Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên có khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh phối hợp với các loại xúc tiến lưu hóa thông dụng. Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên được xác định theo tính chất cơ lý của hợp phần cao su tiêu chuẩn.

Bảng 7: Thành phần tiêu chuẩn để xác định các tính chất cơ lý của cao su

STT Thành phần Hàm lượng [P.K.L]

1 Cao su thiên nhiên 100,0

2 Lưu huỳnh 3,0

3 Mercaptobenzothiazol 0,7

4 ZnO 5,0

5 Axit Steoric 0,5

Hỗn hợp cao su lưu hóa ở nhiệt độ 143±2 [0C] trong thời gian lưu hóa tối đa là 20 ÷ 30 phút. Các tính chất cơ lý phải đạt là :

+ Độ bền kéo đứt [Mpa] 23

+ Độ dãn dài tương đối [%] 600

+ Dãn dài dư [%] ≤ 12

+ Độ cứng tương đối [shore] 65

Hợp phần cao su thiên nhiên với các chất độ hoạt tính có đàn tính cao, chịu lạnh tốt, chịu tác dụng lực động học tốt. Cao su thiên nhiên là cao su dân dụng. Sản

30

xuất các mặt hàng dân dụng như săm lốp xe máy, xe đạp; các sản phẩm công nghiệp như băng chuyền, băng tải, dây cu-roa làm việc trong môi trường không có dầu mỡ.

Cao su thiên nhiên không độc nên từ nó có thể sản xuất các sản phẩm dùng trong y học và trong công nghiệp thực phẩm.

1.4.5. Sản phẩm từ mủ cao su thiên nhiên a. Sản phẩm từ mủ cao su trên thế giới

Ngành công nghiệp sản xuất các sản phẩm từ mủ cao su trên thế giới đa dạng và phong phú với nhiều sản phẩm với nhiều tính năng phong phú. Những sản phẩm như:

- Chất đệm bằng cao su: tấm lót đệm bằng cao su, vòng bịt, vòng tay đệm bằng cao su kim loại, miếng đệm, vòng bịt bằng cao su chịu nhiệt, chất lót đệm cửa, tấm đệm vải cao su dùng cho các thiết bị thủy lực, đệm đầu bằng cao su, đệm đầu cho máy bơm bằng cao su,…

- Sản phẩm cao su y tế: găng tay cao su y tế, bao cao su, cái bịt đầu ngón tay để sử dụng trong y tế, túi cao su nóng, đầu dò bằng cao su tự nhiên và cao su sử dụng trong y tế, quả cầu cao su để bơm đo áp suất, miếng lót bằng cao su tự nhiên và cao su trong y tế để bảo vệ núm vú, bong bóng cao su cho đá lạnh sử dụng trong y tế);

- Sản phẩm cao su bơm hơi: phao tấm, phao nổi bằng cao su bơm

- Ngoài ra còn nhiều sản phẩm khác như: các sản phẩm bọt, xốp từ nhựa cây cao su, sản phẩm cao su đúc khuôn và dập khuôn, sản phẩm cao su cho ngành công nghiệp ô tô, sản phẩm cao su kỹ thuật không theo khuôn, sản phẩm làm bằng cao su tự nhiên-silicone và cao su-silicone hữu cơ, sản phẩm từ cao su chịu mài mòn cho ngành công nghiệp, sản phẩm cao su cho các ứng dụng kỹ thuật, sản phẩm từ cao su chịu xăng dầu dùng trong công nghiệp, sản phẩm cao su cho ngành công nghiệp giày dép, sản phẩm cao su dành cho hàng tiêu dùng: găng tay cao su bảo hộ, núm vú cao su cho bình sữa, núm vú giả,…

31

Nhìn chung, ngành công nghiệp chế biến mủ cao su tập trung chủ yếu cho xuất khẩu. Ở Việt Nam, quá trình sản xuất các hàng hóa từ mủ cao su thông thường là nhúng sản phẩm đó vào mủ thì vẫn chưa được phát triển kể cả về kỹ thuật và độ phổ biến. Do thiếu kỹ thuật và đầu tư trong các thập kỷ qua, ngày nay có rất ít các nhà máy sản xuất các sản phẩm từ mủ cao su có năng lực để hoạt động và đảm bảo tốt về mặt chất lượng. Phần lớn những nhà sản xuất sản phẩm này đều là những doanh nghiệp nhỏ, sử dụng trang thiết bị thô sơ, sản phẩm được tiêu thụ trong nước.

- Găng tay cao su: Năng suất sản xuất găng tay cao su hàng năm ở nước ta khoảng 100 triệu đôi bao gồm găng tay thông thường, găng tay công nghiệp, găng tay phẫu thuật, găng tay sử dụng một lần và găng tay kiểm tra. Trong số một nửa là phục vụ thị trường trong nước, phần còn lại là xuất khẩu ra một số nước khác. Dây chuyền sản xuất tân tiến nhất được nhập khẩu từ Malaysia vào năm 2003. Tất cả các loại găng tay sản xuất ở Việt Nam đều được rắc bột ngô.

- Bọt mủ cao su: Mặc dù bọt mủ cao su được sản xuất ở Việt Nam từ những năm 50, nhưng cho đến ngày nay thì năng lực sản xuất của sản phẩm này vẫn còn rất kém. Việt Nam có thể sản xuất khoảng 5000 tấn bọt mủ cao su hàng năm. Đệm cao su ở Việt Nam đã được xuất khẩu sang rất nhiều quốc gia trên thế giới nhưng với số lượng nhỏ.

- Các sản phẩm khác từ cao su thiên nhiên: Ở Việt Nam, các sản phẩm khác từ mủ cao su ngoài găng tay và bọt mủ còn có chỉ, săm, lốp xe, bóng cao su, búp bê, mền, gối, …

1.5. Một số loại cao su khác

1.5.1. Cao su Izopren

Cao su izopren nhận được trong phản ứng trùng hợp 2–metylbutadien 1-3 trong pha khí hoặc trong dung dịch cacbua hydro no với sự có mặt của xúc tác Li hoặc hệ xúc tác (TiCl4 và AlR3). Phụ thuộc vào tỷ lệ alkyl nhôm và tetra clorua titan, các gốc alkyl khác nhau cho ra các loại cao su izopren khác nhau. Cao su izopren có mạch chính được cấu tạo từ 94% ÷ 98% các mắt xích ở 1,4 cis izopren. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

32 C C H CH2 H3C CH2 C C H CH2 H3C CH2

Mạch chính mạch đại phân tử của cao su izopren có cấu tạo gần giống với cấu tạo mạch chính mạch phân tử của cao su thiên nhiên nên cao su izopren có tính chất công nghệ và tính chất cơ lý tương đương với các tính chất của cao su thiên nhiên. Hàm lượng các mắt xích không no trong mạch đại phân tử của cao su izopren lớn (94 ÷ 98%) nên cao su izopren có khả năng lưu hóa bằng hệ thống lưu hóa thông thường (lưu huỳnh và xúc tiến lưu hóa). Nhiệt độ lưu hóa là 1450C ÷ 1550C.

Cao su izopren là cao su không phân cực nên nó có khả năng trộn hợp với tất cả các loại cao su không phân cực khác: cao su thiên nhiên, cao su butadien, cao su butyl. Tính chất của vật liệu trộn hợp này thường có nhiều ưu điểm hơn các loại cao su riêng biệt vì tổ hợp trộn hợp khắc phục được những nhược điểm của mỗi loại cao su. Các loại nhựa tổng hợp phân cực hay không phân cực như PS, PVC, PE, nhựa phenol formandehit trộn hợp với cao su izopren với hàm lượng rất nhỏ.

Lĩnh vực sử dụng chủ yếu của cao su izopren là sản xuất các mặt hàng dân dụng làm việc trong môi trường khí quyển không có dầu. Cao su izopren ở các vùng ôn đới được sử dụng làm vật liệu thay thế cho cao su thiên nhiên để sản xuất săm lốp ôtô, mô tô, xe đạp và các sản phẩm công nghiệp khác. Cao su izopren là cao su tổng hợp nên trong thành phần hoá học của nó có chứa một hàm lượng độc tố (do xúc tác và chất nhũ hóa để lại) lớn hơn trong cao su thiên nhiên. Vì vậy, cao su izopren ít được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm.

1.5.2. Cao su Butadien

Cao su butadien được trùng hợp từ 1,3 divinyl trong dung dịch.

C C H CH2 H CH2 C C H CH2 H CH2

Để sản xuất cao su butadien dạng dung dịch, ở một số nước công nghiệp phát triển thường dùng hệ xúc tác cho quá trình trùng hợp là các hợp chất Liti hữu cơ (C4H9Li). Cao su butadien nhận được khi sử dụng hệ xúc tác này chứa 50% các mắt

