Biến tính cao su thiên nhiên và polyme blend trên cơ sở cao su thiên nhiên bằng dầu đậu nành

Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

MỞ ĐẨU
PHẦN I

TỔNG QUAN
Cao su thiên nhiên (CSTN) là một polyme thiên nhiên được ứng dụng
su thiên
nhiênlĩnh vực, từ ngành dệt may đến các ngành xây dựng,
rộng1.1.
rãiCao
trong
rất nhiều
thuỷ lợi, giao thông vận tải,... Sở dĩ CSTN có vai trò quan trọng như vậy là do
nó có
những đặc
tínhsửquý
như: độ bền cơ học, khả năng đàn hồi tốt, dễ gia
1.1.1.
Lịch
phátgiá
triển
công,... Tuy nhiên CSTN lại có nhược điểm là kém bền nhiệt, dễ bị oxy hoá,
độ bền môi trường kém,...
Cao su thiên nhiên được loài người phát hiện và sử dụng vào nửa cuối
thế kỷ Trong
XVI ở những
Nam Mỹ.
nămVào
gần thời
đây,gian

với này
những
những
chính
thổsách
dân ở
đổiđây
mới
chỉcủa
biếtĐảng
trích và
ly
Nhà nước, sản lượng CSTN tăng mạnh (năm 2003 đã đạt trên 400 nghìn tấn).
cây lấy nhựa rồi tẩm vào vải sợi làm giầy dép đi rừng, leo núi. Những chiếc
Tuy vậy sản lượng CSTN dùng trong nước chỉ chiếm khoảng 15 - 20 % còn đa
phần được
xuất làm
khẩubằng
dưới vải
dạng
với cây
giá này
không
khilâu
đó hơn
hàngnhưng
năm
giầy
tẩmthô
nhựa

có ổn
thờiđịnh.
gian Trong
sử dụng
nước ta lại nhập hàng ngàn tấn sản phẩm cao su kỹ thuật với giá rất cao. Chính
nó
dính trong
vào chân
và năm
gây qua
cảm đã
giác
chịu.
Thoạt
thổ dân
đất
vì vậy,
những
cókhó
nhiều
công
trìnhđầu
nghiên
cứu chỉ
biếnbiết
tínhlấynâng
cao rắc
tĩnhvào
năng
cơ để

lý,chống
mở rộng
phạm
vi ứng
dụng
chothấy
CSTN
sảncátxuất
sản
cát
giầy
dính,
về sau,
họ có
nhận
rằngđểđất
lấy các
từ khu
phẩm cao su kỹ thuật phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, thay thế các
vực
núi lửacao
hoạt
chống
dính
vừa kết
tăngquả
thờithugian
sử phải
dụngkể
giầy.

sản phẩm
su động
nhập vừa
ngoại.
Trong
số tốt
những
được
đếnĐến
kết
quả nghiên
cứuloài
ứngngười
dụngphát
của minh
các tác
giảquá
Trường
Nội, Viện
năm
1839 khi
được
trình ĐHBK
lưu hoáHà
chuyển
cao suHoá
từ
học vật liệu (Trung tâm KH & KT Quân sự), Viện Hoá học, Viện Kỹ thuật
trạng
thái(Viện

chảyKH
nhót
sangViệt
trạng
thái đàn hồi cao bền vững, cao su thiên nhiên
nhiệt đới
& CN
Nam).
được sử dụng để sản xuất ra các sản phẩm tăng đáng kể. Trong những năm gần
Cũng theo hướng nghiên cứu đó, công trình này tiến hành dùng dầu đậu
đây mặc dù loài người đã tổng họp nhiều loại cao su nhưng sản lượng sản xuất
nành, một nguyên liệu sẵn có ở nước ta để biến tính cao su thiên nhiên và vật
liệusửpolyme
trênnhiên
cơ sở
nhằm
mộtkể:
vật liệu mới có thể ứng
và
dụng caoblend
su thiên
vẫnCSTN
tăng lên
một tạo
cáchrađáng
dụng trong một số lĩnh vực kỹ thuật có đòi hỏi cao hơn.
Năm 1975 sản lượng cao su thiên nhiên thế giới là 3,5 triệu tấn.
Năm 1980 sản lượng cao su thiên nhiên là 5 triệu tấn.
Năm 1990 sản lượng cao su thiên nhiên là 7,5 triệu tấn.
Năm 2000 sản lượng cao su thiên nhiên là 10 triệu tấn [1].

1.1.2.

Tình hình sản xuất và chế biến cao su ỏ Việt Nam

21

Lớp CNVL Polyme K45


Khu vực

Hiện có đến Sẽ
năm 1997

phát

triển

thêm Tổng cộng

đến năm2005 [ha]

[ha]

[ha]
Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp
Miền Đông Nam Bộ
214.364
87.690
302.054

1.1.22. Tình hình sản xuất và chế biến cao su ở Việt Nam
Duyên Hải Miền Trung
822
99.178
100.000
1990 các sản
phẩm
cao1900
su kỹ
còngiai
rất đoạn
ít màtrồng
chủ thí
yếunghiệm
là sămvới
lốptốc
xe độ
đạp,
xe
+ Giai
đoạn
-ỉ- thuật
1920 là
trồng
Tây Nguyên
84.862
135.138
200.000
máy [3].
Sản vào

lượng
CSTN300
củaha/năm.
Việt Nam
-ỉ- ta3,8%
sản tích
lượng7000
CSTN
hàng
năm
khoảng
Nămchiếm
1942 3,5%
ở nước
có diện
ha
Khu IV cũ
17.883 3000 tấn/năm.
82.117
100.000
với sản
trên
thếlượng
giới. Ớ nước ta, cây cao su được trồng chủ yếu ở miền Đông Nam Bộ
Hiện nay chúng ta sản xuất thêm được các sản phẩm cao su cao cấp như
Tổng cộng
287.931
404.123
692.054
và

sămTây
lốpNguyên.
ôtô, lốp máy bay, các loại ống mền cao su chịu áp lực cho tầu nạo vét
sông, biển
và một
số sản
dân dụng,
thể thao.
+ Giai
đoạn
thứ phẩm
hai:1998
1921
-ỉ- 1945
là
giai đoạn phát triển. Tốc độ trung
Năm
1990 1994 1995
1996
1997
1999
2000
2003
bình hàng Bảngỉ:
năm vào
khoảng
ha/năm.
1942Nam
ở nước
ta, diện

