การเตรียมวัสดุอิลาสโตเมอร์จากยางธรรมชาติและพอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาอิทธิพลของอัตราส่วนผสมระหว่างยางธรรมชาติ (Natural Rubber, NR และ Epoxidized Natural Rubber, ENR) และพอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ (Low Density Polyethy - LDPE) ที่มีต่อสมบัติเชิงกล ลักษณะทางสัณฐานวิทยา สมบัติทางความร้อน และพฤติกรรมโมพลาสติกวัลคาไนซ์ได้จากกระบนนผสมยาง NR หรือ ENR กับ LDPE ผ่านกระบวนการไดนามิกซ์วัลคาไนเซชั่น (Dynamic vulcanization) โดยเลือกศึกษาที่อัตราส่วนผสมระหว่างยางธรรมชาติหรืออิพอกไซต์กับพอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นตำเท่ากับ 60/40. 65/35, 70/30, 75/25 และ 80/20 เปอร์เซ็นต์โดยหนัก เลือกใช้สารเชื่อมขวางโมเลกุลแตกต่างกัน 3 ชนิด ได้แก่ไดคิวมิลเปอร์ออกไซต์ เปอร์กาด็อกซ์ และฟินอลิกเรซิน ผลการศึกษาอิทธิผลของอัตราส่วนยางต่อพลาสติก พบว่า ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของเทอร์โมพลาสติกวัลคาไนซ์มีลักษณะเป็นการแตกหักแบบอิลาสโตเมอร์ (elastomeric fractured surface) ผลจากการทดสอบสมบัติเชิงกลของวัสดุเทอร์โมพลาสติกวัลคาไนซ์ ชี้ให้เห็นว่าการเพิ่มปริมาณ LDPE ลงในวัสดุผสม ส่งผลให้มอดูลัส ความต้านทานการดึง ระยะยืดสูงสุดและความต้านทานการฉีกขาดของเทอร์โมพลาสติกวัลคาไนซ์มีค่าเพิ่มขึ้น นอกจากนั้น ยังพบว่าวัสดุเกิดการเปลี่ยนรูปถาวรมากขึ้น (ค่า %Tension set เพิ่มขึ้น) ผลการศึกษาสมบัติเชิงกลพลวัตร ชี้ให้เห็นว่า การเพิ่มปริมาณ LDPE ส่งผลให้เทอโมพลาสติกวัลคาไนซ์มีค่ามอดูลัสสะสม (Storage modulus) เพิ่มขึ้น และค่าแทนเดลต้า (Tan δ) ณ อุณหภูมิเปลี่ยนสถานะจากคล้ายแก้วเป็นยาง (Glass transition temperature, T,) ของยางธรรมชาติ รวมถึงค่า T, มีค่าลดลง ผลการศึกษาเสถียรภาพทางความร้อนของเทอร์โมพลาสติกวัลคาไนซ์ พบว่า อุณหภูมิสลายตัวของ LDPE ในวัสดุผสมมีค่าสูงกว่า LDPE บริสุทธิ์ ซึ่งเกิดเนื่องจากการเชื่อมขวางโมเลกุลของ LDPE โดยเปอร์ออกไซด์ อย่างไรก็ตาม การใช้อัตราส่วนผสมระหว่างยางและพลาสติกไม่ส่งผลต่ออุณหภูมิการสลายตัวของยาง จากการศึกษาพฤติกรรมการตกผลึกของ LDPE พบว่า อัตราส่วนการผสมไม่ส่งผลต่อปริมาณผลึก อุณหภูมิการหลอมผลึก และอุณหภูมิการเกิดผลึกของ LDPE อย่างมีนัยสำคัญ สำหรับผลการศึกษาอิทธิพลของระบบเชื่อมขวางโมเลกุลที่มีต่อสมบัติเชิงกลของเทอร์โมพลาสติกวัลคาไนซ์ พบว่า ระบบไดคิวมิลเปอร์ออกไซด์ ให้ค่ามอดูลัส ความต้านทานการดึง ระยะยืดสูงสุดและความต้านทานการฉีกขาดมากที่สุด ตามด้วยระบบเปอร์กาด็อกซ์ และฟินอลิกเรซิน ตามลำดับ ซึ่งผลการทดสอบนี้ชี้ให้เห็นว่าระบบที่มีเปอร์ออกไซต์เป็นองค์ประกอบจะทำให้วัสดุ TPV แสดงสมบัติเชิงกลที่ดีกว่าระบบของฟินอลิกเรชิน แต่ระบบฟินอลิกเรซินให้วัสดุผสมที่มีความสามารถในการคืนรูปได้ดีที่สุด

The research aimed to study the effects of mixing ratio of natural rubber (Natural rubber, NR and Epoxidized natural rubber, ENR) and low density polyethylene (LDPE) on mechanical properties, morphological properties, thermal properties and crystalline behavior of thermoplastic vulcanizates (TPVs) made of NR/LPDE or ENR/LDPE by dynamic vulcanization process. The mixing ratios of NR or ENR and LOPE in the blends was varied from 60/40, 65/35, 70/30, 75/25, 80/20 %wt. Three different types of curing agents such as dicumyl peroxide, perkadox (14S) and phenolic resin were used to crosslink the rubber. The morphological analysis of cryogenic fracture surfaces of TPVs revealed that the TPVs showed elastomeric fractured surface. The mechanical test results showed that Young's modulus, tensile strength, elongation at break and tear strength increased with increasing LDPE content, but elastomeric recovery decreased. The dynamic mechanical analysis also showed that adding more LDPE into the blends led to higher storage modulus of TPVs. However, Tan δ at glass transition temperature (Tg) of NR as well as Tg decreased with increasing LDPE content. Thermal stability studies on TPVs showed that decomposition temperature (Ta) of LOPE in TPVs was higher than that of virgin LDPE because LOPE was crosslinked. On the other hand, the change in mixing ratio of NR or ENR and LDPE did not affect decomposition temperature of NR. From the study on crystallization behavior of LDPE, it was found that the variation of mixing ratio of NR or ENR and LOPE did not significantly influence content of crystallinity, melting temperature and crystallization temperature of LDPE. For the effect of different curing agents on mechanical properties of NR/LDPE TPVs and ENR/LDPE TPVs, it was suggested that the Young’s modulus, tensile strength, elongation at break, tear strength of TPVs was highest when they were crosslinked by using dicumyl peroxide. These mechanical properties were inferior when perkadox and phenolic resin were used as curatives, respectively. Based on the present study, the peroxide-curing system could provide TPVs with better mechanical properties than the phenolic resin-curing system. However, the elastomeric recovery was greatest when the phenolic resin-curing system was used.