HÓA CHẤT TRONG sản SUẤT CAO SU

HÓA CHẤT TRONG SẢN SUẤT CAO SU I- CHẤT LƯU HÓA Là những chất có tác dụng cấu tạo với cao su tạo ra mạng lưới không gian ( các cầu nối) trong cao su lưu hóa. Ví dụ lưu hóa cao su tự nhiên bằng lưu huỳnh: 1/ Lưu hóa (S): Là chất lưu hóa thường dùng trong cao su thiên nhiên. Lưu huỳnh là một trong những chất ở dạng tự do có mấy dạng thù hình. Dạng phổ biến nhất, bền vững nhất ở nhiệt độ thường là dạng α: tinh thể hình thoi màu vàng trong, d = 0.79 -2g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 112,8oC, dễ hòa tan trong cao su. Khi làm lạnh chậm S nóng chảy, nó chuyển dạng β hình kim, màu vàng đậm, d=1,96, nhiệt độ nóng chảy 119oC, dạng này không bền vững ở nhiệt độ dưới 96oC và biến dần sang dạng α Phân tử là một vòng gồm 8 nguyên tử S Chỉ khi nào S phân tán đồng nhất trong hỗn hợp cao su mới nhận được cao su lưu hóa có chất lượng đồng nhất. Cao su là chất hòa tan của lưu huỳnh. Khi nhiệt độ tăng → độ hòa tan tăng Khi nhiệt độ giảm xuống ta nhận được dung dịch bão hòa, từ đố lượng lưu huỳnh dư sẽ kết tinh lại. Ở 140oC, độ hòa tan S là 10g/100g R. Khi làm nguội hỗn hợp cao su, S tách ra từ dung vdịch bão hòa, một phần phân tán ra bề mặt và kết tinh lại gọi là hiện tượng phun sương, S không phun sương ở nhiệt độ binìh thường nếu hàm lượng của nó terong hỗn hợp cao su không quá 1%. Sự kết tinh của lưu huỳnh trên bề mặt của hỗn hợp cao su sẽ làm giảm độ kết dính của cao su, gây khó khăn trong sản xuất. Một trong những nguyên nhân gây phế phẩm và chất lượng sản phẩm kém là do S bị vón cục trong hỗn hợp. Hiện 5tượng vốn cục là do S được cho vào nhiệt độ cao bị nóng chảy nhanh và phân tán không đều trong hỗn hợp. Khi nguội tạo thành hình kim, dạng này tan kém trong cao su và dẫn đến tính chất của cao su lưu hóa không đều. 2/ Các chất lưu hóa khác: - Các hợp chất lưu hóa chứa nitơ như 1, 3, 5 dinitrobenzen. Cao su lưu hóa bằng các hợp chất nitơ không bị tác dụng ăn mòn dưới kim loại, điều đó rất quý để làm các loại cao su đệm trong thiết bị. - Các preoxit: peroxit benzen, peroxit butin dùng để lưu hóa cao su silicon, polyetylen - Một số polysulfua loại xúc tiến cũng được dùng làm chất lưu hóa được như: TMTD, TETD dùng để lưu hóa cao su thiên nhiên và cho cao su tổng hợp công dụng chung, tạo dược cao su lưu hóa bền với nhiệt độ hơn so với bằng S. II- CHẤT XÚC TIẾN LƯU HÓA: 1/ Khái niệm: Lưu hóa cao su mà chỉ dùng S không thì quá trình lưu hóa kéo dài và cao su lưu hóa ra độ bền cơ học không cao, vì cùng với quá trinh lưu hóa xảy ra quá trình oxi hóa cao su. Nếu trong quá trình lưu hóa cao su chỉ dùng S không thì dễ dẫn đến: - Cao su bị lão hóa - Cao su lưu hóa bị sẫm màu - S phun sương ra bề mặt - Cao su dễ bị quá lưu và khi đã quá điểm lưu hóa thích hợp thì các tính năng của cao su lưu hóa giảm rất nhanh. 2/ Tác dụng của chất xúc tiến - Tăng nhanh quá trình lưu hóa ( rút ngắn thời gian lưu hóa ) - Giảm nhiệt độ lưu hóa - Giảm được lượng chất lưu hóa - Tăng được tính năng cơ lý của cao su lưu hóa, tăng tính bền lão hoá cho sản phẩm 3/ Các loại xúc tiến: 3.1/ Xúc tiến vô cơ: Thường là những oxit kim loại, khó phân tán trong cao su, hiệu quả sử dụng thấp 3.2/ Xúc tiến hữu cơ: được sử dụng rộng rãi. a/ Nhóm Guannidin: Công thức chung: Là loại xúc tiến có tính kiềm tương đối mạnh, loại xúc tiến này làm tăng được tính cứng của cao su, dùng phối hợp với nhóm thiazon và thiuran thì hiệu quả càng tốt. Diphenyl guanidin ( xúc tiến D): - Bột màu trắng, d = 1.13 – 1.19. Nhiệt độ nóng chảy 143 – 147oC, khó tan trong nước, dễ tan trong alcol và benzen. - Có tính kiềm, có tác dụng mạnh khi kết hợp với các xúc tiến khác, đặc biệt là với xúc tiến M và DM - Dùng trong các sản phẩm chịu biến dạng liên tục, chỉ dùng cho các sản phẩm có màu tối. b/ Nhóm Thiazon: Công thức chung: Là loại xúc tiến có tính axit mạnh, có thể nâng cao được tính năng cơ lý: cường lực, mài mòn, lão hóa của cao su, được sử dụng rộng rãi. Mercaptobenzothiazon ( xúc tiến M): - Bột màu vàng nhạt, không mùi, có vị đắng ( không dùng vào các sản phẩm chứa đựng thực phẩm), có tính axit, d = 1,41, nhiệt độ nóng chảy khoảng 170 – 172, tan trong benzzen, alcol, aceton, không tan trong nước, axit loãng. - Sản phẩm dùng xúc tác Mcó khả năng chống lão hóa vì nhiệt độ, chống mài mòn tốt. Nhiệt độ tới hạn thấp khoảng 110oC. - Được dùng trong các loại cao su. Với cao su thiên nhiên còn có tác dụng tăng độ dẻo. Disulfua mircaptobenzothiazon (xúc tiến DM): Bột màu trắng đục hoặc vàng nhạt, không mùi, hơi có vị dắng, d = 1,5. Nhiệt độ nóng chảy khoảng 170 – 175oC, có tính axit, tan trong benzen, toluen, CHCl3, không tan trong cồn, nước và kiềm. Nhiệt độ tới hạn 130oC, gia công an toàn, ở 140oC xúc tiến DM tác dụng mạnh. c/ Nhóm thiuran: là loại xúc tiến, nhiệt độ tới hạn tương đối thấp, tốc độ lưu hóa nhanh. Nếu sử dụng thích hợp thì tính năng sản phẩm tạo ra tốt. Dùng phối hợp với nhóm thiazon để tăng cường lực cao su và tăng nhanh tốt độ lưu hóa. Tetranitryl thiurandisulfua ( xúc tiến TMTD ): - Bột màu trắng độc, độc, d = 1,29 – 1,42, tan trong benzen, CHCl3, aceton, không tan trong nước - Tác dụng rất mạnh, nhiệt độ tới hạn thấp 105 – 110oC. Nhiệt độ tới hạn là nhiệt độ thấp nhất mà chất xúc tiến bắt đầu thể hiện hoạt tính hóa học và có thể xảy ra quá trình lưu hóa hỗn hợp R. Nhiệt độ tới hạn càng cao, càng an toàn trong quá trình gia công. III- CHẤT TRỢ XÚC TIẾN LƯU HÓA: Có tác dụng trợ lực cho xúc tiến. Có chất