Nghiên cứu chế tạo cao su Blend trên cơ sở cao su tái sinh và cao su thiên nhiên

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU BLEND TRÊN CƠ SỞ CAO SU
TÁI SINH VÀ CAO SU THIÊN NHIÊN
Lê Thị Thúy Hằng
Trường Đại học Tài ngun và Mơi trường Hà Nội
Tóm tắt
Để nâng cao nguyên liệu cao su tái sinh, bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cao
su thiên nhiên đến các tính chất cơ học, cấu trúc, hình thái và độ bền nhiệt của vật liệu. Kết quả
cho thấy, các đặc tính của vật liệu được cải thiện khi hàm lượng cao su thiên nhiên tăng lên. Do
đó, để đáp ứng yêu cầu của khách hàng về các đặc tính của cao su tái sinh, người ta có thể biến
tính cao su tái sinh bằng cao su thiên nhiên.
Từ khoá: Cao su tái sinh; Cao su thiên nhiên; Blend cao su tái sinh/cao su thiên nhiên.
Abstract
Research for production of blend rubber on the basis of reclaimed rubber and natural rubber
To improve the reclaimed rubber material, this paper study the effect of natural rubber
content on the mechanical properties, morphology, structure and thermal stability of the material.
The results showed that the properties of the material improved as the natural rubber content
increase. Therefore, in order to meet customer’s requirements for the properties of reclaimed
rubber, it can be modified reclaimed rubber with natural rubber.
Keywords: Reclaimed rubber; Natural rubber; Blend reclaimed rubber/natural rubber.
1. Mở đầu
Ngày nay, số lượng các phương tiện giao thông hạng nặng ngày càng tăng. Những chiếc xe
có nhiều bánh hơn, do đó, việc sử dụng lốp tăng lên. Chất liệu cao su làm lốp xe không phân hủy
sinh học và phải hơn một thế kỷ nó mới xuống cấp. Trong khi đó, độ bền của lốp xe hạng nặng chỉ
vào khoảng 4 đến 5 năm là phải thay [1]. Do vậy, số lượng lốp phế liệu tăng lên hàng năm, dẫn đến
những ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường và tồn bộ hệ sinh thái. Đơi khi, việc đổ bỏ hoặc lưu
trữ những chiếc lốp xe cũ này ở một nơi sẽ làm tăng sự sinh sản của muỗi, côn trùng và vi khuẩn.
Điều này là nguyên nhân gây ra các bệnh truyền nhiễm ở người. Vì vậy, ngành công nghiệp ô tô
đã phải thực hiện việc tái chế, tái sinh các sản phẩm cao su đã qua sử dụng.
Tái sinh là một quá trình phá vỡ cấu trúc khơng gian của cao su lưu hóa bằng các kỹ thuật
nhiệt, hóa học và cơ học. Trong hầu hết các trường hợp, cao su tái sinh có độ dẻo thực tế tương
đương với cao su nguyên chất nhưng khối lượng phân tử và các tính chất cơ học đều thấp so với

cao su nguyên chất [2]. Do đó, các nghiên cứu đã khuyến nghị sử dụng cao su tái sinh để cải thiện
các đặc tính của vật liệu tổng hợp cao su [3]. Đây là một bước đột phá trong công cuộc cải thiện
việc sử dụng hiệu quả cao su tái sinh làm chất phụ gia cho cao su ngun sinh, từ đó, sẽ tiết kiệm
chi phí cũng như bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường [4 - 6].
Như đã biết, bột cao su phế thải có thể phối trộn với nhựa nhiệt dẻo [7 - 9], cao su nguyên
sinh [10 - 12] và Asphal [13]. Những nỗ lực để cải thiện các tính chất vật lý của blend cao su tái
sinh với cao su nguyên sinh đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu về cao su. Các
loại blend cao su nguyên sinh với cao su tái sinh đã được nghiên cứu [14 - 16]. Cao su tái sinh
được sử dụng như là một nguyên liệu thay thế cho cao su nguyên sinh trong nhiều hợp chất cao su,
do chúng làm giảm giá thành của sản phẩm. Trong phần này, nhằm nâng cao tính chất cho cao su
tái sinh, tác giả nghiên cứu phối hợp cao su tái sinh với cao su nguyên sinh (cao su thiên nhiên).
238

Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững


2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
2.1. Vật liệu nghiên cứu
Để thực hiện nghiên cứu này, các hóa chất được sử dụng gồm:
- Cao su tái sinh (CSTS): là sản phẩm tái chế cao su phế thải bằng phương pháp cơ nhiệt và
hóa chất của Phịng Phát triển cơng nghệ hóa học, Trung tâm Phát triển cơng nghệ cao, Viện Hàn
lâm KH&CN Việt Nam theo tài liệu [17].
- Cao su thiên nhiên (CSTN) là loại SVR 3L của Công ty Cao su Việt Trung, Quảng Bình.
- Các phụ gia khác như: SiO2, chất xúc tiến D, DM, lưu huỳnh, kẽm oxit, phịng lão là các
hóa chất cơng nghiệp phổ biến, sẵn có trên thị trường.
- Thành phần và hàm lượng các chất (tính theo phần khối lượng - pkl) trong hợp phần cao su
blend như sau:
Bảng 1. Thành phần và hàm lượng các chất trong hợp phần cao su blend
STT

1
2
3
4
5
6
7
8
9

Thành phần
CSTS
CSTN
ZnO
Axit stearic
Phòng lão D
Xúc tiến CZ
Xúc tiến DM
Lưu huỳnh
Than đen

Hàm lượng (pkl)
100 - 50
0 - 50
5,0
1,0
1,0
1,5
0,5
2,0

20

2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Chế tạo mẫu vật liệu trên cơ sở cao su tái sinh
Chế tạo vật liệu CSTS/CSTN gồm 02 bước sau:
- Bước 1: CSTN được cán cắt mạch trên máy cán 02 trục trong thời gian 1 phút. Sau đó, cán
trộn CSTN với CSTS và các phụ gia khác, thời gian trộn là 15 phút.
- Bước 2: Tổ hợp vật liệu sau khi cán trộn sẽ được xuất tấm, cho vào khn lưu hóa trên máy
ép thủy lực ở nhiệt độ 145 ± 2 0C, áp suất 6 kg/cm2, trong thời gian 20 phút.
Các thiết bị đặt tại Phòng polyme compozit thuộc Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.2.4. Đánh giá chất lượng của cao su tái sinh
- Tính chất cơ lý của vật liệu được xác định theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam
(TCVN 4509 - 2006 về độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt và độ giãn dư; TCVN 1595 – 1 : 2007
về độ cứng).
- Cấu trúc hình thái được xác định bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM), được thực
hiện trên máy JMS 6490 của hãng Jeol (Nhật Bản).
- Độ bền nhiệt được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng, thực hiện trên
máy phân tích nhiệt DTG-60H của hãng Shimadzu (Nhật Bản), với tốc độ nâng nhiệt là 10 0C/phút
trong mơi trường khơng khí.
Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

239


3. Kết quả và thảo luận
3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CSTN tới tính chất cơ học của vật liệu
Để nâng cao tính chất của vật liệu cao su tái sinh, nhóm nghiên cứu phối hợp CSTS với cao
su thiên nhiên nguyên sinh. Trong phần nghiên cứu này, khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CSTN

đến các tính chất cơ học của vật liệu, với hàm lượng CSTN thay đổi từ 0 đến 50 pkl trong các mẫu.
Mẫu tạo thành được đo các tính chất cơ học trong cùng điều kiện. Kết quả thu được thể hiện trong
Bảng 2.
Bảng 2. Ảnh hưởng của hàm lượng CSTN tới tính chất của blend CSTS/CSTN
Tính chất
hàm lượng CSTN (pkl)
0
10
20
30
40
50

