Xem mẫu
T¹p chÝ Hãa häc, T. 44 (6), Tr. 734 - 738, 2006
ChÕ t¹o vËt liÖu polyme alloy trªn c¬ së bét cao su phÕ th¶i vµ HDPE víi t¸c nh©n kh¬i mµo dicumyl peoxit
phÇn 1 - kh¶o s¸t tÝnh chÊt c¬ lý- CÊu tróc h×nh th¸i häc vµ tÝnh chÊt nhiÖt
§Õn Tßa so¹n 16-2-2006
TrÇn ThÞ Thanh V©n1, Lª Kim Long2, Vò Hoi Nam2, Lª ThÞ Mü H¹nh1, Vò V¨n B×nh1
1Phßng Vi ph©n tÝch, ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn KH&CN ViÖt Nam 2Khoa Hãa häc, §H Khoa häc Tù nhiªn, §H QG H5 Néi
Summary
In this work, it is presented the preparation of polymer alloy materials based on waste Sao Vang rubber powder (BCS) and high density polyethylene (HDPE) with the initiator of dicumylperoxide by mixing in melting state. The result showed that in the 50/50 ratio of BCS/HDPE, the tensile strength of polymer alloy materials increases to that of initial HDPE (14.56 MPa) and en longation increases from 269% to 309%. Study on the effect of BCS preparation method on the materials properties shows that hot ground BSC yields the products with lower price and higher stress in comparison to those by cool ground one. When dicumylperoxide is used on the surface there are not as many space as without dicumylperoxide. It is due to the reaction taking place by radical mechanism between BCS and HDPE. Results of DTA on the equipments of Shimadzu DTA - 50 point out a move of melting point from 109.09oC in the sample without DCP to 110.7oC with DCP. It is the evidence of the reaction happened in the mixture of BCS and HPDE.
I - Më ®Çu
§Ó xö lý tËn dông cao su phÕ th¶i, ngay tõ khi nÒn c«ng nghiÖp cao su ra ®êi, ng%êi ta ®& nghÜ tíi viÖc tËn dông l¹i cao su phÕ th¶i nh%ng chñ yÕu l, l,m nhiªn liÖu. KÓ tõ khi cã ®iÒu luËt nghiªm cÊm ®èt cao su phÕ th¶i d%íi mäi h×nh thøc th× tõ cuèi nh÷ng n¨m 1980 cho ®Õn nay nhiÒu n%íc trªn thÕ giíi nh% Mü, §øc, Ph¸p, H, Lan, ... ®& tiÕn h,nh nghiªn cøu t¸i sö dông cao su cò b»ng nhiÒu c¸ch kh¸c nhau. Mét trong nh÷ng h%íng nghiªn cøu chÝnh ®Ó t¸i sö dông cao su phÕ th¶i l, sö dông bét cao su ®Ó chÕ t¹o polyme blend víi c¸c lo¹i nhùa nhiÖt dÎo v, cao su nguyªn sinh. Ph%¬ng ph¸p n,y ®& l,m cho
cao su trë vÒ víi ®óng chu tr×nh kinh tÕ vèn cã cña nã [1, 2].
Trong b,i b¸o n,y, chóng t«i ®Ò cËp ®Õn ph%¬ng ph¸p chÕ t¹o v, kh¶o s¸t tÝnh chÊt cña vËt liÖu polyme alloy trªn c¬ së BCS Sao V,ng phÕ th¶i v, nhùa nhiÖt dÎo polyetylen tû träng cao víi t¸c nh©n kh¬i m,o dicumyl peoxit. S¶n phÈm thu ®%îc thuéc lo¹i polyme alloy (l, tr%êng hîp ®Æc biÖt cña polyme blend) theo ®Þnh nghÜa cña Utrracki [4].
II - Ph’¬ng ph¸p nghiªn cøu
1. Hãa chÊt
734
- Bét cao su Sao v,ng phÕ th¶i cã kÝch th%íc 0,2 mm ®%îc chÕ t¹o b»ng nghiÒn nãng.