33

xích ở trạng thái đồng phân 1,4 cis và khoảng 50% các mắt xích ở trạng thái đồng phân 1,4 trans. Cao su butadien được tổng hợp trên cơ sở hệ xúc tác liti hữu cơ có tính chất công nghệ tồi nhất trong các loại cao su tổng hợp. Độ cứng của cao su sống và độ cứng hỗn hợp cao su sống rất cao cản trở các quá trình chế biến và gia công ra sản phẩm. Cao su butadien là cao su dân dụng, có cấu trúc không gian điều hòa. Khối lượng phân tử trung bình từ 70000 đến 280000. Độ bền kéo đứt của cao su butadien nhỏ hơn độ bền kéo đứt của cao su izopren. Cao su butadien có độ cứng tương đối, khả năng chống mài mòn cơ học cao hơn cao su izopren nên từ cao su butadien thường được sản xuất các sản phẩm làm việc trong môi trường ma sát lớn, chịu tải trọng ép lớn. Cao su butadien thường được sử dụng để chế tạo ra mặt lốp ôtô, xe máy, băng truyền, băng tải, dây cu roa, ống bơm nước.

1.5.3. Cao su Butadien Styren

Cao su butadien styren là sản phẩm đồng trùng hợp của 1,3 divinyl với styren trong dung dịch cacbua hydro no với sự có mặt của liti hữu cơ. Cao su loại này có khả năng chống mài mòn, chống xé rách lớn hơn cao su butadien styren huyền phù. Cao su butadien có độ cứng lớn, khả năng chống mài mòn tốt nên trong công nghiệp sản xuất săm lốp ôtô cao su butadien styren thường được dùng làm mặt lốp. Trong công nghiệp hóa chất thường dùng cao su butadien styren để bọc lót các thiết bị chịu tác dụng ăn mòn của các axít, bazơ, và các loại muối.

Bảng 8: Đặc trưng kỹ thuật của cao su butadien styren

STT Đặc trưng kỹ thuật Phương pháp trùng hợp Dung dịch Huyền phù 1 Hàm lượng mắt xích 1,4 cis [%] 1,4 trans 12 34 57 9 12 73 15 2 Đặc trưng dải phân bố khối lượng phân tử Hẹp Rộng

3 Ứng suất kéo đứt 24 25

4 Modun 300% [Mpa] 8,8 7,8

34

6 Độ cứng [shore] 62 61

1.5.4. Cao su Butadien Nitryl

Cao su butadien nitryl là sản phẩm đồng trùng hợp của butadien 1,3 và acrylonitryl với sự có mặt của hệ xúc tác oxy hóa khử persunfat kali và trietanolamin. Khối lượng phân tử trung bình của cao su butadien nitryl dao động trong khoảng từ 200000 đến 3000000.

Cao su butadien nitryl là cao su phân cực lớn nên có khả năng trộn hợp với hầu hết các polyme phân cực, với các loại nhựa tổng hợp phân cực. Tổ hợp cao su butadien nitryl với nhựa phenol formandehit có rất nhiều tính chất quí giá: chịu nhiệt cao, chống xé rách tốt, bền với ozon, oxy và độ bền kết dính ngoại. Những tính chất đặc biệt quí giá này cùng với khả năng phân giải điện tích tích tụ ở vật liệu trong chuyển động ma sát đã mở rộng lĩnh vực sử dụng của cao su butadien nitryl. Cao su butadien nitryl có kiên kết không no trong mạch nên nó có khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh phối hợp với các loại xúc tiến lưu hóa thông dụng.

1.5.5. Cao su Clorpren

Cao su Clorpren là sản phẩm nhận được trong quá trình trùng hợp huyền phù clorpren hoặc trong quá trình đồng trùng hợp clorpren với một hàm lượng monome loại dien không lớn. cao su clorpren huyền phù được trùng hợp ở nhiệt độ 40 ± 20C và 6 ± 20C với sự có mặt của xúc tác oxy hóa persunfat kali. Sản phẩm nhận được trong quá trình trùng hợp được gọi là cao su clorpren nhiệt độ cao và cao su clorpren nhiệt độ thấp tương ứng.

Cao su clorpren còn có thể lưu hóa bằng amin bậc 2, phenol lưỡng chức và các hợp chất đa chức khác. Khác với các loại cao su mạch phân tử không no khác, cao su clorpren không lưu hóa bằng lưu huỳnh. Tính chất cơ lý của cao su clorpren không độn và có độn rất khác nhau.

Cao su clorpren là cao su phân cực lớn. Nguyên tử clo có khả năng che chắn các tác nhân tác dụng tốt nên clorpren là cao su chịu dầu, chịu tác dụng hóa học tốt. Độ bền trong môi trường dầu mỡ của cao su clorpren kém cao su nitryl. Tuy nhiên, trong các dung môi hữu cơ nhóm xeton, rượu…cao su clorpren chịu tốt hơn. Cao su

35

clorpren bền với tác dụng của các loại hóa chất như axít, bazơ, muối…nên trong công nghiệp cao su clorpren dùng để bọc lót thiết bị, chống ăn mòn tốt. Cao su clorpren có độ bền khí hậu lớn, khả năng phân tán điện tích tốt nên nó dùng để bọc cáp điện trong công nghiệp điện, điện tử.

1.5.6. Cao su Butyl

Cao su butyl là sản phẩm đồng trùng hợp của izobutylen, cacbua hydro loại dien (thường dùng là izopenten) với sự có mặt của xúc tác AlCl3 và các hợp chất cation hóa như nước, rượu, clorua hydro hoặc halogen alkyl… Cao su butyl có thể lưu hóa bằng lưu huỳnh và xúc tiến lưu hóa thông dụng vì trong mạch đại phân tử còn tồn tại các mắt xích dien không no. Tuy nhiên, vì hàm lượng các mắt xích dien không cao nên mật độ mạng lưới không gian được hình thành trong quá trình lưu hóa không đảm bảo tính chất cơ lý tối ưu của vật liệu. Ngoài lưu huỳnh cao su butyl còn được lưu hóa bằng các polysunfit hữu cơ, các hợp chất dinitro và nhựa alkyl phenol formandehit.

Cao su butyl được đặc trưng bằng độ bền nhiệt cao, trơ với tác dụng của ozon và các môi trường hoạt động hóa học khác. Khả năng chịu dầu, mỡ của cao su butyl rất yếu. Vì hàm lượng các liên kết không no trong mạch phân tử của cao su butyl rất nhỏ nên cao su butyl là vật liệu có độ thấm khí nhỏ trong các loại cao su. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Dựa vào những tính chất đặc trưng đặc biệt của cao su butyl, hợp phần trên cơ sở cao su butyl được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất săm, lốp ôtô, mô tô, xe đạp và các bao cao su chứa khí khác. Với khả năng chịu môi trường hóa học cao, chịu nhiệt cao, cao su butyl được sử dụng rộng rãi làm vật liệu bọc lót thiết bị chịu nhiệt, chịu tác dụng của axít, bazơ, muối trong công nghiệp hóa chất. Độ bền khí hậu của cao su butyl cao nên cao su butyl thường được sử dụng làm vật liệu bọc lót dây điện, phủ phết lên vải với mục đích sử dụng khác nhau.

Nhược điểm chính của cao su butyl là vận tốc lưu hóa quá nhỏ, không đồng lưu hóa với các loại cao su dân dụng khác và khả năng kết dính ngoại rất kém.

36

Cao su polysunfit hay thiocol là sản phẩm ngưng tụ của các polysunfit kim loại kiềm với dihalogen cacbua hydro, ete và một số hợp chất hữu cơ lưỡng chức khác. Sự tồn tại các nhóm phân cực ở đầu mạch đại phân tử cho phép thiocol khả năng lưu hóa bằng oxít kẽm, oxít magie và các oxít kim loại có hóa trị lớn hơn 2 khác. Nhiệt độ lưu hóa cao su thiocol từ 1350C đến 1450C. Cao su thiocol là cao su có mạch đại phân tử hoàn toàn no (không chứa liên kết không no) nên cao su thiocol có độ bền ánh sáng, ozon và khí hậu cao. Cao su thiocol ít trương trong benzen và trong các loại dầu mỡ. Khả năng chống thấm khí của cao su thiocol lớn hơn tất cả các loại cao su khác kể cả cao su butyl.

Nhược điểm chính của cao su thiocol là tính đàn hồi kém, chịu lạnh kém và khối lượng riêng cao. Lĩnh vực sử dụng cao su thiocol rắn là sản xuất ống bơm, joăng và các sản phẩm khác làm việc trong môi trường dầu mỡ. Với các tính chất cơ lý và tính chất công nghệ ưu việt: lưu hóa ở nhiệt độ thấp, không co ngót, bền với môi trường dầu mỡ…thiocol lỏng dùng để sản xuất matit trong các ngành công nghiệp và trong xây dựng.

1.5.8. Cao su Silicon

Cao su silicon là sản phẩm của quá trình ngưng tụ silandiol. Mạch phân tử của cao su silicon được cấu tạo từ các nguyên tử oxy và silic xếp xen kẽ nhau. Mỗi nguyên tử trong mạch đại phân tử liên kết với hai gốc hữu cơ

Si - O - Si R

R R

R n

Năng lượng liên kết Si – O trong mạch phân tử cao su silicon rất lớn (450KJ/mol) tạo cho cao su silicon có tính bền nhiệt cao. Cao su silicon là cao su có độ bền nhiệt cao nhất vì vậy ở Liên Xô cũ cao su silicon được kí hiệu là CKT (cao