trợ xúc tiến thì các xúc tiến hữu cơ có tác dụng nhanh hơn, mạnh hơn và hiệu quả hơn. Phần nhiều chất trợ xúc tiến là các oxit kim loại: ZnO, MgO, PbO, SnCl2, Ca(OH)2 … và các axit béo như axit stearic, panmetic … Trợ xúc tiến vô cơ ZnO: bột màu trắng, không mùi, không độc, d= 5,6, không tan trong nước, tan trong axit, kiềm. Dễ tiếp xúc với không khí hấp thụ CO2 và H2O chuyển thành ZnCO3.H2O có tính kiềm. Trợ xúc tiến hữu cơ Axit stearic CH3(CH2)16COOH Dạng hạt hoặc miếng màu trắng hoặc hơi vàng, không độc, d = 0.9 không tan trong nước Được dùng phổ biến trong cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp, nhưng cao su butyl thì không dùng. IV- CHẤT LÀM MỀM: 1/ Tác dụng của chất làm mềm - Giúp cho việc phân tán các chất độn trong hỗn hợp cao su được đều hơn. - Giảm ma sát do lực tác dụng tương hỗ giữa các phần trong phân tử cao su, tăng độ dẻo của cao su, do đó giảm nhiệt độ khi luyện, phần nào giảm được hiện tượng tự lưu, làm cho độ linh động của cao su tốt hơn. - Một số chất làm mềm còn làm tăng độ bám dính của cao su - Rất nhiều chất làm mềm có tác dụng đặc biệt như các axit béo làm tăng hoạt tính ( axit stearic), làm cho các chất độn phân tán dễ hơn, tăng mối liên hệ giữa các hạt chất độn với cao su, tăng tính đàn hồi cho cao su. - Sáp ong, parafin, xirezin dễ khuyếch tán ra bề mặt hỗn hợp cao su với vải va trục máy luyện ., những loại này không được dùng nhiều. Ngoài tác dụng làm mềm nó còn có tác dụng chống lão hóa cho sản phẩm cao su. - Parafin làm giảm độ giòn của cao su, làm tăng độ chịu lạn. 2/ Các chất làm mềm thường dùng + Nhựa đường: sản phẩm nhận được từ cặn dầu mỏ, thể rắn, màu đen bóng, nhiệt độ nóng chảy từ 60 -80oC: Tác dụng: - Dễ phân tán than đen vào cao su - Tăng khả năng chịu ẩm của sản phẩm cao su - Tăng độ cứng và khả năng chống lão hóa của cao su Nhược điểm: - Độ dẻo của cao su tăng rất ít - Làm chậm quá trình lưu hóa vì tác dụng với S - Dùng nhiều sẽ làm giảm sức bền kéo đứt của cao su + Parafin: Carbuahydro mạch thẳng C16H34 đến C36H74, chất kết tinh rắn, d = 0,89 – 0.99, nhiệt độ nóng chảy 50 – 58oC Tác dụng: - Giúp cho quá trình ép suất , thoát khuôn dễ dàng - Làm bóng láng bề mặt cao su - Chống thấm ướt - Làm chất phòng lão hóa Nhược điểm: Parafin dễ kết tinh trên bề mặt bán thành phẩm, làm giảm sức dính giữa các lớp cao su bán thành phẩm. +Vaselin: Sản phẩm thu được từ quặng dầu mỏ, đặc, dạng keo, màu trắng hoặc vàng nhạt, d = 0,81, nhiệt độ nóng chảy từ 40 – 50oC. Tác dụng: - Làm cho hóa chất dễ thấm vào cao su - Chịu axit, chịu nước. - Làm bóng láng bề mặt sản phẩm - Làm chất phòng lão hóa Dầu thông: Sản phẩm thu được từ chưng cất gỗ thông, có thành phần phức tạp, chất lỏng, màu nâu đen, d = 1,05 -1,08 