- HDPE Th¸i Lan b¸n trªn thÞ tr%êng ViÖt Nam.
- Dicumyl peoxit cña §øc cã h,m l%îng oxi ho¹t hãa 5,9%.
2. ThiÕt bÞ
- M¸y trén kÝn Haake (§øc), t¹i ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v, C«ng nghÖ ViÖt Nam.
- M¸y Ðp Toyoseiky (NhËt B¶n), t¹i ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v, C«ng nghÖ ViÖt Nam.
- M¸y ®o ®é bÒn c¬ lý Zwick Z2.5 (§øc), t¹i ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v, C«ng nghÖ ViÖt Nam.
- KÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt Jeol 5300 (NhËt B¶n), t¹i ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn Khoa
häc v, C«ng nghÖ ViÖt Nam.
- M¸y ph©n tÝch nhiÖt Shimadzu DTA (NhËt B¶n), t¹i ViÖn Hãa häc, ViÖn Khoa häc v, C«ng nghÖ ViÖt Nam.
III - KÕt qu¶ v th¶o luËn
1. ChÕ t¹o vËt liÖu polyme alloy tõ bét cao su phÕ liÖu v HDPE
N¹p liÖu v,o khoang trén cña thiÕt bÞ Haake ë 170oC, tèc ®é quay cña trôc trén l, 70 vßng/phót. Sau 2 phót ®%a chÊt kh¬i m,o DCP v,o v, duy tr× khèi ph¶n øng ë ®iÒu kiÖn ®& nªu trong thêi gian 6 phót. DiÔn biÕn cña qu¸ tr×nh trén hîp ®%îc quan s¸t trùc tiÕp th«ng qua sù thay ®æi momen xo¾n ®Æc tr%ng cho sù thay ®æi ®é nhít cña hçn hîp ph¶n øng. C¬ chÕ cña ph¶n øng ghÐp m¹ch gi÷a BCS v, HDPE ®%îc tr×nh b,y trong s¬ ®å 1 [3].
C¬ chÕ t¹o gèc tõ DCP
CH3 CH3 CH3
C O O C C O Ký hiÖu l, RO
CH3 CH3 CH3 CH3
C O + CH3
C¬ chÕ t¹o gèc trªn m¹ch cao su
CH2 C CH CH2 + CH3 CH2 C CH CH + CH4 CH3 CH3
C¬ chÕ t¹o gèc trªn m¹ch HDPE
(CH2 CH2)n + CH3 CH2 CH CH2 CH2 + CH4
C¬ chÕ ghÐp m¹ch gi÷a BCS v, HDPE
CH3
CH2 C CH CH + CH2 CH CH2 CH2 CH2 C CH CH
CH3 CH2 CH CH2 CH2
S¬ ®å 1: S¬ ®å ph¶n øng ghÐp m¹ch gi÷a BCS v, HDPE
Nhê ph¶n øng kh©u l%íi hãa häc gi÷a BCS v, HDPE n,y x¶y ra ®ång thêi víi c¸c t%¬ng t¸c
vËt lý trong qu¸ tr×nh trén ch¶y ®& l,m cho tÝnh n¨ng c¬ lý cña s¶n phÈm ®%îc c¶i thiÖn ®¸ng kÓ.
735
KÕt thóc qu¸ tr×nh ph¶n øng, s¶n phÈm ®%îc Ðp tÊm v, t¹o mÉu ®o c¬ lý.
2. KÕt qu¶ kh¶o s¸t ®é bÒn c¬ lý
C¸c mÉu ®%îc ®o theo tiªu chuÈn DIN
53505 víi lùc kÑp mÉu 1KN v, tèc ®é kÐo mÉu l, 100 mm/phót. KÕt qu¶ kh¶o s¸t ¶nh h%ëng cña tû lÖ th,nh phÇn ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu polyme alloy ®%îc tr×nh b,y trong b¶ng 1.
