TRƯỜNG ĐẠI HỌC s u PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
===£0Q 03===
NGUYỄN THỊ OANH
NGHIÊN CỨU CHÉ TẠO VÀ ỨNG DỤNG
KEO DÁN TRÊN c ơ SỞ BLEND CỦA
CAO SU NITRIL BUTADIEN VÀ
NHựA POLYVINYLCLORIDE
KHÓA LUẬN
TỐT NGHIỆP
ĐẠI
HỌC
•
•
•
•
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường
Người hướng dẫn khoa học
PGS.TS ĐỖ QUANG KHÁNG
HÀ NỘI - 2015
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài: “Nghiên cún chế tạo và ứng dụng
keo dán trên cơ sở blend của cao su Nitril butadỉen và nhựa
với kết quả đã được công bố của các tác giả khác.
Neu có gì không trung thực tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Sinh viên
Nguyễn Thị Oanh
D A N H M Ụ C C H Ữ V IẾ T T Ắ T
NBR
Cao su Nitril Butadien
PVC
Polyvinylcloride
CHLB
Cộng Hòa Liên Bang
DOP
Dioctyl phthalate
PE
Polyetylen
Phân tích nhiệt trọng lượng
ASTM
Tiêu chuẩn của Mỹ
D A N H M Ụ C C Á C H ÌN H
Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ bền kéo bóc của mối dán
bằng chấtkết dính từ blend NBR/PVC trên vật liệu vải mành
polyeste.................................................................................................29
Hình 3.2:Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ bền kéo trượt của mối
dán bằng chất kết dính từ blend NBR/PVC trên vật liệu vải mành
polyeste.................................................................................................29
Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng chất hóa dẻo DOP tới độ bền kéo
bóc của chất kết dính lên vải mành polyeste.....................................32
Hình 3.4: Ánh hưởng của hàm lượng chất hóa dẻo DOP tới độ bền kéo
trượt của chất kết dính lên vải mành polyeste...................................32
Hình 3.5: Ảnh bề mặt bị kéo bóc của mối dán mành polyeste bằng chất
kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC và các phụ gia..................33
Hình 3.6: Biểu đồ phân tích TGA của vật liệu kết dính trên cơ sở blend
của NBR/PVC và các phụ gia.............................................................34
DANH M ỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc trưng kĩ thuật một số loại cao su butadien nitril trên
thương trường quốc tế.......................................................................... 15
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ bền kéo bóc và kéo
Cao su Nitril Butadien (NBR).................................................................... 11
1.3.1. Lịch sử phát triển của cao su Butadien N itril...........................................11
1.3.2. Đặc điểm cấu tạo........................................................................................ 12
1.3.3. Tính chất cơ lý và công nghệ.....................................................................13
1.3.4. ứng dụng của NBR.................................................................................... 16
1.4.
Nhựa Polyvinylcloride (PVC)................................................................... 16
1.4.1. Giới thiệu chung......................................................................................... 16
1.4.2. Cấu trúc của PVC....................................................................................... 17
1.4.3. Tính chất của PV C..................................................................................... 18
1.4.3.1. Tính chất vật l í ....................................................................................... 18
1.4.3.2. Tính chất hóa học................................................................................... 19
1.4.4. ứng dụng của PV C ....................................................................................20
1.5.
Vật liệu blend NBR/PVC.......................................................................... 20
1.5.1. Phương pháp chế tạo và gia công blend NBR/PVC................................21
1.5.2. Tính chất......................................................................................................21
1.5.3. Lĩnh vực ứng dụng.....................................................................................21
1.6. Keo dán trên cơ sởblend NBR/PVC.........................................................21
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚXJ... 23
2.1. Vật liệu hóa chất............................................................................................23
2.1.1. Cao su Nitril Butadien............................................................................... 23
2.1.2. Nhựa polyvinylcloride.............................................................................. 23
M Ở ĐẦU
Hiểu theo nghĩa thông thường, keo dán là nhũng chất có khả năng kết
dính được các vật liệu một cách tương đối bền chắc bằng tác dụng bề mặt của
mình.
Nhiều tài liệu trên thế giới đã chúng minh loài người đã biết dùng keo dán
tù’ 3000 năm trước công nguyên, qua việc khai quật nhũng quy trình kiến trúc cổ.
Ở nước ta, keo dán cũng được sử dụng rất sớm: người xưa đã dùng son
ta để ghép gỗ, sảm thuyền, pha chế nhựa cây để bẫy chim, thú,bồi giấy, làm
buồm...
Trước đây khoảng một thế kỷ, keo dán vẫn chỉ hạn chế trong những
chất có nguồn gốc thiên nhiên từ thực vật như nhựa cây, tinh bột, sơn ta... từ
động vật như keo tiết, keo cá, keo da trâu... Ai cũng thấy những loại keo đó
không bền, dễ tan trong nước, không dính được khi thời tiết ẩm ướt, nhiều
loại vi sinh vật phá hoại khiến cho nhũng đồ vật dán không bảo quản được lâu
dài.. .Khoa học- kỹ thuật phát triển đặt ra những yêu cầu mới đối với keo dán,
mà những loại keo cổ truyền không đáp ứng được.
Từ cuối thế kỷ 19, một ngành hóa học mới xuất hiện: hóa học các họp
chất cao phân tử, nó đánh dấu một bước ngoặt mới trong lịch sử hóa học.
Người ta đã tổng hợp được hàng loạt các hợp chất có tính năng độc đáo chưa
hề có ở những họp chất sẵn có trong thiên nhiên.
Trong thời gian không đầy một thế kỷ, hàng trăm chủng loại keo dán
mới ra đời từ các hợp chất cao phân tử. Chúng khắc phục được nhũng nhược
điểm của keo dán từ nguyên liệu thiên nhiên: độ bền của mối dán tăng lên rất
nhiều, hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi thời tiết và vi sinh vật chịu lạnh,
chịu nóng (chẳng hạn keo từ cao phân tủ' vô cơ và cơ kim bền nhiệt độ
1000°c hay hơn nữa), chịu hóa chất... Kỹ thuật dán cũng thay đổi.Vật liệu có
1
2
SU
Nitril Butadien
và
nhựa
Mục đích nghiên cứu của đề tài
Chế tạo được chất kết dính trên cơ sở blend của cao su nitril butadien
(NBR) và nhựa polyvinylcloride (PVC), có khả năng bám dính tốt trên nền
vải polyeste.
Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu tổng quan chung về keo dán kỹ thuật, về NBR, PVC và
blend NBR/PVC cũng như khả năng ứng dụng của chúng
Nghiên cún lựa chọn dung môi phù hợp để chế tạo dung dịch keo
trên cơ sở blend NBR/PVC
Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng PVC trong blend đến khả
năng bám dính của chất kết dính
Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất hóa dẻotrong blend đến
khả năng bám dính của chất kết dính
Nghiên cứu độ bền nhiệt, bền môi trường của vật liệu
3
Keo dán đã ra đời và phát triến trong bối cảnh đó, đáp ứng nhu cầu và
thành tựu của khoa học- công nghệ hiện đại, đó là:
- Sử dụng triệt để và có hiệu quả cao các nguồn tài nguyên, những
nguyên vậtsẵn có.
- Chế tạo các sản phẩm mới có nhiều ưu thế, vượt xa các sản phẩm
tương tựcủa 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.[l ]
1.1.2.Những thành tựu của công nghệ keo dán
Trong thế kỉ XX, công nghệ keo dán đã có những bước tiến khổng lồ,
các sản phẩm keo dán, chất kết dính đã tham gia vào hầu hết mọi hoạt động
của con người, cả sinh hoạt hàng ngày đến các hoạt động sản xuất, công nghệ
và kĩ thuật đỉnh cao.
Keo dán được dùng trong nhiều ngành công nghiệp: công nghiệp cơ khí
(dán các chi tiết kim loại, dán kín các chỗ thoát khói, thoát chất lỏng...), công
nghiệp điện và điện tử dùng để chế tạo các vi mạch, các tấm compozit...
Keo dán còn được dùng trong kĩ thuật và y tế (dán mạch máu, xương,
da, m ô...), trong xây dựng, thi công các nhà cửa, cầu đường(keo dùng để
chống thấm, làm tường bảo vệ, dán các chi tiết trang trí..
Các nước công nghiệp hóa cao nhất đều là các quốc gia sản xuất và tiêu
thụ lượng keo dán lớn nhất. Đó là: Mỹ, Nhật, Đức, Pháp, N ga...
Hiện nay trên thị trường có hàng trăm loại keo dán và hàng chục ngàn
mặt hàng.Bên cạnh các keo dán truyền thống (keo vô cơ, keo thực vật, keo
động vật), giờ đây đã xuất hiện hàng loạt keo dán mới, hết sức ưu việt và đa
dụng.Các loại keo mới không ngùng ra đời, góp phần giải quyết nhiều vấn đề
nảy sinh trong thực tế cuộc sống. Ớ Việt Nam, trong vòng 10 năm qua, hàng
5
7. vết dán có độ kín khít cao, chống dò gỉ, thấm dầu, bảo vệ tốt hơn
phương pháp gia công cơ khí (ở thùng dầu, sải cánh, cabin...).
Phương pháp dán làm giảm đáng kể trọng lượng sản phẩm, hạ giá thành
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 hơn hắn
tán rivê).[1 ]
6
Nhược điểm
1. Độ bền mối dán phụ thuộc nhiều vào hướng tác dụng lực (nén, kéo,
trượt,bóc, xé...). Mối dán thường chịu nén và chịu 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 để hình thành và ổn định độ bền.
3. Độ bền mối dán phụ thuộc nhiều vào chất lượng xử lí bề mặt dán.
Khâu này rất quan trọng, đòi hỏi kĩ năng chuyên môn cao, tốn kém về trang
thiết bị, hóa chất, năng lượng và khá độc hại.
4. Việc lựa chọn 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 1'ất đặc thù do đó cần tham khảo chuyên gia có
kinh nghiệm trong lĩnh vực này. Hiện nay chưa có một loại keo vạn năng cho
mọi nền dán và mọi môi trường làm việc.
5. Độ bền và tuổi thọ làm việc của mối dán phụ thuộc vào các yếu tố
của môi trường (độ ẩm, nhiệt độ, bức xạ..
6
. Công nghệ dán cần các thiết bị và điều kiệncôngnghệ đặctrưng:
giữa các nhóm có cực của chất cao phân tử và nhóm phân cực của bề mặt dán
nhỏ hơn 5 A° sẽ xảy ra tương tác giữa chúng và dần dần đạt tới cân bằng hấp
phụ. Theo thuyết này, độ bền bám dính cao không thể đạt được giữa bề mặt
dán phân cực và keo dán không phân cực và ngược lại. Đe có sự bám dính tốt
cần thiết phải tạo cho chất bám dính và bề mặt được bám những nhóm chức
phân cực có khả năng tương tác với nhau. Thuyết hấp phụ bám dính có một số
nhược điểm là thuyết này không giải thích được vì sao công thực để tách
màng keo ra khỏi bề mặt bám lớn hon công cần thiết để thắng lực tương tác
các phân tử và độ bền kéo bóc mối dán phụ thuộc vào tốc độ kéo bóc.
8
-
Thuyết khuếch tán:Thuyết này được Mark và Josetovit là những
người đầu tiên đưa ra. Theo thuyết này sự tự bám dính và bám dính là kết quả
của quá trình khuếch tán các mạch hoặc các đoạn mạch từ loại polyme này
sang loại polyme khác và dẫn đến sự tạo thành liên kết bền vững giữa chúng.
Điều kiện xảy ra sự khuếch tán tương hỗ là hai polyme phải tương hợp về mặt
nhiệt động học và động học, quá trình khuếch tán làm mất ranh giới phân chia
giữa các bề mặt và tạo lóp biên có phần trung gian. Theo thuyết này độ bám
dính cao chỉ có được trong trường họp cả hai polyme hoặc có cực hoặc không
có cực.
Thuyết khuếch tán giải thích được công cần thiết để tách màng keo lớn
hơn lực tương tác giữa các phân tử keo và polyme. Thuyết khuếch tán chỉ giải
thích được cơ chế bám dính giữa polyme với polyme trong điều kiện chúng
hòa tan lẫn trong nhau, với trường họp dán polyme với kim loại (polyme
không khuếch tán vào kim loại) hoặc trường hợp dán các polyme không tan
trường họp đã tạo thành các liên kết hóa học giữa cao su, chất lun hóa và
polyme của keo dán. Sự bám dính của keo ureformandehit và keo
phenolformandehit trên bề mặt gỗ được giải thích là do tạo ra các liên kết hóa
học giữa nhóm hydroxyl của phân tử xenlulo với nhóm metylol của keo như vậy
độ bền bám dính giữa keo dán và bề mặt được quyết định bởi liên kết hóa học.
- Thuyết cơ học: Theo thuyết cơ học, sự bám dính giữa nền và cốt được
thực hiện nhờ liên kết cơ học theo kiểu các khớp nối thông qua độ mấp mô
trên bề mặt của cốt do lực ma sát. Polyme ở dạng lỏng sẽ điền đầy các vị trí
lõm của cốt khi đóng rắn sẽ tạo thành các chốt hãm như đối với cốt sợi
polyamit có cấu tạo kiểu cuộn thùng bám dính tương đối tốt với nền cao su.
Như vậy, sự bám dính giữa nền vải và keo dán trong quá trình chế tạo
mối dán hai màng phủ bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Hiệu quả
tương tác giữa các pha, tính chất nhiệt động học và bản chất của vật liệu, độ
linh động của mạch cao phân tử, cấu true bề mặt và một số yếu tố khác.[4]
10
1.2.2. Các giải pháp nâng cao độ bám dính giữa chất kết dính và vậtliệu
cần kết dính
Thông thường trong quá trình chế tạo chất kết dính khi vật liệu cần kết
dính là các vật liệu có độ phân cực thấp còn chất kết dính là những vật liệu có
độ phân cực thì khả năng bám dính giữa chúng theo con đường tự nhiên là rất
hạn chế, đế khắc phục tốt vấn đề này, trong kỹ thuật có hai con đường chủ
yếu:
- Sử dụng vật liệu nền có khả năng tự bám dính cao với chất kết dính
- Sử dụng chất kết dính có khả năng bám dính tốt với vật liệu nền
Theo con đường thứ nhất người ta có thể nâng cao độ phân cực cho nền
polyme bằng cách sử dụng chất liệu vải nền có độ phân cực cao hoặc đưa vào
vải nền những nhóm chức có độ phân cực cao như phương pháp clor hóa
H
1
H
—c—c—
-
u
A
H
H
H
C— c = c — C-
H
-
H
N
NBR là sản phẩm đồng trùng hợp Butadien-1,3và Acrylonitryl với sự
có mặt của hệ xúc tác oxi hóa khử Persunfat Kali và Trietanolamin.
CHo
■CH;
■CH
/ b
N
Sản phẩm này là sản phẩm chính, ngoài ra còn có sản phẩm phụ là sản
phẩm mạch vòng 4-xiano xiclohecxen tạo cho NBR mùi đặc trung (mùi nhựa
cây đu đủ).
12
CH2
CH
+
CH
HC.
X
CH2
CH2
đoạn mạch cao, năng lượng kết dính nội càng lớn khi hàm lượng nhóm -CN
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 tốt hơn.[7]
b.Theo thuyết che chắn
Do kích thước không gian các nhóm -C N lớn và khoảng cách không
gian giữa các nhóm này với liên kết không no gần nên nó đã bao trùm nên
không gian giữa các liên kết không no, ngăn chặn sự xâm nhập của các tác
nhân tác dụng(phân tử của dầu, mỡ, ...) 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 và hiệu quả che chắn càng cao hay nói cách khác
khả năng chịu dầu mỡ càng cao.
Tuy nhiên, nhóm -C N trong mạch đại phân tử làm tăng độ thẩm thấu
nước của NBR so với một số loại cao su không phân cực khác.
NBR là loại cao su phân cực lớn nên nó có khả năng trộn họp với hầu
hết các polyme phân cực, với các loại nhựa tổng họp phân cực, ... NBR có
chứa liên kết không no trong mạch chính mạch đại phân tử nên nó có khả năng
lưu hóa bằng lưu huỳnh phối hợp với các xúc tiến lun hóa thông dụng. Ngoài hệ
thống lun hóa thôngdụng NBR còn có khả năng lun hóa bằng xúc tiến lun hóa
nhóm thiruam, nhựa phenolíoocmandehit.Cao su NBR lưu hóa bằng thiruam,
nhựa phenol foocmandehit có tính chất cơ lý cao, chịu nhiệt tốt. [7]
Đặc trung kỹ thuật của cao su NBR (bảng 1.1) được xác định trên cơ sở
họp phần:
Cao su butadien nitril 100
Xúc tiến lưu hóa
1,5
Lưu huỳnh
T
Ben xé
Độ
[Mpa]
[Mpa]
[%]
[%]
[shopre]
[kgl/cm]
trương
[%]
CK H -18
Liên Xô
12.5
26.5
550
CKH-26
-
11.5
28.5
650
20
76
72-75
35
4
26M
-
12.5
29.0
650
CKH-40
-
13.2
31.2
600
22
76
75-80
15
7
CKH-40M
-
12.5
30.5
650
Butapren
Mỹ
12.5
26.5
600
20
75
60-62
47
10
Paracril
Mỹ
13.0
27.5
575
Breon
Anh
12.5
28.0
600
15
72
58
52
13
Butacon
Anh
13.0
29.5
650
Butacrit
Pháp
13.2
30.5
625
17
70
62
48
16
Nipol N
Nhật Bản
13.5
31.0
650
Perbunan
CH.LB.
12.5
31.0
625
17
72
62
50
CKH-
Đức
Trong đó ơmm : là độ bền kéo ở độ dãn 300%;
ơ : độ bền kéo đứt
s : độ giãn dài khi đứt
sdlè: độ giãn dài dư
Độ trương của vật liệu được xác định sau 24 giờ khi ngâm mẫu ở nhiệt độ
25+ 2°c trong hỗn hợp dung môi benzin: benzen là 8:1. [7]
16
Copyright: Tài liệu đại học ©