có tính axit, dầu thông được dùng rộng rãi trong sản xuất cao su thiên nhiên và làm chất làm mềm trong sản xuất cao su tái sinh. Tác dụng: - Tăng độ phân tán các chất độn và cao su - Tăng độ dẻo của cao su, dẽ ép xuất - Tăng sức kết dính của các bán thành phẩm Nhược điểm: - Có thành phần không ổn định nên ít dùng làm chất làm mềm cho cao su tổng hợp. - Dùng nhiều sẽ làm giảm cường lực chịu kéo đứt của cao su, và khả năng chống mài mòn của sản phẩm. Nhựa thông: Sản phẩm chưng cất từ nhựa thông thành phần chủ yếu gồm các axit béo (C19H32)O2, C20H30O2, là chất kết tinh, dòn, màu vàng nhạt, hơi trong suốt, mùi nhựa cây, d = 1,10 – 1,15, nhiệt độ nóng chảy từ 65 -69oC. Tác dụng: - Tăng nhanh độ dẻo của cao S - Tăng sức dính của bán thành phẩm - Giảm nhiệt tỏa ra khi gia công - Tăng tính đàn hồi của cao su, giảm độ thấm khí của cao su, chống hiện tượng rạn nứt bề mặt sản phẩm. Nhược điểm: Thành phần nhựu thông là axit không no, nên dễ bị oxi hóa, tăng nhanh quá trình lão hóa V- CHẤT CHỐNG LÃO HÓA: 1/ Hiện tượng lão hóa của cao su: Là hiện tượng xuất hiện các vết rạn nứt nhỏ trên bề mặt sản phẩm cao su, làm cho sản phẩm dễ mòn, tính đàn hồi, cường lực kéo đứt, xé rách, dãn dài của cao su giảm xuống đáng kể, làm cho sản phẩm cao su nhanh chóng bị hỏng. Nguyên nhân gây nên lão hóa là do quá trình oxi hóa cao su dưới tác dụng của nhiệt độ, ánh sáng, tia phóng xạ, biến hình cơ học. Khi đó đại phân tử cao su bị đứt mạch hoặc nối thêm mạch sinh ra mạch nhánh và cấu tạo mạng lưới bị phá vỡ từng phần. 2/ Tác dụng của chất phòng lão hóa. Làm cho hiện tượng lão hóa khó xảy ra hoặc hạn chế quá trình lão hóa, kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm. Có hai loại chất phòng lão hóa: + Chất phòng lão hóa hóa học: A, D, 4010 NA. + Chất phòng lão hóa vật lý: parafin, các loại sáp. 3/ Các chất phòng lão hóa và tính chất: a/ Chất phòng lão hóa vật lý: Parafin là hợp chất hidrocacbon no, không hoạt tính hóa học, có xu hướng phủ ra bề mặt sản phẩm một lớp mỏng bằng phẳng bảo vệ sản phẩm khỏi tác dụng của ánh sáng và ozon. b/ Chất phòng lão hóa hóa học: Chất phòng lão hóa A ( Phenyl naptylamin ): Dạng bột, tinh thể lớp màu nâu tím, có nơi sản xuất dạng hạt, d = 1,21, nhiệt độ nóng chảy lớn hơn hoặc bằng 50oC, tan trong rượu, benzen, aceton, không tan trong nước. Dễ phân tán trong cao su, nó là chất phòng lão hóa chống lại tác động của O2, nhiệt độ, tác dụng cơ học. Chất phòng lão hóa D ( Phenyl naptylamin ) Dạng bột màu sám nâu, d = 1,23, nhiệt độ nóng chảy khoảng 104 – 108oC. Tan trong benzen, aceton, toluen, không tan trong nước Các chất chống lão hóa A, D làm cho cao su bị sẫm màu, vì thế không dùng cho sản phẩm có màu tươi và trong suốt. Chất phòng lão