Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào TPO đến quá trình khâu mạch quang trong điều kiện ánh sáng tự nhiên của hệ tritiol / butadien nitril

88 T¹p chÝ Hãa häc, T. 42 (1), Tr. 88 - 92, 2004 ¶nh hëng cña hµm lîng chÊt kh¬i mµo TPO ®Õn qu¸ tr×nh kh©u m¹ch quang trong ®iÒu kiÖn ¸nh s¸ng tù nhiªn cña hÖ tritiol / butadien nitril §Õn Tßa so¹n 23-6-2003 NguyÔn ThÞ ViÖt TriÒu, §Æng §øc Phóc, Lª Xu©n HiÒn, NguyÔn TrÝ Ph¬ng ViÖn Kü thuËt nhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v+ C«ng nghÖ ViÖt Nam SUMMARY The photocrosslinking of butadiene nitrile rubber was shown to proceed within minutes upon the exposure to sunlight in the presence of trithiol and acylphosphine oxide photointiator (TPO) of different concentrations. The crosslinking process was followed by insolubilization, swelling and hardness measurements. Optimum cure was reached at photoinitiator concentration 1%. I - §Æt vÊn ®Ò Trong c¸c bi b¸o tríc ®©y, chóng t«i ® c«ng bè kÕt qu¶ nghiªn cøu sù kh©u m¹ch quang cña cao su butadien nitril khi chiÕu tia tö ngo¹i [1, 2]. Tuy nhiªn, viÖc tËn dông nguån ¸nh s¸ng mÆt trêi tù nhiªn s½n cã cña níc ta ®Ó kh©u m¹ch cao su sÏ cã lîi Ých vÒ mÆt kinh tÕ. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, chóng t«i ® nghiªn cøu sù kh©u m¹ch quang cña cao su butadien nitril b»ng ¸nh s¸ng tù nhiªn víi mét sè lo¹i chÊt kh¬i mo kh¸c nhau. KÕt qu¶ cho thÊy r»ng trong sè c¸c chÊt kh¬i mo ® nghiªn cøu th× chÊt kh¬i mo Lucirin TPO cho hiÖu suÊt kh©u líi tèt nhÊt [3] v hm lîng 3% TPO l tèi u [4]. Khi cã mÆt cña t¸c nh©n kh©u líi tritiol, tèc ®é v møc ®é kh©u m¹ch cña cao su butadien nitril t¨ng lªn ®¸ng kÓ [1, 2]. Bi b¸o ny tr×nh by c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh hëng cña hm lîng chÊt kh¬i mo TPO ®Õn qu¸ tr×nh kh©u m¹ch quang trong ®iÒu kiÖn ¸nh s¸ng tù nhiªn cña cao su buta®ien nitril khi cã mÆt cña tritiol. II - PhÇn thùc nghiÖm 1. Nguyªn liÖu v hãa chÊt - Cao su butadien nitril cña Hn Quèc chøa 40% nhãm nitril (CBN-40), träng lîng ph©n tö 540.000. - ChÊt kh¬i mo quang d¹ng gèc oxit acylphosphin [2,4,6 Trimethyl-benzoyldiphenyl- phosphin oxyd] (Lucirin TPO) cña hng BASF. - T¸c nh©n kh©u líi Trimetylolpropane mercaptopropionate (tritiol) cña hng Evans chemetics. 2. ChÕ ®é chiÕu s¸ng MÉu cao su cã chøa t¸c nh©n kh©u líi tritiol v chÊt kh¬i mo TPO ®îc chiÕu vo buæi tra díi ¸nh s¸ng mÆt trêi tù nhiªn. Cêng ®é ¸nh s¸ng ®îc ®o b»ng m¸y ®o cêng ®é ¸nh s¸ng 116 cña Nga, I = 85.000 Lx. Sau mçi thêi gian chiÕu, ®em mÉu x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt cña mng cao su ® ®îc kh©u m¹ch quang. 89 3. Ph¬ng ph¸p ph©n tÝch Mng cao su ®îc t¹o lªn tÊm kÝnh kÝch thíc 5 cm ×10 cm víi chiÒu dÇy 20 µm ®Ó ®o ®é cøng v x¸c ®Þnh phÇn kh«ng tan. §é cøng t¬ng ®èi cña mng cao su ®îc x¸c ®Þnh b»ng m¸y ®o ®é cøng con l¾c ERICHSEN (§øc) t¹i ViÖn Kü thuËt nhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v C«ng nghÖ ViÖt Nam. Hm lîng phÇn gel v ®é tr¬ng cña cao su ®îc x¸c ®Þnh theo ti liÖu ® c«ng bè [3]. III - KÕt qu¶ v, th¶o luËn Qu¸ tr×nh kh©u m¹ch cña CBN-40 khi cã mÆt cña tritiol ®îc kh¶o s¸t víi hm lîng TPO lÇn lît l: 0%; 0,2%; 0,5%; 0,8%; 1% v 2%. Trªn h×nh 1 chóng ta thÊy víi sù cã mÆt cña chÊt kh¬i mo TPO, hm lîng phÇn gel t¨ng nhanh ë tÊt c¶ c¸c mÉu trong kho¶ng thêi gian 1 phót ®Çu chiÕu s¸ng, sau ®ã phÇn gel hÇu nh t¨ng lªn kh«ng ®¸ng kÓ. Trong c¸c mÉu ® kh¶o s¸t th× c¸c mÉu cã hm lîng chÊt kh¬i mo 2% TPO cho hm lîng phÇn gel cao nhÊt ë mäi thêi ®iÓm chiÕu s¸ng. Tuy nhiªn chóng ta thÊy chØ cÇn hm lîng 1% TPO, phÇn gel ® xÊp xØ gÇn b»ng víi phÇn gel ë hm lîng 2% TPO v sau 1 phót chiÕu s¸ng ® ®¹t 92%. Khi kh«ng cã mÆt chÊt kh¬i mo TPO, phÇn gel t¨ng lªn rÊt Ýt ë 3 phót ®Çu chiÕu s¸ng (chØ vi phÇn tr¨m) sau ®ã phÇn gel t¨ng ®Õn 30% ë sau 5 phót chiÕu s¸ng v sau ®ã hÇu nh t¨ng lªn kh«ng ®¸ng kÓ. Nh vËy chóng ta thÊy nÕu kh«ng cã mÆt chÊt kh¬i mo quang, ph¶n øng kh©u m¹ch cña cao su butadien nitril khi cã tiol x¶y ra rÊt yÕu v chËm. Thêi gian chiÕu (phót) T¸c nh©n kh©u líi tritiol: 1% TPO : 0% ( ) ; 0,2% ( ) ; 0,5% ( ) ; 0,8% ( ) ; 1% ( ) ; 2% ( ) H×nh 1: ¶nh hëng cña hm lîng TPO ®Õn phÇn gel cña hÖ tritiol / butadien nitril khi chiÕu díi ¸nh s¸ng mÆt trêi PhÇn gel (%) 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 8 100 2 4 6 8 10 0 0 0 0 0 0 90 T¬ng tù nh kÕt qu¶ kh¶o s¸t phÇn gel, ®é tr¬ng cña c¸c mÉu cao su khi cã chÊt kh¬i mo gi¶m nhanh trong kho¶ng thêi gian 1 phót ®Çu tiªn chiÕu s¸ng. ë c¸c thêi ®iÓm sau 1 phót chiÕu s¸ng, ®é tr¬ng gi¶m hÇu nh kh«ng ®¸ng kÓ. H×nh 2 còng cho thÊy trong c¸c mÉu trªn th× c¸c mÉu cã hm lîng 1% v 2% TPO cho ®é tr¬ng thÊp nhÊt so víi c¸c mÉu kh¸c ë mäi thêi ®iÓm. Khi kh«ng cã chÊt kh¬i mo TPO, ë 10 phót chiÕu s¸ng ®é tr¬ng cao gÊp 2,5 lÇn so víi mÉu cao su cã 1% v 2% TPO. Trªn h×nh 3 chóng ta thÊy khi cã chÊt kh¬i mo TPO, ®é cøng t¬ng ®èi t¨ng nhanh trong 1 phót ®Çu tiªn chiÕu s¸ng. ë c¸c thêi ®iÓm chiÕu s¸ng sau 1 phót ®é cøng t¬ng ®èi t¨ng lªn chËm h¬n. Phï hîp víi c¸c kÕt qu¶ x¸c ®Þnh phÇn gel v ®é tr¬ng, c¸c mÉu cã hm lîng 1% v 2% TPO cã ®é cøng t¬ng ®èi cao nhÊt so víi c¸c mÉu kh¸c ë mäi thêi ®iÓm. Khi kh«ng cã chÊt kh¬i mo quang, ®é cøng t¬ng ®èi t¨ng lªn rÊt chËm v thÊp h¬n h¼n so víi c¸c mÉu cã chÊt kh¬i mo TPO. ë 10 phót chiÕu s¸ng ®é cøng t¬ng ®èi cña cao su kh«ng cã chÊt kh¬i mo chØ cã 0,07 trong khi ®ã ®é cøng t¬ng ®èi cña cao su cã 2% chÊt kh¬i mo TPO l 0,17. Qua kh¶o s¸t qu¸ tr×nh kh©u m¹ch cña cao su CBN-40 víi hm lîng chÊt kh¬i mo TPO kh¸c nhau, chóng ta thÊy trong 1 phót ®Çu chiÕu s¸ng c¸c tÝnh chÊt cña cao su CBN-40 nh phÇn gel, ®é tr¬ng v ®é cøng t¬ng ®èi biÕn ®æi nhanh ë tÊt c¶ c¸c mÉu. ë c¸c thêi ®iÓm sau 1 phót ®Õn khi ngõng chiÕu s¸ng, sù biÕn ®æi cña c¸c th«ng sè ny chËm h¬n. ¶nh hëng cña hm lîng chÊt kh¬i mo TPO ®Õn biÕn thiªn phÇn gel, ®é tr¬ng v ®é cøng cña cao su CBN-40 t¹i thêi ®iÓm chiÕu s¸ng 1 phót ®îc biÓu diÔn trªn h×nh 4. §é tr¬ng (%) 0 500 1000 1500 2000 2500 0 2 4 6 8 10 Thêi gian chiÕu (phót) T¸c nh©n kh©u líi tritiol : 1% TPO : 0% ( ); 0,2% ( ); 0,5% ( ); 0,8% ( ); 1% ( ) ; 2% ( ) H×nh 2: ¶nh hëng cña hm lîng TPO ®Õn ®é tr¬ng cña hÖ tritiol / butadien nitril khi chiÕu díi ¸nh s¸ng mÆt trêi 0 2 4 6 8 10 91 §é cøng t¬ng ®èi 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 2 4 6 8 10 Thêi gian chiÕu (phót) T¸c nh©n kh©u líi tritiol : 1% TPO : 0% ( ) ; 0,2% ( ) ; 0,5% ( ) ; 0,8% ( ) ; 1% ( ) ; 2% ( ) H×nh 3: ¶nh hëng cña hm lîng TPO ®Õn ®é cøng cña hÖ tritiol / butadien nitril khi chiÕu díi ¸nh s¸ng mÆt trêi 100 - 80 - 60 - 40 - 20 - 0 - PhÇn gel (%) §é tr¬ng (%) §é cøng t¬ng ®èi 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 0 0 .5 1 1 .5 2 0 .0 4 0 .0 6 0 .0 8 0 .1 0 .1 2 0 .1 4 P h Ç n g e l § é cø n g § é tr ¬ n g Hm lîng chÊt kh¬i mo TPO (%) H×nh 4: ¶nh hëng cña hm lîng chÊt kh¬i mo quang TPO ®Õn sù kh©u m¹ch quang cña hÖ tritiol / butadien nitril khi chiÕu 1 phót díi ¸nh s¸ng mÆt trêi 0,20 , 0,10 , 6 1 1000 800 600 400 200 0 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 , , 10 92 Tõ h×nh 4 cho thÊy c¸c mÉu cao su CBN-40 