ĐẠI
H GI A TH ÀNH PH ỌC QU ỐC GI Ố H Ồ CH ÍM I NH BÁCH K H OA ĐẠI H ỌC BÁCH KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM PHÒNG LÃO CAO SU Nhóm SV thực hiện hiện
: 4.1 - TN Ngày thứ 4 : TRƢƠNG TRÍ ĐỨC ĐỨC LÊ THÁI MINH DUY KHƢU NGUYỄN ANH VŨ VŨ LÂM QUANG ĐẠI ĐẠI LÊ HOÀNG MỸ HOA
V1000770 V1000457 V1004055 V1000592 V1001065
3 1 0 2 , 0 2 r e b o t c O
Phòng lão cao su
Bài 3 : P H Ò N G
L ÃO
CAO
SU
ự lưu hóa làm cho cao su bền hơn, dai hơn nhưng sau một thời gian sử dụng cao su sẽ bị bở mục, dễ xuất hiện các vết nứt, đó là sự lão hóa cao su.Thực tế ngay cả trong trường hợp sử dụng loại nguyên liệu tốt nhất và lưu hóa tối ưu, vấn đề lõa hóa vẫn không tránh khỏi.Vì cao su cũng như các polyme khác trong qua trình sử dụng sẽ bị giảm cấp do tác động của các yêu tố bên ngoài.Cho nên việc làm thế nào tăng thời gian sử dụng cho các vật liệu cao su là mối ưu tư của các nhà hòa học cũng như các nhà sản xuất cao su
S
“ Làm thế nào để phòng lão cho cao su?” su?” Đó là vấn đề đặt ra ở bài thí nghiệm này. 1
Phòng lão cao su
Dàn bài báo cáo: 1. Mục đích thí nghiệm. 2. Một số kiến thức cơ bản về phòng lão Sự giảm cấp của cao su
Phòng lão
Các chất phòng lão thường dùng
3. Chuẩn bị Dụng cụ Hóa chất 4. Trình tự thí nghiệm 5. Báo cáo kết quả 6. Trả lời câu hỏi
2
Phòng lão cao su
1. Mục đích thí nghiệm:
Khảo sát khả năng kháng lão hóa của một số chất phòng lão thuộc hai nhóm phenol và amin
Nguyên tắc : thí nghiệm sẽ tạo ra một sự hủy hoại có kiểm soát trong một thời gian xác định lên trên các mẫu thử đã xác định cơ lý trước.Sau đó đo lại tính chất cơ lý và ghi nhận sự thay đổi.Các mẫu thử sẽ sấy nóng trong không khí và không có tác dụng của ánh sáng.
2. Một số kiến thức về phòng lão cao su : A. Sự oxy hóa và giảm cấp của cao su Cao su thiên nhiên với cấu trúc polyisopren của nó đó là một plolyme có độ bảo hòa tương đối cao bởi vì trong mắt xích – C5H8 đều có một nối đôi. Cơ cấu bất đối xứng của nối đôi này rất dễ bị oxy hóa.
Marzetii là người đầu tiên đã chứng minh lượng oxygen hóa hợp với cao su tương đối nhỏ chỉ 1% thôi cũng đủ để làm biến mất hầu như hoàn toàn các tính chất cơ lý của cao su lưu hóa.Neal cho biết sự hấp thu 1% oxygen ở nhiệt độ 25 oC gây giảm tới 93% sức chịu đéo đứt.Kemp cho biết thếm lượng oxygen tư 1,7% đến 2% đưa tới hư hỏng hoàn toàn cao su lưu hóa.Cao su bị giảm cấp nghĩa là cao su dễ dàng bị cắt đứt mạch. Sự lão hóa-sự giảm cấp của cao su lưu hóa bị ảnh hưởng không chỉ bởi bản chất cao su, su , mà còn bị ảnh hưởng bởi bản chất của củ a chất lưu hóa và điều kiện lưu hóa, bản chất của chất độn, phụ gia, phòng lão của cao su. Mặc khác các điều kiện vật lí vê sự lão hóa đều rất quan trọng.Nhiệt, ozone, các tia sáng đều đẩy nhanh sự hư hỏng của cao su.
3
Phòng lão cao su
B. Các quá trình giảm cấp của cao su
Quá trình giảm cấp do cán sơ luyện: Tác nhân gây gỉam cấp có thể kể đến ở đây là tác nhân cơ học, tác nhân nhiệt và một số hóa chất.Quá trình giảm cấp ở đây xảy ra do kết hợp của 2 quá trình độc lập đó là „‟cán nguôi‟‟ và „‟cán nóng‟‟ ứng với quá trình xảy ra ở nhiệt độ dươi 100 oC và trên 130 độ C. Cán nguội ảnh hưởng đến sự giảm cấp do phân tử cao su bị cắt đứt bằng tác dụng cảu ứng suất trượt tr ượt trong quá trình cao su bị biến dạng khi cán.
