bài giảng Tìm hiểu về cao su

I. Cao su: Cao su là nguyên liệu chủ yếu của sản phẩm cao su. Nó quyết định tính năng đặc biệt của sản phẩm cao su: đàn hồi, tính chịu nước, tính ổn định cao đối với nhiều loại hoá chất, tính thấm khí nhỏ, tính cách điện cao: Do có những tính năng này sản phẩm cao su đều được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật công nghiệp và đồ dùng gia đình. A/ Cao su thiên nhiên: Cao su thiên nhiên là cây cao su sống ở vùng nhiệt đới, thường cao su sống trong những cây cao su này là mũ cao su. - Mũ cao su: Mũ cao su là chất phản tán của cao su trong nước thành của nó thây đổi tuỳ theo tuổi cây, mùa, đất đai và thành phần thực vật loại khác nhau thì thành phần mũ cao su tạo thành khác nhau. Mũ cao su mới mang tính kiềm yếu ( nhưng nếu cho amoniac để ổn định) qua một thời gian ngắn sẽ biến thành tính acid. Trị số PH của mũ cao su mới là 7.0 – 7.2, để một thời gian trị số PH sẽ đổi từ 6.9 – 6.6 sau đó sẽ đong đặc, nghĩa là mũ cao su phân ly thành mũ cao su sống và nước. Muốn ngăn ngừa mũ cao su tự đong đặc, cho 0.5% NH4OH vào trong mũ cao su, trị số PH của mũ cao su sẽ đạt 11 – 13, mũ cao su mới có thể bảo đảm ổn định trong thời gian dài. - Quá trình sản xuất cao su khối từ mũ cao su thiên nhiên: Mũ cao su thu hoạch được ( nồng độ 30-40%)lọc loại bỏ tạp chất vỏ cây, lá cây,những cục cao su tự đong tụ, pha loãng mẫu ( nồng độ 15-20%) để lắng ( loại bỏ tạp chất) cho vào thùng chứa lớn và cho vào dung dịch NH4OH 0.5% để PH tăng lên 13 – 14 ( chóng mũ tự đong tụ). dùng CH3COOH 0.6% cho vào mũ để giảm PH = 4.8 - 4.4 làm cho mũ đong tụ hoàn toàn. Cho vào máy luyện hở để cán hết những chất tan trong nước, tiếp tục rửa trong nước từ 10 – 15 giờ, lại rửa trên máy luyện hở có dội nước từ trên xuống. Cho vào máy cán miếng, trên trục có đường rãnh tạo vân hoa để tăng diện tích tiếp xúc khi sáy và khi chóng chuyện các tấm cao su đỡ dính vào nhau. Sau đó sấy và xông khói ở 40 – 50 0 C trong thời gian từ 7 – 10 ngày cao su được hấp thụ CREZON trong khói của vỏ dừa, cây, lá, gỗ tươi để tránh oxi hoá và thối móc trong quá trình vận chuyển bảo quản. - Thành phần hoá học của cao su thiên nhiên: Cao su thiên nhiên là một polyme thuộc loại Polyizopren có cấu trúc mặt phẳng không gian điều hoà dạng Cis (98 – 100 %) và dạng Trans ( 2 – 0%), với mỗi mắt xích polyme là một phân tử Izopren ngoài ra còn có nước và các chất tan trong Aceton, các hợp chất chứa Nitơ… những chất này hàm lượng ít và không cố định -Thành phần hoá học của cao su khối: Carbuahydro 91.68 – 96.51 Albumin 2.07 – 3.84 Chất tan trong aceton 1.25 – 1.10 Thành phần tro 0.09 – 0.41 Chất tan trong nước 0.06 – 0.23 Thành phần nước 0.2 – 0.74 Phân tích kỹ thuật các chất tan trong aceton, các hợp chất chứa Nitơ, ta thấy cao su thiên nhiên có chứa một số acid béo. Một số chất chống lão hoá, xúc tiến và trợ xúc tiến: - Tính chất lý hoá học của cao su khối: + Màu nâu sáng, trong + Dưới 10 0 C sẽ bị kết tinh. mất độ trong và sắn lại. Trên 10 0 C trở lại bình thường, tính chất không bị phá huỷ + d = 0.91 – 0.93 g/cm 3 + Nhiệt độ bị dòn ( thuỷ tinh hoá ) 70 – 72 0 C + Điện thế xuyên thủng ( điện xoay chiều ) 17.5kv / mm. + Hằng số điện mới 2.35 – 2.56. + hoà tan trong xăng, benzen, H2S, clorofor và trong một số carbuahydro thơm. + Đung nóng cao su thiên nhiên đến 200 – 250 0 C thì bị phân hủy thành cacbuahydro phân tử nhỏ. + Cao su thiên nhiên có độ dẻo thấp, phải qua sơ luyện trước khi hổn luyện mới để gia công, để cán tráng, ép xuất, ít co và kết dính tốt. + Có tính năng cơ lý cao: đàn hồi tốt, cường lực kéo đứt cao, chống mài mòn và xé rách tốt, chống thấm khí, chống thấm nước tốt nhưng chịu oxi hoá kém. B / Cao su tổng hợp: 1. Sự ra đời và phát triển của cao su tổng hợp: Cao su tổng hợp ra đời năm 1972. 