B¶ng 1: TÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu polyme alloy tõ bét cao su phÕ th¶i lo¹i 0,2 mm v, HDPE víi 1% DCP
TT
1 2 3 4 5 6
7
Tû lÖ th,nh phÇn BCS/HDPE
50/50/ Kh«ng DCP 0/100 30/70 40/60 50/50 60/40
70/30
E mo®un, MPa
35,2 124 55,6 28,2 21,6 14,7
5,3
§é bÒn kÐo ®øt , MPa 7,85 14,45 14,51 14,47 14,54 14,00
13,2
§é d&n d,i khi ®øt , %
35 269 226 302 309 261
252
Tõ kÕt qu¶ trong b¶ng 1 nhËn thÊy, khi cã chÊt kh¬i m,o DCP th× tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu t¨ng. Khi t¨ng h,m l%îng BCS phÕ th¶i th× ®é cøng cña vËt liÖu gi¶m thÓ hiÖn ë gi¸ trÞ E modun gi¶m ®¸ng kÓ so víi HDPE ban ®Çu, nh%ng ®é bÒn kÐo ®øt gi¶m kh«ng ®¸ng kÓ v, ®é d&n d,i khi ®øt t¨ng ®¸ng kÓ. Tuy nhiªn, víi tû lÖ BCS/HDPE b»ng 50/50 th× ®é bÒn kÐo ®øt cña vËt liÖu polyme alloy l, 14,54 MPa so víi víi HDPE ban ®Çu l, 14,45 MPa v, ®é d&n d,i khi ®øt t¨ng tõ 269% lªn 309%. Ta cã thÓ kÕt luËn r»ng tû lÖ th,nh phÇn tèi %u ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu polyme alloy tõ BCS phÕ th¶i v, HDPE l,
H×nh 1: BÒ mÆt c¾t ngang cña mÉu kh«ng cã DCP
736
50/50. NÕu h,m l%îng BCS sö dông víi l%îng thÊp th× viÖc t¸i sö dông Ýt hiÖu qu¶.
3. Kh¶o s¸t cÊu tróc h×nh th¸i häc b»ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt
MÉu ®%îc c¾t l¸t máng trªn m¸y c¾t microtom, phñ b¹c b»ng ph%¬ng ph¸p bèc bay ch©n kh«ng sau ®ã ®%a v,o khoang chôp cña kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt chôp víi ®é phãng ®¹i 100 lÇn. KÕt qu¶ ®%îc tr×nh b,y trªn h×nh 1 v, 2. §©y l, ph%¬ng ph¸p trùc quan cho phÐp quan s¸t trùc tiÕp bÒ mÆt ph©n chia pha gi÷a BCS phÕ th¶i v, nhùa nhiÖt dÎo HDPE.
H×nh 2: BÒ mÆt c¾t ngang cña mÉu cã DCP
So s¸nh h×nh ¶nh trªn h×nh 1 v, 2 ta nhËn thÊy víi cïng ®é phãng ®¹i 100 lÇn mÉu cã chÊt kh¬i m,o DCP ®& x¶y ra ph¶n øng kh©u l%íi hãa häc gi÷a BCS v, HDPE nªn ranh giíi pha kh«ng râ (h×nh 2), c¸c r&nh nøt ®& ®%îc lÊp ®Çy trong khi mÉu kh«ng cã DCP cã nh÷ng khoang trèng lín t¸ch biÖt gi÷a BCS v, HDPE (h×nh 1). KÕt
10,0
qu¶ n,y phï hîp víi kÕt qu¶ kh¶o s¸t tÝnh chÊt c¬ lý nªu trong phÇn trªn
4. KÕt qu¶ ph©n tÝch nhiÖt
KÕt qu¶ ph©n tÝch DTA trªn thiÕt bÞ Shimadzu DTA –50 ®%îc tr×nh b,y trªn h×nh 3 v, 4. §iÒu kiÖn ®o: m«i tr%êng ®o nit¬; tèc ®é t¨ng nhiÖt ®é l, 10o/phót.
