Nghiên cứu sử dụng oxit kẽm trong nước để sản xuất lốp ôtô

BỘ CÔNG THƯƠNG
CÔNG TY CỔ PHẦN CAO SU SAO VÀNG








BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ


NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG OXIT KẼM TRONG NƯỚC
ĐỂ SẢN XUẤT LỐP Ô TÔ


Chủ nhiệm đề tài: THS. LÊ CÔNG AN

7593
15/01/2009



HÀ NỘI – 2009



THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1. Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng oxit kẽm trong nước để sản xuất lốp ô tô.
(Theo hợp đồng số: 089.09.RD/HĐ-KHCN ngày 04/03/2009)
2. Cơ quan quản lý: Bộ Công Thương
Địa chỉ: 54 Hai Bà Trưng, Hoàn kiếm, Hà nội
Điện thoại: 04.22202222
2. Thời gian thực hiện: 12 tháng (từ tháng 1/2009 đến tháng 12/2009)
4. Kinh phí thực hiện: 145.000.000đồng
5. Chủ nhiệm đề tài: Ths. Lê Công An
Đơn vị công tác: TGĐ Công ty CP Cao su Sao vàng
Địa ch
ỉ: 231 Đường Nguyễn Trãi, Thanh xuân, Hà nội
Điện thoại: 04.38583656
6. Danh sách cán bộ tham gia đề tài của Công ty CP Cao su Sao vàng
TT Họ và tên Học vị, chuyên môn
Trách nhiệm
trong đề tài
1 Lê Công An Ths. Quản trị Kinh doanh, KS cơ
khí hóa chất-Hóa polymer
Chủ nhiệm

2 Nguyễn Quang Hào KS Hóa polymer Thành viên
3 Đào Chi Lăng KS Cơ khí hóa chất Thành viên
4 Trần Thị Nga KS Hóa polymer Thành viên
5 Đào Anh Tuấn KS Hóa polymer Thành viên
6 Nguyễn Việt Hùng KS Điện-Thiết bị gia công cao su Thành viên
7 Đào Thị Hoa Cử nhân Kinh tế tài chính Thành viên
8 Nguyễn Mạnh Lân KS Công nghệ gia công cao su-
chất dẻo
Thư ký


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
4
1. Nghiên cứu vai trò của oxit kẽm trong quá trình sản xuất các sản
phẩm cao su
4
2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ oxit kẽm trong và ngoài nước
10
2.1. Ngoài nước
10
2.2. Trong nước
15
2.3.Hiệu quả kinh tế
16
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
17

1. Phương pháp tiến hành nghiên cứu:
17
2 .Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hoá chất:
19
2.1.Dụng cụ và thiết bị
19
2.2. Nguyên vậ
t liệu và hoá chất
20
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
21
1.Phân tích, đánh giá chất lượng oxit kẽm sản xuất trong nước và lựa
chọn loại oxit kẽm có chất lượng phù hợp để sản xuất lốp ô tô.
21
1.1. Phân tích chất lượng oxit kẽm sản xuất trong nước
21
1.2. Chỉ tiêu kỹ thuật của oxit kẽm
22
1.3. Đánh giá và lựa chọn loại oxit kẽm sản xuấ
t trong nước có chất
lượng phù hợp để sản xuất lốp ô tô
23
2 .Xây dựng đơn pha chế phối liệu
27
2.1. Nghiên cứu thử nghiệm các đơn pha chế phối liệu trong phòng
thí nghiệm
27
2.1.1. Đơn pha chế cao su mặt lốp trên 27
2.1.2 . Đơn pha chế cao su mặt lốp dưới 30
2.1.3 . Đơn pha chế cao su hông lốp 31

2.1.4 .Đơn pha chế cao su cán tráng vải mành 31
2.1.5 .Đơn pha chế cao su bọc tanh 32
2.2. Lựa chọn các đơn pha chế phối liệu sử dụng oxit kẽm sản xuất
trong nước
37
3. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sử dụng oxit kẽm sản xuất
trong nước
38
3.1. Quy trình hỗn luyện các hỗn hợp cao su
38
3.2. Quy trình ép suất mặt lốp, hông lốp
44
3.3. Quy trình cán tráng vải mành
46
3.4. Quy trình lưu hoá lốp
49
4.Triển khai thử nghiệm qui trình công nghệ
51
4.1. Chuẩn bị các bán thành phẩm cho sản xuất
51
4.1.1. Luyện, kiểm tra chất lượng các hỗn hợp cao su 51
4.1.2. Cán tráng vải mành, ép suất mặt lốp, cắt vải và thành hình lốp 54
4.2. Lưu hóa lốp
54
5. Kiểm tra, đánh giá chất lượng lốp
54
5.1. Kiểm tra ngoại quan lốp sau lưu hóa
54
5.2. Kiểm tra chất lượng lốp trong phòng thí nghiệm
54

5.3. Kiểm tra chất lượng lốp lý trình thực t
ế
56
CHƯƠNG VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
58
1. Kết luận
58
2. Kiến nghị
59
TÀI LIỆU THAM KHẢO
61




DANH MỤC BẢNG BIỂU


Bảng 1. Hiệu quả của oxit kẽm trong lưu hóa cao su thiên nhiên
5

Bảng 2. Các đơn pha chế tiêu chuẩn dùng kiểm tra chất lượng cao su
8

Bảng 3. Ảnh hưởng của hàm lượng oxit kẽm đến tính năng cơ lý
trong hỗn hợp cao su
9

Bảng 4. Lượng tiêu thụ lốp xe trên thế giới-giai đoạn từ 2005 ước đến 2015
12

Bảng 5. Lượng tiêu thụ cao su trên thế giới-giai đoạn từ 2005 ước đến 2015
13

Bảng 6. Kết quả thí nghiệm mẫu oxit kẽm sản xuất trong nước
21

Bảng 7. Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của oxit kẽm dùng trong công
nghiệp cao su
22

Bảng 8. Kết quả thí nghiệm mẫu oxit kẽm của Viện Công nghệ Xạ hiếm.
26

Bảng 9. Các đơn pha chế hỗn hợp cao su mặt lốp trên
28

Bảng 10. Tính năng cơ lý chính của các hỗn hợp cao su mặt lốp trên
29

Bảng 11. ĐPC phối liệu hỗn hợp cao su mặt lốp dùng oxit kẽm
trong nước so sánh với oxit kẽm nhập ngoại
33

Bảng 12. Đặc tính lưu hoá và TNCL của hỗn hợp cao su mặt lốp
dùng oxit kẽm sản xuất trong nước so sánh với oxit kẽm nhập ngoại
34

Bảng 13. ĐPC phối liệu hỗn hợp cao su vải mành và cao su tanh dùng
oxit kẽm trong nước so sánh với oxit kẽm nhập ngoại

35

Bảng 14. Đặc tính lưu hoá và TNCL của hỗn hợp cao su vải mành
và cao su tanh dùng oxit kẽm sản xuất trong nước so sánh với oxit
kẽm nhập ngoại
36

Bảng 15. Hỗn luyện cao su Giai đoạn 1 (1 Stage) trong máy luyện kín
39

Bảng 16. Hỗn luyện cao su Giai đoạn 2 (2 Stage) trong máy luyện kín
40

Bảng 17. Các bước hỗn luyện giai đoạn 1 cho hỗn hợp cao su mặt lốp
42

Bảng 18. Các bước hỗn luyện giai đoạn 1 cho hỗn hợp cao su cán
43
tráng vải mành, tanh

Bảng 19. Các bước hỗn luyện giai đoạn 2 cho các hỗn hợp cao su
dùng chế tạo lốp ô tô
44

Bảng 20.Kết quả thí nghiệm nhanh và tính năng cơ lý hỗn hợp cao
su sử dụng oxit kẽm trong nước
52

Bảng 21.Tiêu chuẩn thí nghiệm nhanh (TCCS) cao su bán thành
phẩm chế tạo lốp ô tô

53

Bảng 22. Kết quả thử nghiệm lý trình máy của lốp sử dụng oxit kẽm
trong nước
55

Bảng 23. So sánh khả năng chịu mài mòn của lốp 11.00-20 20PR sử
dụng oxit kẽm trong nước và oxit kẽm nhập ngoại
57



DANH MỤC BIỂU ĐỒ, HÌNH VẼ


Biểu đồ 1. Hiệu quả của oxit kẽm trong lưu hoá cao su thiên
nhiên (NR)
6

Hình 2. Hiệu quả của chất trợ lưu hoá tron ghỗn hợp cao su
thiên nhiên
7

Biểu đồ 3. Ảnh hưởng của hàm lượng oxit kẽm đến tính năng
cơ lý của hỗn hợp cao su
9

Biểu đồ 4. Lượng tiêu thụ lốp xe trên thế giới
13

Biểu đồ 5. Lượng tiêu thụ cao su trên thế giới
14

Biểu đồ 6. Hàm lượng ZnO trong các mẫu oxit kẽm sản xuất
tại Viện Công nghệ Xạ hiếm
26

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

-Axit Stearic: AS
-Cao su Butadien: BR
-Cao su Butadien Styren: SBR
-Cao su Butyl: IIR
-Cao su Chloropren: CR
-Cao su Ethylenpropylen: EPDM
-Cao su Nitrilbutadien: NBR
-Cao su thiên nhiên: NR
-Cao su tổng hợp: SR
-Cao su bán thành phẩm: BTP
-Hỗn hợp cao su: HHCS
-Hông lốp: HL
-Oxit kẽm: ZnO
-Mặt lốp trên: MT
-Mặt lốp dưới: MD
-Phần trọng lượng: ptl
-Tính năng cơ lý: TNCL
-Xúc tiến M: MBT


1

MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp sản xuất lốp, đặc biệt là sản xuất lốp ô tô tại Việt
nam, do yêu cầu chất lượng cao của sản phẩm, các hoá chất chủ yếu phải nhập
ngoại, trong đó có oxit kẽm. Hàng năm, Công ty CP Cao su Sao vàng phải
nhập khoảng 400-500tấn oxit kẽm loại chất lượng cao để phục vụ sản xuất lốp
ô tô (tương đương với sản lượng ~500.000c), l
ốp xe máy và các sản phẩm cao
su kỹ thuật khác. Nếu nâng cao sản lượng lốp ô tô, nhu cầu về sử dụng oxit
kẽm loại này có thể lên tới 800tấn/năm, Công ty sẽ gặp khó khăn trong việc
cung cấp nguyên liệu phục vụ sản xuất.
Từ những năm 80, đã có một số Công ty trong nước tiến hành nghiên
cứu sản xuất oxit kẽm và cung cấp cho thị trường gốm sứ, sơn, cao su…Tuy
nhiên, chấ
t lượng của oxit kẽm đạt chưa cao, đặc biệt là hàm lượng oxit kẽm (<
99 %), do vậy loại oxit kẽm này chỉ đáp ứng được kỹ thuật trong các sản phẩm
cao su không yêu cầu kỹ thuật cao như: lốp xe đạp, lốp xe đẩy, lốp xe nông
nghiệp và các sản phẩm cao su kỹ thuật thông dụng.
Để tăng cường sử dụng các hoá chất trong nước nhằm nâng cao hiệu quả
sản xuất, một s
ố sản phẩm sản xuất tại Công ty CP Cao su Sao vàng đã được
nghiên cứu sử dụng oxit kẽm sản xuất trong nước của một số nhà cung cấp
như: Viện Ứng dụng Công nghệ (Bộ KH & CN), Viện Công nghệ Xạ hiếm vào
sản xuất săm, lốp xe đạp, lốp xe nông nghiệp Đây là loại oxit kẽm hoạt tính
có hàm lượng oxit kẽm ~33-35%, chưa phù hợp với sản xuất lốp ô tô.
Trong nh
ững năm gần đây, ngành công nghiệp hoá chất đã đẩy mạnh
nghiên cứu sản xuất các sản phẩm hoá học có chất lượng cao, nhu cầu thị
trường lớn với công nghệ thay đổi theo hướng tiên tiến, hiện đại, đáp ứng được
một phần nhu cầu của người tiêu dùng nội địa. Một trong các sản phẩm được

quan tâm là oxit kẽm có độ tinh khiết cao dùng chế tạo các sản phẩ
m cao su

2
cao cấp như săm lốp ô tô, sản phẩm cao su kỹ thuật chất lượng cao và sản
phẩm cao su y tế.
Nghiên cứu sử dụng oxit kẽm sản xuất trong nước thay thế oxit kẽm
nhập khẩu vào sản xuất lốp ô tô là bước tiếp theo của tiến trình nghiên cứu
Khoa học Công nghệ nhằm khai thác nguồn nguyên liệu nội địa. Lốp ô tô qui
cách 11.00-20 đã được chúng tôi nghiên cứu sản xuất bằng oxit kẽm trong
n
ước và qua kiểm tra chất lượng, lốp đạt phù hợp tiêu chuẩn JIS D 4230: 1998/
TCVN 7533:2005. Thành công của đề tài này sẽ góp phần vào ổn định và nâng
cao hiệu quả sản xuất do chủ động trong việc cung cấp nguyên liệu, giá thành
giảm so với nhập khẩu, tăng sức cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường trong
nước cũng như xuất khẩu, đồng thời ổn định việc làm cho người lao động, bảo
đả
m an sinh xã hội.

Những nội dung nghiên cứu chính:
1-Phân tích đánh giá chất lượng oxit kẽm sản xuất trong nước, lựa chọn loại
oxit kẽm có chất lượng phù hợp để sản xuất lốp ô tô.
-Phân tích chất lượng oxit kẽm sản xuất trong nước
-So sánh chất lượng oxit kẽm sản xuất trong nước với các tiêu chuẩn áp
dụng trong công nghiệp chế biến cao su
-Lựa chọn loại oxit kẽm có chất lượng phù h
ợp để sản xuất lốp ô tô.
2-Xây dựng các đơn pha chế phối liệu các hỗn hợp cao su sử dụng oxit kẽm đã
lựa chọn vào sản xuất lốp ô tô:
-Đơn pha chế mặt lốp trên, mặt lốp dưới, hông lốp

-Đơn pha chế cao su cán tráng vải mành
-Đơn pha chế cao su bọc tanh
3-Xây dựng qui trình công nghệ chế tạo lốp sử dụng oxit kẽm đã lựa chọn:
-Qui trình công nghệ h
ỗn luyện các hỗn hợp cao su

3
-Qui trình công nghệ ép suất mặt lốp
-Qui trình công nghệ cán tráng vải mành
-Qui trình công nghệ lưu hoá lốp
4-Triển khai thử nghiệm qui trình công nghệ để sản xuất lốp
-Hỗn luyện các hỗn hợp cao su bán thàmh phẩm (BTP): Cao su mặt lốp,
cao su cán tráng vải mành, cao su bọc tanh…
-Ép suất mặt lốp, hông lốp
-Cán tráng vải mành
-Cắt vải, thành hình và lưu hoá lốp
5-Kiểm tra, đánh giá chất lượng lốp:
-Kiểm tra chất lượng ngoại quan của l
ốp.
-Kiểm tra thử nghiệm lốp trong phòng thí nghiệm.
-Kiểm tra thử nghiệm lốp sử dụng thực tế
-Đánh giá chất lượng lốp bằng tiêu chuẩn JIS D 4230:1998/TCVN
7533:2005

4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1. Nghiên cứu vai trò của oxit kẽm trong quá trình sản xuất các sản phẩm
cao su:
Như chúng ta đã biết, lịch sử phát triển của ngành công nghiệp cao su

dựa trên những phát minh của quá trình lưu hoá hỗn hợp cao su với một số hoá
chất để tạo ra sản phẩm cao su nhằm giảm tính dẻo, tính dính và tính nhậy cảm
với nhiệt độ, đồng thời làm cho cao su có tính năng đàn hồi, độ bền kéo và độ

ổn định trong quá trình sử dụng [3].
Các hoá chất tham gia vào quá trình lưu hoá cao su được gọi là chất lưu
hoá. Trong công nghệ chế biến cao su, chất lưu hoá thông dụng nhất là lưu
huỳnh. Tuy nhiên, chỉ sử dụng riêng hoá chất lưu huỳnh làm chất lưu hoá cao
su, thời gian lưu hoá cao su sẽ diễn ra rất dài, do vậy các nhà khoa học đã
nghiên cứu công nghệ lưu hoá cao su có hiệu quả hơn, với thời gian ngắn hơn.
Qua quá trình nghiên cứu, người ta
đã phát hiện ra các hoá chất mới phối hợp
với cao su, lưu huỳnh và làm giảm được thời gian lưu hoá mà vẫn giữ được các
tính năng của hỗn hợp cao su. Hoá chất đó được gọi là chất hỗ trợ lưu hoá hoặc
trợ xúc tiến (auxililary/activator). Các chất trợ lưu hoá thông thường gồm các
oxit kim loại như oxit kẽm, oxit canxi, oxit magiê, oxit chì…Để minh hoạ về
tác dụng của oxit kẽm trong quá trình lưu hoá cao su, người ta đã thí nghi
ệm so
sánh các tính năng cơ lý của hỗn hợp cao su thiên nhiên (NR) với các thành
phần hoá chất khác nhau gồm lưu huỳnh (S) và oxit kẽm (ZnO). Các kết quả
thí nghiệm được thống kê trong bảng 1 và minh hoạ trong hình 1 [5].

5
Bảng 1- Hiệu quả của oxit kẽm trong lưu hoá cao su thiên nhiên (NR)
Kí
hiệu
Hỗn hợp cao su
ptl
Thời gian
lưu hoá ở 141

0
C
Độ bền kéo đứt,
MPa
Độ dãn dài
kéo đứt, %
1 100 NR Không lưu hoá 2,5 1200
2 100 NR + 8 S 8giờ 25,0 700
3 100 NR + 8 S + 5 ZnO 4giờ 25,0 700

Qua các kết quả thí nghiệm trong bảng 1 cho chúng ta thấy rất rõ hiệu
quả của oxit kẽm trong quá trình lưu hoá với hỗn hợp cao su thiên nhiên. Trong
hỗn hợp cao su số 2, với sự tham gia của S kết hợp với cao su, độ bền kéo đứt
của hỗn hợp cao su đã tăng gấp 10 lần (25MPa) so với hỗn hợp cao su số 1
(2,5MPa), độ dãn dài kéo đứt giảm 40% (Từ 1200% còn 700% ). Với các tính
năng cơ lý như trên, cao su thiên nhiên đã chuy
ển được từ trạng thái dẻo sang
trạng thái đàn hồi và có tính ổn định với môi trường sử dụng. Tuy nhiên thời
gian lưu hóa của hỗn hợp cao su còn rất dài (8giờ), hiệu quả sản xuất kém.
Trong hỗn hợp cao su số 3, người ta đã bổ xung thêm 5 ptl oxit kẽm vào hỗn
hợp cao su số 2 và kết quả là thời gian lưu hoá giảm được 4 giờ (giảm ~ 50% )
mà vẫn giữ ổn định được tính n
ăng cơ lý của hỗn hợp cao su. Như vậy có thể
đánh giá được vai trò đặc biệt quan trọng của oxit kẽm trong công nghệ gia
công các sản phẩm cao su.
Oxit kẽm là hoá chất ít độc, không làm đổi mầu của cao su mầu, sẵn có
trên thị trường, giá thành rẻ đồng thời oxit kẽm có độ ổn định cao, không gây
ra hiện tượng cắt mạch đại phân tử cao su…do vậy, oxit kẽm được coi là chất
trợ lưu hoá không thể thi
ếu trong các hỗn hợp cao su [5]. Sau này, các nhà

khoa học đã tiếp tục nghiên cứu để làm rõ hơn hiệu quả của oxit kẽm trong hỗn
hợp với cao su thiên nhiên và kết luận rằng, oxit kẽm là chất trợ lưu hoá vô cơ
quan trọng nhất trong hỗn hợp cao su thiên nhiên [3].

6
Biểu đồ 1. Hiệu quả của oxit kẽm trong lưu hoá cao su thiên nhiên
2.5
25 25
1200
700
700
0
5
10
15
20
25
30
100NR-kh«ng l−u ho¸ 100NR +8S+ l−u ho¸ 8 giê 100NR +8S+5 ZnO+ l−u ho¸ 4 giê
§iÒu kiÖn thö nghiÖm
§é bÒn kÐo ®øt(MPa)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
§é d∙ n dµi kÐo ®øt (%)

§é bÒn kÐo ®øt
(Mpa)
§é d∙n dµi kÐo ®øt
(%)


Để so sánh hiệu quả của oxit kẽm, các nhà khoa học còn tiếp tục nghiên
cứu thí nghiệm oxit kẽm với một số chất trợ lưu hoá và chất lưu hoá khác trong
hỗn hợp với cao su thiên nhiên và các kết quả nghiên cứu được thể hiện trong
hình 2. Và một lần nữa oxit kẽm lại được kết luận là chất trợ lưu hoá không thể
thiếu trong hỗn hợp với cao su thiên nhiên. Khi oxit kẽm được kế
t hợp bổ xung
với các chất trợ lưu hoá hữu cơ và chất xúc tiến lưu hoá sẽ tạo ra hỗn hợp cao
su có độ liên kết nối mạch đầy đủ nhất. Hiệu quả của oxit kẽm và các chất trợ
lưu hoá




8
Bảng 2-Các đơn pha chế phối liệu tiêu chuẩn dùng kiểm tra chất lượng cao su

TT Nguyên vật liệu NR SBR BR CR NBR IIR
1 Cao su 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
2 Oxit kẽm 6,0 3,0 3,0 5,0 5,0 5,0
3 Lưu huỳnh 3,5 1,75 1,5 - 1,5 2,0
4 Axit Stearic 0,5 1,0 2,0 0,5 1,0 -
5 Xúc tiến MBT 0,5 - - - - -
6 Xúc tiến MBTS - - - - 1,0

7 Xúc tiến TMTD - 1,0
8 Xúc tiến TBBS - 1,0 0,9 - - -
9 Xúc tiến Na 22 - - - 0,35 - -
10 Oxit magiê - - - 4,0 - -
11 Phòng lão D - - - 2,0 - -
12 Than đen - 50,0 60,0 - 40,0 -

Hàm lượng oxit kẽm trong đơn pha chế cũng gây ảnh hưởng nhiều đến
tính năng cơ lý của hỗn hợp cao su. Thông thường được sử dụng từ 3-6 phần
trọng lượng (ptl) so với 100 phần trọng lượng cao su. Hiệu quả của việc sử
dụng hàm lượng oxit kẽm khác nhau trong hỗn hợp cao su đã được nghiên cứu
và trình bày trong bảng 3 và hình 3 [4].

9
Bảng 3-Ảnh hưởng của hàm lượng oxit kẽm đến TNCL của hỗn hợp cao su
(Hỗn hợp cao su chủ liệu: NR - 100ptl, S - 3ptl, A.S - 2ptl, MBT - 0.6ptl)
Kí hiệu
ĐPC
Hàm lượng oxit kẽm,
ptl
M 600,
MPa
Độ bền kéo đứt,
MPa
1 1,0 2,1 16,1
2 2,0 5,3 20,1
3 2,5 5,7 22,1
4 3,0 6,2 24,1
5 5,0 6,1 24,2
6 10,0 6,3 24,0

Biểu đồ 3: Ảnh hưởng của hàm lượng oxit kẽm đến tính năng cơ lý của hỗn hợp cao su
2.1
16.1
5.3
20.1
5.7
22.1
6.2
24.1
6.1
24.2
6.3
24
0
5
10
15
20
25
30
1ptl 2ptl 2.5ptl 3ptl 5ptl 10ptl
H
à
m l
ượ
ng ZnO
M600, MPa Độ bền kéo đứt,Mpa

10

Các kết quả thí nghiệm thống kê trong bảng 3 đã cho chúng ta thấy rất rõ
rằng: với hàm lượng oxit kẽm nhỏ hơn 3ptl, hỗn hợp cao su có tính năng cơ lý
chưa ổn định, độ bền kéo đứt và modul ở 600% (M 600) tăng dần từ hỗn hợp
cao su sử dụng 1ptl, 2ptl và 2,5ptl oxit kẽm (ĐPC số 1, số 2 và số 3). Điều đó
chứng minh rằng các hỗn hợp cao su chưa được phát huy hế
t hiệu quả lưu hoá.
Với hàm lượng oxit kẽm từ 3ptl đến 10ptl, hỗn hợp cao su có tính năng cơ lý
ổn định hơn và đạt ở mức cao nhất. Tuy nhiên oxit kẽm là hoá chất có giá
thành tương đối cao so với cao su sống (tại từng thời điểm) và một số hoá chất
khác, do vậy mức từ 3ptl đến 5 ptl thường được sử dụng cho các sản phẩm
săm, lốp và các sản phẩm cao su kỹ thu
ật khác.
Từ các nghiên cứu và thí nghiệm về các chất trợ lưu hoá trong hỗn hợp
cao su nêu trên, chúng ta nhận thấy rằng vai trò của oxit kẽm trong các hỗn hợp
cao su là không thể thiếu, oxit kẽm không chỉ tham gia điều chỉnh tốc độ lưu
hoá mà còn góp phần quyết định đến chất lượng của hỗn hợp cao su. Trong quá
trình nghiên cứu thay thế oxit kẽm trong lốp ô tô, cần phải tiến hành các bước
nghiên cứu trong phòng thí nghiệm trước khi áp dụ
ng vào sản xuất thử.

2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ oxit kẽm trong và ngoài nước
2.1 Ngoài nước:
Oxit kẽm là một trong những hoá chất sử dụng trong công nghiệp cao su
được các hãng sản xuất hoá chất trên thế giới đặc biệt quan tâm. Với nguồn tài
nguyên ngày càng hạn hẹp, các nước trên thế giới luôn chú trọng việc tái chế,
thu hồi các nguồn kim loại thứ cấp phát sinh từ các lĩnh vực công nghiệp sử
dụng các kim loạ
i này, trong đó có kẽm. Theo đánh giá hiện nay có khoảng

70% sản lượng kẽm trên thế giới được sản xuất từ quặng và 30% được sản xuất
từ nguyên kiệu kẽm thứ cấp. Khác với công nghệ sản xuất kẽm từ quặng, công

11
nghệ tái chế, thu hồi kẽm có những đặc điểm riêng biệt. Một số kỹ thuật tiên
tiến đã được áp dụng như chưng cất chân không, plasma.
Các phương pháp sản xuất oxit kẽm phụ thuộc nhiều vào nguồn nguyên
liệu đầu vào và cấp chất lượng oxit kẽm cần đạt được. Hiện nay, có hai loại
oxit kẽm được sử dụng trong công nghiệp cao su là oxit kẽm thông thường và
oxit kẽm hoạ
t tính. Phương pháp sản xuất được mô tả như sau :
a/Oxit kẽm thông thường:
-Phương pháp Pháp (French Process): là quá trình thăng hoa oxi hoá
kẽm kim loại, sản phẩm của phương pháp này có chất lượng cao, nhưng
chi phí sản xuất lớn, giá thành cao.
-Phương pháp Mỹ (American Process): là quá trình hoàn nguyên oxi hoá
quặng kẽm hoặc các dạng phế liệu chứa kẽm có thành phần phức tạp,
hàm lượng kẽm thấp. Chất lượng oxit kẽm phụ thuộc nhiều vào các giải
pháp công nghệ
-kỹ thuật cho bước chuẩn bị nguyên liệu đầu vào cũng
như bước phân tách tạp chất trong quá trình hoàn nguyên và oxi hoá hơi
kẽm thăng hoa. Chính vì vậy hàm lượng oxit kẽm biến động trong
khoảng 70-99,7%. Đây là phương pháp quan trọng, chiếm sản lượng ôxit
kẽm cao nhất hiện nay. Hầu hết các ngành công nghiệp đều sử dụng oxit
kẽm sản xuất theo phương pháp này.
b/Oxit kẽm hoạt tính:
Thu được từ phương pháp thuỷ
luyện với các bước chính: điều chế dung
dịch muối kẽm, làm sạch dung dịch, kết tủa kẽm ở dạng hydroxit hay cacbonát
và nung thu nhận sản phẩm oxit kẽm. Sản phẩm của công nghệ này có độ sạch

cao, kích thước hạt nhỏ và có thể dễ dàng điều chỉnh hàm lượng cũng như hình
dạng hạt tuỳ theo nhu cầu sử dụng hay lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Trong
công nghiệ
p cao su, sản phẩm oxit kẽm hoạt tính cho phép giảm lượng sử dụng
khi được dùng làm chất trợ xúc tiến lưu hoá.

12
Qua các tài liệu thống kê của tổ chức nghiên cứu cao su Quốc tế (IRSG)
về tình hình tiêu thụ lốp xe và cao su trên toàn Thế giới cho thấy lượng tiêu thụ
lốp xe ngày càng tăng (từ 1.330triệu chiếc năm 2005 dự báo tăng lên 1.835triệu
chiếc vào năm 2015) và do vậy nhu cầu về cao su cũng ngày càng tăng lên (từ
20.977 triệu tấn năm 2005 dự báo tăng lên 27.238 triệu tấn vào năm 2015).
Lượng tiêu thụ lốp xe được thể hiện trong các b
ảng 4, hình 4 và nhu cầu về cao
su được thể hiện trong các bảng 5, hình 5 [7].
Do oxit kẽm là một hoá chất không thể thiếu trong các hỗn hợp cao su,
lượng sử dụng được ước tính trung bình cho các ngành hàng là 4ptl so với
100ptl cao su sống, do vậy chúng tôi có thể ước tính tổng sản lượng oxit kẽm
các loại trên toàn Thế giới đạt khoảng từ 839.000tấn năm 2005 và dự báo tăng
lên 1.100.000tấn vào năm 2015. Lượng oxit kẽm có chất lượng cao phục vụ
cho sản xuất lốp ô tô ước tính đạt 600.000tấn năm 2005 tăng lên 800.000tấn
vào năm 2015.

Bảng 4: Lượng tiêu thụ lốp xe trên Thế giới-giai đoạn từ 2005 ước đến 2015
(Triệu chiếc)
Loại lốp Năm 2005 Năm 2010 Năm 2015
Lốp xe con,c 972 988 1310
Lốp xe tải,c 358 396 525
Cộng 1.330 1.384 1.835

13
Bảng 5: Lượng tiêu thụ cao su trên Thế giới-giai đoạn từ 2005 ước đến 2015
(Nghìn tấn)
Lĩnh vực
sử dụng
Năm
2005
Năm
2007
Năm
2008
Năm
2009
Năm
2010
Năm
2015
Lốp xe 12.079 13.121 12.925 12.296 12.795 16.485
Sản phẩm khác 8.898 9.885 9.226 8.429 9.245 10.753
Cộng 20.977 23.006 22.151 20.725 22.040 27.238


Biểu đồ 4. Lượng tiêu thụ lốp xe trên Thế giới-giai đoạn từ 2005 đến 2015
972
358
1330
988
396
1384

1310
525
1835
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
N
ă
m 2005 N
ă
m 2010 N
ă
m 2015
Lốp xe con,triệu chiếc Lốp xe tải,triệu chiếc Tổng,triệu chiếc


14
Biểu đồ 5. Lượng tiêu thụ cao su trên Thế giới-giai đoạn từ 2005 đến 2015
12079
20977
13121
23006

12925
22151
12296
20725
12795
22040
16485
27238
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
N
ă
m 2005 N
ă
m 2007 N
ă
m 2008 N
ă
m 2009 N
ă
m 2010 N
ă
m 2015
Lốp xe,nghìn tấn Sản phẩm khác, nghìn tấn Tổng, nghìn tấn

Trên cơ sở các thống kê của IRSG, với lượng tiêu thụ cao su hàng năm
khoảng 21triệu tấn (năm 2005) đến 27 triệu tấn (năm 2015), ta có thể tính
lượng oxit kẽm sử dụng trê thế giới khoảng 900.000tấn đến 1.000.000tấn/năm
(tính trung bình với hàm lượng oxit kẽm sử dụng cho các ngành hàng là 4ptl so
với 100ptl cao su sống).
Qua thống kê, một số hãng sản xuất oxit kẽm trên thế giới và sản lượng
hàng năm đượ
c giới thiệu như sau:
Metazinc-India: 4.000 tấn/năm
Continental-Đài loan: 24.000 tấn/năm
Silox -Bỉ: 10.000 tấn/năm (ZnO hoạt tính
99,0% chiếm 40% sản lượng)
Univentures Public Company-Thái lan: 10.800 tấn/năm (French Process)
Liuzhou Zincxian Chemical –Trung quốc: 40.000 tấn/năm


15
2.2 Trong nước.
Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất các sản phẩm kẽm là từ quặng
kẽm. Việt Nam có trữ lượng kẽm là khoảng 800.000 tấn. Việc khai thác, chế
biến còn rất hạn chế, chưa có quy mô công nghiệp. Nhiều năm trước chủ yếu là
khai thác quặng thô hoặc sản xuất tinh quặng 60% ZnO để xuất khẩu. Năm
2004, Tổng Công ty khoáng sản Việt Nam mới đưa vào hoạt động nhà máy
s
ản xuất kẽm kim loại đầu tiên trong nước theo phương pháp điện phân có
công suất thiết kế 10.000 tấn kẽm kim loại / năm với nguyên liệu là quặng kẽm
Việt nam.
Với mức sử dụng kẽm kim loại 10.000-15.000 tấn/năm, hàng năm các cơ
sở sản xuất này sinh ra một lượng khoảng 3.000- 6.000 tấn kẽm thứ cấp ở
nhiều dạng khác nhau ( thường được gọi là phế li

ệu). Đây là nguồn nguyên liệu
kẽm thứ cấp (secondary zinc) rất có giá trị kinh tế nếu được xử lý, tái chế sản
xuất thành các sản phẩm kẽm có chất lượng cao. Có thể so sánh, với hàm lượng
trung bình từ 40-80% Zn, tương đương với 30.000 tấn quặng kẽm có hàm
lượng trung bình 18% Zn. Và nếu tận thu được, một năm nước ta có thể giảm
được hàng chục triệu USD nhập khẩu nguyên liệu.
Từ những n
ăm 80, một số nhà sản xuất oxit kẽm trong nước đã cung cấp
cho thị trường loại oxit kẽm thông thường và sau này là oxit kẽm hoạt tính.
Tuy nhiên, chất lượng oxit kẽm còn hạn chế, hàm lượng oxit kẽm chưa cao,
nhiều tạp chất nên chưa đáp ứng được cho sử dụng trong các sản phẩm cao su
cao cấp.
Trong những năm gần đây, với việc cải tiến về thiết bị chế t
ạo, đồng thời
nghiên cứu áp dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến trên thế giới, một số
nhà sản xuất oxit kẽm đã cung cấp cho công nghiệp trong nước một số sản
phẩm kẽm như: kẽm cacbonat, kẽm clorua và oxit kẽm:

16
-Viện Công nghệ Xạ Hiếm: công suất ~1000tấn/năm. Sản xuất oxit kẽm
thường với hàm lượng oxit kẽm đạt từ 99,0-99,5% và oxit kẽm hoạt tính
với hàm lượng oxit kẽm đạt từ 30-35%.
-Viện Công nghệ Ứng dụng, Bộ KH& CN: công suất ~700-800tấn/năm.
Sản xuất kẽm oxit hoạt tính với hàm lượng oxit kẽm đạt 35% và 60%.
-Công ty vật liệu công nghệ Bách khoa: công suất ~1000 tấn/năm. Sản
xuất oxit k
ẽm thường và hàm lượng oxit kẽm ~99,0%.
Với công suất của các nhà sản xuất oxit kẽm trong nước như trên, nếu độ
tinh khiết (độ thuần) của oxit kẽm đạt được mức tiêu chuẩn (≥ 99,0%) và có độ
đồng đều cao, khả năng cung cấp oxit kẽm trong nước cho sản xuất lốp ô tô là

hoàn toàn có thể đáp ứng được.

2.3. Hiệu quả kinh tế
Trong vài năm gần đây, giá oxit kẽm nhập ngoạ
i thường không ổn định.
Hơn nữa, giá thành nhập kho còn bị ảnh hưởng của sự biến động tỉ giá đồng
đôla Mỹ. Giá nhập tháng 12/2008 là 39.255,1 đồng/kg, tuy nhiên vào tháng
9/2009, giá nhập ngoại đã giảm còn 31.896,9đồng/kg. So sánh với oxit kẽm
nhập ngoại cùng thời điểm, oxit kẽm trong nước có giá 29.400đồng/kg (báo giá
của Viện Công nghệ Xạ hiếm) thấp hơn ~7%.
Như vậy, việc sử dụng oxit kẽm trong nướ
c để sản xuất lốp ô tô sẽ mang
lại hiệu quả không nhỏ cho Công ty CP Cao su Sao vàng. Ngoài việc chủ động
trong việc cung cấp hóa chất cho sản xuất, giảm chi phí mua ngoại tệ, hàng
năm, Công ty sẽ giảm được chi phí sản xuất ~1,0-1,2tỉ đồng.

17
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM

1. Phương pháp tiến hành nghiên cứu:
Lốp ô tô sản xuất tại Công ty CP Cao su Sao vàng được quản lý theo hệ
thống ISO 9001:2008. Toàn bộ các hoạt động sản xuất và kinh doanh đều được
thực hiện theo các qui trình từ mua nguyên vật liệu đến kiểm tra chất lượng
nguyên vật liệu, cao su bán thành phẩm và sản phẩm. Các công đoạn sản xuất
sản phẩm được thực hiện theo qui trình công nghệ sản xuấ
t, trong đó có lốp ô
tô. Lốp ô tô là sản phẩm đã được Trung tâm chứng nhận phù hợp tiêu chuẩn
(Vietnam Certification Centre Quacert) cấp giấy chứng nhận số SP 429/1.09.14
về lốp ô tô đạt phù hợp với tiêu chuẩn JIS D 4230:1998 (xem phần phụ lục).
Việc lựa chọn sản phẩm cao su có yêu cầu chất lượng cao, công nghệ

chế tạo phức tạp để sử dụng oxit kẽm sản xuất trong nước, trên cơ sở
đó đánh
giá mức độ ảnh hưởng của oxit kẽm sản xuất trong nước đến quá trình công
nghệ gia công và chất lượng sản phẩm là rất cần thiết. Lốp ô tô tải là sản phẩm
cao su có yêu cầu kỹ thuật đặc biệt, sử dụng trong môi trường khắc nghiệt như:
tốc độ chạy cao, tải trọng lớn, quãng đường sử dụng dài và chịu dập mệt liên
tục…do v
ậy chúng tôi lựa chọn lốp ô tô tải có qui cách 11.00-20 làm sản phẩm
thử nghiệm trong nghiên cứu của mình.
Hàng năm, Công ty sản xuất khoảng 500.000-600.000 lốp ô tô cung cấp
cho thị trường trong nước và xuất khẩu, được người tiêu dùng đánh giá cao về
chất lượng. Điều đó khẳng định được rằng lốp ô tô do Công ty CP Cao su Sao
vàng đã được sản xuất trên cơ sở khoa học và đạt phù hợp với yêu cầu kỹ thu
ật.
Oxit kẽm là một trong những hoá chất được sử dụng trong các đơn pha chế
phối liệu hỗn hợp cao su chế tạo lốp ô tô hiện hành và đã được nghiên cứu tối
ưu hoá trong các chương trình khoa học công nghệ của những chuyên đề cải
tiến/hợp lý hoá công nghệ lốp hàng năm, đặc biệt là hàm lượng oxit kẽm trong