slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ PowerPoint Presentation
Download Presentation
ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 30

ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ - PowerPoint PPT Presentation


  • 1126 Views
  • Uploaded on

ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์. ยางธรรมชาติ (Natural Rubber) ยางสังเคราะห์ (Synthetic Rubbers) Thermoplastic Elastomer (TPE) Rubber : T g และ T m < 25 o C. ยางกับ Elastomer. ยางเป็นพอลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่น ดังนั้นโมเลกุลจะต้อง น้ำหนักโมเลกุลต้องสูง

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์' - sabine


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1
ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์
  • ยางธรรมชาติ (Natural Rubber)
  • ยางสังเคราะห์ (Synthetic Rubbers)
  • Thermoplastic Elastomer (TPE)

Rubber : Tg และ Tm < 25oC

elastomer
ยางกับ Elastomer
  • ยางเป็นพอลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่น ดังนั้นโมเลกุลจะต้อง
    • น้ำหนักโมเลกุลต้องสูง
    • Tgต้องต่ำ เพื่อให้ส่วนของโมเลกุลมี mobility สูง
    • ต้องเป็นอสัณฐานในสถานะที่เสถีย ร (unstressed)
  • เมื่อทำการเชื่อมขวาง (crosslink) ด้วย S หรือ peroxide จะได้ elastomer ซึ่งมีความคงรูป
natural rubber
ยางธรรมชาติ (Natural Rubber)
  • ประมาณ 2,000 species ของต้นไม้ให้น้ำยาง (latex)
  • พันธุ์ที่สำคัญที่สุด Hevea brasiliensis
  • ข้อเสียของยางดิบ (ยางที่ไม่ผ่านกระบวนการใด ๆ) => เยื้อมและเหนียวที่อุณหภูมิสูง

แก้ไขโดยการวัลคาไนซ์ (Vulcanization) โดยใช้ sulfur หรือ peroxideเพื่อให้เกิด covalent bond ระหว่างโซ่พอลิเมอร์

  • โมโนเมอร์ คือIsoprene (C5H8)
slide4
โครงสร้างของยางธรรมชาติ (NR)

1

2

3

4

CH2=C–CH=CH2 CH2

CH2

CH3

C = C

CH3

H

Tg = -70 oC

C5H8

cis-1,4-polyisoprene

~ 99% เป็น cis

สังเคราะห์ (เชิงอุตสาหกรรม) ได้ โดยใช้ stereospecific catalyst

ได้ cisประมาณ 97-98 % (Synthetic cis-1,4-polyisoprene)

vulcanization
การวัลคาไนซ์ยาง (Vulcanization)

โดยการใช้ sulfurหรือ

peroxideเพื่อให้เกิด

covalent bond

ระหว่างโซ่พอลิเมอร์

เพื่อให้เกิดโครงสร้าง

แบบ Network

slide6
ทำไมต้องมีการสังเคราะห์ยาง ?
  • ต้องการใช้ยางในช่วงที่ยางธรรมชาติขาดแคลน (สมัยสงครามโลก)
  • ต้องการยางที่มีความสามารถในการทนต่อ solvent, oil และ fuel[ยางธรรมชาติจะบวม (swell) เมื่อถูกนำไปแช่ในน้ำมันเบนซิน]

มีทั้งที่เป็น homopolymer และ copolymer (หลายเกรด เพราะสามารถกำหนดปริมาณ monomers A และ B ได้)

synthetic rubbers
ชนิดของ Synthetic Rubbers
  • (Synthetic) Polyisoprene
  • Polybutadiene หรือ Butadiene Rubber (BR)
  • Styrene-Butadiene Rubber (SBR)
  • Nitrile-Butadiene Rubber (NBR) หรือ Nitrile Rubber
  • Polychloroprene หรือ Chloroprene Rubber (CR)
  • Butyl Rubber
  • Thermoplastic Elastomers (TPE)
1 polyisoprene
1. Polyisoprene
  • เป็นการเลียนแบบยางธรรมชาติ โดยการสังเคราะห์ cis-1,4-Polyisoprene โดยใช้ stereospecific catalyst
    • Coordination catalyst of trialkyl Aluminum + TiCl4 (Al-Ti)
    • Coordination catalyst of alane (Al-hydride derivative) + TiCl4
    • Lithium alkyl (Li+R-)
  • Isoprene monomer (C5H8) มีพันธะคู่ 2 อัน จึงเกิดปฏิกิริยาการเติม (addition) ได้ 4 แบบคือ cis-1,4 trans-1,4 vinyl 1,2 และ vinyl 3,4 แต่ที่ต้องการคือcis-1,4
nr vs synthetic polyisoprene
NR vs. Synthetic Polyisoprene
  • NR มีโครงสร้างที่เป็น cis เกือบ 100 % จึงเกิดการเรียงตัว และเป็นผลึกได้ (crystallize) เร็ว เมื่อถูกยืด เรียกว่า

“Strain-Induced Crystallization” (SIC)

(Strain หรือ ความเครียด = ความยาวที่เพิ่ม / ความยาวเดิม)