Cán nóng chịu ảnh hưởng nhiều bởi các chất xúc tác phản ứng gốc tự do hoặc các chất trì hoãn.
-
Cao su cán luyện càng lâu thì giảm cấp càng tăng , gây đứt mạch càng nhiều
Quá trình giảm cấp khi tồn trữ : nói đến sự giảm tính chất của cao su lưu hoa trong thơi gian tồn trữ trước khi sử dụng.Mức độ giảm phụ thuộc vào tính chất hệ lưu hóa sử dụng. Quá trình giảm cấp oxy hóa với xúc tác kim loại
Quá trình giảm cấp do tác nhân nhiệt độ Quá trình giảm cấp do tác nhân ánh sáng Quá trình phát triển vết nứt do uốn gấp Quá trình phát triển vất nứt do tác động của môi trường
C. Chất phòng lão
Chất phòng lão hay còn gọi là chất kháng lão có chức năng cản trở hay giảm tối thiểu sự hư hỏng của cao su lưu hóa. Sự hư hỏng thể hiện qua sự biến đổi giảm mất các đặc tính ban đầu, thường đưa tới hiện tượng “chảy nhão” Theo các yếu tô gây ảnh hưởng đến cao su, chất phòng lão được chia làm 4 nhóm chính:
4
Phòng lão cao su
Kháng Oxygen :
Oxi là tác sudo tạo
nhân chính tham gia hầu hết các loại lão hóa của cao peroxide dẫn tới sự cắt mạch phân tử. Cơ chế ph p h òn òngg lão lã o l à ng ngăă n chặ ch ặ n hình hì nh thà th à n h các gốc tự do hoặc kết hợp gốc tự do tạo hợp chất bền, làm cho quá trình lão hóa chậm lại.
Kháng kim loại Cu va Mn:
Kháng lại tác dụng xúc tác quá trình oxy hóa phân hủy cao su của Đồng(Cu) hay Mangan (Mn). Cản trở sự biến mất nhanh các đặc tính toàn khối đã đạt được tốt và chảy nhão nhanh của cao su lưu hóa.
Kháng phân hủy và ozon :
O zon có hoạt tính mạnh nên tác kích vào nối thành lớp ozonide cứng dòn trên bề mặt cao su. Cơ chế
đôi hình phòng lão ozon là các chất này phản ứng nhanh với ozon nhanh hơn cao su, ngăn chặn sự phá hủy ozonide, cách ly bề mặt cao suvới ozon.
Phân biệt các đường rạn nứt xuất hiện : - Hỗn loạn : do ánh nắng tác dụng . - Song song với nhau : do ozon tác dụng. - Hỗn loạn + song song : Ánh nắng và ozon. Để kháng quang va ozon có thể dùng 1 trong 2 cách : - Kháng hóa học : sử dụng chất phòng lão chuyên biệt tao phản ứng hóa học. - Kháng vật lý : sử dụng các loại sáp tạo ra một lớp váng mỏng, cô lập cao su và khí trời.
Kháng nhiệt :
Dướ i tác dụng nhiệt độ cao hoặc trong thờ i gian ti ế p xúc dài sẽgây sự cắt mạch, các chất phòng lão có kh ả năng hấ p thu nhi ệt và chịu nhiệt cao, hạn chếsự cắt đứt mạch trong quá trình gia công và s ử dụng.