Phân
bố diện6000
tích trồng
cao Năm
su ở Việt
đến năm
2005 tích trồng
Khả năng
ứng nhu
trong nước
Sản lượng
57,7
136
150
160 đáp180
200 cầu 220
240450của một số sản phẩm cao su trong
cây
su 0làViệt
138.000
và sản
nămcao
1997
Namha
trình
bày lượng
0 bảngxấp
3. xỉ 77.000 tấn/năm.
Đơn vị tínhSố lượng
Mức cung cấp

Tên sản phẩm
Tuy
nhiên
ngành
sảnsốxuất
và chế
thiên
củađáp
nước ta bị
Bảng 3: Sản lượng một
sản phẩm
caobiến
su ởcao
ViệtsuNam
và nhiên
khả năng
ảnh hưởng nặng nềứng
bởiyêuhaicầucuộc
chiếntrong
tranhnước
chống
tiêu dùng
nămPháp
1997 và chống Mỹ. Sau
Lốp ôtô
Bộ
135.540
20 theo tài liệu của Cục thống kê, tổng diện tích
thắng
lợi mùa

xuân năm 1975,
cao su toàn quốc vào tháng 12 năm 1975 là 75.200 ha.
Lốp xe máy
Chiếc
1.303.000
40-45
Săm xe máy
Săm xe đạp
Lốp xe đạp
Cao su kỹ thuật

Chiếc Từ năm
2.974.000
40-45cây cao su được chú ý đúng mức và phát triển
1985 trở lại đây,
mạnh. Sau 19 năm củng cố và phát triển, tính đến năm 1995 tổng diện tích cao
Triệu
90-95với sự phát triển của các ngành kinh tế khác
su chiếc
toàn quốc13,849
242.540 ha. Cùng
của đất nước, ngành cao su Việt Nam thực sự đang tiến vào kỷ nguyên mới, kỷ
Triệu
chiếcbắt đầu8,238
40-50ba mục tiêu [3]:
nguyên
phát triển toàn diện
20-30
- Mở nhanh diện tích trồng trọt;
Do

đáp trưởng
ứng những
bộlượng
khoa và
học
kỹlượng
thuậtmủ
vàcao
trồng
- Tăng
nhanh tiến
về sản
chất
su; nhiều giống mới
có sản lượng cao nên năng suất CSTN 0 nước ta đã đạt 900 kg/ha. Sản lượng
CSTN của nước ta cụ thể được trình bày ở bảng 2.
- Đẩy mạnh công nghiệp chế biến và sản xuất các sản phẩm từ CSTN.
Bảng 2: Sản lượng cao su thiên nhiên 0 Việt Nam những năm gần đây
Năm 1995 hàng loạt các tiêu chuẩn nhà nướcị đơn
về xác
định1.000
chất tấn)
lượng mủ
vị tính:
cao su đã được ban hành. Ngày 5/2/1995 Thủ tướng Chĩnh phủ đã ra quyết
định số 86/TTg phê duyệt tổng quan phát triển ngành cao su Việt Nam giai
đoạn 1996 -ỉ- 2005. Quyết định chí rõ các mục tiêu về quy mô sản lượng,

Việt Nam là một trong những nước tiêu thụ cao su thiên nhiên do mình
sản xuất được đạt tỷ lệ thấp nhất của Hiệp Hội các nước sản xuất CSTN thế

giới (xấp xỉ 18%) chủ yếu là xuất khẩu khoảng 80%. Trong giai đoạn 1985 -ỉ43
Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp
Mặt khác, việc nâng cao chất lượng cao su, kéo dài tuổi thọ và giảm
xuất khẩu nguyên liệu thô ở nước ta đang được chú trọng. Cùng với các hướng
nâng cao chất lượng mủ cao su, như các loại vật liệu blend cao su - nhựa, blend
CSTN bền khí hậu, chịu mài mòn, chịu nhiệt và các môi trường,... được chú
trọng [3,4].
1.1.3.

Mủ cao su thiên nhiên

Mủ cao su thiên nhiên là nhũ tưong trong nước của các hạt cao su với
hàm lượng phần khô ban đầu từ 28% -ỉ- 40%. Các hạt cao su vô cùng nhỏ bé và
có hình dạng quả trứng gà. Kích thước các hạt từ 0,05 pm đến 3 pm. 1 gam mủ
cao su với hàm lượng phần khô khoảng 40% chứa 5.10 13 hạt với đường kính
trung bình khoảng 0,26 pm. Tất cả các hạt cao su này luôn luôn nằm ở trạng
thái chuyến động Braonơ. Hạt latec có cấu tạo gồm hai lóp: lóp cacbua hydro
và lóp vỏ bọc bên ngoài, đây là lóp hấp phụ làm nhiệm vụ bảo vệ latec không
bị keo tụ. Thành phần hoá học chủ yếu của lớp hấp phụ là các họp chất thiên
nhiên chứa nitơ như: protein, các chất béo và muối xà phòng của các axit béo.
Các hạt cao su thiên nhiên mang điện tích âm. Giá trị điện tích phụ
thuộc vào nồng độ mủ cao su, trị số pH của môi trường và dao động từ -40 mV
đến -10 mV. Khối lượng riêng của latec phụ thuộc vào nồng độ pha cao su
trong nó. Khối lượng riêng của pha cao su là 914 kg/m 3, khối lượng riêng của
môi trường nhũ hoá là 1020 kg/m3.
Các sản phẩm cao su kỹ thuật tuy chiếm một tỷ trọng chưa lớn, song giá
Mủ cao su chảy từ cây cao su ra có kiềm tính yếu (pH = 7,2). Sau vài

trị kinh tế và kỹ thuật lại rất cao. Đây là nhóm mặt hàng đòi hỏi tay nghề tinh
giờ bảo quản trị số pH giảm dần xuống 6,9 -ỉ- 6,6, sau đó latec dần dần bị keo
xảo và công nghệ phù hợp với xu thế phát triển tất yếu của khoa học công
tụ. Trong quá trình keo tụ pha cao su liên kết lại với nhau rồi tách rời khỏi nhũ
nghệ, nâng cao hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội, cho nên các sản phẩm cao kỹ
tương nước (serum) và nổi lên bề mặt bể chứa.
thuật sẽ là một trọng tâm được đầu tư sản xuất. Từ năm 1992 trỏ' lại đây tại các
công ty đã bắt đầu sản xuất các loại sản phẩm cao cấp hon. Tốc độ tăng trưởng
Hiện tượng keo tụ latec thường do axit gây nên. Trong môi trường axit
khá lớn,
do các công ty sản xuất và chế biến các sản phẩm cao su đã có đầu tư
ion H+ rất linh động do có lực tĩnh điện đã tịnh tiến đến bề mặt lớp cacbua
và đổi mới công nghệ.
hydro làm pha cacbua hydro tiếp xúc với nhau, dính vào nhau và xuất hiện
65

