TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỘC
= = = £ o CQg 3 = = =

v ũ TRÍ CÔNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO
KHẢ NĂNG KẾT DÍNH VÀ BẢO VỆ
CỦA VẶT LIỆU KẾT DÍNH TRÊN
C ơ SỞ BLEND CỦA NBR/PVC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
•

•

C huyên ngành: H óa H ữu Ctf

HÀ N Ộ I-2015

•

•


TRƯỜNG ĐẠI
HỌC
s ư PHẠM
HÀ NỘI• 2
•
•


Trong thời gian nghiên cứu và học tập, nhờ vào nỗ lực của bản thân cùng
với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo, em đã hoàn thành khóa luận 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 ừong suốt
quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Lãnh đạo viện Hóa học và các cán bộ
Phòng Công nghệ Vật liệu Môi trường đã tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện thuận
lợi cho em ừong thời gian qua.
Nhân dịp này em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo là giảng viên
khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã quan tâm giúp đỡ,
ừang bị cho em những kiến thức chuyên môn càn thiết trong quá trình học tập
tại trường.
Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ cho em hoàn
thành tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp dù cố gắng nhưng em
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.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2015
Sinh viên

Vũ T rí Công


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DCP


PSE

Mành Polyeste

PVC

Nhựa polyvinylcloride

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

UF

Ure formaldehyd

• A

1

t

A

/■"'V

r

A

DCP.............................................................................................................. 40


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Nồng độ tới hạn cho phép của các dung môi [mg/ш З].........................9
Bảng 1.2. Hỗn họp dung môi cho keo dán cao su nitril.......................................20
Bảng 3.1. Anh hưởng của thời gian đóng rắn đến độ bền kéo bóc và kéo
trượt của chất kết dính lên vải mành PSE.................................................... 34
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng DCP đến độ bền kéo bóc và kéo
trượt của chất kết dính lên vải mành PSE.................................................... 37
Bảng 3.3. Hệ số già hóa của mối dán ừên cơ sở blend NBR/PVC và các
phụ gia với chất khâu mạch DCP.................................................................41


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU.............................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.............................................................................. 3
1.1. Keo d án ....................................................................................................... 3
1.1.1. Khái niệm, phân loại................................................................................ 3
1.1.1.1. Dựa trên nguồn gốc keo.........................................................................3
1.1.1.2. Phân loại theo đối tượng áp dụng.........................................................3
1.1.1.3. Phân loại theo bản chất hóa học............................................................4
1.1.1.4. Phân loại theo trạng thái tồn tại của keo...............................................4
1.1.1.5. Phân loại theo cơ chế đóng rắn .............................................................4
1.1.2. Keo cao su và chế tạo keo cao su.............................................................5
1.1.2.1. Keo cao su............................................................................................. 5
1.1.2.2. Chế tạo keo cao su............................................................................. 10
1.2.

2.3.2. Chế tạo mẫu thử khả năng kết dính của chất kết dính với vải mành
polyeste..................................................................................................... 31
2.3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kết dính của chất kết
dính lên vải mành polyeste........................................................................ 31
2.3.4. Đánh giá khả năng kết dính của vật liệu trên vải mành polyeste........ 32
2.3.5. Nghiên cứu cấu trúc hình thái bề mặt kéo bóc của chất kết dính
trên cơ sở blend NBR/PVC và các phụ gia.............................................. 32
2.3.6. Đánh giá độ bền môi trường của mối dán, bảo vệ trên cơ sở blend
NBR/PVC và các phụ gia với chất khâu mạch DCP............................... 32
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................... 34
3.1. Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn đến khả năng kết dính của vật
liệu lên vải mành polyeste.........................................................................34
3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng DCP đến khả năng kết dính của vật liệu
lên vải mành polyeste................................................................................37


3.3. cấu trúc hình thái bề mặt kéo bóc của chất kết dính trên cơ sở blend
NBR/PVC và các phụ g ia .........................................................................39
3.4. Độ bền môi trường của mối dán, bảo vệ trên cơ sở blend NBR/PVC
và các phụ gia với chất khâu mạch D C P..................................................41
KẾT LUẬN.......................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................44