1972: Liên xô tổng hợp cao su buna 1931: Mỹ tổng hợp cao su cloropren 1933: Đức tổng hợp cao butadien – styren. 2. một số điểm cơ bản: - Cao su tổng hợp là những hợp chất cao phân tử có trọng lượng phân tử rất lớn do kết hợp nhiều phân tử lại với nhau bằng liên kết hoá học. - Nguyên liệu chủ yếu dùng để sản xuất cao su tổng hợp: dầu mỏ, khí thiên nhiên, than, nguyên liệu gỗ… * Phân loại cao su tổng hợp: Căn cứ theo tính năng và công dụng: - Cao su tổng hợp thông dùng: có thể dùng thay thế cao su thiên nhiên, chế tạo săm lớp ô tô và phần lớn các sản phẩm cao su khác: cao su butadien, styren ( CKC ), poliizopren. - Cao su tổng hợp công dụng đặc biệt: dùng chế tạo các sản phẩm có tính năng sử dụng đặc biệt ( chịu dầu, lạnh, nóng, oxi hoá, ozon…) như cao su thiocol… 3. Các loại cao su tổng hợp: a. Butadien – styren: * Ký hiệu: Liên Xô CKC Mỹ, Ý , Nhật SBB CHDC Đức Bunas Là loại cao su được trùng hợp từ butadien ( CH2 – CH = CH – CH2) với siyten CH2 = CH - Công thức cấu tạo : -[ CH2 – CH = CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH – ]n Tỷ lệ butadien và styren trong cao su CKC thường là 70 : 30. 50 : 50. 90:10. Khi hàm lượng butadien và styren ta thu được các loại cao su CKC khác nhau có công dụng khác nhau. Căn cứ vào nhiệt độ trùng hợp, phân cao su CKC làm 2 loại - Trùng hợp ở 50 0 C  Cao su CKC nhiệt độ cao - Trùng hợp ở 50 0 C  Cao su CKC nhiệt độ thấp Tính năng cơ lý và gia công cao su CKC nhiệt độ thấp tương đối tốt. Hiện nay cao su CKC nhiệt độ thấp chiếm khoảng 80% tổng hợp cao su CKC. * Tính chất và ứng dụng: - Trọng lượng riêng phụ thuộc vào hàm lượng styren: CKC 10 0.919 g/cm 3 30 0.949 50 0.979 Tỷ trọng biến đổi thì tính chất khác cũng biến đổi theo. - Tính năng chịu lão hoá oxy, chịu nhiệt độ, chịu dầu và chịu mài mòn ( có độn than đen đều tốt hơn cao su TN ), nhưng đàn hồi, cường lực, chịu uốn khúc, xé rách đều kém hơn cao su TN. - Biến dạng nhiều lần sẽ sản sinh nhiệt lượng lớn. Nhược điểm này làm cho lớp ô tô chế tạo bằng cao su CKC kém lớp ôtô chế tạo bằng cao su TN. - Độ dẻo nhỏ, sơ luyện bằng cơ học tăng độ dẻo khó khăn, khi gia công độ co cao su lớn. - Cao su CKC có ít nối đôi hơn cao su TN, khi pha chế dung lượng S, dùng nhiều chất xúc tiến lưu hoá. b. Butadien nitril: * Ký hiệu: CKH Là sản phẩm được đồng trùng hợp từ butadien với acrylonitril ( CH2 = CH - CN). Quá trình trùng hợp trong dung dịch nhũ trương tuỳ thuộc vào hàm lượng CN mà thu được các loại CKH có tính chất khác nhau và ký hiệu khác nhau. Công thức cấu tạo: - [CH2 – CH = CH – CH2 – CH2 – CH]n – Nhiệt độ trùng hợp CKH : nhiệt độ cao ( 25 – 50 0 C ) nhiệt độ thấp ( 5 – 10 0 C ) - Trùng hợp nhiệt độ thấp thu được cao su có sắp xếp phân tử đều đặn, công nghệ gia công và tính năng cơ lý của cao su lưu hoá tương đối tốt. * Tính chất và ứng dụng: Tỷ trọng thay đổi theo hàm lượng CN: - CKH 18 0.943 g/cm 3 - CKH 26 0.962 - CKH 40 0.986 O0 O CN - Tính chất đặc trưng của CKH là chiụ dầu tốt - Cao su CKH là cao su có cực ( bán dẫn ), cách điện kém hơn cao su khác, không dùng làm vật liệu cách điện, có thể làm vật dẫn điện ở một số trường hợp như ru lô dùng cho ngành dệt để dẫn tính điện. - CKH chịu nhiệt độ, chịu lão hoá, chịu mài