Effect of accelerator on the vulcanization parameters of natural rubber (NR) and ethylene-propylene diene rubber (EPDM) was studied. It was showed the variation in type and content of accelerators may lead to noticeable changes of vulcanization parameters of rubbers. The results of study of vulcanization curves of separate rubbers and their blends may be used for evaluation of migration and redistribution of accelerators in NR-EPDM blends. Keywords. Blend NR/EPDM, vulcanization parameters, natural rubber, EPDM rubber, accelerators

Chương, Bùi

Duy Linh, Nguyễn Phạm

Hưng, Đặng Việt

Long, Uông Đình

Vietnam Academy of Science and Technology: Journals Online

 TẠP CHÍ HÓA HỌC 53(6) 740-743 THÁNG 12 NĂM 2015 
DOI: 10.15625/0866-7144.2015-00213 
740 
 
 
 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ DỊCH CHUYỂN CÁC  
CHẤT LƯU HÓA ĐẾN QUÁ TRÌNH LƯU HÓA BLEND  
CAO SU TỰ NHIÊN-CAO SU EPDM (CSTN/EPDM) 
PHẦN 1. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TIẾN ĐẾN QUÁ TRÌNH LƯU HÓA 
Lê Như Đa, Đặng Việt Hưng, Uông Đình Long, Nguyễn Phạm Duy Linh, Bùi Chương* 
Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polyme, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Đến Toà soạn 3-9-2015; Chấp nhận đăng 20-12-2015 
 
Abstract 
Effect of accelerator on the vulcanization parameters of natural rubber (NR) and ethylene-propylene diene rubber 
(EPDM) was studied. It was showed the variation in type and content of accelerators may lead to noticeable changes of 
vulcanization parameters of rubbers. The results of study of vulcanization curves of separate rubbers and their blends 
may be used for evaluation of migration and redistribution of accelerators in NR-EPDM blends. 
Keywords. Blend NR/EPDM, vulcanization parameters, natural rubber, EPDM rubber, accelerators. 
 
1. MỞ ĐẦU 
 
Cao su tự nhiên (CSTN) là một loại vật liệu 
polyme được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực 
kỹ thuật khác nhau. Tuy nhiên, những nhược điểm  
như độ bền lão hóa thấp, chịu nhiệt kém đã hạn chế 
các ứng dụng của CSTN. Vì vậy, các nghiên cứu 
khắc phục nhược điểm của CSTN đã được tiến hành 
thường xuyên và ngày càng hiệu quả. Một trong 
những hướng nghiên cứu lớn là chế tạo blend của 
CSTN với các cao su tổng hợp khác để tạo ra các 
blend có các tính chất ưu việt [1]. 
Blend của CSTN với cao su etylen-propylen-
dien (EPDM) là một trong những loại blend được 
nghiên cứu khá nhiều, do EPDM có khả năng nâng 
cao tính chịu lão hóa của CSTN. Tuy nhiên,nhược 
điểm của loại blend này là khả năng tương hợp giữa 
hai loại cao su  khá thấp mà một trong các nguyên 
nhân chính là tốc độ lưu hóa của hai cao su này khác 
nhau rất xa [1]. Để khắc phục nhược điểm này, 
nhiều phương pháp khác nhau như sử dụng chất 
tương hợp là polyme thứ ba, biến tính EPDM, thay 
đổi hệ xúc tiến …đã được nghiên cứu [2-4]. Một 
điểm chung của các nghiên cứu này là rất chú ý đến 
yếu tố lưu hóa đồng đều giữa hai loại cao su. 
Trong công trình này trình bày một số kết quả 
nghiên cứu về ảnh hưởng của sự dịch chuyển các 
chất xúc tiến trong hỗn hợp đến một số thông số lưu 
hóa của blend CSTN/EPDM. 
 
2. THỰC NGHIỆM 
 
2.1. Nguyên liệu 
 
Cao su tự nhiên: loại SVR 3L (Việt Nam)  
Cao su EPDM: loại V3666 (Hoa Kỳ) 
Các hóa chất khác: ZnO, S, axit stearic, phòng 
lão, xúc tiến DM, TMTD, EZ loại kỹ thuật (Trung 
Quốc). 
 
