Quy trình sản xuất cao su trong ngành kỹ thuật

1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CAO SU KỸ THUẬT
1.1. Giới thiệu về cao su kỹ thuật
1.1.1. Khái niệm chung
Cao su kỹ thuật là một cụm từ chỉ chung cho tất cả các vật sử dụng
trong các ngành kỹ thuật ñược làm từ nguyên liệu cao su.
1.1.2. Phân loại
Cơ bản là có hai loại chính:
a. Cao su thiên nhiên: Thu ñược từ mủ (latex) của nhiều loại cây cao su, ñặc
biệt nhất là loại cây Hevea brasiliensis.
b. Cao su tổng hợp: ðược tổng hợp từ dầu mỏ, butadiene là chủ yếu (các
hydrocacbon, các loại khí thiên nhiên, …)
1.1.3. Ứng dụng
a. Trong công nghiệp ô tô: làm lốp xe, nệm ghế xe, các loại joint tạo ñộ kín
khít cho máy móc trong xe, …
b. Trong các máy công nghiệp: làm các loại joint chịu nhiệt, chịu dầu, ñệm
cao su, các bộ phận cần khả năng ñàn hồi tốt, …
c. Trong y tế: làm ống dẫn nước biển, các loại ống truyền dịch, găng tay y tế,
ống nghe, …
d. Trong công nghiệp ñồ gia dụng: giày dép, găng tay, ủng, keo dán, nệm,
các loại ñồ chơi trẻ con (thú nhún, búp bê, …)
Nói chung cao su kỹ thuật ñược dùng rộng rãi trong mọi ngành nghề
của cuộc sống ngày nay bởi nó sở hữu những tính năng ưu việt mà hiếm có
loại vật liệu nào có ñược.
1.2. Lịch sử nghiên cứu và sản xuất cao su kỹ thuật
Cao su có một bề dày lịch sử phát triển rất lâu ñời, kèm theo lịch sử
phát triển cao su là việc sản xuất ra những sản phẩm cao su kỹ thuật phục vụ
cho nhu cầu sinh hoạt của ñời sống con người.
Lịch sử phát hiện cây cao su là một chuỗi những con số không rõ ràng

về năm tháng, do ñó, chúng ta sẽ bắt ñầu từ khi con người biết sử dụng cao su
ñể làm những vật dụng có ích, phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của cộng ñồng.

2

- Năm 1615, con người bắt ñầu biết ñến cao su qua sách có tựa ñề “De la
monarquia Indiana” của Juan de Torquemada, viết về lợi ích và công dụng
phổ cập của cây cao su, nói ñến một chất có tên là “ulei” do dân ñịa phương
Mêhicô chế tạo từ mủ cây gọi là “ule” mà họ dùng làm vải quần áo không
thấm nước.
- Năm 1743, Francois Fresneau ñã có những bản vẽ mô tả tường tận về
cây cao su và không ngừng tìm cách nghiên cứu chiết rút cao su, ông chính là
người ñầu tiên ñề nghị sử dụng nguyên liệu này.
- Năm 1761, hai nhà hóa học Pháp là Herissant và Macquer ñã hòa tan
ñược cao su với dung môi là ether và tinh dầu thông.
- Năm 1791, Samuel Peal ñưa ra sáng chế làm áo mưa từ cao su, nhưng
việc chế biến áo mưa chỉ ñược xem là mạnh vào sau năm 1823, năm mà
Macintosh sử dụng naphtha như là một dung môi.
- Sau thời kỳ chế biến vật dụng từ dung dịch, ñến thời kỳ công nghiệp
cao su tiến triển vượt bậc, là thời kỳ mà Thomas Hancock (Anh) khám phá ra
“quá trình nghiền hay cán dẻo cao su” từ những lần quan sát công việc làm
năm 1819, ông ñã giữ bí mật suốt nhiều năm. Hancock nhận thấy những mảnh
cao su mới vừa ñược cắt ra có tính dính lại với nhau khi bóp vắt chúng lại. Từ
ñó ông nghĩ là nếu xé vụn cao su rồi ñắp nối những mảnh vụn ñó lại bằng lực
nén ép, có thể làm thành những vật dụng có hình dạng và kích thước mong
muốn. ðể thực hiện, ông chế tạo ra một máy gồm một ống trụ “có gai” quay
tròn trong một trụ rỗng khác cũng “có gai” mà ông gọi là máy “Pickle”. Máy
ñược thiết kế lớn hơn khi ông nhận thấy kết quả ñạt ñược như ý muốn, tức là
có ñược cao su bột, cao su thô từ dạng có tính ñàn hồi và tính bền trở thành
một khối nhão và dẻo không chỉ cho ñược mọi hình dạng, vật dụng theo ý

muốn mà còn ñộn vào ñược các chất bột với tỷ lệ khá lớn, ñể giảm giá thành,
ñể vật dụng ñược cứng hơn,…Tuy nhiên, các vật dụng ñược làm từ cao su lúc
bấy giờ hãy còn vấp phải một trở ngại lớn lao là tất cả các vật dụng cao su
vừa rời khỏi xưởng chế biến ñều hư hỏng nhanh chóng, chúng chảy nhựa

3

nhầy dính dưới ảnh hưởng của sức nóng và ánh sáng, hóa cứng giòn khi gặp
lạnh, thời gian sử dụng ngắn ngủi.
- Mãi ñến năm 1831, Charles Goodyear (Hoa Kỳ) nỗ lực tìm cách cải
thiện chất liệu cao su, chủ yếu là tìm một chất “làm khô” các thành phần chảy
nhựa bầy nhầy. ðến năm 1839, qua quá trình nghiên cứu, ông phát minh ra
một hiện tượng gây ngạc nhiên, chấn ñộng cho công nghiệp cao su: cao su
sống hòa trộn với lưu huỳnh ñem sử lý ở nhiệt ñộ ñủ làm nóng chảy lưu
huỳnh, sẽ trải qua một biến ñổi, cải thiện ñược các tính chất cơ lý cũng như
khả năng chịu nhiệt rất lớn, thời gain sử dụng các vật liệu cao su này lâu gấp
nhiều lần cao su không ñược xử lí như thế. Vậy là quá trình “lưu hóa” ñã ra
ñời, có thể nói ñây là bước quyết ñịnh nhất của ngành công nghiệp cao su.
Có thể nói nhờ hai phát minh của Hancock (nghiền dẻo hóa) và của
Goodyear (lưu hóa) mà kỹ thuật cao su phát triển mạnh mẽ, nhu cầu tiêu thụ
tăng nhiều ñến nỗi con người phải thiết lập ñồn ñiền cao su, xâm chiếm thuộc
ñịa, bành trướng việc trông cao su… Nhu cầu tiêu thụ cao su thiên nhiên tăng
cao mãi ñưa ñến việc phát minh cao su nhân tạo (cao su tổng hợp), chế biến
cao su tái sinh như ngày nay. Nhưng công nghiệp cao su tiến triển mạnh mẽ
như hiện nay cũng một phần lớn là nhờ các cuộc khám phá tiếp nối sau cuộc
khám phá ra sự lưu hóa cao su, ñặc biệt như khám phá ra chất xúc tiến lưu
hóa, chất chống lão hóa, chất ñộn tăng cường lực cho cao su, phát minh ra các
phương pháp gia công chế biến cao su.
Công nghệ sản xuất cao su kỹ thuật bắt ñầu phát triển mạnh mẽ ñể hỗ
trợ cho tất cả các ngành khoa học kỹ thuật từ sau khi phát minh ra quá trình

lưu hóa. Bắt ñầu từ ñây, cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ hai phát
triển mạnh mẽ và ñạt ñược vô số những thành tựu mà cuộc cách mạng khoa
học kỹ thuật lần thứ nhất không thể với tới. Hầu hết các thành tựu khoa học
kỹ thuật trong giai ñoạn này ñều có sự hỗ trợ ñắc lực của các vật liệu cao su
kỹ thuật, ñặc biệt là các miếng ñệm kỹ thuật, joint kỹ thuật dùng cho ngành
hàng không vũ trụ, cơ khí ôtô, máy công cụ, …


4

Một số hình ảnh cao su kỹ thuật

5

1.3. Tóm tắt hoạt ñộng nghiên cứu
− Tìm hiểu tổng quan về lịch sử phát triển của ngành cao su
− Tổng hợp các phần lý thuyết về cao su nguyên liệu cũng như phụ gia sử
dụng
− Nghiên cứu một số công thức lý thuyết lẫn thực nghiệm nhằm rút ra cơ
sở ñể thực hiện quá trình lập công thức
− Lập công thức thử nghiệm và cho chạy thử ra sản phẩm 1
− Kiểm tra sản phẩm 1, tìm cách khắc phục những ñiểm yếu chưa ñạt
bằng cách ñiều chỉnh công thức cho hợp lý hơn
− Từ việc ñiều chỉnh công thức 1, ra công thức 2 hợp lý hơn, chạy ra mẫu
rồi lại kiểm tra các chỉ số công nghệ như trên công thức 1.
− Lập lại quá trình như ñã làm ở công thức 1 và 2 ñến khi cho ra ñược
một công thức hoàn chỉnh nhất (là công thức cho sản phẩm ñạt các chỉ
tiêu kỹ thuật mà khách hàng yêu cầu).

6

Chương 2: LÝ THUYẾT SẢN XUẤT CAO SU KỸ THUẬT

Nguyên vật liệu: Bao gồm cao su và các chất phụ gia.
2.1. Cao su nguyên liệu
Nguyên liệu cao su bao gồm cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp.
Song, ñối với cao su dùng trong các ngành kỹ thuật máy móc thì cao su tổng
hợp thường ñược ưa chuộng hơn. Tuy nhiên, với qui mô của ñồ án này, nhóm
thực hiện xin ñược trình bày một cách chắt lọc nhất về lý thuyết cao su
nguyên liệu.
2.1.1. Cao su thiên nhiên (NR)
Là một chất có tính ñàn hồi và tính bền, thu ñược từ mủ (latex) của
nhiều loại cây cao su, ñặc biệt nhất là loại cây Hevea brasiliensis.
Thành phần: năm 1875 nhà hóa học Pháp Bouchardat ñã chứng minh cao su
thiên nhiên là một hỗn hợp polymer isoprene (C

5
H
8
)
n
; những polymer này có
mạch cacbon rất dài với những nhánh ngang tac dụng như một cái móc.
Tính năng và ứng dụng:
• Do có cấu trúc ñều ñặn -> dễ bị kết tinh khi kéo căng -> lực kéo ñứt
rất cao
• Trong phân tử có olefin -> dễ lưu hóa bằng lưu huỳnh, nhưng dễ
lão hoá, tính chịu nhiệt kém (phân huỷ t
o
= 192
o
C)
• Áp dụng cho sản phẩm cần tính năng cơ lý tốt: lốp xe, găng tay,
giày dép, sản phẩm cơ học
2.1.2. Cao su tổng hợp
 Nguồn gốc cao su tổng hợp
Do cao su thiên nhiên không ñủ phục vụ nhu cầu của con người, các
nhà khoa học tiến hành nghiên cứu chế tạo ra cao su nhân tạo (còn gọi là cao
su tổng hợp). Cao su tổng hợp là do Butadien tổng hợp mà thành. Nguyên liệu
ñể làm cao su tổng hợp ñược cung ứng từ sản phẩm chế biến từ dầu mỏ, khí
công nghiệp, khí thiên nhiên…
 Cấu tạo

7

Trong cao su tổng hợp có nhiều loại cao su khác nhau. Mỗi loại ñều có

công thức hoá học khác nhau nhưng ñều dựa trên việc tổng hợp Butadien với
các nhóm phân tử khác mà thành.
 Tính chất của cao su tổng hợp
 Lý tính
Giống cao su thiên nhiên.
 Hoá tính
Mỗi loại cao su tổng hợp ñều có những tính năng riêng nên khi ứng
dụng có thể chọn lựa từng loại hoặc kết hợp sử dụng một số loại ñể bổ sung
tính năng cho nhau, nên có ưu ñiểm hơn so với cao su thiên nhiên.
Ví dụ: Cao su Butadien – nitril rất bền khi tiếp xúc với dầu mỏ.
Cao su Cloropen chống cháy, bền hoá học…
a. Cao su nitril/ acrylonitril butadien (NBR)
Thành phần: Acrylonitrile + Butadiene
Tính năng và ứng dụng:
 Giới thiệu
Cao su Nitrile (NBR or Buna-N) ñược giới thiệu lần ñầu tiên tại ðức
vào 1934. Các tên thương mại của loại cao su này bao gồm: Perbunan,
Baypren, Chemeprene, Chemigum… Cấu trúc của NBR như sau:


 Phương pháp sản xuất
- Butadien và Acrylonitrile thực hiện phản ứng ñồng trùng hợp bằng kỹ thuật
nhủ hoá (emulsion technique).
- Trong phương pháp ñồng trùng hợp nóng (ở 40
0
C) thì peroxide ñược dùng
như là chất khơi mào cho phản ứng còn trong phương pháp ñồng trùng hợp
lạnh (ở 10
0
C) thì khơi mào phản ứng là redox. Anycylmercaptans ñược dùng

như là chất ñịnh hướng phân tử trong khi các xà phòng (soap) dạng acid và
dạng mỡ ñược dùng như là chất nhủ hoá.
*
C
H
2
C
H
C
H
C
H
2
C
H
2
C
H
*
CN
m

n

x


8

- Chất Hydroquinones và Dimethyl Dithio Carbonmates là chất dùng ñể dừng

phản ứng polyme hoá.
 ðặc tính
- Cao su Nitril phụ thuộc vào hàm lượng Acrylonitril. Trên thực tế, người ta
có thể sản xuất NBR có hàm lượng Acrylonitril từ 18-50%.
- Tính chất ñặc trưng của NBR là kháng dầu, kháng dung môi, kháng các
nhiên liệu dầu cực tốt.
- Cao su Nitril là loại cao su có cấu trúc vô ñịnh hình nên cường lực của cao
su khi không có chất ñộn tăng cường rất thấp (30kg/cm
2
). Nếu có trộn than
ñen tăng cường thì cường lực có thể lên ñến 320kg/cm
2
. Do phân tử có cực
nên phân tử cao su Nitril tương hợp tốt với các dung môi có cực và chịu ñược
dung môi có cực gốc dầu mỏ ( xăng dầu).
- NBR kết hợp với PVC (poly vinyl clorua) sẽ kháng ñược thời tiết và ozone
rất tốt, kháng ñược sự bắt cháy, ñộ bóng bề mặt và tính chất màu tốt…
- Tính năng kéo, nén của cao su này tương tự SBR.
Bảng 2.1
Tính năng cao su Nitril với hàm lượng Acrylonitryl từ 18-50%
Tính kháng dầu tăng
Tính kháng xăng tăng
ðộ cứng tăng
Lực kéo ñứt tăng
ðộ kháng mòn tăng
ðộ chịu lạnh giảm
ðộ nảy
giảm
ðộ tương hợp với chất làm mềm giảm

 Gia công
Thao tác như các loại cao su thiên nhiên. Tuy nhiên do thành phần
Acrylonitmile khác và tuỳ theo loại NBR nóng hay NBR lạnh mà chúng ta
phải dùng chất ñộn và chất làm dẻo ñể làm tăng khả năng gia công.

9

• Có cực -> rất ít bị ảnh hưởng (trương nở) bởi các dung môi không
phân cực hoặc phân cực yếu: ete dầu hỏa, xăng, xiclohexan, CCl
4,

• Nitril cao: kháng xăng – dầu/ lão hóa/ mệt mỏi/ biến dạng nén/
mòn/ thấm khí/ nhiệt tốt.
• Nitril thấp -> sản phẩm mềm dẻo ở nhiệt ñộ thấp
• Vô ñịnh hình -> cường lực kéo ñứt thấp, kháng ozone yếu -> thêm
PVC
 Ứng dụng: Sản phẩm chịu dầu ở nhiệt ñộ cao trong ôtô, máy bay, tàu
biển, máy móc, xe quân sự, sản phẩm chịu dầu trong sản phẩm công
nghiệp.
b. Cao su butadien (BR)
Thành phần: Cis – Polybutadien
Tính năng và ứng dụng:
 Giới thiệu
- BR là loại cao su rất phổ biến. Cao su BR có 2 loại:
• BR có hàm lượng cis cao
• BR có hàm lượng cis thấp.
- Cấu trúc BR:
(- CH
2
– CH = CH – CH

2
-)
n

 Phương pháp sản xuất
- BR có hàm lượng cis cao ñược tạo ra bằng cách ion hoá dung dịch Butadien
bằng các xúc tác hữu cơ kim loại như: Ziegler Natta.
- BR có hàm lượng cis thấp: ñược tạo ra bằng các dung dịch nhiệt phân với
xúc tác là các Lithium hữu cơ.
 ðặc tính
- BR ít khi sử dụng riêng lẻ một mình mà thường pha trộn với cao su khác
nhau như: pha trộn với cao su thiên nhiên cải thiện tính kháng xé khi ñã tạo
vết nên ñược sử dụng trong mạch lốp vỏ xe.
- BR pha trộn với cao su Chloroprene sẽ cải thiện tính chịu giòn ở nhiệt ñộ
thấp.

10

- ðàn hồi tốt.
- Chịu mỏi mòn tốt
- Kháng mài mòn tốt.
- Kháng dập nứt tốt
- Kháng hút nước tốt
Bảng 2.2: So sánh một số tính chất giữa cao su Butadien với cao su thiên
nhiên cao su Styrene Butadien
Tính chất Cao su
Butadien
Cao su Styrene
Butadien
Cao su thiên

nhiên
Lực kéc ñứt( PSI) 2500 3400 4000
ðộ giãn dài khi
ñứt(%)
500 580 520
Nhiệt nội sinh(
0
C) 40 67 40
ðộ nẩy(%) 75 62 72
Thử nổ(phút) 63 60 62
ðộ cứng Shore A 120 09 09

 Gia công
- Khả năng gia công: BR khó sơ luyện, khó ép hình, khó ñùn so với cao su
SBR khi tăng nhiệt ñộ quá, cao su Butadien trở nên nhám, không bám trục
cán, kém dính và võng xuống do ñó khó cán luyện. Tuy nhiên cũng có thể
dùng vài chất làm mềm ñể dể cán như Acid Sufonic tan trong dầu với
Paraffine, Di-ortho-Benzamidophenyl Disufide và các dẫn xuất muối kẽm của
Peutachclorothiolphenol.
- Phối hợp với cao su thiên nhiên: không những cải thiện ñược tính công nghệ
mà còn mang lại những tính năng cơ lý tốt cho hỗn hợp và ngoại quan sản
phẩm tốt hơn.
- BR có thể lưu hoá bằng lưu huỳnh và chất xúc tiến khác loại thông thường.
Tuy nhiên có thể lưu hoá bằng các Peroxide.

11

• Kháng mòn, mỏi mệt, nứt, xé, uốn gãy tốt. Kháng nhiệt, sinh nhiệt
ít.
• Mềm dẻo ở nhiệt ñộ thấp. ðộ nảy cao

• Sức bám ñường ẩm ướt thấp. ðộ biến dạng nén ít. Kháng ñiện kém
 Ứng dụng: Công nghệ lốp ở xe, băng tải, bọc cáp, vòng ñệm kim loại,
giày dép…Lốp xe, băng tải, banh golf, ñế giày, sản phẩm gia dụng do
có ñộ kháng mòn tốt.
c. Cao su butyl (IIR)
Thành phần: Isobutylene +Isoprene
Tính năng và ứng dụng:
 Giới thiệu
- Cao su Butyl là loại Copolymer của Isobutylene và Isoprene. Cấu trúc của
BR như sau:
CH
3


( - C – CH
2
- )
x
– ( - CH
2
– C = CH – CH - )
y
 
CH
3
CH
3

 Phương pháp sản xuất
Isobutylene và Isoprene ñược ñồng trùng gồm một lượng nhỏ Isoprene

(1-3%) với Isobutylene ñược xúc tác bằng AlCl
3
hoà tan trong Chlorua
Methyl. Phản ứng ở dạng Polymer hoá các Cation xảy ra rất nhanh ở -100
0
C
và hoàn tất chưa ñầy 1 giây.
 ðặc tính
Mạch phân tử cao su Butyl có tính không bão hòa rất thấp và có nhóm
Iso Butylen rất cồng kềnh nên cao su Butyl có ñộ thấm khí rất ít.
ðộ thấm khí cao su Butyl bằng 1/8 ñộ thấm khí cao su thiên nhiên.
Trong mạch phân tử của cao su Butyl có 2 dãy Metyl ở 2 bên nên cao su
Butyl có tác dụng giảm chấn (giảm sốc). Cao su Butyl có tính chống lão hoá
rất thấp nếu tính theo phân tử lượng thì tính bão hòa là 1/5000 (cao su thiên

12

nhiên 1/68). Nếu tính theo phân tử Isoprene/Isobutylene là 21/98 (cao su thiên
nhiên Isoprene/Isoprene 100%). Do tính bão hoà cao nên ñược dùng với
những tính chất sau:
• Tính kháng nhiệt lão hoá
• Tính kháng Ozone và kháng thời tiết
• Tính kháng hoá chất
• Tính kháng ẩm
 Gia công
Với hỗn hợp có 20% than ñen, 30% chất ñộn:
• Ép xuất: nhiệt ñộ trục vít và nụ hình khoảng 120
0
C với nhiệt ñộ cài ñặt
từ 70

0
C và tăng dần ñến 105÷130
0
C
• Cán tráng: tại nơi nạp liệu 85
0
C nhiệt ñộ trục vít 98÷110
0
C, nhiệt ñộ
giữa trục 70÷82
0
C, nhiệt ñộ dưới trục 82÷105
0
C. Tốc ñộ trục 20M/min.
 Ứng dụng: ðược sử dụng nhiều thứ ba sau cao su SBR và cao su BR.
• Công nghệ xăm lốp xe.
• Xăm lốp lưu hoá
• Tấm lợp bọc cáp ñiện, thảm lót phòng tắm
• Công nghệ ôtô: nệm hơi, nệm giảm xốc, các joint cửa kính
d. Cao su choloroprene (CR)
Thành phần: Trùng hợp 2- Cholobutadiene 1-3
Tính năng và ứng dụng:
 Giới thiệu
Cao su Cloroprene ñược hãng Dupont De Nemours giới thiệu 1932 và
phát triển với tên thương hiệu là Meoprene. Cao su này là chất trùng hợp của
2-cliloro-butadien 1-3. Cấu trúc cao su này như sau:
n CH
2
= C – CH = CH
2

→ (- CH
2
– C = CH – CH
2
)
n

 
Cl Cl
 Phương pháp sản xuất

13

Isoprene ở dạng Momome, dung môi, xúc tác Ziegler, Ankyl nhôm,
TiCl
4
hoặc Anlkyl Lithium ñược cho vào hệ thống trùng hợp. Khi nồng ñộ ñạt
ñến mức chuẩn thì phản ứng Polymer sẽ xảy ra.
Công thức tổng hợp của phương pháp này là như sau:

Chloloprene: 100 phần
Lonophane biến tích: 4
Lưu huỳnh (ñã cho tan vào monomer): 0,6
Nước: 150
Soude: 0,8
Redox S
2
O
4
N

a2
/M
a2
S
2
O
8
: 0,2÷1
Chất phân tán (như Daxad): 0,7
ðiều kiện tổng hợp 40+/-0,5
o
C: pH =12
 ðặc tính
- Cao su có tính chất không duy trì sự cháy (do có Cl trong mạch phân tử).
- Bám dính tốt ñối với 1 số vật liệu ñã ñược xử lý bề mặt như: sợi kim loại,
sợi thủy tinh.
- Có thể lưu hóa bằng oxit kim loại (ZnO, PbO) cũng có thể lưu hóa bằng lưu
huỳnh và chất xúc tiến hữu cơ nhưnh tốc ñộ lưu hóa chậm hơn so với cao su
thiện nhiên.
- Cao su Cloroprene có tính chất ñặc biệt là tính chất tự kết tinh do ñó một số
loại cao su Cloropren có thể ñược dùng làm keo dán.
- Tính thấm khí nhỏ hơn cao su thiên nhiên khoảng ½+1/3.
- Nhiệt nội sinh của cao su Chloloprene nhỏ hơn các loại cao su tổng hợp
khác.
- Nhiệt phân giải cao su Chloloprene (233÷258
o
C) cao hơn cao su thiên nhiên
và khả năng chống cháy rất tốt do có chứa phân tử chloro.
- Chịu ñược tải trọng lớn, chịu dầu khoáng rất tốt nên ñể sản suất các sản
phẩm chịu dầu.

- Tính kháng oxi và ozone của cao su này rất mạnh, lực kéo ñứt, ñộ dẫn dài ít
bị thay ñổi khi bị oxi hoá.

14

 Gia công
- Tương tự các loại cao su khác có thể lưu hoá bằng Phospho
- Các bước gia công cần kiểm soát ñộ nhốt ñể thuận lợi cho các bước gia công
kế tiếp.
- Cải thiện chỉ số nén dùng Canxi Hidroxide.
- Nhiệt ñộ lưu hoá 150
0
C÷200
0
C.
• Tốc ñộ lưu hóa chậm -> lưu hóa bằng oxit kim loại (ZnO/ PbO).
• ðàn tính rất cao -> khó ép hình. Rất dính kim loại -> khó hỗn
luyện
• Cường lực kéo ñứt, ñộ dãn dài khi ñứt, chịu lạnh/ nhiệt ñộ kém
 Ứng dụng: Loại thường: sản phẩm ñúc khuôn, ép xuất, ống băng tải,
bọc cáp, ñế, gót giầy, lốp xe, cán tráng vải, ñệm chịu dầu,
Loại dính: keo dính nhanh với cường ñộ lớn
Loại ñặc biệt: sản phẩm chịu dầu cao, cứng – rắn, ñế dép.
e. Cao su buna S /styrene butadiene (SBR)
Thành phần: Styrene + Butadien
Tính năng và ứng dụng:
 Giới thiệu
Là loại cao su tổng hợp ñược sản xuất nhiều nhất. Cao su SBR là sản
phẩm ñồng trùng hợp của Styrene và Butadien, ñã ñược các nhà nghiên cứu
người ðức ñưa ra năm 1930.

 Nguyên liệu và phương pháp sản xuất
• Nguyên liệu ñể sản xuất SBR là:
Butadien: có nguồn gốc từ dầu mỏ ñược sản xuất bằng phương pháp nhiệt
phân:
CH
2
= CH – CH = CH
2

Styrene: ñược sản xuất từ Ethylbenzen do tác dụng của Benzen và Ethylene:
CH
2
= CH – C
6
H
5

• Các thành phần trong cao su SBR:
- Nước: 180 phần theo trọng lượng.

15

- Soap flakes: 5 phần theo trọng lượng.
- n podecul mercaptan: 0.5 phần theo trọng lượng.
- Stynene: 25 phần theo trọng lượng.
- Butadien: 75 phần theo trọng lượng.
- Short stop-hydroquinone: 0.1 phần theo trọng lượng.
- Antioxidant: 1.25 phần theo trọng lượng.
 Phản ứng ñồng trùng hợp
- Nhiệt ñộ trùng hợp 122

0
F phần theo trọng lượng.
(- CH
2
– CH = CH – CH
2
-)
x
–(- C – C -)
y



 ðặc tính
- SBR ñược ñồng trùng hợp ở 50
o
C ñược gọi là SBR phương pháp nóng
(phương pháp cũ), ñược ñồng trùng hợp ở 5
o
C ñược gọi là SBR phương pháp
lạnh có tính năng cơ lý tốt hơn phương pháp nóng. Trong cấu tạo phân tử
SBR có liên kết ñơn nên có thể lưu hóa bằng lưu huỳnh, SBR thường có hàm
lượng Styrene từ 20÷25%, 75÷80% còn lại là Butadien. Khi hàm lượng
Styren cao hơn 50%, SBR ñược gọi là nhựa có hàm lượng Styren cao (high
styren resin).
- Trong công thức cấu tạo của SBR thành phần Butadien thực hiện tính chất
cao su, thành phần Styren thực hiện tính chất nhựa.
• Một số SBR thường gặp:
 SBR 1502: là SBR trùng hợp bằng phương pháp lạnh có hàm lượng
Styren khoảng từ 23÷25% là loại SBR có thể sử dụng cao su mạnh.

 SBR 1500: SBR ñồng trùnh hợp bằng phương pháp lạnh hàm lượng
Styren từ 23÷25% sử dụng sản xuất sản phẩm màu ñen.
 SBR 1712: SBR ñược ñồng trùng hợp bằng phương pháp lạnh, hàm
lượng Styren từ 23÷25%, hàm lượng gốc dầu thơm (Aromatic) lớn hơn
37,5%, sử dụng sản phẩm màu ñen.

16

 SBR 1778: tương tự như loại SBR 1712 nhưng hàm lượng dầu gốc
Naphtenic là 37,5%, sử dụng sản phẩm màu sáng.
 KHS 68: là loại nhựa có hàm lượng Styren 68%, sử dụng trong trường
hợp sản phẩm có ñộ cứng cao, sử dụng chất ñộn.
- Chống dập nứt thấp ở nhiệt ñộ cao. Ở 100
0
C sẽ mất 60% tính chống nứt.
- Tính chịu nhiệt thấp (Ở 94
0
C cao su lưu hoá mất ñi 2/3 cường lực và 30% tỉ
lệ dãn dài).
- ðộ loang vết nứt lớn (Grack grow)
- So sánh với cao su thiên nhiên:
 SBR ñóng rắn chậm hơn cao su thiên nhiên.
 SBR kháng nhiệt tốt hơn cao su thiên nhiên nhưng thấp hơn cao su
Nitrile.
 SBR có tính kháng dầu tốt hơn cao su Chloroprene.
 SBR có tính kháng ñiện, dầu acid, hoá chất tương tự cao su thiên nhiên.
 Gia công
- Tiêu hao năng lượng hơn khi hỗn luyện. Chú ý không quá sơ luyện sẽ làm
giảm ñộ dẻo vì phân tử sẽ tạo liên kết không gian ba chiều. ðộ giảm làm cho
cao su khó ñiền ñầy khuôn. Nên cải thiện tính chất này bằng cách dùng dầu

Napthalene nhựa thông, dầu Coumanrone…
- Nhiệt nội sinh lớn làm cho sản phẩm bị tổn thất khi uốn ép nhiều lần.
- Thành phần ñộn rất quan trọng ảnh hưởng ñến các tính chất cơ lý của sản
phẩm.
- Vận tốc lưu hoá chậm hơn cao su thiên nhiên.
- SBR trên thị trường còn ngâm phòng lão D Acid stearic, dầu vv…liều lượng
do nhà sản xuất quy ñịnh. Thường là 1,5% phòng lão D, 3,5% Acid stearic
• SBR lạnh chịu mài mòn tốt hơn SBR nóng -> mặt lốp xe.
• Chống nứt thấp ở nhiệt ñộ cao, ñộ loang vết nứt lớn, chịu nhiệt
kém.
• Tốn năng lượng khi sơ luyện, ñộ dẻo thấp -> khó ñiền khuôn, tốc
ñộ lưu hóa chậm.

17

• Nhiệt nội sinh lớn, cường lực kéo ñứt thấp khi không ñộn.
 Ứng dụng
- Lốp, ñai, ống, giày, dây cáp, khung cửa, ñệm giảm chấn, tráng vải …
- Công nghệ săm lốp xe, phụ tùng cao su, băng tải
- Công nhệ ống, bọc cáp, giày dép, vòng ñệm joint, keo dán…
f. Cao su ethylene –propylene (EPM, EPDM)
Thành phần: Ethylene + Propylene, EPDM: 40/60
Tính năng và ứng dụng:
• ðối với EPDM, nhóm Dien ñược thêm vào ñể có liên kết không bão
hòa nên có thể lưu hóa bằng lưu huỳnh. Các Dien thường là 1,4 Hexa
Dien, Diclo Pentadien.
• Tùy theo cấu tạo của Ethylen, Propylene và Dien mà EPDM có tính
chất khác nhau
• Tỷ lệ Propylen cao thì cao su EPDM dễ cán luyện hơn nhưng nếu thành
phần Ethylen cao hơn thì tính năng cơ lý và tính chất ép ñùn (ép xuất)

tốt hơn.
• ðộ nhớt Mooney càng cao, tính năng cơ lý tốt hơn cao su có khả năng
hấp thụ chất ñộn nhiều hơn nhưng quá trìng gia công khó.
• Các Dien ñược thêm vào ñể cao su EPDM lưu hoá bằng lưu huỳnh
nhưng chúng ñều ở mạch nhánh, do ñó EPDM có mạch chính là các
liên kết bão hòa nên EPDM có tính chịu nhiệt tốt như Ozone, ánh sáng.
• ðộ ngậm dầu, ñộn lớn -> hạ giá thành sản phẩm.
• Phản lưu hóa bằng Peroxide (ít dùng) và tốc ñộ lưu hóa chậm, dính
kém -> khó thành hình.
 Ứng dụng: Rất rộng rãi (trừ sản phẩm kháng dầu, dung môi): hông,
mặt lốp xe, chi tiết máy, bọc cáp ñiện, ống nước, băng tải, ñệm, bao bì,
giầy dép, Parechoc (cản).
g. Cao su silicon (dimetyl siloxan)
 Tính chất

18

Cao su Silicon có khả năng chịu Oxy hóa, thời tiết, Ozone, nuớc, hơi
nuớc và một số hợp chất dung môi.
Tính chống cháy tốt, tự dập tắt ngọn lửa, không mùi, không vị, không
ñộc nên ñược sử dụng trong lĩnh vực thực phẩm, y tế…
Khoảng nhiệt ñộ làm việc rất rộng từ -150
o
F ÷ 600
o
F (ñiều kiện tĩnh), -
100
o
F ÷ 600
o

F (ñiều kiện ñộng).
 Ứng dụng
Sử dụng trong các chi tiết với mục ñích chịu nhiệt, trong các ngành
công nghiệp.
Trong dân dụng các sản phẩm trong lĩnh vực thực phẩm, y tế, sử dụng
trong ngành ñiện do có tính chất cách ñiện và chịu ñược môi trường thời tiết.
2.1.3. Cao su tái sinh và cao su bột
a. Cao su tái sinh
 Khái niệm cao su tái sinh
Cao su tái sinh là các sản phẩm cao su phế thải ñã qua sử dụng, vứt bỏ
ñi, ñược ñem ñi tái sinh ñể thu lại nguyên liệu cao su phục vụ cho sản xuất.
 Phương pháp sản xuất cao su tái sinh
Sau giai ñoạn chọn lựa sơ khởi, các sản phẩm cao su phế thải ñược cho
vào máy nghiền, cao su và các vật liệu khác như: vải mành, dây thép niềng bị
cắt xé và nghiền vụn tạo bột, loại bột này cho qua một vùng có từ tính mạnh
ñể thu hút các vật có ái lực mạnh như sắt thép.
Sau ñó xử lý bột bằng dung dịch Sút 5% ở 180
o
C trong 8 ñến 10 giờ.
Sau ñó bột ñược hấp thụ trong nước sôi ở áp suất 7÷40 Atmosphere. Và bột sẽ
ñược rửa, lọc, sấy khô và tinh luyện qua máy bằng vít vô tận.
 Tính chất cao su tái sinh
• Cao su tái sinh ñược sử dụng như chất phụ thêm ñể giảm giá thành của
mẻ luyện
• Cải thiện ñộ dẻo, giảm thời gian cho chất ñộn vào mẻ luyện.
• Gia tăng tốc ñộ áp suất, giảm ñộ phồng của cao su từ miệng ñùn.

19

• Cải thiện ngọai quan của sản phẩm ñùn và giữ cho sản phẩm không bị

co rút.
• Giảm tiêu hao năng lượng vì một phần chất ñộn có sẵn trong cao su tái
sinh.
• Tăng nhẹ tính dính vì trọng lượng phân tử cao su tái sinh bị giảm trầm
trọng.
 Những trở ngại và ảnh hưởng của cao su tái sinh
Khi thiết lập ñơn pha chế có sử dụng cao su tái sinh phải lưu ý ñến hàm
lượng các chất còn tồn ñọng trong cao su:
• Hàm lượng chất ñộn
• Hàm lượng lưu hùynh
• Hàm lượng chất xúc tiến
Nếu cao su tái sinh luyện không kỹ, lẫn nhiều chất bẩn thô. Nếu tỷ lệ
cao su tái sinh thêm vào là 10% thì tính năng kháng mòn, kháng xé rách,
kháng mỏi sẽ suy giảm nghiêm trọng. Do ñó không nên vượt quá lượng dùng
là 15% so với cao su sống.
Người ta sử dụng cao su tái sinh có gốc là cao su thiên nhiên, cao su
SBR (Styrene Butadien Rubber) và cao su Butyl, không sử dụng cao su tái
sinh có gốc Nitril hoặc Poly Cloroprene vì các lọai cao su này bị biến cứng.
b. Cao su bột
 Khái niệm
Thêm vào mẻ luyện khoảng 5% sẽ cải thiện ñược công nghệ của nó.
Nếu tỷ lệ thêm vào cao thì tính chất của sản phẩm cũng bị suy giảm nghiêm
trọng ñặc biệt là lực kéo ñứt, ñộ kháng xé và tính chất ñộn của sản phẩm.
Người ta có thể sử dụng 100% bột cao su ñã lưu hóa ñể sản xuất sản phẩm
bằng cách lưu hóa dưới áp lực cao ở 150
o
C có sự hiện diện của lưu huỳnh, tuy
nhiên tính năng của sản phẩm rất kém.

20

Hình ảnh một số lọai cao su

21

2.2. Chất phụ gia
2.2.1. Chất lưu hóa
 Sự lưu hóa
- Lưu hóa là quá trình hóa học, các phân tử cao su ñược nối với nhau bằng
những cầu nối hóa học, tạo ra những mạng lưới cao su ở những mức ñộ khác
nhau.
- Tạo ra những liên kết ngang cộng hóa trị rất bền, ñồng thời ñây là quá trình
không thuận nghịch.

22

a. Lưu huỳnh
 Khái quát
− Tên khác: diêm sanh, sulfur
− Ký hiệu: S
− Phân loại: trên thị trường có 4 loại chính: lưu huỳnh thỏi, lưu huỳnh
thăng hoa, lưu huỳnh thăng rửa lại, lưu huỳnh kết tủa.
− Trong ñó lưu huỳnh thỏi ñược sử dụng nhiều nhất, nó có cấu trúc kết
tinh gồm 8 nguyên tử lưu huỳnh (S8) và ñược sản xuất từ lưu huỳnh
hình cầu qua quá trình nghiền và sàng. ðiểm nóng chảy của lưu huỳnh
hình thoi từ 118 ÷ 119 ºC
 Tính chất chung
− Chất màu vàng, tỷ trọng 2.07, không màu, không mùi, không tan trong
nước, tan ít trong cồn, ether, glycerine, tan nhiều trong cacbon
disulfide.
− Nóng chảy ở 119 ºC, thành chất lỏng màu vàng nhạt, nhiệt ñộ bốc cháy
ở 266 ºC và ngọn lửa màu xanh lam và bốc khí anderhyde sulfurous
(SO
2
) hôi.
− Tạo mạng lưới không gian ba chiều. Tính năng của cao su sau khi lưu
hóa sẽ phụ thuộc rất nhiều vào mật ñộ liên kết không gian ba chiều.
− Lưu huỳnh có thể tác dụng với các liên kết ñôi của mạch phân tử ñể
tạo mạng lưới không gian thông qua các cầu nối Sunfua.
− Nếu dây lưu huỳnh có nhiều phân tử (x>2) -> ñàn hồi, uốn dập tốt,

nhưng cơ tính và kháng lão kém -> dùng xúc tiến.
 Lượng sử dụng
− Cao su lưu hóa mềm: lượng sử dụng từ 1 ÷ 3% ñối với trọng lượng cao
su và có sử dụng chất xúc tiến
− Cao su bán cứng: lượng sử dụng từ 10 ÷ 25% ñối với trọng lượng cao
su và có sử dụng chất xúc tiến, nhưng thường ít sử dụng ñến lượng này
vì làm cho tính chất sản phẩm kém.

23

− Cao su cứng ebonite: từ 25 ÷ 60%, khi sử dụng hàm lượng này cần
phải thận trọng vì dễ gây lưu hóa sớm
b. Selenium
 Khái quát
− Tên thương mại: VANDEX …
− Ký hiệu: Se
− Phân loại: có 2 loại Se xám và Se ñỏ, trong ñó Se xám thường ñược sử
dụng làm chất lưu hóa cao su
 Tính chất chung
- Se ở dạng thỏi hay dạng bột, tỷ trọng 4,79 ÷ 4,81, nóng chảy ở nhiệt ñộ
> 217ºC, không tan trong nước và các dung môi hữu cơ.
- Làm chất lưu hóa cho cao su và latex, thành lập cầu nối giữa các phân
tử hydrocarbon cao su, nhưng khả năng kém hơn lưu huỳnh.
 Lượng sử dụng
- Lượng sử dụng: 0.5 ÷ 1% ñối với lượng cao su, thường sử dụng chung
với các chất khác như TMTD hay DTET, sản phẩm cao su thường có
tính chiệu nhiệt ñộ rất tốt.
c. Tellurium
 Lượng dùng: 0,5 % kết hợp TMTD/ TETD trong hỗn hợp không lưu
huỳnh, sản phẩm -> không biến mềm, chịu nhiệt, hơi nuớc.

 Ngoài lưu huỳnh người ta còn sử dụng Selenium và Tellurium sẽ cho
sản phẩm có một số ñặc tính tốt như là lực kéo ñứt tốt, kháng mòn tốt,
chịu nhiệt, chịu hơi nước tốt tuy nhiên giá ñắt nên ít dùng.
Bảng 2.3: Các hợp chất lưu hóa không sử dụng lưu huỳnh
STT

Hệ lưu
hóa
Tác nhân lưu
hóa
Loại nối
ngang
Loại cao su
sử dụng
1 peroxide
Benzoyl Peroxide
Dicumyl Peroxide

EPDM
Silicone
2 Oxit KL ZnO, MgO


CR
Hypalon

24

4 Nhựa
Nhựa phenolic

P quinonedioxime


O
O

Bytyl
CFM

− Các hỗn hợp 2 chức: tạo cầu nối giữa các dây phân tử polymer thành
dạng không gian 3 chiều
− Các peroxide: sử dụng cho các loại cao su có dây phân tử bão hòa hoặc
không có các nhóm có khả năng phản ứng tạo mạng, các loại chất lưu
hóa này không vào dây phân tử polymer nhưng tạo các ñiểm hoạt ñộng
ñể nối lại nguyên tử carbon của hai dây kế cận.
2.2.2. Chọn lựa hệ lưu hóa
− Lưu hóa nhanh
− Hoạt tính cao (lưu hóa hiệu quả)
− Tan trong cao su (không trổ phấn, phân tán tốt)
− Chậm kích hoạt (an toàn khi gia công)
− Lưu trữ an toàn
− Mâm lưu hóa rộng
− Hiệu quả trên khoảng nhiệt ñộ rộng
− Tương hợp với các phụ gia khác
− An toàn và không gây hại khi sử dụng
− Không có hiệu ứng phụ trên các tính chất khác
2.2.3. Chất xúc tiến
 ðịnh nghĩa
Chất xúc tiến hay còn gọi là chất gia tốc lưu hóa, là chất hữu cơ có tác
dụng tăng tốc ñộ lưu hóa cao su. ðược sử dụng với lượng nhỏ, có khả năng

làm giảm thời gian hay hạ nhiệt ñộ gia nhiệt sản phẩm, giảm tỷ lệ gia nhiệt
chất lưu hóa và cải thiện chất lượng sản phẩm.
 Phân loại
• Theo pH: acid, bazơ, trung tính.

25

• Theo tốc ñộ 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 - acol
− Anderhyde - amine
− Thiourea và urea
− Guanidine
− Thiazole và thiazoline
− Sulfonamide
− Thiuram
− Dithiocaramate tan và không tan trong nước
− Xanthate
 ðiều kiện chọn chất xúc tiến
• Việc lựa chọn chất xúc tiến chịu sự ảnh hưởng của 3 yếu tố: thời gian
gia nhiệt, tốc ñộ lưu hóa, chiều dài và số lượng cầu nối ngang lưu
huỳnh trong sản phẩm cao su, 3 yếu tố này có mối quan hệ mật thiết
ñến việc kích hoạt các muối kẽm.
• Một trong các tính chất quan trọng của chất xúc tiến là hiệu ứng kết

hợp. trong thực tế, người ta luôn sử dụng kết hợp các chất xúc tiến cùng
1 ñơn pha chế ñể ñạt ñược các tính chất tối ưu cho sản phẩm.
• Khi chọn hàm lượng chất xúc tiến cần phải chú ý ñến bản chất chất xúc
tiến, hàm lượng càng cao thì tốc ñộ phản ứng càng nhanh. Tuy nhiên
giá trị này có 1 giới hạn nhất ñịnh.
a. Diphenyl guanidine (DPG)