Tổng quan
Cao su EPDM (ethylene-propylene-diene monomer) được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm như gioăng ô tô, gioăng chống thời tiết, ống dẫn, dây đai, màng lợp mái và lớp cách điện dây cáp nhờ khả năng chống ozone, chịu nhiệt và chống lão hóa do thời tiết vượt trội. Khác với các loại cao su diene (NR, SBR), EPDM có thể được lưu hóa bằng cả hệ thống lưu huỳnh và peroxide, nhưng quá trình lưu hóa bằng peroxide mang lại các đặc tính chống lão hóa do nhiệt và độ biến dạng nén vượt trội.
Thị trường EPDM toàn cầu vượt quá 1,4 triệu tấn mỗi năm, trong đó EPDM lưu hóa bằng peroxide chiếm khoảng 40% tổng lượng tiêu thụ, đặc biệt trong các ứng dụng ô tô và công nghiệp yêu cầu tuổi thọ dài ở nhiệt độ cao.
Cơ chế hóa học
Quá trình liên kết chéo EPDM bằng peroxide bao gồm ba bước chính:
- Phân hủy: Dicumyl peroxide (DCP) phân hủy nhiệt ở 150-180°C để tạo ra các gốc cumyloxy, sau đó trải qua quá trình phân cắt β để tạo thành các gốc methyl
- Quá trình trích xuất hydro: Các gốc methyl trích xuất các nguyên tử hydro khỏi chuỗi chính của polymer, tạo ra các gốc vĩ mô polymer
- Hình thành liên kết chéo: Hai gốc tự do vĩ mô kết hợp với nhau để tạo thành liên kết chéo carbon-carbon (liên kết C-C), có độ ổn định nhiệt cao hơn so với các liên kết chéo lưu huỳnh (liên kết C-S hoặc S-S)
Thành phần diene trong EPDM (thường là ENB — 5-ethylidene-2-norbornene, hoặc DCPD — dicyclopentadiene) cung cấp các nguyên tử hydro allylic dễ bị trích xuất hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình liên kết chéo. ENB-EPDM dễ liên kết chéo bằng peroxit hơn so với DCPD-EPDM.
Khuyến nghị về sản phẩm
| Sản phẩm | Tên hóa học | Số CAS | Hàm lượng oxy hoạt tính (O%) | Phù hợp nhất với |
|---|---|---|---|---|
| Perodox DCP | Dicumyl peroxide | 80-43-3 | 5,92 | Quá trình lưu hóa EPDM tiêu chuẩn, đa dụng |
| Perodox 14S | DCP trên chất mang silica (40%) | 80-43-3 | 2,37 | Xử lý không bụi, cải thiện khả năng phân tán |
| Perodox BIPB | Bis(tert-butylperoxyisopropyl)benzene | 2212-81-9 | 9,45 | EPDM ít mùi, nội thất ô tô |
| Perodox 101 | 2,5-Dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane | 78-63-7 | 11,02 | EPDM chịu nhiệt độ cao, hỗn hợp peroxide |
| Perodox 14-40B | DCP 40% trên chất mang liên kết polymer | 80-43-3 | 2,37 | Bọt xốp EPDM, giải phóng khí có kiểm soát |
So sánh: Quá trình lưu hóa bằng peroxide so với lưu hóa bằng lưu huỳnh đối với EPDM
| Tính chất | Peroxide (DCP) | Hệ lưu hóa lưu huỳnh |
|---|---|---|
| Loại liên kết chéo | C-C (ổn định nhiệt) | C-S, S-S (ít ổn định hơn) |
| Nhiệt độ làm việc tối đa | 150–175°C | 120–150°C |
| Độ biến dạng nén (70h/150°C) | 15–25% | 35–50% |
| Lão hóa nhiệt (168 giờ/150°C) | Rất tốt | Tốt |
| Độ bền xé | Trung bình | Tốt |
| Độ bền kéo | Trung bình | Cao |
| Độ ổn định màu | Rất tốt (trắng/nhạt) | Kém (hiện tượng ố vàng do lưu huỳnh) |
| Mùi | DCP: dễ nhận thấy; BIPB: rất ít | Mùi lưu huỳnh |
| Chi phí | Cao hơn | Thấp hơn |
Nghiên cứu điển hình: Nâng cao hiệu suất gioăng chống thời tiết trong ngành ô tô
Một nhà cung cấp hệ thống làm kín ô tô đã gặp phải hiện tượng hỏng hóc do biến dạng nén sớm ở các miếng đệm EPDM sau 500 giờ ở nhiệt độ 125°C, không đáp ứng tiêu chuẩn của nhà sản xuất (VW TL 52345 yêu cầu độ biến dạng nén dưới 40% sau 1.000 giờ ở 125°C). Hợp chất EPDM lưu hóa bằng lưu huỳnh hiện tại của họ không thể đáp ứng yêu cầu về nhiệt độ.
Giải pháp: Do Sender Chem khuyến nghị chuyển sang hệ thống peroxide Perodox BIPB (mùi nhẹ) với chất đồng tác dụng TMPTA (trimethylolpropane triacrylate) ở mức 3 phr. Công thức như sau: EPDM (70:30 ENB/DCPD), 5 phr BIPB, 3 phr TMPTA, 80 phr muội than N550, 70 phr dầu parafin.
Kết quả:
- Độ biến dạng nén sau 1000 giờ ở 125°C: 22% (so với 48% khi sử dụng hệ thống lưu huỳnh)
- Độ bền kéo sau lão hóa nhiệt: 95% (so với 75%)
- Đáp ứng tiêu chuẩn VW TL 52345
- Không phát hiện mùi peroxide trong thử nghiệm nội thất xe
Hướng dẫn lựa chọn chất đồng tác dụng
Các chất phụ gia giúp cải thiện đáng kể mật độ liên kết ngang và các tính chất vật lý khi được sử dụng cùng với peroxide: TMPTA (trimethylolpropane triacrylate) — tổng thể tốt nhất, cải thiện độ cứng và mô đun; TAC (triallyl cyanurate) — rất phù hợp cho các ứng dụng ở nhiệt độ cao; ZDA (zinc diacrylate) — cải thiện độ bám dính với kim loại và độ bền xé; m-phenylene bismaleimide — có mật độ liên kết chéo cao nhất nhưng có thể làm giảm độ giãn dài. Lượng chất phụ gia tối ưu thường là 1–5 phr. Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi có thể đề xuất sự kết hợp lý tưởng giữa peroxit và chất phụ gia cho loại EPDM cụ thể và ứng dụng của quý khách.