  • ยาง Synthetic Polyisoprene ก็เกิด SIC ได้ แต่จะช้ากว่าและปริมาณผลึกก็น้อยกว่า เพราะ % ของ cisที่น้อยกว่า
2 polybutadiene butadiene rubber br
2. Polybutadiene (Butadiene Rubber, BR)
  • เป็น homopolymer ของ Butadiene (C4H6)

CH2 = CH - CH = CH2 ---> -CH2- CH = CH- CH2-

  • มี Tgต่ำที่สุดในยางทั้งหมด (-100 oC)

ข้อดี 1. ความต้านทานต่อการสึกหรอสูง (good abrasion resistance)

2. สามารถใช้งานได้ในที่อุณหภูมิต่ำ เนื่องจาก Tgต่ำ (good freeze resistance)

ข้อเสีย ไม่ค่อยเกาะถนนเวลาฝนตก

1,4-addition

slide11
โครงสร้างของ BR

cis-1,4- trans-1,4 และ vinyl หรือ 1,2-addition ขึ้นกับ catalyst

slide13
Alkali Metal
  • R2AlCl-Co + benzene ให้ > 99% cis
3 styrene butadiene rubber sbr
3. Styrene Butadiene Rubber (SBR)
  • เป็นยางสังเคราะห์ที่มีการนำไปใช้งานมากที่สุด
  • เป็น copolymer ของ styrene CH2=CH(C6H5) และ butadiene CH2 = CH - CH = CH2
    • Polystyrene มี Tg = 100oC (plastic)
    • Polybutadiene มี Tg = -100oC (rubber)
  • เนื่องจากเป็น Copolymer โอกาสที่โมเลกุลจะจัดเรียงตัวกันเพื่อเกิดเป็นผลึกจึงต่ำมาก ๆ
controllable sbr
Controllable SBR
  • Tg ของ SBR สามารถปรับได้ โดยการปรับอัตราส่วน Styrene และ butadiene
  • Tg ของ SBR มีค่าระหว่างค่า Tgทั้งสอง (-100oC สำหรับ BR และ 100oC สำหรับ PS) ซึ่ง Tg เพิ่มประมาณ 2oC ต่อ 1 % ของ styrene) เช่น SBR ที่มี 23.5 wt % S มี Tg = -55oC ซึ่งใกล้เคียงกับ (-100 + 2*23.5)
  • % butadiene เพิ่ม => Tgลด => ใช้งานที่อุณหภูมิต่ำได้

=> สึกหรอช้า (แต่เกาะถนนไม่ดี)

4 nitrile butadiene rubber nbr nitrile rubber
4. Nitrile-Butadiene Rubber (NBR) หรือ Nitrile Rubber
  • เป็น copolymer ของ Acrylonitrileและ Butadiene

CH2 = CH + CH2 = CH - CH = CH2

CH2-CH-CH2-CH=CH-CH2

  • โดยทั่วไปใช้ CN 15-50%

CN

CN

slide17
NBR (ต่อ)
  • การเพิ่ม % ของ CN (ความมีขั้วสูง) เป็นการเพิ่ม
    • oil resistance (ความคงทนต่อน้ำมัน)
    • fuel resistance (ความคงทนต่อน้ำมันเชื้อเพลิง)
    • tensile strength (ความแข็งแรงต่อการดึง)
    • abrasion resistance (ความคงทนต่อการเสียดสี)
    • gas impermeability (การไม่ยอมให้แก๊สผ่าน)
    • heat resistance (ความคงทนต่อความร้อน)
5 polychloroprene chloroprene rubber neoprene
5. Polychloroprene (Chloroprene Rubber, Neoprene)
  • เป็น homopolymer ของ 2-chloro-1,3-butadiene

CH2 = C-CH = CH2

  • คล้ายกับ isoprene โดยแทนที่ methyl group ด้วย Cl atom

(หรือ butadiene โดยแทนที่ H atom ด้วย Cl atom)

  • มีความเป็นขั้วจาก Cl => เพิ่ม oil resistance
  • ใช้เป็น adhesive, coating และ sealant

Cl

6 isobutylene isoprene rubber iir butyl rubber
6. Isobutylene-Isoprene Rubber (IIR) หรือ Butyl Rubber
  • เป็น copolymer ของ 97-99% isobutylene และ 1-3 % isoprene

C = CH2 + CH2=C-CH=CH2 -C-CH2-CH2-C=CH-CH2-

CH3

  • เหลือ double bond 1 อันใน isoprene เพื่อให้เกิด crosslinking
  • ปริมาณ isoprene ที่ต่ำ ทำให้ Butyl Rubber ประกอบด้วย block ของ isobutylene

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

slide20
IIR (ต่อ)
  • สมบัติที่สำคัญมากของ IIR หรือ Butyl Rubber คือ
    • low rate of gas permeability (10% ของ NR)
    • thermal stability
    • chemical and moisture resistance
  • ใช้ในยางในรถยนต์เพราะสามารถรักษาความดันของลม
tires
Tires (ยางรถยนต์)