MỞ ĐẦU

Cao su nitril butadien (NBR) và polyvinylcloride (PVC) là những vật
liệu polyme được dùng khá rộng rãi trong đời sống cũng như trong kỹ thuật
do những ưu điểm về tính năng cơ lý, kỹ thuật đặc biệt của nó [4]. Căn cứ vào

+ Nghiên cứu cẩu trúc hình thái bề mặt kéo bóc của chất kết dính trên
cơ sở blend NBR/PVC và các phụ gia.
+ Đánh giá khả năng bền môi trường của chất kết dính trên cơ sở blend
NBR/PVC và các phụ gia.
Từ những kết quả nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng của chất kết
dính nghiên cứu được.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Keo dán
1.1.1. Khái niệm, phân loại [1]
Keo dán (chất kết dính) là vật liệu polyme có khả năng kết dính hai bề
mặt vật liệu giống nhau hoặc khác nhau mà không làm biến đổi bản chất các
vật liệu được kết dính.
Có nhiều cách để phân loại keo dán. Cho đến nay chưa có một cách phân
loại nào nhất quán, phản ánh một cách đầy đủ, khách quan, chính xác các loại
keo dán. Sau đây là một số cách phân loại keo dán theo các tiêu chí khác nhau.
1.1.1.1. Dựa trên nguồn gốc keo
- Keo có nguồn gốc tự nhiên: tinh bột, dextrin, cazein, keo cao su, nhựa
cây, keo xương, da, nhựa đường, sáp,...
- Keo bán tổng hợp: họ xelulo, cao su clor hóa, , polyeste trên cơ sở dầu
thực vật, polyamid lỏng,...
- Keo dán tổng hợp:
+ Họ vinyl: polyvinylalcol (PVA), polyvinylaxetat (PVAc), polyacrylic
(PACr), polyeste không no,...
+ Keo từ cao su tổng hợp: cao su cloropren, cao su nitril, polysunfid,...
+ Các polyme tổng họp khác: polyuretan (PU), epoxy (ER), polyeste,

nóng chảy, có độ bám dính cao. Các loại keo truyền thống có các nhóm keo
xương, sáp dính, dẫn xuất xelulo.
- Các keo dán nhiệt rắn: là các polyme có chứa nhóm chức có thể đan
lưới trong điều kiện nhiệt độ cao, có hay không có tác nhân đan lưới, xúc tác,
chất hóa rắn mạch. Khi mối dán hình thành phải xảy ra phản ứng hóa học tạo
liên kết bền vững. Các phản ứng hóa học này có thể là phản ứng ngưng tụ hay
phản ứng trùng họp.

4


-

Nhóm keo dán nhạy áp lực: các keo dán này có đặc điểm là duy trì độ

bám dính thường xuyên, độ bền liên kết lớn hơn dính kết. Chúng được làm
băng dính y tế, băng dính kĩ thuật, các băng che chắn trong kĩ nghệ sơn phủ,
băng cố định các bề mặt, các tiếp điểm tức thời hay lâu dài.
1.1.2. Keo cao su và chế tạo keo cao su [9]
1.1.2.1. Keo cao su
* Khái niệm và phân loại
Keo cao su là dung dịch của cao su hoặc hỗn họp cao su trong dung môi.
Trong kỹ thuật gia công cao su, keo cao su được sử dụng để sản xuất các sản
phẩm màng mỏng, phủ phết lên vải mành, vải bạt và dán các bán thành phẩm
cao su cho các sản phẩm có cấu trúc phức tạp, nhiều lớp. Các loại keo cao su
có hàm lượng styren cao dùng để sản xuất giả da cho công nghiệp giày dép...
Một vài loại keo cao su còn sử dụng để hàn gắn, dán các vật liệu khác: kim
loại, sành sứ, bê tông,....
Phụ thuộc vào thành phàn hóa học của họp phần cao su, keo cao su có
thể được phân loại không lưu hóa, loại lưu hóa và loại keo tự lưu hóa ở nhiệt

xuất không những phải đảm bảo các tính năng kỹ thuật của keo dán mà phải
đảm bảo các yêu cầu vệ sinh công nghiệp và an toàn cho sản xuất.
* Yêu cầu đối với dung môi
Để tạo được keo - tạo được dung dịch polyme điều kiện quan trọng đối
với dung môi là phải hòa tan tốt polyme (họp phần cao su) đó. Nếu xem xét
quá trình hòa tan polyme vào dung môi như quá trình phối trộn hai chất lỏng,
điều kiện cần và đủ để chúng ừộn họp được với nhau là chúng phải có cùng
chỉ số hòa tan.
Đối với hỗn họp dung môi có chỉ số hòa tan khác nhau và khác với họp
phần cao su. Quá trình hòa tan xảy ra tốt khi và chỉ khi các số chỉ hòa tan
quan hệ với nhau theo phương trình sau:

6


Sp —ỏx-Ọi + S2-Ọi
Trong đó : Sp là chỉ số hòa tan.
sx,ẹx là chỉ số hòa tan và phàn trăm tính theo thể tích của
dung môi thứ nhất ừong hỗn hợp dung môi.
ổ2,ạ>2 là chỉ số hòa tan và phần ừăm tính theo thể tích của
dung môi thứ hai trong hỗn họp dung môi.
Thực tế đã chứng tỏ khi chọn dung môi cho hợp phần cao su khác nhau
nên tuân thủ nguyên tắc: polyme phân cực hòa tan tốt vào dung môi phân cực
và polyme không phân cực hòa tan tốt vào dung môi không phân cực.
Để đảm bảo mức độ ổn định của keo cao su dung môi phải trơ hóa học
không tham gia vào bất kì một phản ứng nào với polyme. Đối với họp phần
cao su, các loại dung môi như benzin, benzen hoàn toàn đáp ứng được yêu
cầu này. Các loại dung môi là carbua hydro clo hóa hoặc chứa clo ừong phân
tử của nó như dicloetan... là các loại dung môi không hoàn toàn trơ hóa học.
Ở nhiệt độ cao hoặc ngay ở nhiệt độ thường trong thời gian bảo quản và sử

thuật khác nhằm mục đích bảo vệ sức khỏe cho người sản xuất, an toàn và
đảm bảo hiệu quả cho sản xuất.
Hầu hết các loại dung môi sử dụng cho sản xuất keo cao su đều độc hại.
Mức độ độc hại của dung môi được đánh giá bằng nồng độ tới hạn cho phép
của nó ừong không gian của khu vực sản xuất.
Nồng độ tới hạn cho phép được tính bằng [mg/m3] là hàm lượng tính
bằng mg dung môi đó trong lm 3 không khí ừong không gian sản xuất không
gây ảnh hưởng ngay tới sức khỏe của người sản xuất. Đối với các loại dung
môi khác nhau nồng độ tới hạn cho phép khác nhau. Một số nồng độ tới hạn
cho phép của các dung môi thường dùng được trình bày trong bảng 1.1 dưới
đây:

8


>

о

Bảng 1.1. Nông độ tới hạn cho phép của các dung môi [mg/m ]
Xăng kỹ thuật

300

Dicloretan

10

Xyclorhexanon


Ngoài đặc trưng độc hại của dung môi trong sản xuất tất cả các loại
carbua hydro sử dụng làm dung môi cho keo cao su đều dễ dàng cháy, nổ.
Những thông số đặc trưng cho quá trình cháy nổ của các loại dung môi là:
nhiệt độ bốc cháy, nhiệt độ tự bốc cháy và giới hạn nổ.
Nhiệt độ bốc cháy là nhiệt độ nhỏ nhất của hỗn họp dung môi và không
khí mà khi đó hơi dung môi có thể bốc cháy nếu ở đó tồn tại nguồn lửa hở.
Nhiệt độ tự bốc cháy là nhiệt độ nhỏ nhất của môi trường mà khi đó hơi
dung môi bão hòa trong không khí có thể tự bốc cháy. Nhiệt độ tự bốc cháy
của các loại dung môi rất khác nhau và dao động từ 90°c đến 500°c.
Giới hạn nổ của dung môi là nồng độ lớn nhất và nhỏ nhất của dung môi
trong không khí mà trong khoảng giới hạn nồng độ đó có thể xảy ra quá trình
nổ. Giới hạn nổ cho mỗi loại dung môi không cố định mà phụ thuộc vào điều
kiện của môi trường: nhiệt độ, áp suất, công suất nguồn lửa. Cùng với nhiệt
độ tăng, giới hạn nổ của dung môi được mở rộng.
Để đảm bảo an toàn trong sản xuất dung môi được lựa chọn phải ít gây
nguy hiểm cho khả năng cháy nổ. Từ góc độ an toàn cháy nổ dung môi phải
có nhiệt độ tự bốc cháy cao và giới hạn nổ càng hẹp càng tốt.
Một ừong số các yêu cầu đối với dung môi quan trọng đảm bảo cho quá
trình sản xuất được tồn tại và phát triển là nguyên vật liệu và giá thành của
nó. Dung môi có thể đáp ứng tất cả các yêu cầu kỹ thuật, yêu càu vệ sinh công