2.2. Chế tạo vật liệu 
 
Blend CSTN/EPDM được chế tạo theo đơn phối 
liệu tổng thể sau: CSTN 60 pkl; EPDM 40 pkl; ZnO 
5,0 pkl; axit stearic 1,0 pkl; xúc tiến TMTD 1,5 pkl; 
xúc tiến DM 1,5 pkl;  lưu huỳnh 0,5 pkl. 
Cao su tự nhiên và EPDM được hỗn luyện riêng 
với các hóa chất theo tỷ lệ nêu trong bảng 1. Blend 
CSTN/EPDM được chế tạo bằng cách hỗn luyện 
từng cặp mẫu Ni và Ei sao cho có thành phần đúng 
theo đơn tổng thể trên. Lưu hóa  ở 155 oC, 15 phút. 
 
2.3. Xác định các đặc trưng lưu hóa  
 
Đường cong lưu hóa được ghi trên máy 
EKTRON EKT 2000P (Đài Loan) tại nhiệt độ 
155
o
C. Từ đường cong này xác định các thông số: τs 
– thời gian cảm lưu; τc90 – thời gian lưu hóa tối ưu;  
Δτ = τc90 - τs  - khoảng thời gian lưu hóa; M – momen 
xoắn của hỗn hợp. 
 TCHH, 53(6), 2015  Bùi Chương và cộng sự 
741 
Bảng 1: Thành phần các hỗn hợp CSTN và EPDM 
Ký hiệu 
mẫu 
CSTN EPDM ZnO + Axit stearic DM TMTD 
g phr g phr G phr g phr g phr 
N1 60 100 - - 1,8 3,0 0,45 0,75 0,45 0,75 
N2 60 100 - - 2,4 4,0 0,60 1,00 0,60 1,00 
N3 60 100 - - 3,0 5,0 0,75 1,25 0,75 1,25 
N4 60 100 - - 3,6 6,0 0,90 1,50 0,90 1,50 
N5 60 100 - - 4,2 7,0 1,05 1,75 1,05 1,75 
E1 - - 40 100 1,8 4,5 0,45 1,125 0,45 1,125 
E2 - - 40 100 2,4 6,0 0,60 1,500 0,60 1,500 
E3 - - 40 100 3,0 7,5 0,75 1,875 0,75 1,875 
E4 - - 40 100 3,6 9,0 0,90 2,250 0,90 2,250 
E5 - - 40 100 4,2 10,5 1,05 2,625 1,05 2,625 
Ghi chú: - Lưu huỳnh phân bố theo tỷ lệ 6/4 cho tất cả các hỗn hợp CSTN/EPDM trên 
             -  phr – tính cho 100 phần khối lượng cao su (part per hundred rubber).  
 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
 
3.1. Quá trình lưu hóa các thành phần CSTN và 
EPDM 
 
Trong hình 1 là đường cong lưu hóa của hai mẫu 
N4 và E2. Trong hai mẫu này các hóa chất được 
phân phối theo tỷ lệ đúng như đơn tổng thể. Các 
thông số chủ yếu của quá trình lưu hóa được trình 
bày trong bảng 2. 
Rõ ràng là tốc độ lưu hóa của hai thành phần cao 
su riêng biệt cách nhau rất xa. Vì vậy việc trộn hai 
thành phần này để tạo thành blend theo đơn tổng thể 
sẽ không đạt kết quả tốt. Vì lý do này đã tiến hành 
điều chỉnh tốc độ lưu hóa trong từng hỗn hợp bằng 
cách thay đổi tỷ lệ các chất xúc tiến, trợ xúc tiến 
trong từng mẫu như trong bảng 1. Các thông số lưu 
hóa của các mẫu này được lấy từ các đường cong 
lưu hóa của từng mẫu riêng biệt và trình bày trong 
hình 2 và bảng 3. 
 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0
2
4
6
8
10
12
M
«
 m
en
 (
lb
f.
in
)
Thêi gian (phót)
 E2
 N4
 
 
Hình 1: Đường cong lưu hóa của các hỗn hợp cao su 
N4 và E2
 
Bảng 2: Các thông số lưu  hóa của hỗn hợp N4 và E2 
Mẫu τs , s τc90 , s Δτ = τc90 - τs , s M , lbf.in 
N4 140 198 58 10,18 
E2 473 852 379 7,72 
 
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
2
4
6
8
10
12
14
M
« 
m
en
 
(l
bf
.in
)
Thêi gian (phót)
 N1
 N2
 N3
 N4
 N5
      
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
0
2
4
6
8
10
12
M
« 
m
en
 
(l
bf
.in
)
Thêi gian (phót)
 E1
 E2
 E3
 E4
 E5
 
(a) (b) 
Hình 2: Đường cong lưu hóa của hỗn hợp cao su CSTN và EPDM 
a. CSTN: 1. N1; 2. N2; 3. N3; 4. N4; 5. N5; b. EPDM: 1. E1; 2. E2; 3. E3; 4. E4; 5. E5
 TCHH, 53(6), 2015  Nghiên cứu ảnh hưởng của sự…Phần 1. 
742 
Bảng 3: Các thông số lưu hóa của  
các hỗn hợp cao su CSTN và EPDM 
Mẫu τs, s τc90, s 
Δτ = 
τc90-τs, s 
M, lbf.in 
N1 162 259 97 8,92 
N2 156 221 65 8,85 
N3 146 206 60 9,66 
N4 140 198 58 10,18 
N5 137 194 57 10,65 
E1 521 1054 533 8,07 
E2 473 852 379 7,72 
E3 429 764 335 7,70 
E4 299 468 169 6,63 
E5 245 543 298 6,64 
 
Các số liệu trong bảng 3 cho thấy, đối với hỗn 
hợp CSTN (N1–N5) chỉ cần tổng hàm lượng xúc 
tiến đạt 2 phr (các mẫu N2 đến N5), cả mức độ lưu 
hóa (thể hiện qua M) và tốc độ lưu hóa (thể hiện qua  
Δτ) đều cao và ổn định. Thời điểm bắt đầu lưu hóa τs 
của các hỗn hợp này cũng khá gần nhau. 
Trái lại, hỗn hợp cao su EPDM với hàm lượng 
xúc tiến cao hơn hẳn (2,5-5,25 phr) có tốc độ lưu 
hóa chậm hơn nhiều.  Mức độ khâu mạch M cũng 
nhỏ hơn so với CSTN. Đáng chú ý là khi tốc độ lưu 
hóa tăng lên thì mức độ khâu mạch của hỗn hợp 
EPDM lại giảm xuống. Điều này có thể do khi mạng 
không gian hình thành với tốc độ cao thì việc tiếp 
cận của các phân tử xúc tiến đến các vị trí có nối đôi 
trong phân tử cao su sẽ khó khăn hơn. Do đó mức độ 
khâu mạch sẽ giảm đi. 
Tuy vậy có thể thấy rằng giảm xúc tiến trong 
hỗn hợp CSTN và tăng xúc tiến tương ứng trong hỗn 
hợp EPDM có thể làm thời điểm bắt đầu lưu hóa của 
hai pha này tiến lại gần nhau hơn. 
 
3.2. Ảnh hưởng của xúc tiến riêng biệt đến quá 
trình lưu hóa 
 
Do trong đơn của hai loại hỗn hợp cao su (Ni và 
Ei) đều sử dụng nhóm xúc tiến DM+TMTD nên việc 
đánh giá sự dịch chuyển của chúng trong hỗn hợp sẽ 
rất phức tạp. Ngoài ra, tốc độ lưu hóa của hai nhóm 
hỗn hợp trên cách nhau khá xa ảnh hưởng đến việc 
khảo sát quá trình lưu hóa của blend. Vì vậy đã điều 
chỉnh lại đơn của các hỗn hợp thành phần theo 
hướng mỗi đơn chỉ có một loại xúc tiến riêng biệt. 
Cụ thể là trong các đơn của hỗn hợp CSTN chỉ có 
xúc tiến DM, còn trong các đơn của EPDM chỉ có 
xúc tiến TMTD (ký hiệu lần lượt là NiDM và EiTM). 
Tổng lượng hai xúc tiến này vẫn giữ đúng theo đơn 
tổng thể. Như vậy trong các đơn này chỉ có lượng 
trợ xúc tiến là thay đổi (bảng 4). 
 
Bảng 4: Thành phần các hỗn hợp CSTN và EPDM 
với các chất xúc tiến riêng biệt 
Ký 
hiệu 
mẫu 
CSTN EPDM 
ZnO + Axit 
stearic 
g phr g phr g phr 
N1DM 60 100 - - 1,8 3,0 
N2DM 60 100 - - 2,4 4,0 
N3DM 60 100 - - 3,0 5,0 
N4DM 60 100 - - 3,6 6,0 
N5DM 60 100 - - 4,2 7,0 
E1TM - - 40 100 1,8 4,5 
E2TM  - 40 100 2,4 6,0 
E3TM - - 40 100 3,0 7,5 
E4TM - - 40 100 3,6 9,0 
E5TM - - 40 100 4,2 10,4 
Ghi chú: - Lượng xúc tiến DM trong các đơn N1DM-
N5DM là 1,5g (2,5 phr CSTN); Lượng xúc tiến TMTD 
trong các đơn E1TM-E5TM  là 1,5g (3,75 phr EPDM). 
 
Các đường cong lưu hóa và các thông số lưu hóa 
chính của các hỗn hợp cao su trên được trình bày 
trong hình 3 và bảng 5. 
 
0 2 4 6 8 10 12 14
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
M
«
 m
en
 (
lb
f.
in
)
Thêi gian (phót)
 N1 DM
 N2 DM
 N3 DM
 N4 DM
 N5 DM
0
2
4
6
8
10
  
(a) 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
M
«
 m
en
 (
lb
f.
in
)
Thêi gian (phót)
 E1 TMTD
 E2 TMTD
 E3 TMTD
 E4 TMTD
 E5 TMTD
 
(b) 
Hình 3: Đường cong lưu hóa của các hỗn hợp cao su 
a. CSTN: 1. N1DM; 2. N2DM; 3. N3DM; 4. N4DM; 5. 
N5DM. b. EPDM:  1. E1TM; 2. E2TM; 3. E3TM; 4. 
E4TM; 5. E5TM 
 TCHH, 53(6), 2015  Bùi Chương và cộng sự 
743 
Bảng 5: Các thông số lưu hóa chính của các hỗn hợp 
cao su với các chất lưu hóa riêng biệt 
Mẫu Τs, s τc90, s 
Δτ =  
τc90 - τs , s 
M, 
lbf.in 
N1DM 927 1054 - 5,51 
N2DM 364 636 272 5,88 
N3DM 313 561 248 7,42 
N4DM 293 449 156 7,26 
N5DM 290 421 131 7,42 
E1TM 267 1093 826 8,82 
E2TM 217 822 605 8,84 
E3TM 210 751 541 9,16 
E4TM 216 718 502 8,70 
E5TM 207 705 498 939 
 
- Đối với các hỗn hợp từ CSTN khi hàm lượng 
xúc tiến DM cố định là 2,5 phr thì hàm lượng trợ 
xúc tiến dưới 4 phr là chưa đủ để đạt mức độ lưu hóa 
cần thiết. Chỉ khi lượng trợ xúc tiến đạt mức 6phr thì 
tốc độ lưu hóa mới tăng rõ rệt – Δτ giảm xuống còn 
130-150 giây. Tuy vậy, mức độ khâu mạch vẫn 
không cao – M chỉ đạt 7,2-7,4 lbf.in so với  9,6-10,6 
lbf.in của các mẫu N3–N5 tương ứng. 
- Đối với các hỗn hợp từ EPDM, việc sử dụng 
xúc tiến TMTD với hàm lượng tới 3,75 phr chỉ giảm 
thời gian cảm lưu τs, nghĩa là bắt đầu quá trình lưu 
hóa sớm hơn, trong khi tốc độ lưu hóa thậm chí còn 
thấp hơn so với khi sử dụng hệ xúc tiến 
DM+TMTD. Thay đổi hàm lượng trợ xúc tiến không 
có ảnh hưởng rõ rệt đến hiện tượng này. Tuy nhiên, 
xúc tiến TMTD sử dụng riêng biệt lại có khả năng 
khâu mạch cao hơn: M đạt 8,8-9,4 lbf.in so với 6,6- 
8,0 lbf.in của các mẫu E1–E5. 
- Các hỗn hợp NiDM  và EiTM có thời điểm bắt 
đầu lưu hóa khá gần nhau nhưng tốc độ lưu hóa của 
chúng vẫn khá xa nhau. 
Các kết quả trên cũng cho thấy điều hiển nhiên 
là sự thay đổi hàm lượng trợ xúc tiến ảnh hưởng đến 
quá trình lưu hóa ít hơn nhiều so với các chất xúc 
tiến. Chính vì vậy khi xem xét định tính mức độ ảnh 
hưởng của sự phân bố lại hóa chất lên quá trình lưu 
hóa blend, có thể chỉ cần xét đến sự dịch chuyển của 
xúc tiến và bỏ qua sự phân bố lại các chất trợ xúc 
tiến. 
 
4. KẾT LUẬN 
 
1. Do tốc độ lưu hóa của hai pha CSTN và 
EPDM cách nhau khá xa, việc hỗn luyện chúng để 
tạo thành blend sẽ không tạo được hiệu quả tương 
hợp cần thiết. Vì vậy, điều chỉnh tỷ lệ cũng như loại 
xúc tiến trong từng pha có thể đưa tốc độ lưu hóa 
của các hỗn hợp thành phần lại gần nhau. 
2. Mặc dù còn có sự chênh lệch lớn về tốc độ lưu 
hóa giữa hai pha CSTN và EPDM với các chất xúc 
tiến riêng biệt, mức độ chênh lệch này có thể giảm 
bớt khi trộn hai hỗn hợp này với nhau do có sự phân 
bố lại chất xúc tiến trong quá trình trộn hợp. Do sự 
thay đổi xúc tiến có ảnh hưởng rõ rệt đến các thông 
số lưu hóa nên việc khảo sát các đường cong lưu hóa 
của blend sẽ có ích cho việc đánh giá mức độ dịch 
chuyển của xúc tiến trong blend. 
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 
1. Blends of natural rubber, Ed. By Andrew Tinker 
and Kevin P. Jones, Chapman & Hall Publisher, 
London, (1998). 
2. S. H. El-Sabbagh. Compatibility study of Natural 
rubber and ethylene-propylene-diene rubber blends, 
Polymer Testing, 22, 93-100 (2003). 
3. Ponghorn Sae-oui, Chakrit Sirasinha, Uthai 
Thepsuvan, Phuchong Thapthong. Influence of 
accelerator type on properties of NR/EPDM blends, 
Polymer Testing, 26, 1062-1067 (2007). 
4. Alex S. Sirqueira, Bluma G. Soares. The effect of 
mercapto- and thioacetate modified EPDM on 
curing parameters and mechanical properties of 
NR/EPDM blends, European Polym. Journal, 39, 
2283-2290 (2003). 
 
 
 
Liên hệ: Bùi Chương 
Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng Hà Nội 
E-mail: buichuong1953@gmail.com; Điện thoại: 0903446055. 


Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dịch chuyển các chất lưu hóa đến quá trình lưu hóa blend cao su tự nhiên-cao su EPDM (CSTN/EPDM). Phần 1. Ảnh hưởng của chất xúc tiến đến quá trình lưu hóa.

http://vjs.ac.vn/index.php/vjchem/article/download/2015-00213/6440

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự dịch chuyển các chất lưu hóa đến quá trình lưu hóa blend cao su tự nhiên-cao su EPDM (CSTN/EPDM). Phần 1. Ảnh hưởng của chất xúc tiến đến quá trình lưu hóa.

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Vietnam Academy of Science and Technology: Journals Online