5,0
0,0 109,09oC
-5,0
0,00 100,00 200,00 NhiÖt ®é, oC
H×nh 3: KÕt qu¶ ph©n tÝch DTA cña mÉu cã tû lÖ BCS/HDPE b»ng 50/50 kh«ng cã DCP
Tõ h×nh 3 v, 4 ta nhËn thÊy víi mÉu kh«ng cã t¸c nh©n kh¬i m,o DCP th× nhiÖt ®é nãng ch¶y cña vËt liÖu l, 109,09oC cßn víi mÉu cã DCP nhiÖt ®é nãng ch¶y cña mÉu l, 110,70oC. Sù kh©u l%íi hãa häc x¶y ra gi÷a BCS v, HDPE l,m cho ®é bÒn oxi hãa nhiÖt cña vËt liÖu t¨ng lªn.
IV - KÕt luËn
Tõ c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm thu ®%îc, chóng t«i cã nh÷ng nhËn xÐt sau:
1. ChÕ t¹o ®%îc vËt liÖu polyme alloy tõ BCS phÕ th¶i v, HDPE víi t¸c nh©n kh¬i m,o DCP t¹o ra sù kh©u l%íi hãa häc x¶y ra ®ång thêi víi c¸c t%¬ng t¸c vËt lý trong qu¸ tr×nh trén ch¶y l,m cho vËt liÖu polyme alloy cã tÝnh chÊt c¬ lý cao h¬n so víi vËt liÖu trén c¬ häc.
2. KÕt qu¶ s¸t ®é bÒn c¬ lý cho thÊy tû lÖ tèi %u ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu polyme alloy l, BCS/HDPE b»ng 50/50 th× s¶n phÈm cã ®é bÒn kÐo ®øt b»ng 14,54 MPa t%¬ng ®%¬ng víi HDPE ban ®Çu l, 14,45 MPa nh%ng ®é d&n d,i t¨ng tõ 269% lªn 309%.
737
10,0
5,0
0,0 110,7oC
-5,0
0,00 100,00 200,00 NhiÖt ®é, oC
H×nh 4: KÕt qu¶ ph©n tÝch DTA cña mÉu cã tû lÖ BCS/HDPE b»ng 50/50 cã DCP
3. KÕt qu¶ kh¶o s¸t cÊu tróc h×nh th¸i häc cho phÐp quan s¸t ®%îc ranh giíi pha gi÷a BCS v, HDPE trong vËt liÖu polyme alloy cã ®é ®Æc khÝt cao h¬n so víi mÉu trén c¬ häc nhê x¶y ra ph¶n øng hãa häc.
4. KÕt qu¶ ph©n tÝch nhiÖt DTA cho thÊy cã sù chuyÓn dÞch ®iÓm nãng ch¶y cña mÉu kh«ng cã chÊt kh¬i m,o DCP tõ 109,09oC lªn 110,70oC cña mÉu cã DCP.
Ti liÖu tham kh¶o
1. TrÇn ThÞ Thanh V©n, NguyÔn Quang, Ng« Duy C%êng. T¹p chÝ Hãa häc, sè 4, T. 41,
Tr. 92 - 96 (2003).
2. TrÇn ThÞ Thanh V©n, NguyÔn Quang, Ng« Duy C%êng, H. Michael. T¹p chÝ Hãa häc sè 1, T. 42, Tr. 67 - 70 (2004).
3. C. J. Ceresa. Blend of Polymers. Block and Graft Copolymers, Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 2, P. 485 - 528 (1965).
4. L. A. Utrracki. Polymer Alloy and Blend, Munich, Viena, New York, 356 p (1990).
5. J. I. Kim, S. H. Ryu, Y. W. Chang. J. Polymer Science, Vol. 77, P. 2595 - 2602 (2000).
738
...
- tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn