Hóa chất phối trộn với latex cao su thiên nhiên

1.4.1Chất lưu hóa

Chất lưu hóa được thêm vào nguyên liệu cao su nhằm mục đích tạo ra mạng không gian ba chiều giữa các phân tử cao su làm cho cao su nguyên liệu sau khi lưu hóa có khả năng sử dụng ở trong một thang nhiệt độ rất rộng. Loại chất tạo mạng thay đổi tùy theo loại cao su nguyên liệu đang sử dụng, tuy nhiên có thể phân loại các nhóm chất lưu hóa như sau:

15  Nhóm lưu huỳnh và các chất tương tự.  Nhóm chức mang lưu huỳnh.

 Nhóm lưu hóa không sử dụng lưu huỳnh.

Những chất lưu hóa phổ biến: lưu huỳnh, selenium, disulfur tetramethyl thiuram. Trong đó, lưu huỳnh là chất lưu hóa được sử dụng phổ biến nhất. Do tính phổ biến và màu sắc của lưu huỳnh phù hợp với sản phẩm nên đề tài chọn lưu huỳnh để làm chất lưu hóa cho latex cao su thiên nhiên.

1.4.1.1 Lưu huỳnh

a) Khái quát:

Tên khác: Lưu hoàng, diêm sanh, diêm sinh, soufre, sulfur. Ký hiệu: S.

Phân loại: trên thị trường có 4 thể chính- lưu huỳnh thỏi, lưu huỳnh thăng hoa, lưu huỳnh thăng hoa rửa lại, lưu huỳnh kết tủa.

b) Tính chất:

Tính chất chung: Lưu huỳnh là chất màu vàng, tỉ trọng d=2,07, không mùi, không vị, không tan trong nước, tan ít trong cồn, ether, glicerine, tan nhiều trong carbon disulfide, chà sát phát sinh điện tích âm. Ở trạng thái nguyên chất có phản ứng trung tính. Độ dẫn điện và dẫn nhiệt kém.

Trong chế biến sản phẩm cao su từ latex (mủ cao su nước), sử dụng lưu huỳnh thăng hoa rửa lại. Lưu huỳnh thăng hoa rửa lại: là lưu huỳnh thăng hoa được xử lý với ammoniac loãng để khử acid sulfuric và sulfide arsenic. Rửa tiếp với nước qua rây lược, khử kim, sấy khô ở nhiệt độ thấp. Dạng bột mịn màu vàng nhạt, khô, không mùi, không vị, cơ phản ứng trung tính.

Đối với trưởng hợp chế biến sản phẩm cao su lưu hóa từ latex, lưu huỳnh không thể hòa trộn ở trạng thái thương mại ban đầu mà cần phải xử lý biến đổi thành 1 trong 3 dạng sau:

16

 Dạng khô đã tẩm hóa chất khác: lưu huỳnh thương mại đem tán nghiền khô chung với “chất phân tán hóa” và “tẩm ướt hóa”, hai chất đặc biệt sử dụng cho latex này sẽ bao bọc các hạt tử lưu huỳnh, tạo cho chúng ở trạng thái cô lập, trộn vào latex sẽ không khó khăn. Do hai loại chất nói trên rất đắt và khan hiếm ở nước ta nên phương pháp này không kinh tế

 Dạng thể giao trạng: lưu huỳnh thể giao trạng có được qua sự khuếch tán chẳng hạn tử anhydride sulfuric và acid sulfuric. Như thế nó sẽ rất mịn, nhưng cách này ít sử dụng do có tính acid.

 Dạng khuếch tán " bùn”: lưu huỳnh khô được tán nghiền (hoặc cùng với các chất phụ gia khác) với nước liên tục nhiều giờ máy nghiền bi, có hiện diện của chất phân tán, tẩm ướt và chất kiềm. Cách này được sử dụng rộng rãi.

c) Tác dụng:

Lưu huỳnh được sử dụng là chất lưu hóa cho cao su và latex thiên nhiên, tổng hợp, ngoại trừ cao su chloroprene. Lưu huỳnh có tác dụng lưu hóa qua sự thành lập cầu nối giữa các phân tử hydrocacbon cao su. Nếu không có lưu huỳnh hay chất lưu hóa khác thỳ sự lưu hóa không xảy ra và cao su ở trạng thái sống.

Hoạt tính lưu hóa của lưu huỳnh phụ thuộc vào sự có mặt của chất xúc tiến lưu hóa. Nếu không có mặt chất xúc tiến lưu hóa: quá trình lưu hóa ở 1500C sẽ xảy ra quá trình phá vòng phân tử lưu huỳnh theo cơ chế gốc hoặc ion. Các gốc ion hoạt tính cao sẽ tham gia vào phản ứng với mạch đại phân tử cao su tạo thành một số cầu nối giữa các mạch polysunfit và một số nhóm pesunfit có khả năng tham gia vào phản ứng khâu mạch đại phân tử, thường tạo thành các sunfit mạch vòng. Như vậy nếu không có mặt xúc tiến lưu hóa thì quá trình lưu hóa xảy ra chậm, đòi hỏi nhiệt năng lớn cho lưu huỳnh.

Lưu huỳnh chủ yếu tham gia vào phản ứng vòng hóa trong cùng một mạch đại phân tử do đó mật độ mạng lưới không gian thưa thớt. Nếu có mặt chất xúc tiến thì quá trình lưu hóa xảy ra nhanh hơn, nhiệt độ lưu hóa thấp, số liên kết ngang nhiều, số nguyên tử lưu huỳnh liên kết ngang ít, mật độ phân bố đều.

17 d)Lượng dùng

Sự lưu hóa chỉ xảy ra khi có lượng lưu huỳnh hóa hợp 0.15% đối với trọng lượng cao su. Lượng dùng tổng quát cho cao su lưu hóa mềm và latex: dùng từ 0.5 - 3% đối với trọng lương cao su khô, có sử dụng chất gia tốc lưu hóa.

1.4.2Chất xúc tiến

1.4.2.1 Định nghĩa và công dụng

Chất gia tốc lưu hóa, còn gọi là chất xúc tiến, là chất hữu cơ có tác dụng tăng tốc độ lưu hóa cao su. Được sử dụng với một lượng nhỏ, có khả năng làm giảm thời gian hay hạ nhiệt độ gia nhiệt, giảm tỷ lệ sử dụng chất lưu hóa và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Phân loại:

 Theo độ pH: bazơ, trung tính, acid

 Theo tốc độ lưu hóa: Gia tốc lưu hóa chậm, Gia tốc lưu hóa trung bình, Gia tốc lưu hóa nhanh, Gia tốc lưu hóa bán cực nhanh, Gia tốc lưu hóa cực nhanh

 Theo nhóm hóa học: Amine, Amino-alcol Thiourea và urea, Guanidine, Thiazole và Thiazoline, Sulfenamide, Thiuram, Dithiocarbamatetan không tan trong nước, Xanthate.

1.4.2.2 Diethyl dithiocarbamate kẽm (EZ)

Hình 1.11 Công thức cấu tạo Diethyl dithiocarbamate kẽm

Trong chế biến sản phẩm cao su từ latex, cao su thiên nhiên, tổng hợp, diethyl dithiocarbamate kẽm thuộc nhóm dithiocarbamate không tan trong nước, trung tính.

18 a)Tính chất

Diethyl dithiocarbamate kẽm là chất bột có màu trắng d=147, T0nc= 171 - 1780C, không tan trong nước, xăng, cồn, tan trong benzene, chloroform, carbon disulfide (CS2), tan ít trong carbon tetrachloro acetone.

Trong chế biến sản phẩm cao su từ latex, cao su thiên nhiên, tổng hợp, diethyl dithiocarbamate kẽm thuộc nhóm dithiocarbamate không tan trong nước, trung tính. Khi gia công cần biến đổi thành dạng khuếch tán trong nước như mọi trường hợp của các chất không tan trong nước khác.

Độ lão hóa tốt khi lưu hóa tới mức tối hảo. Không ảnh hưởng màu sắc, do đó thích hợp chế biến sản phẩm màu tươi và màu trắng. Do không độc tính, không truyền mùi vị, diethyl dithiocarbamate kẽm dùng được cho chế biến sản phẩm tiếp xúc với thực phẩm.

b)Tác dụng

 Xúc tiến lưu hóa kể từ nhiệt độ 700C, tác dụng cực nhanh ở nhiệt độ từ 90 - 1000C cho đến 1600C.

 Tăng hoạt mạnh cho các chất gia tốc nhóm thiazole, guanidine và aldehyde amin. Sản phẩm có tính chất tốt hơn khi phối hợp với nhóm thiazole.

c)Lượng dùng

Với trường hợp latex, dùng như chất gia tốc chính: 0.5 - 1.5%, có thể tăng hoạt mạnh hơn nữa với 0.2 - 0.6% nhóm thiazole (S dùng từ 0.5 - 2.5%).

1.4.3Chất trợ xúc tiến

1.4.3.1 Định nghĩa và công dụng

Chất trợ xúc tiến, hay còn gọi là chất tăng hoạt lưu hóa, là chất có tác dụng phụ trợ gia tốc lưu hóa cao su, tăng cường hoạt tính chất gia tốc hay bổ chỉnh tác dụng nghịch của một số hóa chất khác trong cấu tạo hỗn hợp cao su (bao gồm latex). Chất trợ xúc tiến được phân làm 2 loại:

19  Nhóm vô cơ: oxide kim loại.

 Nhóm hữu cơ: các acid béo, chất gia tốc lưu hóa yếu hoặc các chất gia tốc lưu hóa mạnh lượng dùng thấp so với lượng bình thường.

1.4.3.2 Oxide kẽm (ZnO)

a) Tính chất

Bột màu trắng d=5.5.7 - 5.6, ở trạng thái vô định hình hay hình kim tùy theo điều kiện oxide hóa kẽm, kích thước 0.1 - 0.9μm. Nhiệt dung riêng: 0.646 cal/0C.cm3, ở trạng thái nguyên chất tan trong nước: 0.005 g/l ở 250C.

Bảng 1.3 Chỉ tiêu chất lượng ZnO thường (AFIC)

Chính phẩm Thứ phẩm 1. Dạng

2. Ẩm độ, tối đa

3. Giữ lại ở rây 200 mesh - Giữ lại ở rây 300 mesh, tối đa 4. Acid, tối đa

5. Không tan trong HCl loãng, tối đa 6. Hàm lưỡng ZnO tối thiểu

7. Hàm lượng Pb và Cd, tối đa 8. Hàm lượng Cu, tối đa

Bột màu trắng 0,5% 0 1% 0,1% 0,1% 99% 0,1% 0,002% Bột màu trắng hơi xám 0,5% 0 1% 0,1% 0,1% 97% 0,5% 0,002% b)Tác dụng

Trong ngành cao su ZnO có 6 tác dụng:

 Tăng trợ lưu hóa cao su hay tăng hoạt cho chất gia tốc trực tiếp hoạt qua sự thành lập savon kẽm khi phối hợp với acid béo.

 Độn tăng cường lực cao su  Dẫn nhiệt và khuếch tán nhiệt

 Nhiệt gel hóa hay thu nhiệt đông đặc latex.  Nhuộm màu trắng

20

 Bổ chỉnh hiệu quả của MgO lưu hóa cao su polychloroprene.

Ở hỗn hợp latex va cao su lưu hóa, trừ lượng dùng như chất tăng hoạt, nếu lượng dùng như chất trợ xúc tiến, nếu lượng ZnO càng cao thì độ lão hóa của hỗn hợp càng cao do đó phải lưu ý tới việc sự dụng chất kháng lão và cần chỉnh lại lượng lưu huỳnh trong công thức bị mất qua phản ứng sinh ra sulfur kẽm.

Ở hỗn hợp cao su latex cần đưa qua dạng khuếch tán trong nước như trường hợp lưu huỳnh.

c) Lượng dùng

Đối với latex: 1 - 3% có hiệu quả cho mọi chất xúc tiến. Khi trộn vào latex cần đưa qua dạng khuếch tán trong nước như trường hợp lưu huỳnh

1.4.3.3 Acid stearic

Tên khác: Acid octadecylic - acid octadecanoic – sáp acid stearic - sáp chua. Khối lượng phân tử M=284.

a) Tính chất

Là một acid béo, tinh thể dạng lá mỏng, màu trắng sáng. Dạng thương mại: bột, hạt, vẫy, phiến, cục, d=0,84; T0nc: 69.60C, T0s: 2910C (100mmHg). Tan trong ether chlorofrom, benzene, CCl4, CS2, cồn, không tan trong nước.

Trong sản phẩm cao sư lưu hóa, phẩm acid stearic có hàm lượng acid oleic thấp cho cơ tính và độ hóa dẻo tốt. Ngược lại, độ lão hóa càng xấu khi hàm lượng acid oleic càng cao do cơ cấu chưa no của acid béo lỏng này. Như vậy cần lưu ý tới độ nguyên chất của acid stearic sử dụng.

b)Tác dụng

21

 Tăng hoạt chất gia tốc trực tiếp hoặc qua sự thành lập savon kẽm tan trong cao su khi phản ứng với oxide kẽm.

 Hóa mềm dẻo cao su cán luyện.

 Khuếch tán chất độn và hóa chất khác.  Giảm tính dính của cao su sống: trơn.  Kháng lão hóa vật lý cho cao su lưu hóa.

Cơ chế tăng hoạt chất gia tốc đã đề cập ở oxide kẽm. Trong trường hợp latex, phải đổi thành dung dịch sodium stearate mới có thể hòa trộn vào được. Savon này còn rất thích hợp cho thoa khuôn, dễ tháo lấy sản phẩm lưu hóa hoàn tất hơn các loại savon chế từ dầu thực vật.

Do acid stearic có độ hòa tan trong cao su có giới hạn (trừ cao su butyl), khi có lượng tự do, nó sẽ di chuyển ra mặt ngoài sản phẩm ngay sau lưu hóa tạo sự kháng lão hóa vật lý cô lập cao su và không khí.

c) Lượng dùng

Dùng như chất tăng hoạt có các hiệu quả khác 1 - 4% hoặc 0 - 1% (% đối với trọng lượng cao su) cho những chất gia tốc không đòi hỏi có chất acid stearic tăng hoạt.

1.4.4Chất phòng lão

1.4.4.1 Định nghĩa và công dụng

Chất phòng lão còn gọi là chất kháng lão có chức năng cản trợ hay giảm tối thiểu sự hư hỏng của cao su lưu hóa. Sự hư hỏng thể hiện qua sự biến đổi giảm mất các đặc tính ban đầu, thường đưa đến hiện tượng “chảy nhão”.

Theo các yếu tố gây hư hỏng cao su, chất phòng lão được chia thành 3 nhóm chính:  Kháng oxygen

 Kháng kim loại Cu và Mn  Kháng quang hủy và ozone

Sự phòng kháng phối hợp: tùy theo yêu cầu sản phẩm cao su chế biến mà cần thiết phải có sự phòng lão thích hợp, thường là phối hợp để đạt hiệu quả tối ưu.

22

Hình 1.12 Công thức cấu tạo BHT

1.4.4.2 Butylated Hydroxy Toluene (BHT)

a) Tính chất

Tan trong benzen, toluen, cồn, acetone, cacbontetrachlorua, ethyl acetate và xăng. Không tan trong nước hoặc dung dịch nước pha loãng.

b)Tác dụng

BHT là chất chống oxy hoá hiệu quả cao, thường được sử dụng cho: cao su, nhựa, chất dẻo, polyether polyols, dầu thực vật, dầu khoáng, nhiên liệu, keo dán, mực in, aliphatic and cyclicethers.

c) Lượng dùng

Liều lượng sử dụng 50mg/Kg thể trọng sẽ không gây ra độc tính ở bất cứ cấp độ nào.

1.4.5Chất làm đặc

1.4.5.1 Định nghĩa

Chất làm đặc là chất tạo ra độ đặc qua đó ứng dụng thay đổi độ nhớt của dung dịch theo yêu cầu kĩ thuật gia công.

1.4.5.2 Cenllulose Ether (HEC)

Cenllulose Ether là một chất làm đặc. Được thu được từ gỗ hoặc bông (thân thiện với môi trường). Trước khi được chế biến thành HEC, Cenllulose là một polymer không tan trong nước. Sau quá trình ether hóa, cenllulose được sản xuất thành ether tan trong nước (hay còn được gọi là MECELLOSE -HEC).

23

Dạng bột màu trắng, không mùi, rất mịn và rất dễ tan trong nước lạnh. Tuy nhiên, độ tan của HEC còn phụ thuộc vào tính kiềm hoặc axit, hoạt động ổn định trong môi trường pH khoảng từ 3.0- 11.0.

1.4.6Chất màu sử dụng cho cao su

Chất màu được chia làm hai nhóm: vô cơ và hữu cơ.

 Nhóm vô cơ được dùng nhiều trước năm 2015, ngày nay được thay thế bởi phẩm hữu cơ trừ TiO2 và carbon black, do có khuyết điểm: tỷ trọng cao, khả năng nhuộm màu yếu (lượng dùng cao), cho sản phẩm đục, không tươi màu nhưng có ưu điểm là giá thành thấp.

 Nhóm hữu cơ giá thành cao, có gam màu rộng và độ cho màu mạnh. Nhóm hữu cơ được chia làm hai loại:

- Bột màu hữu cơ tự nhiên: có sẵn trong tự nhiên; độ chịu sáng kém, màu nhanh phai và màu sắc không đa dạng.

- Bột màu hữu cơ tổng hợp: là những hợp chất hữu cơ hoặc phức của chúng được tổng hợp từ các sản phẩm dầu mỏ. Màu sắc đa dạng, độ sáng cao. Chất màu hữu cơ có lượng sử dụng thấp nhưng khả năng nhuộm cao, với điều kiện khuếch tán tốt trong hỗn hợp cao su.

Một chất màu sử dụng cho cao su thiên nhiên hay cao su tổng hợp cần phải có các điều kiện sau đây:

 Chịu nhiệt từ 100-2000C (chiu được sự gia nhiệt lưu hóa cao su)  Không tan trong cao su, dung môi và chất hóa dẻo cao su.

 Bền với ánh sáng, nước, rượu savon và xút, trong hỗn hợp cao su.  Không ảnh hưởng tới sự lưu hóa và bảo quản cao su.

 Mịn (vì độ mịn phần nào quyết định tính dễ khuếch tán và năng suất).  Có khả năng nhuộm màu cao.

24

1.5 Màu sắc của cao su

Sản phẩm làm từ latex cao su thiên nhiên thường có màu vàng đặc trưng. Những khảo sát latex tiết ra từ cây cao su (qua kính hiển vi) đã chứng minh sự hiện diện của Frey– Wyssling là những tiểu cầu thuộc về nhựa có màu vàng.

Dựa trên các phân tích quang phổ độ phân giải cao, người ta thấy rằng các chất màu được chiết xuất từ cao su thiên nhiên bao gồm các carotenoid, este tocotrienol, este rượu béo, tocotrienols, axit béo không bão hòa, rượu béo, diglyceride và monoglyceride. [23] [24]

“Phần vàng” này có tính không bền, có thể thải trừ được sắc tố vàng này [22].

1.6 Cấu tạo và màu sắc của móng tay người

1.6.1Cấu tạo

Móng là biến dạng của da ở các đầu ngón tay. Chúng có một cấu tạo phức tạp gồm 3 lớp (Hình 1.12):

 Đĩa móng (Nail plate): cấu tạo bởi lớp sừng, có màu hồng vì nằm trên giường móng có nhiều mạch máu nuôi dưỡng.

 Liềm móng (Lunula) hình bán nguyệt, màu trắng nhìn rất rõ ở ngón tay cái.

 Giường móng (Nail bed): tập trung các mạch máu, chịu trách nhiệm nâng đỡ và phát triển móng.

 Lớp biểu bì eponychium (Cuticle) là lớp thượng bì nằm giữa nếp gấp gần của móng và mặt lưng của đĩa móng.

1.6.2Màu sắc

Dựa vào cấu tạo móng, ta có thể nói rằng, màu hồng của móng tay mà ta nhìn thấy là