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

hiện tượng keo tụ. Hiện tượng keo tụ latec trong quá trình bảo quản là kết quả
tác dụng của các ion H+ được hình thành trong quá trình oxy hoá các loại men
luôn tồn tại trong latec. Để ngăn chặn hiện tượng keo tụ này khi khai thác mủ
cao su thường sử dụng các chất ổn định pH của môi trường là ammoniac 0,5%,
duy trì pH môi trường 10 -ỉ- 11.
Thành phần và tính chất mủ cao su thiên nhiên phụ thuộc vào tuổi của
cây, khí hậu và thổ nhưỡng nơi cây cao su phát triển. Đối với mỗi cây cao su
thì thành phần và tính chất của latec phụ thuộc vào mùa thu hoạch. Thành phần
chính của mủ cao su thiên nhiên như trình bày dưới đây [ 1 ].

Nước

52.3
- 67 %

Cacbuahydro
Polysacarit
Nhựa
Protein

37.3
thiên - 29,5 %

nhiên

4,2-

Mủ cao su thiên nhiên chứa nhiều nước. Để giảm giá thành vận chuyển
và thuận tiên sử dụng latec thường được cô đặc. Ngày nay để cô đặc latec có
thể sử dụng một trong số các phương pháp sau: phương pháp ly tâm, phương
pháp bay hơi tự nhiên, phương pháp phân lóp và phương pháp sử dụng các chất
điện giải. Bằng các phương pháp cô đặc khác nhau latec nhận được lại có tính
chất khác nhau, thành phần hoá học khác nhau. Chính vì vậy, chọn phương
pháp cô đặc phải dựa trên các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm và điều kiện thực
tế của sản xuất.

Do sự khác nhau về khối lượng riêng của pha cao su và serum trong quá
trình bảo quản, theo định luật chảy Stock hiện tượng lắng tách pha cao su và
serum luôn luôn xẩy ra, quá trình lắng tách tự nhiên xẩy ra rất chậm. Vận tốc

các hạt cao su nổi lên trên bề mặt được xác định bằng công thức:
7
Lớp CNVL Polyme K45


STT

Thành phần latec [%]

Bay hơi

Luận
Luận văn
văn nghiên
nghiên cứu
cứu tốt
tốt nghiệp
nghiệp
Y _ I g i P s - P c )*2
9/7 phần polyme cao, hàm lượng các chất
tâm có thể
thu bay
được
hàmmủ
lượng
- Cho
hơi latec
nước có
ra khỏi
cao su.

tan trong nước, các chất bảo vệ hạt cao su giảm nhiều vì trong phần cô đặc các
V - vận tốc nổi lên bề mặt của các hạt cao su
quốclớn,
tế,cócao
thiên
nhiên
đổi ở hai loại chính:
hạt caoTrên
su cótrường
kích thước
điệnsutích
bề mặt
nhỏđược
được trao
làm giàu.
crếp hong khói và crếp trắng.
Pha loãng
Keo tụ
Cán ép nước
g - gia tốc rơi tự do
Cô đặc bằng phưong pháp ly tâm cho năng suất cô đặc cao, thời gian cô
KCS + đóng kiện
Sấy
hong khói
Ngâm
+ Phương
pháp sản xuất
crêpnước
hong khói.Cán rãnh
đặc giảm. Tuy nhiên, dưới tác dụng của lực cơ học lớn các lớp bảo vệ hạt bị

ps - khối lượng riêng của serum
phá vỡ nhiều nên latec cô đặc nhận được có độ ổn định thấp.
Crếp hong khói được sản xuất từ mủ cao su thiên nhiên bằng phương
lọc

pc - khốicác
lượng
riêng của
su latec có năng suất cao về hàm lượng
Ngoài
phương
pháppha
côcao
đặc
phần polyme lớn trong sản phẩm cuối cùng, phương pháp cô đặc bằng phương
pháp cho bay hơi nước tự nhiên vẫn được sử dụng rộng rãi cho các cơ sở sản
xuất thủ
đế của
sản serum
xuất những mặt hàng thông dụng không đòi hỏi những
/7 -công
độ nhớt
tính năng kỹ thuật cao. Thành phần của latec cô đặc bằng các phương pháp
khác nhau thì khác nhau.
r - là đường kính hạt cao su
Hình 1:phần
Sơ đồ
công
sản xuất
crếp hong

khói
Bảng 4: Thành
latec
cô nghệ
đặc bằng
các phương
pháp
khác nhau
Vận tốc nổi của hạt cao su tỷ lệ thuận với bình phương đường kính hạt vì
Công
crephydro
hongcókhói
công đoạn
vậy lớp trên đoạn
cùngđầu
củatiên
mủ của
cao công
su lànghệ
các sản
hạt xuất
cacbua
kíchlà thước
lớn.
lọc
mủ
cao
su.
Trong
công

đoạn
này
mủ
cao
su
chảy
nhẹ
qua
các
sàng
lọckhác
với
Trong sản xuất, để tăng vận tốc phân lớp có thể sử dụng các loại hoá chất
đường
kính chất
mắt sàng
pin. tách
Lọc pha
là công
mục
đích
bỏ những
tất cả
nhau. Hoá
dùng làđể54phân
cao đoạn
su vànhằm
serum
phải
đáploại

ứng
những
chấtsau:
cơ học như đất, cát, vỏ cây, lá cây và những phần cao su bị keo
yêu cầutạp
chính
tụ. Sau khi lọc mủ cao su được làm loãng bằng nước mềm đến hàm lượng
polyme khoảng 15 -ỉ- 17 %. Công đoạn pha loãng nhằm mục đích làm giảm
- Giảm lực hấp phụ giữa lớp vỏ của latec và nước trong serum
nồng độ các chất tan trong nước đọng lại trong cao su keo tụ sau này. Trước
khi keo tụ, latec được đổ sang các thùng chuyên dùng. Trong các thùng này
- Tăng
riêng1%củaaxitserum
tăngđến
sự khi
kháclatec
nhauđược
giữakeo
khối
latec được
khuấykhối
trộnlượng
đều với
axeticđểcho
tụ
hoàn toàn. lượng riêng của hai pha: pha cao su và pha serum
- Không gây hiện tượng keo tụ latec trong quá trình phối trộn.
Cao su đã được keo tụ vớt ra khỏi thùng keo tụ, xếp đống và chuyển
1.1.4. Cao su sông
sang công

đoạnlatec
tiếp bằng
theo phương
- công pháp
đoạn lắng
ép nước.
Cánphép
ép nước
tiếnlượng
hành
Cô đặc
tách cho
nâng được
cao hàm
phầnmáy
polyme
lêntrục
tớikhông
60%.cóLatec
đặctrục
bằng
phápđích
nàychủ
cóyếu
độ ổn định
trên
cán hai
tỷ tốc,cômặt
cán phương
phẳng. Mục

cao vì lóp vỏ bảo vệ các hạt cao su không bị phá vỡ. Hàm lượng các chất tan
Cao su
thiên
từ latec
yếuđã
bằng
hai loại
phương
trong nước
còn
lại nhiên
trong được
latec sản
nhỏxuất
vì hầu
hết chủ
chúng
được
bỏ theo seram
trong quá trình cô đặc.
pháp:
Latec có thể cô đặc bằng phương pháp ly tâm. Theo phương pháp cô đặc
10
98

Lớp
Lớp CNVL
CNVL Polyme
Polyme K45
K45

Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

là tách bỏ các chất tan trong nước còn trong cao su. Cao su được lấy ra ở công
đoạn này có hình dạng tấm.
Các tấm lấy ra được chuyển sang máy ép rãnh. Máy cán rãnh là máy cán
hai trục quay như nhau. Bề mặt trục cán được sẻ các rãnh dọc có kích thước
rộng và sâu là 3mm

X

3mm. Mục đích làm tăng diện tích bề mặt của tấm cao

su.
Các tấm cao su được sẻ rãnh, được ngâm vào trong nước mềm từ 10 đến
15 giờ. Công đoạn này nhằm mục đích loại bỏ bớt các tạp chất tan trong nước
và dấu vết của axit axetic còn đọng lại trong cao su trong quá trình keo tụ.
Sau khi ngâm vào nước các tấm cao su được vớt lên, treo vào các giá có
bánh xe để chuyển động dễ dàng. Các giá này theo đường ray được đẩy vào lò
sấy hong khói. Lò sấy hong khói là toà nhà cao từ 2 đến 3 tầng. Ở các tầng
trên là các giá đỡ cao su còn tầng dưới cùng là tất cả các loại thực vật: bẹ dừa,
vỏ lạc, củi tươi, tre,... được đốt cháy làm nguồn nhiệt để sấy. Công đoạn sấy là
công đoạn dài nhất. Tổng thời gian sấy có thể kéo dài từ 7 đến 10 ngày đêm.
Trong công đoạn này cao su được sấy trong làn khói dầy đặc ở nhiệt độ từ
40°c đến 45°c.
+ Phương pháp sản xuất crếp trắng
Crếp trắng được sản xuất từ mủ cao su thiên nhiên. Cũng như công nghệ
sản xuất crếp hong khói, crêp trắng mủ cao su được lọc qua sàng lọc với kích
thước mắt sàng khoảng 50 -ỉ- 55 pm, nhằm mục đích loại bỏ các hợp chất cơ

học lớn như: cát, lá cây, vỏ cây và một phần cao su bị keo tụ. Trước khi tiến
hành keo tụ mủ cao su được pha loãng bằng nước mềm đến hàm lượng cao su
từ 15% đến 17%. Ngoài ra còn khuấy trộn với 1% NaHSƠ 3 theo tỷ lệ 10 phần
thổ tích NaHS03 1% với 100 phần thổ tích mủ cao su 15% đến 17%.

11

Lớp CNVL Polyme K45


STT

Hàm lượng %

Thành phần
SMREQ
1Chất khoáng
2Chất chứa N
3Chất bốc
4Đồng
5Mangan

SMR-5
SMR-10

SMR-20

0,5văn nghiên
0,6cứu tốt 0,75
Luận

nghiệp
0,65

0,65

0,65

SMR-50

1,0

1,5

0,65

0,65

1,0 Trong quá
1,0 trình 1,0
1,0
1,0 NaHS03, một phần mủ cao su
mủ phưong
cao su với
khoáng. Tuỳ
thuộc vào
cáckhuấy
yếu trộn
tố nhu:
pháp sản xuất, tuổi của cây cao
4

8.10
8.10“
8.10“
8.10“
8.10“
bị keo
theothổ
phản
ứng phân
tạotrưởng,
thành axit.
su,
cấutụtạo
nhưỡng
khí huỷ
hậu NaHS0
nơi
cây3 để
sinh
phát triển và mùa khai thác
4
4
mủ1.10“
cao su mà hàm
các chất này1.10
có thể
dao động
1.10 lượng
1.10“
1.104 tương đối lớn.

2NaHS03 = Na2S03 + H2S03

Thành phần hoá học các chất được trích ly bằng axeton bao gồm: 5,51 %
Axit H2S03 không bền vững phân huỷ thành nước và S0 2, chính S02 tẩy
axit béo (axit oleic, axit stearic) giữ vai trò làm trợ xúc tiến cho quá trình lưu
trắng
hoá. mủ cao su trước khi nó bị keo tụ.
Hỗn hợp mủ cao su với Na2S03 được keo tụ bằng dung dịch axit axetic
Axit
béothể
trong
tồn hiện
tại ởphần
nhiều
khác
3% lên
là este
1%. Khi
trong
tích cao
latecsuxuất
mủdạng
keo tụ
nó nhau,
được vớt
khỏi của
bể
keo axit
tụ bằng
tầng. Phần