แต่ละส่วนของยางรถยนต์มีหน้าที่ต่างกัน => ต้องการยางต่างชนิดกัน

  • หน้ายาง (ดอกยาง) - เกาะถนน ระบายความร้อน ทนต่อการสึกหรอ
  • Sidewall - ทนต่อแรงกระแทกด้านข้าง
  • Liner - เก็บความดันลม ใช้ Butyl Rubber หรือ Chlorobutyl Rubber
sports shoes
รองเท้ากีฬา (sports shoes)
  • พื้นของรองเท้ากีฬาเป็นยางสังเคราะห์ผสม
  • ชนิดของยางสังเคราะห์ที่ใช้ขึ้นกับวัตถุประสงค์ในการใช้งาน

-- รองเท้าวิ่ง: รับแรงกระแทก มีการสปริงตัวที่ดีและทนต่อการสึกหรอบนพื้นหยาบ

-- รองเท้าบาสเก็ตบอล: ยึดเกาะพื้นเรียบได้ดี มีการสปริงตัวที่ดีมาก

7 thermoplastic elastomer tpe
7. Thermoplastic Elastomer (TPE)
  • Elastomer คือ Rubber ที่ถูก vulcanized หรือ crosslinked
  • Polymer ที่ถูก crosslinked เป็น thermoset
  • Thermoplastic Elastomer คือ Elastomer ที่ใช้ physical crosslink แทนที่จะเป็น chemical crosslink
  • โดยที่ physical crosslink เหล่านี้ สามารถเปลี่ยนสภาพได้โดยการให้ความร้อน ==> เป็น Thermoplastic
slide24
โครงสร้างของ TPE
  • TPE ประกอบด้วย 2 ส่วน

1. ส่วนที่เป็นโซ่ยาว เหมือนยางทั่วไป ซึ่งเป็นส่วนที่ยืดหดได้ ==> Elastic

2. ส่วนที่เป็น physical crosslink ซึ่งทำหน้าที่เหมือน chemical crosslink ทำให้โมเลกุลไม่เลื่อนจากกัน และกลับสู่สภาพเดิมเมื่อปล่อยแรง

slide25
ตัวอย่าง TPE
  • โดยทั่วไป TPE เป็น triblock copolymer แบบ A-B-A เช่น SBS (Styrene-Butadiene-Styrene) โดย
    • Polystyrene เป็น hard domain (ส่วนที่แข็ง)หรือ physical crosslink เพราะเป็น plastic ที่ 25 oC (มี Tg = 100 oC)
    • Polybutadiene เป็น flexible chain (Tg = -100 oC)
phase separation of sbs
Phase Separation of SBS

PS = Physical crosslink (แข็ง) PB = Rubbery phase (นิ่ม)

modulus tpe
Modulus ของ TPE
  • Tgของ rubbery phase < T ใช้งาน < Tgหรือ Tmของ hard phase
  • ขึ้นรูปเมื่อ T > Tgหรือ Tmของ hard phase
slide28
สรุป (1)
  • Vulcanization เป็นการใช้ S หรือ peroxide เพื่อให้เกิดการ crosslink ระหว่างโซ่โมเลกุลของยาง
  • NR เป็น 99% cis-1,4-Polyisoprene การที่เป็น 99%cis จึงเกิดเป็นผลึกได้ง่ายในภาวะที่ถูกดึง มี Tg = -70oC
  • Synthetic Polyisoprene ซึ่งมาจากสังเคราะห์และมี cis เพียง 97-98 % จึงเกิดผลึกได้ไม่ดีเท่า NR
  • BR เกิดจาก Butadiene monomer (C4H6) มี Tg = -100oC ซึ่งจะทน ต่อการสึกหรอได้ดีมาก (แต่จะเกาะถนนไม่ดี)
slide29
สรุป (2)
  • SBR เป็น copolymer ของ Styrene และ Butadiene โดยที่ Tg ถูกกำหนดโดย % ของ monomer ทั้งสอง
  • SBR ที่มี Butadiene สูงจะมี Tg ต่ำ หรือ สมบัติคล้ายยาง BR คือสึกหรอช้า แต่เกาะถนนไม่ดี
  • NBR เป็น copolymer ของ Acrylonitrile และ Butadiene โดยที่หมู่ CN ซึ่งเป็นสารมีขั้ว (polar) จะเพิ่มสมบัติการทนต่อ solvent
  • CR เป็น homopolymer ของ 2-Chloro-1,3-Butadiene (คล้ายกับ Isoprene โดยแทนที่ CH3ด้วย Cl )
slide30
สรุป (3)
  • Butyl Rubber เป็น copolymer ของ 97-99 % Isobutylene + 1-3% Isoprene ใช้ในยาง Radial หรือ เป็นยางในรถยนต์เพราะสามารถเก็บรักษาความดันได้ดี
  • TPE เป็น elastomer ที่เป็น thermoplastic โดยมีส่วนที่แข็งทำหน้าที่เป็น (Physical) Crosslink เพราะโดยทั่วไป elastomer เป็น thermoset