9


nghiệp kể trên nhưng nếu nguồn và giá thành của nó gây khó khăn cho sản
xuất nó vẫn không được sử dụng vì vậy đứng ừên quan điểm kinh tế sản xuất
dung môi phải có nguồn dễ kiếm và giá thảnh hạ...
1.1.2.2. Chế tạo keo cao su
Keo không lưu hóa được chế tạo từ cao su tinh khiết (không độn) có khả
năng kết tinh loại tốt. Thông thường, keo không lưu hóa được sản xuất chủ

hay nhiều loại polyme với nhau để tạo thành một vật liệu có tính chất cơ lý
tốt, mở rộng khả năng ứng dụng cho sản phẩm hoặc hạ giá thành sản phẩm.
Trong vật liệu polyme blend, các polyme thảnh phần có thể tương tác hoặc
không tương tác vật lý, hoá học với nhau.
Polyme blend có thể là các hệ đồng thể hoặc hệ dị thể. Trong polyme
blend đồng thể các polyme thành phần không còn đặc tính riêng, còn trong
polyme blend dị thể thì các tính chất của các polyme thành phần hầu như vẫn
được giữ nguyên. Polyme blend thường là loại vật liệu có nhiều pha, trong đó
có một pha liên tục và một hoặc nhiều pha phân tán hoặc tất cả các pha đều
phân tán, mỗi pha được tạo nên bởi một polyme thành phàn. Sự tạo thành hệ
đồng thể hay hệ dị thể của polyme blend phụ thuộc vào khả năng tương hợp
của các polyme thành phàn. Sự tương họp của các polyme là sự tạo thành một
pha tổ họp ổn định và đồng thể từ hai hoặc nhiều polyme. Sự tương họp của
các polyme cũng chính là khả năng trộn lẫn tốt của các polyme vào nhau, tạo
nên một vật liệu polyme mới - vật liệu polyme blend.
Khả năng tương họp của polyme blend phụ thuộc nhiều yếu tố điều kiện
ừộn hợp mà các polyme khi trộn lẫn với nhau tạo thành hệ đồng thể hay dị
thể. Ngoài ra, khả năng tương hợp còn phụ thuộc các yếu tố như: bản chất hóa
học và cấu trúc phân tử của các polyme; khối lượng phân tử và sự phân bố
của khối lượng phân tử tỷ lệ các cấu tử trong blend; năng lượng bám dính
ngoại phân tử; nhiệt độ,... Như vậy, các polyme có cấu tạo hóa học hoặc độ
phân cực càng tương tự nhau thì khả năng tương hợp càng dễ dàng, những
polyme khác nhau về cấu tạo hóa học hoặc độ phân cực thì khó tương họp với
nhau. Trong những trường họp các polyme không có khả năng tự tương hợp

11


với nhau, người ta thường dùng các chất tương họp để làm càu nối liên kết
giữa các pha polyme với nhau.