5
Phòng lão cao su
D. Các chất phòng lão thƣờng dùng
Các chất phòng lão thườ ng ng dùng thuộc 2 họ amin và phenolic. Hóa ch ất phòng lãodùng ở nhà ở nhà máy như sau : - Vulkanox BHT (2,6-di-tert-butyl-para-cresol) dạng hạt màu tr ắng bao 20kg. Tácdụng chống lão hóa nhiệt và oxi. - 6PPD ( Vulkanox 4020 ) SantoFl ex, dạng hạt màu đen bao 25kg, tên hóa họ N-(1,3-dimethylbutyl)- N‟ N‟-phenyl-p-phenylenediamine. Tác dụng chống lão hóa ozon.SPP Kamaguchi Chemical, Japan. - PVI dạng bột màu tr ắng sữa bao 25kg. - Santol-D (Hàn Quốc) - Phòng lão RD d ạng hạt cánh bao 25kg - TMQ tên hóa h ọc polymerized 2,2,4 Trimethyl – 1,2dihydroquinoline, 1,2dihydroquinoline, dạng hạtcánh bao 25kg. Tác d ụng – Trimethyl chống lão hóa oxi, kim loại nặng như đồng, mangan - SPP dạng bột màu cam đục bao 20kg
6
Phòng lão cao su
3. Chuẩn bị thí nghiệm A. Dụng cụ -
Máy cán
Máy ép lưu hóa Cân
Khuôn tấm phẳng Dụng cụ cắt mẫu Dụng cụ đo bề dày Tủ sấy B. Hóa chất Cân hóa chết theo hai đơn pha chế 4a va 5b như sau 4a (gam)
4b (gam)
Cao Su NR
100
100
Axit Stearic
2
2
ZnO
5
5
MBT
0,8
0,8
TMTD
0,2
0,2
S
2,5
2,5
Antioxidant
1,5
Nonox
Tổng cộng
1,5
112
112
7
Phòng lão cao su
4. Trình tự thí nghiệm: Sơ đồ khối
Điều kiện gây lão hóa: Gây lão hóa bằng không khí nóng ở nhiệt độ 70 0C trong 72 giờ nhằm tạo sự hủy hoại có kiểm soát lên các mẫu thử. Mẫu phải treo thẳng đứng trong tủ sấy, không va chạm vào nhau va va chạm vào vách buồng sấy . 8
Phòng lão cao su
5. Bảng số liệu:
Mẫu M4_1 đến Mẫu M4_3 : không sấy Mẫu M4_4 đến Mẫu M4_6: có sấy Đơn pha chế : 4a
Mẫu quả tạ
Bề dày (mm) Lực Fđứt (N) Tiết diện cm
M4a_1 M4a_2 M4a_3
2,04 2,04 2,04
44,1 39,8 78,3
0,1224 0,1224 0,1224
Trung bình
ứng suất kháng đứt N/cm 360,3 325,2 639,7
441,7
M4a_4 M4a_5 M4a_6
2,03 2,03 2,03
219,7 246,9 188,1
0,1218 0,1218 0,1218
Trung bình
1803,8 2027,1 1544,4
1791,8
Hệ số kháng lão hóa: K=
.100= 24,65 (%)
Đơn pha chế : 4b Bề dày (mm) Lực Fđứt (N) Tiết diện cm2 ứng suất kháng đứt N/cm2
Mẫu quả tạ M4b_1
2,04
61,7
0,1224
504,1
M4b_2
2,05
38,9
0,1230
316,3
M4b_3
2,05
143,2
0,1230
1164,2
Trung bình
661,5
M4b_4
2,05
188,2
0,1230
1530,1
M4b_5
2,05
283,7
0,1230
2306,5
M4b_6
2,05
189,9
0,1230
1543,9
Trung bình Hệ số kháng lão hóa: K=
1793,5
.100= 36,9 (%)
9
Phòng lão cao su
Hệ số kháng lão
Nhận xét:
Sau khi cho cao su chịu sự lão hóa bằng nhiệt cơ lý tính của nó đã giảm đi rất nhiều,ứng suất kéo đứt của cao su không chịu sự lão hóa cao hơn so với cao su chịu sự lão hóa. Hệ phòng lão 4b cho hệ số kháng lão cao hơn cũng cũng như cho tính tính chất cơ lý tính của cao su sau khi lưu hóa tốt hơn hệ 4a .
6. Trả lời cầu hỏi:
Câu 1: Cho biết vai trò của antioxidant và nonox trong đơn pha chế
Kháng lại sự oxy hóa các nối đôi của cao su . Cơ chế phòng lão là ngăn chặn hình thành các gốc tự do hoặc kết hợp gốc tự do tạo hợp chất bền, làm cho quá trình lão hóa chậm lại.
Câu 2: Đề nghị các biện pháp phòng lão khác cho sản phẩm cao su
Kháng phân hủy và ozon : O zon
có hoạt tính mạnh nên tác kích vào nối đôi hình thànhlớp ozonide cứng dòn trên bề mặt cao su. Cơ chế phòng lão ozon là các chất này phản ứng nhanh với ozon nhanh hơn cao su, ngăn chặn sự phá hủy ozonide, cách ly bề mặt cao suvới ozon.
Kháng nhiệt : d ài s ẽgây sự c ắt mạch, Dướ i tác d ụng nhiệt độ cao hoặc trong thờ i gian tiế p xúc dài các chất phòng lão có kh ả năng hấ p thu nhiệt và chịu nhiệt cao, hạn chếsự cắt đứt mạch trong quá trình gia công và s ử dụng.
10
