Chương 1 trình bày tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước về hệ blend NBR/PP, những chất trợ tương hợp để tăng khả năng tương hợp mà trên thế giới đã sử dụng cho blend NBR/PP. Từ đó rút ra chất tương hợp thích hợp để chế tạo blend NBR/PP với điều kiện thực hiện của Việt Nam. Chương 2 mô tả các nguyên liệu và các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong quá trình nghiên cứu luận án. Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm thu được như nghiên cứu hệ lưu hóa cao su phù hợp để chế tạo blend NBR/PP.
Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã xác định được các chế độ công nghệ phù hợp từ đó chế tạo ra cao su nhiệt dẻo trên cơ sở cao su NBR và nhựa nhiệt dẻo PP với chất trợ tương hợp là PP-g-MA. Vật liệu blend NBR/PP chế tạo được đã thử nghiệm các tính chất và xác định khả năng ứng dụng của nó. Giới thiệu chung Một trong những thành tựu quan trọng của khoa học và công nghệ vật liệu trong vài chục năm trở lại đây là đã nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng có kết quả các loại vật liệu polyme trộn hợp, trong đó có vật liệu polyme blend [19]. Vật liệu polyme blend là loại vật liệu có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, từ các ngành kỹ thuật cao như kỹ thuật điện, điện tử, trong công nghiệp chế tạo máy và máy chính xác, trong công nghiệp hóa chất, nơi đòi hỏi có những vật liệu có khả năng chịu hóa chất, xăng, dầu, mỡ [4,5], trong môi trường khắc nghiệt, chịu mài mòn, bền nhiệt [4], cho đến những ứng dụng để sản xuất các loại phương tiện bảo vệ cá nhân có công dụng đặc biệt như giầy bảo hộ lao động cho công nhân làm việc với hóa chất [11], với xăng, dầu, mỡ chống trơn trượt giúp công nhân tránh những tai nạn đáng tiếc xẩy ra [10] và các sản phẩm dân dụng như các đồ gia dụng khác.
Bản chất vật liệu polyme blend là một loại vật liệu trộn hợp [19], người ta có thể chế tạo được nhiều loại blend từ những polyme thành phần khác nhau như cao su acrylonitril butadien (NBR), cao su clopren (CR), cao su tự nhiên (CSTN)… chúng có thể kết hợp với nhau hoặc kết hợp với một trong những polyme nhiệt dẻo như nhựa polypropylen (PP), polyetylen (PE), polyamit (PA), polyvinylclorit (PVC)…. Blend NBR/PVC hoặc blend NBR/CR/PVC được dùng làm vỏ bọc dây điện và cáp điện, băng tải, đồ dùng gia đình, đế giầy dép [5, 6]. Hệ blend PVC/NBR/CSTN có tính năng bền môi trường vượt trội so với CSTN. Hệ blend EPDM/PP [20] là một chất lưu hóa động thông dụng trên thị trường Việt Nam….Với những khả năng ứng dụng rộng rãi như vậy, vật liệu polyme blend đã và sẽ là vật liệu của tương lai.1 Khái niệm về polyme blend Mặc dù vật liệu polyme blend đã được nghiên cứu, ứng dụng từ rất lâu nhưng hiện nay vẫn chưa có một định nghĩa chính thức về loại vật liệu này.
Polyme blend là một khái niệm rất rộng, song có thể thấy polyme blend là một vật liệu trộn hợp hoặc vật liệu tổ hợp. Trong polyme blend, giữa các polyme có thể có tương tác vật lý hoặc tương tác hóa học, có thể là hệ đồng thể hoặc dị thể. Trong polyme blend đồng thể, hai polyme thành phần không còn đặc tính riêng và tính chất của polyme blend thường là trung bình cộng của hai polyme đó. Trong polyme blend dị 4 thể, các tính chất của cả hai polyme thành phần hầu như được giữ nguyên [19].
Trong nghiên cứu về vật liệu polyme blend trước hết cần hiểu rõ những khái niệm cơ bản thuộc lĩnh vực này, đó là: - Cấu trúc hình thái: Là hình ảnh thể hiện cấu trúc trên phân tử của vật liệu. - Sự tương hợp trong polyme blend: Mô tả khả năng tạo thành pha ổn định và đồng thể từ hai hay nhiều loại polyme thành phần. - Khả năng trộn hợp: Là khả năng những polyme thành phần được chế tạo trong những điều kiện nhất định có thể hòa trộn vào nhau tạo thành những hỗn hợp vật liệu đồng thể hay dị thể [78].2 Phân loại polyme blend Polyme blend có thể chia làm 3 loại theo sự tương hợp của các polyme thành phần. - Polyme blend trộn lẫn và tương hợp hoàn toàn: Có entanpi âm do có các tương tác đặc biệt và sự đồng nhất được quan sát ở mức độ phân tử.
Đặc trưng của hệ này là chỉ có một giá trị nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) nằm ở khoảng giữa Tg của hai pha thành phần. - Polyme blend trộn lẫn và tương hợp một phần: Một phần polyme này tan trong polyme kia, ranh giới phân chia pha không rõ ràng. Cả hai pha polyme (một pha giàu polyme 1, một pha giàu polyme 2) là đồng thể và có hai giá trị T g. Cả hai giá trị Tg chuyển dịch từ giá trị Tg của polyme thành phần ban đầu về phía polyme kia.