Độ bền kéo đứt
(MPa)
9,2
10,1
10,9
12,3
13,8
14,2

Độ giãn dài
khi đứt (%)
457
489
507
538
556
583

Độ giãn dư
(%)
8,3
12,4
16,6
18,2
16,3
14,6

Độ cứng (Shore A)
53,3
54,5
55,2
55,8
55,6
55,0

Kết quả trong Bảng 2 cho thấy, khi cao su tái sinh được phối hợp với cao su thiên nhiên
nguyên sinh thì các tính chất của vật liệu được cải thiện đáng kể. Độ bền kéo đứt và độ giãn dài khi
đứt của vật liệu tăng khi hàm lượng CSTN tăng. Trong khi đó, độ cứng của vật liệu có tăng nhưng
tăng chậm khi hàm lượng CSTN tăng và đến hàm lượng khoảng 40 pkl thì độ cứng khơng tăng mà
có xu hướng lại giảm, do độ cứng của CSTN thấp hơn so với CSTS. Độ giãn dư của vật liệu lúc
đầu tăng (trong khoảng hàm lượng CSTN là 0 đến 30 pkl), sau đó lại giảm. Điều đó chứng tỏ, khi
phối trộn thêm CSTN với CSTS làm cho vật liệu có độ đàn hồi tốt hơn.
3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng CSTN tới cấu trúc hình thái của vật liệu
Để nghiên cứu ảnh hưởng của cao su thiên nhiên tới cấu trúc hình thái của vật liệu, chúng tơi
sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để chụp bề mặt cắt của vật liệu. Dưới đây là một số ảnh
chụp (bằng kính hiển vi điện tử quét) bề mặt cắt của một số mẫu vật liệu CSTS/CSTN.

Hình 1: Ảnh SEM bề mặt cắt của
mẫu vật liệu CSTS
240

Hình 2: Ảnh SEM bề mặt cắt của mẫu vật
liệu CSTS/CSTN (70/30)

Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững


Hình 3: Ảnh SEM bề mặt cắt của mẫu vật liệu CSTS/CSTN (50/50)
Nhận thấy các mẫu có thêm cao su thiên nhiên thì cấu tử phân tán vào nhau một cách đều
đặn và liên kết với nhau một cách chặt chẽ hơn so với mẫu vật liệu chỉ có cao su tái sinh. Khi hàm
lượng CSTN càng cao thì cấu trúc hình thái của vật liệu càng chặt chẽ, khả năng bám dính trên bề
mặt tốt hơn. Điều đó chứng tỏ, CSTN đã làm tăng tính chất cơ học cho vật liệu cao su tái sinh như
phần trên đã giới thiệu.
3.3. Ảnh hưởng của CSTN tới độ bền nhiệt của vật liệu
Để khảo sát ảnh hưởng của CSTN tới khả năng ổn định nhiệt của vật liệu CSTS, chúng tôi
thực hiện phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), trên máy phân tích nhiệt DTG-60H.
Trên đây là các biểu đồ TGA của một số mẫu vật liệu tiêu biểu.

Hình 4: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu cao su tái sinh
Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

241


Hình 5: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu CSTS/CSTN (50/50)

Kết quả trên Hình 4 cho thấy, ở mẫu vật liệu CSTS xuất hiện 1 pic tù rất rộng, từ khoảng 360 0C 460 0C và có pic phân huỷ mạnh nhất ở 420,39 0C. Vì cao su tái sinh được tạo bởi từ lốp xe phế thải với
thành phần Polyme, chính là cao su thiên nhiên (CSTN) và cao su Styren butadien (SBR). Khi CSTS
được biến tính thêm bằng CSTN, trên giản đồ phân tích nhiệt cũng xuất hiện một pic tù rộng và nhiệt
độ phân hủy mạnh nhất này giảm xuống còn 375,06 0C (vẫn nằm trong khoảng 360 0C - 460 0C). Điều
này cho thấy, CSTN không làm hưởng nhiều đến tính chất nhiệt của vật liệu mà còn làm cho cấu trúc
của vật liệu được chặt chẽ hơn, dẫn đến tính cơ học của vật liệu tăng.
4. Kết luận
Việc sử dụng cao su thiên nhiên nguyên sinh để biến tính cao su tái sinh cho thấy, CSTN đã
cải thiện đáng kể các tính chất cơ học và vật lý cho vật liệu cao su tái sinh. CSTN góp phần làm
cấu trúc hình thái của vật liệu chặt chẽ hơn. CSTN khơng ảnh hưởng nhiều đến tính chất nhiệt của
vật liệu. Chính vì vậy, để có thể đáp ứng các yêu cầu của khách hàng về tính chất của cao su tái
sinh thì việc phối hợp cao su tái sinh với cao su thiên nhiên là rất cần thiết.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. S. Godwin Barnabas, K. Arun Vasantha Geethan & M. Venkatesh Perumal (2021). Recycling of waste
crumb rubber into a commercial materials. Journal of Rubber Research. DOI:10.1007/s42464-02100103-w.
[2]. Riyapan D, Riyajan SA, Kowakzyk A (2015). Green synthesis and characterization of a maleated
epoxidized natural rubber latex. Polym Bull., 72, 671 - 691.
[3]. Triphathy AR, Morin JE, Williams DE, Eyles SJ, Farri RJ (2002). A novel approach to improving the
mechanical properties in recycled vulcanized natural rubber and its mechanism. Macromol., 35, 4616 4627.
[4]. Abraham E, Cherian BM, Elbi PA, Pothen LA, Thomas S. (2011). Recent advances in the recycling of