Những
caocác
su axit
keo amin
tụ vớt
đặt họp
trên chất
các
các
béo, sàng
7% lànhiều
glucozit.
còntảng
lại là
béođược
và các
tầng
sànghữu
và cơ
được
rửađến
bằng
nướccácmềm
hệ thống
3 máy
cán.HHai
máy đầu
phốt pho
0,08%
0,16%

hợp trên
chất hữu
cơ kiềm
tính: C|
7
4203 và
là hai máy cán có tỷ tốc, bề mặt trục cán được tạo rãnh dọc theo trục cán với
kích thước 3mm X 3mm. Quá trình rửa cao su bằng nước được tiến hành đồng
thời với công đoạn tạo vân cán xuất tấm, vì vậy các rãnh dọc theo trục cán đã
20H30O. Những hợp chất này có khả năng chống lại phản ứng oxy hoá mạch
làm tăng độ xốp của cao su, tăng diện tích tiếp xúc với nước rửa làm cao su
cacbua
hydro
giữ vai
chất
hoádấu
tự nhiên
su. ít hơn.
sạch hơn,
hàmvà
lượng
cáctrò
chất
tanphòng
trong lão
nước,
vết củacho
axitcao
axetic
Sau khi

ở máy
thứ hai
các gồm
tấm cao
su chuyển
Các
chấtđược
chứarửa
nitơsạch
trong
cao cán
su thiên
nhiên
protein
và cácngay
sản
sang máy cán thứ 3. Trên máy cán thứ 3 với bề mặt trục cán phẳng, vận tốc
phẩm phân huỷ protein là các axit amin. Protein làm giảm tĩnh năng kỹ thuật
quay của trục như nhau, nước rửa được loại bớt khỏi bề mặt cao su đồng thời
của
su rửa
vì tăng
năng
hútchất
ẩm và
tĩnhnước
cáchbịđiện
củatheo
cao su.
với cao

nước
mộtkhả
phần
các
tangiảm
trong
cuốn
cao su trong quá
trình keo tụ cũng được ép ra ngoài theo serum. Các tấm cao su lấy ra từ máy
cán thứ 3 được treo lên giá và sấy khô ở nhiệt độ 30°c đến 35°c trong khoảng
Ngoài
ra đến
trong
cao su thiên nhiên còn một thành phần khác như: chất
thời gian
từ hai
ba tuần.
1.1.5.

Thành phần và cấu tạo hoá học của cao su thiên nhiên

a. Thành plỉần
Thành phần của cao su thiên nhiên sồm nhiều nhóm các chất hoá học
khác nhau: cacbua hydro (thành phần chủ yếu), độ ẩm, các chất trích ly bằng
axeton, các chất chứa nitơ mà thành phần chủ yếu của nó là protein và các chất

12
13

Lớp CNVL Polyme K45

Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp
b. Cấu tạo
Cao su thiên nhiên là polyizopren mà mạch đại phân tử của nó được
hình thành từ các mắt xích izopenten cis đồng phân liên kết với nhau ở vị trí

CH3

H

Ngoài các mắt xích izopren đồng phân 1,4- cis trong cao su thiên nhiên
còn có khoảng 2% các mắt xích izopenten tham gia vào hình thành mạch phân
tử ở vị trí 3,4. Khối lượng phân tử trung bình của cao su thiên nhiên là 1,3.10 6.
Mức độ dao động khối lượng phân tử rất nhỏ (từ 105 đến 2.10°).
Trong cao su thiên nhiên ngoài mạch cacbuahydro có cấu tạo từ các mắt
xích izopenten còn có các hợp chất phi cao su khác, các hợp chất được trích ly
bằng axeton, các chất chứa nitơ, các chất tan trong nước,... Hàm lượng các
hợp chất phi cao su phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó quan trọng nhất là
phương pháp sản xuất cao su.
1.1.6.

Tính chất lý học của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên ở nhiệt độ thấp có cấu trúc tinh thể vận tốc kết tinh
lớn nhất được xác định ở -25°c. Cao su thiên nhiên kết tinh có biểu hiện rõ
ràng lên bề mặt: độ cứng tăng, bề mặt vật liệu mờ. Cao su thiên nhiên tinh thể

14

Lớp CNVL Polyme K45


STT

Thành phần

1

Cao su thiên nhiên

2
3
4
5
Độ bền kéo đứt

Lưu văn
huỳnh
Luận
nghiên cứu tốt nghiệp
Mercaptobenzothiazol

Hàm lượng [P.K.L]
100,0
3,0
0,7

ZnO
5,0trên cơ sở của cao su thiên nhiên được

cách
âmthước
củadầu
cao
su
mềm
mức độ1.2.
coTính
ngótthực
kíchvật
sản
phẩm
nhỏ.
Cao su thiên nhiên có thể phối trộn
Dầu
và
đậu
nành
Axitcác
stearic
0,5đó.(cao
đánh
giáloại
bằng
truyền
trong
ơ 25°c
vận izopren,
tốc truyền
cao

với
caovận
su tốc
không
phânâmcực
khác
su poly
caoâm
su trong
butadien,
su
thiên
nhiên
là
m/s
: vớiDầu
23
cao[MPa]
su butyl)
bất37cứ
tỷ vật
lệvận
nào.tốc truyền âm giảm khi tăng nhiệt độ hợp phần
1.2.1.
thực
cao su.
1.1.7.
Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên.
Dầu thực vật là một nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp cũng như
đời sống.

sử tan
dụng
nghiệpmôithực
(là thẳng,
nguồn mạch
dinh
Cao Ngoài
su thiênviệc
nhiên
tốt cho
trongcông
các dung
hữu phẩm
cơ mạch
Cao
sumỡthiên
nhiên
có
khả
năng
lưu
hoá
bằng
lưuliệu
huỳnh
phối
hợpcông
với
dưỡng
thay

động
vật)
dầu
thực
vật
còn
là
nguyên
dùng
trong
vòng, tetraclorua cacbon (CC14) và sunfua cacbon (CS-,). Cao su thiên nhiên
các
loại
xúc
tiến
lưu
hoá
thông
dụng.
Tính
chất
cơ
lý
của
cao
su
thiên
nhiên
nghiệp
để sản

xuất
sơn,xeton.
vecni, chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt.
không tan
trong
rượu,
được xác định theo tính chất cơ lý của hợp phần cao su tiêu chuẩn.
Trênsốthế
nay cho
sản cao
lượng
hàngnhiên:
năm về dầu mỡ béo khoảng
Một
tínhgiới
chất hiện
đặc trưng
su thiên
nhiên
48.500.000 tấn, su
mỗithiên
năm
tăng khoảng 700.000 tấn . Hiện nay, dầu béo được
khai thác từ ba nguồn chính: từ 900 loại cây cung cấp 60% lượng dầu, 300
loại
Khối
riêng36% và phần còn lại từ các loại động vật913
(kg/m3)
động vật
trênlựng

cạn cho
dưới nước.
Hệ số giãn nở thể tích
656.10'4
(dm3/°C)
Sản lượng một số loại dầu thực vật trên thế giới năm 1979 [5].
0,14
(w/m.°K)
Nhiệt dẫn riêng
(đơn vị: 1000 tấn)
Nhiệt dung riêng