hóa 4010 NA: Dạng bột màu trắng hồng, nhiệt độ nóng chảy 80,5oC. Hòa tan trong benzen, toluen, aceton, không hòa tan trong nước và dung dịch kiềm. IV- CHẤT ĐỘN: Dùng để tiết kiệm cao su và các hóa chất khác, hạ giá thành sản phẩm Có hai loại chất độn: Chất độn hoạt tính: khi cho vào hỗn hợp cao su làm tăng cường lực kéo đứt, tăng cường lực xé rách và chống mài mòn tốt như than đen, than trắng (SiO2.nH2O), cao lanh. Chất độn không hoạt tính: khi trộn vào hỗn hợp cao su không có tác dụng làm tăng các tính chất của cao su, như CaCO3, BaSO4, bột tan. Các chất độn thường dùng: 1/ Chất độn hoạt tính: a/ Than đen: + Than máng khí ( còn gọi là than cứng ). + Than máng antraxen + Than lò + Than lò SRF. Thành phần và các tính chất hóa lý của than đen: Các hạt than có hình cầu Ngoài C, trên bề mặt các hạt than còn có oxy, hydro, S và các tạp chất vô cơ, để xác định chất lượng các loại than dựa vào giá trị độ ẩm, cấu tạo bề mặt, độ thấm dầu, chỉ số PH. b/ Than trắng: Bột màu trắng, dạng vô định hình. Trong hỗn hợp cao su Silicon, cloropren, CKH thì than trắng làm tăng tính chất cơ học, tính chịu dầu, nhiệt độ, nhưng than trắng có d lớn và khó thấm vào cao su. c/ Cao lanh: thành phần chủ yếu là Al2O3.2SiO2.2H2O, màu trnắg đục, d = 2,50 – 2,67 g/cm3 cao su có trộn cao lanh chịu dầu mở, dễ trộn với cao su tái sinh, làm bóng bề mặtbán thành phẩm, độ co bé, thao tác dễ dàng trong quá trình gia công. 2/ Chất độn không hoạt tính: CaCO3: Bột trắng, d = 2,6 – 2,8. Tạo cho cao su có độ dẻo cao Độ mịn tương đối cao, dạng tròn dễ phân tán trong cao su Dễ tạo hình, cán ép, láng bề mặt Làm bột cách ly BaSO4: Bột trắng, nếu lẫn Fe, Pb thì hơi đục, d = 3,94 Làm tăng sức dính, giảm biến hình Chịu axit, kiềm, dầu mở Tăng cường lực xé rách cho cao su tổng hợp Bột Talk: công thức cấu tạo 3MgO. 4SiO2.H2O, bột màu trắng đục, d = 2,69 VII- CHẤT TẠO MÀU Một số chất tạo màu thường gặp: + Màu trắng (TiO2) + Màu vàng (vàng Crom) + Màu đỏ ( Fe2O3) VIII- CHẤT TẠO XỐP: + NaHCO3: Bột màu trắng, đường kính lỗ xốp chế tạo nhỏ và đều đặn. + (NH4)2CO3: bột hình kim, trắng, ở 40oC bắt đầu phân hủy cho ra CO2 và NH3. + NH4HCO3 . HÓA CHẤT TRONG SẢN SU T CAO SU I- CHẤT LƯU HÓA Là những chất có tác dụng cấu tạo với cao su tạo ra mạng lưới không gian ( các cầu nối) trong cao su lưu hóa. Ví dụ lưu hóa cao su tự nhiên. tan kém trong cao su và dẫn đến tính chất của cao su lưu hóa không đều. 2/ Các chất lưu hóa khác: - Các hợp chất lưu hóa chứa nitơ như 1, 3, 5 dinitrobenzen. Cao su lưu hóa bằng các hợp chất nitơ. dùng rộng rãi trong sản xuất cao su thiên nhiên và làm chất làm mềm trong sản xuất cao su tái sinh. Tác dụng: - Tăng độ phân tán các chất độn và cao su - Tăng độ dẻo của cao su, dẽ ép xuất -