- Polyme blend không trộn lẫn và không tương hợp: Hình thái pha rất thô, không mịn, ranh giới phân chia pha rõ ràng, bám dính bề mặt hai pha rất kém, có hai giá trị Tg riêng biệt ứng với giá trị Tg của polyme ban đầu [19, 78].3 Các phương pháp chế tạo polyme blend Điều quan trọng đầu tiên trong công nghệ chế tạo vật liệu polyme blend là chọn ra những polyme phối hợp được với nhau và tỷ lệ phối hợp để đem lại hiệu quả cao [58, 59]. Những căn cứ để lựa chọn: - Yêu cầu kĩ thuật của vật liệu blend cần có. - Bản chất và cấu tạo hóa học của polyme thành phần ban đầu. 5 Đối với các polyme có bản chất hóa học giống nhau sẽ dễ phối hợp với nhau còn những polyme khác nhau về cấu tạo hóa học cũng như độ phân cực sẽ khó trộn hợp với nhau.
Trong trường hợp này ta phải dùng các chất tương hợp. Có nhiều phương pháp khác nhau để chế tạo blend, trong đó các phương pháp chế tạo polyme blend trong dung dịch, ở trạng thái nóng chảy trên các thiết bị gia công chất dẻo, lưu hóa động và tạo mạng lưới đan xen của các polyme được sử dụng phổ biến hơn cả [19]. Trong tất cả các trường hợp thì thời gian trộn, nhiệt độ và tốc độ trộn có ảnh hưởng quyết định tới cấu trúc cũng như tính chất của vật liệu. Vì thế ở mỗi hệ cụ thể căn cứ vào tính chất của polyme ban đầu cũng như đặc tính lưu biến của tổ hợp người ta chọn điều kiện chuẩn bị và gia công thích hợp.
Hai phương pháp hay dùng nhất là chế tạo blend từ dung dịch polyme và chế tạo blend từ trạng thái nóng chảy. Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme Phương pháp chế tạo polyme blend bằng cách trộn và hòa các polyme trong cùng một dung môi hoặc trộn dung dịch của polyme này với dung dịch của polyme kia. Để chế tạo polyme blend hòa trộn, tương hợp hoàn toàn hay tương hợp một phần, một đòi hỏi rất quan trọng là các polyme thành phần phải hòa tan tốt với nhau trong cùng một dung môi hoặc trong các dung môi có khả năng trộn lẫn với nhau. Có thể kèm theo quá trình khuấy ở nhiệt độ cao và gia nhiệt trong thời gian dài để tạo điều kiện cho các polyme phân tán vào nhau tốt hơn.
Sau khi thu được màng polyme blend cần phải đuổi hết dung môi bằng các phương pháp khác nhau (sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp) tránh để màng bị rạn nứt, bị phân hủy nhiệt hay phân hủy oxi hóa nhiệt. Nhược điểm của phương pháp này là phải sử dụng dung môi nên không kinh tế và gây ô nhiễm môi trường [19]. Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy trên các thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo và chế biến cao su như máy trộn, máy đùn trục vít xoắn, máy ép, máy đúc phun… là phương pháp kết hợp cả yếu tố cơ – nhiệt, cơ – hóa và tác động cưỡng bức lên các polyme thành phần. Các chất phụ gia trong polyme blend có thể là các chất trợ tương hợp, chất hoạt động bề mặt, các hợp chất thấp phân tử có khả năng phản ứng, chất hóa dẻo, hợp chất khâu mạch….
Trong công nghệ chế tạo vật liệu polyme blend phương pháp trộn các polyme ở trạng thái nóng chảy là phương pháp phổ biến nhất. Về cơ bản, sự phát triển hình thái cấu trúc của 6 polyme blend chế tạo trong máy trộn nội là hàm của thời gian và trong máy đùn trục vít xoắn là hàm của chiều dài trục vít [19]. Polyme blend PVC/NBR và PVC/NBR/SBR với các tỷ lệ thành phần khác nhau được trộn trên thiết bị trộn nội ở 1500C, tốc độ 30 vòng/phút trong 22 phút. Khối lượng của các polyme thành phần và các chất phụ gia (các chất ổn định PVC như stearat kẽm và bari, hệ lưu hóa cao su NBR và SBR bao gồm chất khâu mạch lưu huỳnh, chất xúc tiến-mecaptobenzatiazol và chất lưu hóa- oxit kẽm) được điều chỉnh sao cho thể tích nóng chảy chiếm 70% thể tích buồng trộn.
Phương pháp trộn trục vít các polyme blend ở trạng thái nóng chảy có những ưu điểm sau: - Quá trình chế tạo liên tục với các polyme, các chất phản ứng ở nhiều dạng khác nhau: rắn, bột, cũng có thể ở dạng lỏng. - Trộn phân bố và trộn phân tán rất tốt cho các hợp chất có độ nhớt cao. - Dễ dàng điều khiển nhiệt độ, áp suất, thời gian lưu của polyme. - Không sử dụng dung môi do các quá trình xẩy ra ở dạng rắn và pha nóng chảy nên rất kinh tế và thân thiện với môi trường.
- Không có đòi hỏi đặc biệt trước khi gia công như các phản ứng ghép để tạo các nhóm chức trong polyme ban đầu. - Có thể loại bỏ các monome còn lại (monome không tham gia phản ứng) và các sản phẩm phụ khỏi các polyme. - Có thể thực hiện quá trình tự làm sạch khi sử dụng máy đùn 2 trục vít xoắn (trục vít kép) khớp hoàn toàn và máy đùn trục vít đơn chuyển động qua lại. - Các quá trình liên tiếp nhau từ các phản ứng hóa học, trộn, thoát hơi đến cắt hạt và tạo hình.
- Có thể chế tạo nhiều polyme blend khác nhau trên cùng một dây truyền đơn giản [19].4 Yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu polyme blend Tính chất của vật liệu polyme blend được quyết định bởi sự tương hợp của các polyme trong hỗn hợp.