1,88

(kj/kg.°K)

Thẩm thấu điện môi ở tần số dao động 1000 Hz 2,4 - 2,7
Ngoài ra cao su thiên nhiên còn một số tính chất công nghệ khác như:
Hỗn hợp cao su lưu hoá ở nhiệt độ 143±2 [°C] trong thời gian lưu hoá
Độ
Cácdẻo
nguồn
của nguyên
cao su liệu
thiêndầu
nhiên:
thực được
vật hiện
xác có
định

trong
bằngnước
máytađorấtđộphong
dẻo TMphú,
ưu là
20 -*•
2tốicủa
Liên
Xô30cũphút.
hoặc xác định bằng máy đo độ dẻo Ưolle thông qua việc đo
chúng được trồng theo quy mô công nghiệp hoặc mọc tự nhiên. Hiện nay các
độ nhớt. Các tính chất cơ lý của CSTN:
nguồn dầu thực vật phục vụ cho công nghiệp chủ yếu là: dầu dừa, dầu đậu
phông, Để
dầu đánh
đậu nành,
dầu cao
bông,
giá mức
độ su,
ổndầu
định
các dầu
tínhtrẩu.
chất công nghệ của cao su thiên
nhiên, trên thị trường còn sử dụng hệ số ổn định dẻo PRI. Hệ số này càng cao
thực dẻo
vật cao
thường
được

chứa
hoặc quả
của sucáccócây
thì vậnDầu
tốc hoá
su đó
càng
nhỏ,trong
điều các
đó hạt
có nghĩa
là: cao
hệ có
số
dầu.
Sau lớn
khi có
thukhả
hoạch
sơ chế
bằng
phương
PRI càng
năng và
chống
lão hoá
càng
tốt. pháp như sử dụng máy ép thuỷ
lực hay trích ly bằng dung môi. Sau đó dầu được làm sạch: khử tạp chất bằng
Caokiềm,

su
độc
nênphối
từ nó
cótốtthan
thểvớisản
phẩm
axit hoặc
trungnhiên
hoà không
cáckhả
chất,
hấp
thụ
bằng
hoạt
tính,
sausảnđó
làm
Cao
su thiên
thiên
nhiên
có
năng
trộn
cácxuất
loạicác
chất
độn

và
dùng trong
y tế và trong
công nghiệp
thực
phẩm
[ 1 ]. đem đi kiểm tra các tính chất
khan
và thu
tinhhoặc
chế luyện
được
các chất
phốiđược
hợp dầu
trênsạch.
máy Dầu
luyệnđãkín
hở. Hợp phần trên cơ sở cao
15
17
16

Lớp CNVL Polyme K45


Hạt và các phần của hạt

Vỏ hạt

Lipit

Protein

Xenlulozơ

Tazơ

Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp
0,6
7,0
21,0

3,8

780 kg/m3Thành
. Thành
hóa của
họcdầucủa
hạt đậu tương được trình bày trên bảng
phầnphần
chủ yếu
là triglyxrit.
dưới đây.
BảngRCOO
7: Thành
phần
hoá học chủ yếu của hạt đậu tương (tính theo % hạt khô)
- CH
2

1

R’COO - CH

R”COO-CH2

Trong
R, R\phần
R” làprotein
những gốc
có thểcónonhiều
hoặc không
no không
Trong đó
thành
của của
hạtaxit
đậubéo
tương
axit amin
thay thế. Hystidin (1,67 - 2,8%), Acgnimin (5,0 - 6,48%), Lizin (42 Ngoài ra dầu còn có chứa nhiều những tạp chất như: phôtpholipit, sáp
46,9%),hydrocacbon
tryptophan [5].
(2,2 - 3,26%), Glyxerin (11,2 -ỉ- 13,2%), Aspuraginic (10,1
steron,
- 12,5%).
1.2.2.

Dầu đậu nành

Lipit của tử điệp, phôi và vỏ hạt rất khác nhau về thành phần và tính
hay còn
đượctương
gọi làvớidầu
đậuđích
tương.
Cây có
đậuchất
tương
có cao
tên
chất. VìDầu
vậyđậu
khinành
chế biến
hạt đậu
mục
lấy dầu
lượng
thì không
chỉhyspida,
tách vỏnóhạt
mà loại
cònhọtách
phôi
từmột
phôivụ.có nhiều
khoa
học là:những
Glycine

thuộc
đậu,cảthân
cỏ, vì
mộtdầu
năm
cấu tử không phải glyxerit dễ bị thuỷ phân và bị oxy hoá khi bảo quản.
Đậu tương là loại cây có đạm, có dầu. Protein của hạt đậu có hoạt tính
sinh học
caobéo
và chủ
có thể
khi dầu
thiếuđậu
protein
vật. Vì(51
vậy-ỉ-hạt57%),
đậu tương
Axit
yếuhỗcótrợ
trong
tươngđộng
là Linolic
Oleic
được dùng để sản xuất dầu thực phẩm và chế phẩm protein.
(23 - 29%), Linolenic (3 - 6%), Panmatic (2,5 - 6%), Stearic (4,5 -ỉ- 5%).
Cây
đậu
tới 600
giống
nhau, trong số đó đáng lưu ý là

Những
chỉtương
số hoácó
lý chủ
yếu của
dầukhác
đâu tương.
giống glycine hyspida.
Tỷ
trọng

ở

15°c

0,922

-

0,934

g/cm3

1,374-1,478
Chỉ
số
triết
quang
Cây đậu tương được loài người phát hiện ra từ khoảng 7000 năm trước
-15 - -18

Nhiệt độ nóng chảy °c
công nguyên. Theo tài liệu Trung Quốc, nguồn gốc đậu tương là ở Đông Á
Độ nhớt động học ở 20°c
6
(Trung Quốc, Nhật Bản...). Bởi vì ở những
nước
có rất
nhiều
giống đậu
- này72.10'
m2/sec
Chỉ
số
xà
phòng 59
mọc dại, từ đóChỉ
được
ở châu
đậu tương
được
195Á, mg
KOH/lOOg
số tuyển
iot chọn, gây trồng. Ngoài18918
19