kh«ng cã chÊt kh¬i mo quang TPO cã c¸c th«ng sè nh ®é cøng t¬ng ®èi, phÇn gel v ®é tr¬ng kÐm h¬n nhiÒu so víi mÉu cã hm lîng 1% v 2% TPO. §é cøng t¬ng ®èi cña mÉu kh«ng cã TPO chØ b»ng 1/2 so víi mÉu cã 2% TPO v phÇn gel th× chØ b»ng 1/3 trong khi ®é tr¬ng th× cao gÊp 1,5 lÇn. Nh vËy khi cã mÆt tritiol, nÕu kh«ng cã mÆt chÊt kh¬i mo quang, ph¶n øng kh©u m¹ch cña cao su CBN-40 diÔn ra rÊt yÕu v chËm. Cao su cã møc ®é kh©u líi chÆt chÏ v dy ®Æc h¬n nÕu trong mÉu cã sö dông 1% hoÆc 2% chÊt kh¬i mo TPO. ë cïng mét hm lîng tritiol khi hm lîng chÊt kh¬i mo TPO cng lín trong mét kho¶ng giíi h¹n nhÊt ®Þnh, gèc thiyl (RS
) ®îc t¹o nhanh v nhiÒu lm cho qu¸ tr×nh ph¸t triÓn m¹ch t¨ng nhanh. Tuy nhiªn nÕu hm lîng TPO qu¸ cao khi tiÕn hnh chiÕu s¸ng, phÇn lín ¸nh s¸ng bÞ hÊp thô ngay trªn bÒ mÆt cao su, t¹o ra mét lîng lín gèc tù do v qu¸ tr×nh kh©u m¹ch x¶y ra ë líp trªn bÒ mÆt cao su. Nh vËy cã rÊt Ýt ¸nh s¸ng cã thÓ lät vo trong líp díi cña cao su. ViÖc ¸nh s¸ng kÐm lät qua g©y ¶nh hëng ®Õn kh¶ n¨ng kh©u m¹ch cña phÇn cßn l¹i v× thÕ cao su ®îc kh©u m¹ch kh«ng hon ton, do vËy møc ®é kh©u m¹ch tæng thÓ mÉu cao su gi¶m ®i [1, 2]. Tõ c¸c ®å thÞ ë trªn còng cho thÊy c¸c mÉu cã tû lÖ 1% v 2% TPO sù kh¸c biÖt vÒ qu¸ tr×nh kh©u m¹ch kh«ng ®¸ng kÓ, trong khi sö dông 1% TPO kinh tÕ h¬n nhiÒu, do vËy víi sù cã mÆt cña t¸c nh©n kh©u líi tritiol tû lÖ chÊt kh¬i mo TPO 1% l thÝch hîp. IV- KÕt luËn - KÕt qu¶ kh¶o s¸t qu¸ tr×nh kh©u m¹ch cña cao su CBN-40, cã mÆt t¸c nh©n kh©u líi 1% tritiol khi chiÕu díi ¸nh s¸ng mÆt trêi cho thÊy nÕu kh«ng cã chÊt kh¬i mo quang, ph¶n øng kh©u m¹ch cña cao su CBN-40 x¶y ra chËm v yÕu, trong khi ®ã sù cã mÆt cña chÊt kh¬i mo TPO lm ph¶n øng kh©u m¹ch t¨ng lªn ®¸ng kÓ. - § x¸c ®Þnh ®îc khi cã mÆt cña t¸c nh©n kh©u líi 1% tritiol, hm lîng chÊt kh¬i mo quang 1% TPO l phï hîp ®Ó tiÕn hnh kh©u m¹ch cao su CBN-40 khi chiÕu díi ¸nh s¸ng mÆt trêi. T,I liÖu tham kh¶o 1. C . Decker, T. Nguyen Thi Viet. Proc. RadTech Eur. Conf., P. 391- 396 (2001). 2. C . Decker, T. Nguyen Thi Viet. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 82, P. 2204 - 2216 (2001). 3. NguyÔn ThÞ ViÖt TriÒu, Lª Xu©n HiÒn, TrÞnh Xu©n Anh. T¹p chÝ Khoa häc v C«ng nghÖ, T. 39, P. 25 -30 (2001). 4. NguyÔn ThÞ ViÖt TriÒu, Lª Xu©n HiÒn, NguyÔn TrÝ Ph¬ng, Ph¹m ThÞ Hång, Vò Minh Hong. T¹p chÝ Hãa häc (® ®îc nhËn ®¨ng).