Cao su blend - tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam

Cao su thiên nhiên (CSTN) là hợp chất cao phân tử trong nhựa cây cao su (Hevea Brasiliensis), được phát hiện và ứng dụng lần đầu tiên vào cuối thế kỷ 16 tại Nam Mỹ, nhưng mãi đến năm 1839, khi Chales Goodyear phát minh ra quá trình lưu hóa thì vật liệu này mới được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và kỹ thuật
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cao su blend - tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam Cao su blend - tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt NamCao su thiên nhiên (CSTN) là hợp chất cao phân tử trong nhựa cây cao su (HeveaBrasiliensis), được phát hiện và ứng dụng lần đầu tiên vào cuối thế kỷ 16 tại Nam Mỹ,nhưng mãi đến năm 1839, khi Chales Goodyear phát minh ra quá trình lưu hóa thì vậtliệu này mới được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và kỹ thuật.Trong quá trình sử dụng, người ta thấy một số tính năng kỹ thuật của CSTN còn bị hạnchế (như kém bền dầu mỡ, môi trường,...), nên đến đầu thế kỷ 20 nhiều loại cao su tổnghợp (CSTH) với những tính chất đặc biệt đã lần lượt được nghiên cứu sản xuất như caosu clopren (CR) năm 1931, butađien (BR) năm 1932, styren - butađien (SBR), nitril -butađien (NBR) năm 1937 và silicon (chẳng hạn cao su polydimetyl siloxan - PDMS)năm 1945. đến giai đoạn 1955 - 1970, trên thị trường xuất hiện tiếp các loại cao su nhiệtdẻo như cao su etylen-propylen-đien đồng trùng hợp (EPDM), polyuretan (PU),... Cácloại CSTH đã khắc phục được những hạn chế của CSTN như NBR bền dầu mỡ, CR vàEPDM bền môi trường, hoặc nhiều loại cao su silicon có khả năng cách điện cao... Tuynhiên hầu hết các loại CSTH đều có giá thành khá cao và một số loại (như cao suEPDM, silicon) có độ bền cơ học thấp. Chính vì vậy, vấn đề phối hợp những ưu điểm củacác loại CSTH với nhau hay với CSTN hoặc một số vật liệu cao phân tử khác để nhậnđược cao su blend, một loại vật liệu tổ hợp với những đặc tính mong muốn, đã trở thànhvấn đề được quan tâm nghiên cứu từ khoảng hơn ba chục năm trở lại đây. Theo hướngnày, người ta đã chế tạo và ứng dụng các loại cao su blend từ CSTN, CSTH hoặc polymenhiệt dẻo. Vật liệu này có một số ưu thế cơ bản so với các loại vật liệu cao su truyềnthống, đó là:- Lấp được khoảng trống về tính chất công nghệ và giá thành giữa các loại cao su vàpolyme thành phần. Qua đó người ta có thể tối ưu hóa về mặt giá thành và tính chất củavật liệu sử dụng.- Tạo khả năng phối hợp tính chất mà những loại vật liệu khác khó có thể đạt được, dovậy đáp ứng những yêu cầu cao của hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật.Quá trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm trên cơ sở cao su blend (hoặc polyme blend nóichung) thường nhanh hơn nhiều so với nghiên cứu chế tạo sản phẩm từ vật liệu mới khác,vì người ta có thể áp dụng những vật liệu với những tính chất đã biết và công nghệ sẵncó.Do những ưu thế trên, trong những năm qua nhiều loại cao su blend tính năng cao đi từCSTN và CSTH đã được nghiên cứu chế tạo trên thế giới, trong số đó nhiều loại đ ã trởthành thương phẩm có giá trị cao.Một số vấn đề công nghệ trong sản xuất cao su blendTrong thực tế chế tạo và sử dụng, có thể hiểu cao su blend là vật liệu được cấu thành từhai hoặc nhiều loại cao su hoặc cao su với polyme (nhựa) nhiệt dẻo, qua đó có thể tối ưuhoá tính năng cơ lý và giá thành cho những mục đích sử dụng nhất định.Trong cao su blend, những yếu tố về cấu trúc hình thái (thể hiện cấu trúc phân tử của vậtliệu), tính tương hợp (liên quan đến sự tạo thành pha tổ hợp ổn định và đồng thể từ haihay nhiều loại cao su, nhựa thành phần) và khả năng trộn hợp (liên quan đến khả năngtrộn lẫn cao su/ polyme thành phần trong những điều kiện nhất định) là những yếu tốquan trọng, quyết định các đặc tính của vật liệu. Như vậy, tính tương hợp của các cấu tửthành phần là một trong những yếu tố quyết định tính chất của cao su blend.Ở một số loại cao su blend, các cấu tử có thể tự hoà trộn vào nhau tới mức độ phân tử vàcấu trúc này tồn tại ở trạng thái cân bằng. Người ta gọi những hệ này là những hệ tươnghợp về mặt nhiệt động học. Cũng có những hệ khác mà trong đó tính tương hợp được tạothành nhờ những biện pháp gia công nhất định, chúng được gọi là những hệ tương hợp vềmặt kỹ thuật.Trong cao su blend, phần cấu trúc kết tinh có thể làm tăng độ bền hoá học, độ bền cơ học(chống mài mòn) và độ bền nhiệt, còn phần vô định hình góp phần làm tăng độ ổn địnhkích thước cũng như độ bền nhiệt dưới tải trọng của vật liệu.Những tổ hợp không t ương hợp là những tổ hợp mà trong đó có các pha khác nhau (dùrất nhỏ).Trên thực tế, có rất ít các cặp polyme (trong đó có cả cao su) tương hợp với nhau về mặtnhiệt động. đa phần chúng không t ương hợp với nhau, nên khi trộn lẫn chúng thường tạothành các vật liệu tổ hợp (vật liệu blend) có cấu trúc không t ương hợp thuộc một trongba dạng như trong hình dưới đây:Từ kết quả nghiên cứu, người ta đã chỉ ra rằng sự tương hợp của các cấu tử trong tổ hợpphụ thuộc vào nhiều yếu tố như: bản chất hoá học và cấu trúc phân tử của các polymethành phần, khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử của các polyme thànhphần, tỷ lệ các cấu tử trong tổ hợp; năng lượng bám dính ngoại phân tử; nhiệt độ giacông; v.v...Sự tồn tại của những tổ hợp blend không t ương hợp, trong đó có cao su blend, có nguyênnhân liên quan đến sự phân bố pha, kích thước hạt và khả năng bám dính pha không ...