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

Dầu đậu tương chủ yếu dùng vào mục đích thực phẩm và các loại thức
ăn khác. Dầu đậu tương đã tinh luyện dùng làm nguyên liệu để sản xuất
macgarin. Từ dầu đậu nành tách ra được Lexitin dùng trong dược liệu trong
sản xuất bánh kẹo. Dầu đậu nành còn dùng sản xuất sơn, vecni, xà phòng, chất
hoạt động bề mặt.
Nếu đem dầu đậu nành cho tác dụng với HNO3 sẽ thu được keo, sau khi
xử lý keo này bằng kiềm và đun lên 150°c thì sẽ có chất dẻo giống cao su [5].
1.3. Những biện pháp và khả năng biến tính cao su thiên nhiên
Như phần trên đã trình bầy, bên cạnh những ưu điểm, CSTN còn có
những nhược điểm như kém bền nhiệt, kém bền môi trường, bị ozon hoá,...
Chính vì vậy lĩnh vực ứng dụng còn rất hạn chế. Do đó đế có thể mở rộng
phạm vi ứng dụng cho CSTN người ta cần phải có những biện pháp biến tính
để nâng cao tính năng cơ lý kỹ thuật, mở rộng phạm vi ứng dụng cho vật liệu
này như:
- Phương pháp hoá học
- Phương pháp hoá lý và vật lý
1.3.1.

Biến tính bằng các biện pháp hoá học

Người ta đã tiến hành biến tính hoá học cao su thiên nhiên theo theo
nhiều hướng khác nhau như:
- Hoá vòng cao su thiên nhiên để làm vật liệu cảm quang, sơn, keo,...
- Epoxy hoá cao su thiên nhiên để tạo ra vật liệu làm sơn, keo đặc biệt
keo dán cao su và kim loại.
- Cắt mạch CSTN rồi cho phản ứng với các hợp chất diisocyanat tạo vật
liệu polyuretan có đoạn mạch cao su làm sơn, keo dán,...

20

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

1.3.2.

Biến tính bằng các phưong pháp vật lý

Đối với hợp phần cao su, khi đưa một số chất độn vào hợp phần CSTN
độ bền kéo dãn và một vài tính chất cơ lý cao su lưu hoá ở trạng thái đàn hồi
cao thay đổi một cách đáng kể. Tác dụng tăng cường của chất độn phụ thuộc
vào bản chất hoá học của bản thân nó và polyme, vào đặc trưng tương tác lẫn
nhau giữa vật liệu polyme với chất độn. Mặt khác, mức độ tăng cường lực cho
cao su còn phụ thuộc vào hàm lượng chất độn có trong thành phần, kích thước
và hình dáng hình học của chất độn, đặc trưng hoá học của bề mặt chất độn và
nhiều yếu tố khác. Khi tăng hàm lượng chất độn hoạt tĩnh trong hợp phần cao
su đến hàm lượng giới hạn nào đó các tính chất cơ học vật liệu tăng lên. Để
tăng cường tính chất cơ lý của họp phần cao su có thể sử dụng chất độn với
kích thước hạt từ 5 pm đến 100 pm. Mức độ tăng cường lực cho cao su bằng
các chất độn hoạt tính còn phụ thuộc vào tương tác giữa các phân tử cao su với
bề mặt chất độn. Chất độn có độ phân cực lớn sẽ tác dụng rất lớn và có liên kết
bền vững với các mạch polyme có độ phân cực tương ứng. Ngược lại, các chất
độn không phân cực thì tác dụng rất yếu đối với các mạch cao su phân cực.
*Chất độn vô cơ hoạt tính

Các chất độn vô cơ sử dụng nhiều trong công nghệ gia công cao su là:

bột nhẹ, cao lanh, đioxit silic,________Trong các chất độn vô cơ này thì đioxit silic
là chất độn tăng cường hiệu quả nhất.

Cũng như các chất độn tăng cường khác, mức độ phân tán là đặc trưng
qua trọng nhất mà đặc trưng này có thể đánh giá tác dụng tăng cường lực của
đioxit silic. Đioxit silic còn được sử dụng làm chất độn tăng cường cho các loại
hợp phần cao su tổng hợp khác. Đối với các loại cao su không liên kết hoặc
cao su có cấu trúc vô dịnh hình thì dioxit silic có tác dụng tăng cường tính chất
cơ lý như các loại than hoạt tính. Đioxit silic có chứa nhiều nhóm phân cực

21

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

trên bề mặt vì thế có khả năng hấp phụ hầu hết các chất phối hợp khác đặc biệt
là các chất lưu hoá và xúc tiến lưu hoá cho cao su.
* Các chất độn hữu cơ hoạt tính
Các chất độn hữu cơ hoạt tính hay chất độn hữu cơ tăng cường là các
chất hữu cơ với kích thước hạt nhỏ khi đưa nó vào thành phần của họp phần
cao su các tính chất cơ lý của nó tốt hơn. Trong số các chất độn hữu cơ tăng
cường lực được sử dụng rộng rãi nhất là phenol íomandehit, amino
fomandehit, các loại nhựa có nguồn gốc từ động vật sống,...
* Than hoạt tính
Than hoạt tính là chất độn tăng cường chủ yếu được dùng trong công
nghiệp gia công cao su. Sự có mặt của than hoạt tính trong họp phần cao su với
hàm lượng cần thiết làm tăng các tinh chất cơ lý của cao su như giới hạn bền
kéo đứt, bền xé rách, khả năng chống mài mòn, độ cứng của vật liệu, modun
đàn hồi của vật liệu. Sự có mặt các nhóm phân cực trên bề mặt than hoạt tính
là yếu tố quan trọng quyết định khả năng tác dụng hoá học, lý học cuả than
hoạt tính với các nhóm phân cực, các liên kết đôi có trong mạch đại phân tử.

