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
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
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
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
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
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
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
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:
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
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
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
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
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
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]:
He
o2
h 2o
Polyetylen
1,14
0,40
12
1,3
120
0.0003
300
Cao su Butyl
-
Cao su NBR
0,55
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
57
65
sản
T
xuất
CKH-18
1
Liên
xé
Độ
xô
2
CKH-18M
-
12,2
27,0
600
CKH-26M
-
12,5
29,0
650
15
72
75
38
5
CKH-
-
13,2
30,0
600
7
CKH-40M
-
12,5
30,5
650
25
78
80
12
8
Buna N
Đức
12,0
27,5
10
Paracril
Mỹ
13,0
27,5
575
20
76
70
45
11
Hacar
Mỹ
12,5
26,5
13
Butacon
Anh
13,0
29,5
650
20
75
60
42
14
Europren N
Ý
12,5
29,0
16
Nipol N
Nhật
13,5
31,0
650
20
72
65
52
13,5
31,5
650
20
75
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,...
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
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
Copyright: Tài liệu đại học ©