp lƣu hoá ở 143 2o C, trong thời gian là 2030 (phút) CSTN đƣợc đặc
trƣng bằng một số tính chất cơ lý sau đây :
Bảng 1.6:tính chất cơ lý của CSTN [5,6].
Độ bền kéo đứt ( MPa )

22  28

Độ dãn dài tƣơng đối (%)

600 700

Độ dãn dài dƣ ( % )

 12

Độ cứng (shore A)

65

CSTN có độn đàn tính cao hơn, chịu lạnh tốt, chịu tác động cơ học. CSTN
không có độc tính nên dùng trong y học và công nghiệp thực phẩm[5,6].

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

17


Luận văn tốt nghiệp cao học

1.1.3.3. Tính chất công nghệ của CSTN.

Trong quá trình bảo quản, CSTN thƣờng chuyển sang trạng thái tinh thể, ở
25 0 C – 30 oC, hàm lƣợng pha tinh thể trong CSTN khoảng 40%, trạng thái tinh thể
làm giảm tính mềm dẻo. CSTN có khả năng phối trộn tốt với các loại chất độn và các
chất phối hợp trên máy luyện kín hoặc hở, hợp phần trên cơ sở CSTN có độ kết dính
nội cao, khả năng cán tráng, ép phun tốt, mức độ co ngót kích thƣớc sản phẩm nhỏ.
CSTN có thể phối trộn với các loại cao su không phân cực khác nhƣ IR, PB ... theo
mọi tỉ lệ [5,6,16].
1.1.3.4. Ứng dụng của CSTN
- Đƣợc ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật nhƣ làm mặt lốp ôtô, các sản phẩm đòi hỏi
tính kháng đứt cao, kháng mòn cũng nhƣ độ cứng cao.
- Cao su thiên nhiên có thể sử dụng để sản xuất các mặt hàng dân dụng nhƣ săm lốp
xe máy, xe đạp, các sản phẩm công nghiệp nhƣ băng chuyền, băng tải làm việc trong
môi trƣờng không dầu mỡ.
- Cao su thiên nhiên không độc nên có thể sử dụng để sản xuất các sản phẩm dùng
trong y học và trong công nghiệp thực phẩm.
1.2. Cao su EPDM
1.2.1. Lịch sử phát triển
Cao su EPDM (Ethylen Propylen Dien Monome) đƣợc giới thiệu ở Mỹ năm
1962 với số lƣợng nhỏ và đƣa ra thị trƣờng năm 1963. Nhƣng tốc độ phát triển của
loại cao su này rất nhanh, hiện nay có bốn hãng sản xuất ở Mỹ, ba ở Châu Âu và hai ở
Nhật Bản [20,21].

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

18


Luận văn tốt nghiệp cao học

Cao su EPDM thƣờng đƣợc cung cấp bởi các hãng nổi tiếng nhƣ: Bayer,

Crompton Corp, Exxon – Mobil Chemical Co., DSM Elastromers, Dupont Dow
Elastromers, Herdillia, JSR, Kumho Polychem, Mitsui Chemicals, Polimeri Europa và
Sumitomo Chemical Co. …Dƣới đây là biểu đồ sản xuất cao su EPDM trên thế giới

Sản xuất (Ngàn tấn/ nă m)

những năm gần đây.

Năm
Hình 1.2: Biểu đồ sản xuất cao su EPDM trên thế giới.
1.2.2. Cấu tạo hóa học của cao su EPDM
EPDM là một terpolymer của Ethylene, Propylene và một diene không liên
hợp khác [20,21]. Có thể viết công thức tổng quát của EPDM nhƣ sau:
( CH2

CH 2

)n

(

CH

CH2

(

)m

)p

CH 3

Hình 1.3: Công thức tổng quát của EPDM
Nhóm – dien thƣờng sử dụng trong cao su EPDM là ethylidene norbornene (ENB),
dicyclopentadiene (DCPD), và hexadiene (HD)

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

19


Luận văn tốt nghiệp cao học

Cấu trúc của monomer dien trong EPDM: a (ENB); b (DCPD); c (HD)

Hình 1.4: Cấu trúc của EPDM có chứa ENB
Khối lƣợng phân tử trung bình của EPDM là 3.10 4 – 15.10 4 đ.v.c, phụ thuộc
vào tỉ lệ các thành phần.
Không phải các phân tử Etylen và Propylen sắp xếp theo trật tự nối tiếp, trái lại
có những đoạn nhỏ chỉ có Propylen hoặc Etylen. Thêm vào đó không những có những
mạch thẳng mà còn có mạch nhánh đó là những dien đƣợc thêm vào để giúp cho sự
lƣu hóa bằng hệ thống lƣu huỳnh [19-21].
Tỉ lệ khối lƣợng Ethylene/Propylene (E/P) trong phân tử cao su thƣờng nằm
trong khoảng 45/55 † 80/20.
Hàm lƣợng trung bình của diene trong cao su từ 1.5 † 7.0 %. Để nâng cao khả
năng lƣu hóa và tốc độ lƣu hóa, hàm lƣợng dien có thể lên tới 11 %.
Tính chất của EPDM phụ thuộc vào cấu trúc của chuỗi polyme, số lƣợng và
hàm lƣợng các liên kết đôi không no của monome thứ 3 (diene ), và sự phân bố của
diene trong mạch chính mạch đại phân tử [21,11].

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

20


Luận văn tốt nghiệp cao học

Cao su EPDM có cấu trúc vô định hình, tuy nhiên ở nhiệt độ thấp nó có cấu
trúc lớp tinh thể.
1.2.3. Tính chất của cao su EPDM
Cao su EPDM có khả năng bền nhiệt tƣơng đối tốt. Đối với cao su lƣu hóa
bằng lƣu huỳnh khả năng lão hóa nhiệt xảy ra ở 130 oC. Nếu lƣu hóa bằng peroxit, lão
hoá nhiệt xảy ra ở nhiệt độ cao hơn - khoảng 160 o C [14,19,21].
Độ nhớt Mooney cơ bản để đánh giá khối lƣợng phân tử và tính chất gia công
của cao su EPDM. Độ nhớt Mooney thƣờng đƣợc biểu diễn ở 100 oC, 125 oC hoặc
150 oC. Ví dụ đối với EPDM Nordel IP 4640 ở 125 oC theo ASTM D1646 là 40
Cao su EPDM là cao su không phân cực, do vậy cao su EPDM bền với các
dung môi phân cực nhƣ: nƣớc, axit, rƣợu, xeton và các dung môi phân cực khác.
Tuy nhiên nhƣợc điểm chính của nó là dễ hấp thụ dầu, do đó hạn chế việc sử
dụng trong môi trƣờng dầu mỡ.
Các copolyme và terpolyme của ethylene và propylene đều có cấu trúc mạch
chính hoàn toàn bão hòa. Do đó chúng có thể tạo đƣợc các liên kết ngang bởi các chất
lƣu hóa peroxide. Tuy nhiên, cao su EPDM còn có một liên kết đôi C=C không tham
gia vào mạch chính mạch đại phân tử, do vậy nó còn có khả năng lƣu hóa bằng lƣu
huỳnh [19,20].
Bảng 1.7: Một số tính chất của cao su EPDM [22]
Các tính chất của polyme
Độ nhớt Mooney, ML 1+4 ở 125 0C

5 – 200

Hàm lƣợng Ethylene, % KL

45 – 80

Lê Như Đa – Cao học 2009 – 2011

21