242

Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững


rubber waste. Fainleib A, Grigoryeva O (eds.) Recent Developments in Polymer Recycling, Transworld
Research Network, India, 47 - 100.
[5]. Varga CS, Palotas L, Mikolczi N, Bartha L (2010). Modification of the mechanical properties of rubbers

by introducing recycled rubber into the original mixture. Global. Nest J., 12, 352 - 358.
[6]. Adhikari B, Dej D, Maiti S (2000). Reclamation and recycling of waste rubber. Progres. Polym. Sci.,
25, 909.
[7]. Ali Fazli, Denis Rodrigue (2020). Waste rubber recycling: A review on the evolution and properties of
thermoplastic elastomers. Materials, 13(3), 782.
[8]. M. Awang, H Ismail and M. A Hazizan (2008). Processing and properties of polypropylene-latex
modified waste tyre dust blends (PP/WTDML). Polymer Testing, 27, 93 - 99.
[9]. M. Awang, H. Ismail and M. A. Hazizan (2007). Polypropylene-based blends containing waste tire
dust: Effects of trans-polyoctylene rubber (TOR) and dynamic vulcanization. Polymer Testing, 26, 779 787.
[10]. M. M. Hassan, G. A. Mahmood, H. H. El-Nahas and E. A. Hegazy (2007). Reinforced material from
reclaimed rubber/natural rubber, using electron beam and thermal treatment. Journal of Applied Polymer
Science, 04, 2569 - 2578.
[11]. D. S. Ogunniyi and M. Mureyani (2001). Properties of rubber compounds containing powdered
vulcanized waste. Iranian Polymer Journal, 10, 149 - 155.
[12]. S. W. Kim, K. H. Hong and K. H. Seo (2003). Effects of ground rubber having different curing
systems on the crosslink structures and physical properties of NR vulcanizates, Journal of Material Research
Innovation, 7, 149 - 154.
[13]. M. A. Mull, K. Stuart and A. Yehia (2002). Chemically modified crumb rubber effects on rubberized
asphalt properties. Journal of Material Science, 37, 557 - 566.
[14]. X. X. Zhang, C. H. Lu and M. Liang (2007). Preparation of rubber composites from ground tire
rubber reinforced with waste-tire fiber through mechanical millin. Journal of Applied Polymer Science,
103, 4087 - 4094.
[15]. N. Sombatsompop and C. Kumnuantip (2006). Comparison of physical and mechanical properties of
NR/carbon black/reclaimed rubber blends vulcanized by conventional thermal and microwave irradiation
methods. Journal of Applied Polymer Science, 100, 5039 - 5048.
[16]. T. D. Sreeja and S. K. N. Kutty (2000). Cure characteristics and mechanical properties of natural
rubber/reclaimed rubber blends. Polymer - Plastic Technology and Engineering, 39, 501 - 512.
[17]. Đỗ Trung Sỹ, Lê Thị Thúy Hằng, Lương Như Hải, Lưu Đức Hùng, Đỗ Quang Kháng (2013). Nghiên
cứu tái sinh bột cao su phế thải với tác nhân khử lưu hóa diphenyl disulfit. Tạp chí Hóa học, 51(6ABC),
254 - 258.

Ngày chấp nhận đăng: 10/11/2021. Người phản biện: TS. Vũ Thị Thu Hà

Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên,
bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

243