Những căn cứ để lựa chọn:
- Yêu cầu kĩ thuật của vật liệu cần có
- Bản chất và cấu tạo hóa học của polyme ban đầu
- Giá thành
Sau đây là một số phương pháp chế tạo polyme blend thông dụng:
1.2.2.1. Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy
Phương pháp chế tạo blend ở trạng thái nóng chảy hay còn gọi là phương
pháp trộn họp nóng chảy, là phương pháp kết họp đồng thời các yếu tố cơ
nhiệt, cơ hóa và tác động cưỡng bức lên các polyme thành phần, phụ
gia,...trên các máy gia công nhựa nhiệt dẻo để trộn họp chúng với nhau (như
máy ừộn kín, máy cán, máy đùn, đúc phun,v.v...). Phương pháp này được
ứng dụng khá rộng rãi hiện nay. Việc chế tạo vật liệu polyme blend hoặc cao
su blend trên máy đùn trục vít được đánh giá cao, quá trình cắt xé sẽ xảy ra
mãnh liệt, thời gian chế tạo sản phẩm ngắn vì vậy tùy thuộc vào thành phàn
cao su, nhựa ban đầu mà có thể chọn quy trình gia công phù họp để đảm bảo
được độ đồng nhất cao và tránh được nguy cơ vật liệu bị phân hủy hoặc bị lưu
hoá cục bộ.
1.2.2.2. Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme
Phương pháp chế tạo blend từ dung dịch thích hợp với các polyme có khả
năng hoà tan tốt trong dung môi hoặc tan tốt trong các dung môi có khả năng
trộn lẫn vào nhau. Công việc chế tạo thường được thực hiện trong bình phản
ứng có hệ thống khuấy tốc độ cao và kèm theo hệ thống gia nhiệt. Vật liệu
blend tạo thành cần đuổi hết dung môi bằng phương pháp sấy ở áp suất thấp.
1.2.2.3. Chế tạo polyme blend từ hỗn hợp các latexpolyme
Phương pháp này tương tự như phương pháp chế tạo blend từ dung dịch,
nhưng có ưu điểm hơn là quá trình trộn các latex dễ dàng và polyme blend thu

13



biến dạng. Sản phẩm NBR có thể làm việc trong điều kiện nhiệt độ tới 120°c

14


trong không khí và tại 150°c trong các loại dầu mỡ khác nhau. Tính chất cơ
lý, tính chất công nghệ của NBR phụ thuộc vào hàm lượng nhóm acrylonitril
trong phân tử. Do phân tử NBR phân cực nên rất ít bị ảnh hưởng (trương nở)
bởi các dung môi không phân cực hoặc phân cực yếu như ete, dầu hỏa, xăng,
xiclohexan, CCI4, v.v... NBR và các sản phẩm lưu hóa của nó có độ bền rất
cao đối với các parafïn, mỡ và các hydrocacbon no. Trong thực tế, người ta có
thể sản xuất NBR có hàm lượng acrylonitril từ 18 đến 50%. Khi hàm lượng
acrylonitril tăng thì tính kháng dầu, tính kháng xăng, độ cứng, lực kéo đứt, độ
mài mòn của NBR cũng tăng lên, nhưng độ chịu lạnh và độ tương họp với
chất làm mềm lại giảm xuống.
Do NBR là loại cao su có cấu trúc vô định hình nên cường lực của cao su
khi không có chất độn tăng cường thường thấp (khoảng 30kg/cm2). Nếu có
ừộn than đen (muội than) tăng cường thì cường lực có thể đạt đến 320kg/cm2.
NBR kết hợp với polyvinylcloride (PVC) sẽ kháng được thời tiết và ozon rất tốt,
giảm khả năng bắt cháy, đồng thời độ bóng bề mặt và tính chất màu lại tốt hơn.
NBR có liên kết không no trong mạch phân tử nên nó có khả năng lưu
hóa bằng lưu huỳnh phối hợp với các loại xúc tiến lưu hóa thông dụng. NBR
còn có khả năng lưu hóa bằng chất xúc tiến lưu hóa nhóm tiuram hoặc nhựa
phenol formaldehyd. NBR lưu hóa bằng tiuram hoặc nhựa phenol
formaldehyd có tính chất cơ lý cao, khả năng chịu nhiệt tốt. Tính năng kéo,
nén của cao su này tương tự cao su butadien styren. NBR có độ phân cực lớn
nên loại cao su này có khả năng ừộn họp với hầu hết các polyme phân cực và
với nhiều loại nhựa tổng họp phân cực. Tổ hợp của NBR với nhựa phenol
formaldehyd có rất nhiều tính chất quý giá như bền dầu mỡ, ánh sáng. Nhờ
những tính năng đặc biệt, nên NBR thường được sử dụng làm các sản phẩm