mòn đều tốt hơn cao su TN. Khả năng chịu lạnh kém. Với tính năng chịu nhiệt tăng  chịu lạnh giảm, chịu acid kém, nhưng so với cao su TN thì khá hơn. Cường lực xé rách thấp, nhưng nếu dùng than đen và nhựa  tăng cường lực tốt : chon chất lưu hoá thích hợp thì có thể đạt cường lực cao. Dùng phối hợp cao su thiên nhiên thì có thể nâng cao tính đàn hồi và chịu lạnh. * Cao su CKH chịu dầu tốt vì nó là loại cao su trong cấu tạo đại phân tử có chứa ( -CN) chính nhóm này tạo cho cao su CKH có tính chất đặc trưng, bền với tác dụng của dầu mở, xăng nhưng đàn hồi và chịu lạnh kém. Các chất có cực tan tốt trong dung môi không cực, xăng dầu là loại dung môi hữu cơ không cực. CKH là loại cao su có cực do nhóm CN nên nó không trương, không tan trong các dung môi đó ( theo thuyết hoà tan ). Hàm lượng – CN càng lớn  khả năng chịu dầu của cao su CKH càng tốt. C/ Cao su tái sinh: Được chế tạo từ sản phẩm cao su cũ ( cao su đã lưu hoá ) hư hỏng và những phế liệu của các nơi gia công cao su. - Ý nghĩa và tác dụng của cao su tái sinh: Cao su tái sinh được dùng nhiều trong kỹ thuật sản xuất các sản phẩm cao su. - Dùng cao su tái sinh tiết kiệm được cao su sống và một số hoá chất khác, giảm giá thành sản phẩm. - Làm nhanh quá trình gia công và tăng một số tính chất của sản phẩm. + Làm nhanh quá trình trộn và phân tán đều cao su sống với hoá chất khác, đặc biệt là các hoá chất: dạng bột. + Giảm lượng sinh nhiệt độ của hỗn hợp cao su khi gia công trên các thiếc bị công nghệ. + Giảm độ co của cao su khi cán tráng, ép xuất, làm cho quá trình cán tráng ép xuất nhanh hơn, dễ dàng hơn. Các hỗn hợp có cao su tái sinh dễ tạo hình và làm nhanh quá trình lưu hoá + Tăng một số tính chất của cao su lưu hoá như độ cứng, bền với nhiệt độ. + Tăng khả năng chống lão hoá tự nhiên ( ánh sáng, oxy, nhiệt độ…) + Tăng nhiệt độ, tăng khả năng chịu xăng dầu, acid, hơi nóng. Nhược điểm: + Làm giảm độ đàn hồi, độ bền, xé rách của cao su lưu hoá, giảm khả năng làm việc trong điều kiện biến dạng liên tục. vì thế cao su tái sinh chỉ thây thế một phần nhỏ của cao su sống. - Nguyên lý sản xuất cao su tái sinh: Trong kỹ thuật sản xuất cao su tái sinh, quá trình thoát lưu đóng vai trò chính. Đun nóng bột cao su đã nghiền nhỏ, dã trộn với với các chất trong thời gian vài giờ với nhiệt độ 160 – 190 0 C. Trong quá trình thoát lưu, một phần các cấu trúc mạng lưới không gian của cao su hoá bị phá vỡ. Sự phá vỡ mạng lưới không gian có thể diễn ra ở các mạch ngang giữa các nguyên tử S với nhau và giữa các nguyên tử C với C trong mạch chính. Như vậy, cấu trúc không gian giảm xuống làm cho cao tan một phần trong các dung môi hữu cơ, trương trong các chất làm mềm  làm cho cao su trở nên mềm dẻo. - Chọn chất làm mềm: Có ý nghĩa quan trọng, phải đạt các yêu cầu sau: + Có khả năng làm cho cao su trương mạnh, đẩy nhanh quá trình thoát lưu. + Có nhiệt độ sôi cao. + Dễ gia công trên máy luyện. . là cây cao su sống ở vùng nhiệt đới, thường cao su sống trong những cây cao su này là mũ cao su. - Mũ cao su: Mũ cao su là chất phản tán của cao su trong nước thành của nó thây đổi tuỳ theo. nghĩa là mũ cao su phân ly thành mũ cao su sống và nước. Muốn ngăn ngừa mũ cao su tự đong đặc, cho 0.5% NH4OH vào trong mũ cao su, trị số PH của mũ cao su sẽ đạt 11 – 13, mũ cao su mới có thể. loại cao su tổng hợp: Căn cứ theo tính năng và công dụng: - Cao su tổng hợp thông dùng: có thể dùng thay thế cao su thiên nhiên, chế tạo săm lớp ô tô và phần lớn các sản phẩm cao su khác: cao su