Dựa vào các thành phần nguyên tố hoá học của than hoạt tính có thể chọn loại
than hoạt tính thích hợp cho từng loại cao su để đạt được lực tác dụng giữa
than và mạch cao su lớn nhất. Tuy có sự phân loại đa dạng nhưng chúng đều
có các đặc trưng quan trọng chúng quyết định đến khả năng tăng cường lực
cho polyme nói chung và cao su nói riêng đó là: độ phân tán của than, cấu
trúc và khối lượng riêng của nó.
Nghiên cứu quá trình tăng cường lực polyme bằng các chất độn hoạt
tính như: than hoạt tĩnh và silic đioxit, G. Kraus, G.Rener,... đã đi đến kết
luận: giữa polyme và than hoạt tính có nhiều loại tác dụng - lực Vandec waals,
lực liên kết hydro và trong nhiều trường họp giữa polyme và than hoạt tính

22

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp
xuất hiện những liên kết hoá học đảm bảo cho hợp phần cao su và than hoạt
tính có độ bền cơ học cao. Sự có mặt những ái lực giữa hai loại vật liệu này giữ
vai trò quan trọng trong quá trình tăng cường lực. Hiệu quả tăng cường lực cao
su bằng than hoạt tĩnh có thể xác định bằng cách xác định và biện luận tĩnh
chất cơ lý của mẫu vật liệu cao su - độn.
Trong hướng nghiên cứu này, các nhà khoa học trong nước và nước
ngoài đều quan tâm. Hướng nghiên cứu này trước đây đã có nhiều công trình
sản xuất đề cập đến nhưng trong thời gian gần đây ít được quan tâm. Đáng chú
ý là để nâng cao tính năng cơ lý cho CSTN tác giả Đỗ Ọuang Kháng và Lương
Như Hải [6] đã phối hợp giữa các loại chất độn hoạt tính với nhau, sản phẩm
thu được có tĩnh năng tốt đáp ứng được một số tiêu chuẩn cho sản phẩm cao su
kỹ thuật dùng trong các ngành thuỷ lợi và hàng hải,...
1.3.3.

Biến tính cao su thiên nhiên bằng nhựa nhiệt dẻo và cao su tổng

họp
khác
Trong khoa học vật liệu, việc nghiên cứu ứng dụng của vật liệu tổ hợp
polyme đóng vai trò quan trọng. Trong khoa học vật liệu hiện nay vật liệu
polyme được chế tạo theo 3 hướng [7]:
•

Hướng thứ nhất: trùng hợp các loại monome;

•

Hướng thứ hai: tổng họp các copolyme khối, copolyme ghép và
copolyme thống kê từ các monome thông dụng hiện nay;

•

Hướng thứ ba: trộn hợp các polyme sẵn có ở trạng thái nóng chảy,
dung dịch, để tạo ra những loại vật liệu tổ hợp có những tính chất đặc
biệt, khác hẳn tính chất các polyme riêng rẽ ban đầu, đáp ứng được
yêu cầu cuộc sống và kỹ thuật.

Trong ba hướng trên, hướng thứ ba được đặc biệt quan tâm nghiên cứu
và phát triển vì đó là phương pháp đơn giản nhất, nhanh nhất và kinh tế nhất

23

Lớp CNVL Polyme K45

Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

tạo ra những vật liệu mới, đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của đời sống
và kỹ thuật. Theo các chuyên gia trong lĩnh vực hoá học cao phân tử, đây là
hướng chủ đạo của hoá học các hợp chất cao phân tử trong những năm cuối thế
kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 vì nó có những ưu điểm sau [8]:
- Lấp được khoảng trống về tính chất công nghệ cũng như kinh tế giữa
các loại nhựa nhiệt dẻo. Người ta có thể tối ưu hoá về mặt giá thành và tính
chất của vật liệu sử dụng.
- Tạo khả năng phối hợp các tính chất mà các loại vật liệu khó hoặc
không thể đạt được, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật cao trong lĩnh vực khoa
học và kinh tế.
- Quá trình nghiên cúu, chế tạo một sản phẩm mới trên cơ sở vật liệu tổ
hợp polyme nhanh hơn nhiều so với các sản phẩm từ vật liệu mới khác vì nó
được chế tạo trên cơ sở vật liệu và công nghệ có sẵn.
- Những kiến thức rộng rãi về cấu trúc, sự tương hợp phát triển nhanh
trong những năm gần đây tạo cơ sở cho sự phát triển của loại vật liệu này.
Theo hướng nghiên cứu này, đã có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo
và ứng dụng vật liệu cao su blend.
Nhóm các nhà khoa học Đào Thế Minh, Trần Thanh Sơn cùng các đồng
sự [9] đã nghiên cứu biến tính cao su thiên nhiên bằng polypropylen. Kết quả
tạo ra vật liệu có tính chất quý báu như: đàn hồi, bền va đập, chịu mài mòn. Đỗ
Quang Kháng, Ngô Kế Thế [10] nghiên cứu biến tính cao su thiên nhiên bằng
cao su stiren-butadien tạo ra vật liệu tổ họp trên cơ sở CSTN có độ bền mài
mòn và bền môi trường cao, đáp ứng những yêu cầu chế tạo một số sản phẩm
cao su kỹ thuật. Nguyễn Quang, Phạm Thuý Hồng, Trịnh Văn Thành [11] có
24

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

đặc biệt và phạm vi ứng dụng rộng rãi. Đỗ Trường Thiện, Đặng Văn Luyến,
Đỗ Quang Kháng [12] đã nghiên cứu tăng độ cứng CSTN bằng nhựa cacdanolphenol-íomandehyt, tạo ra sản phẩm có độ cứng cao, sử dụng làm quả lô trong
công nghiệp giấy, xay sát. Ưu điểm của nó so với việc tăng độ cứng cao su
bằng cách tăng hàm lượng lưu huỳnh lưu hoá ở chỗ là: khi tăng lượng lưu
huỳnh lưu hoá mật độ khâu mạch tăng, dẫn đến toả nhiệt lớn khó kiểm soát
quá trình lưu hoá đồng thời các sản phẩm có độ đàn hồi thấp, dễ rạn võ. Trong
khi biến tĩnh CSTN bằng nhựa trên đã khắc phục được các nhược điểm trên.
Đỗ Quang Kháng cùng các đồng sự [13] đã nghiên cứu chế tạo tổ hợp cao su
thiên nhiên với nhựa polyetylen tỷ trọng thấp. Sản phẩm nhận được làm nhựa
nền để sản xuất compozit làm đệm chống va đập cho tầu biển. Nguyễn Phi
Trung cùng các đồng sự [14] nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp từ CSTN với
polyvinyl clorua và cao su nitril-butadien, sản phẩm nhận được làm nhựa nền
để sản xuất compozit. Nguyễn Quang [15] nghiên cứu tĩnh chất của vật liệu tổ
hợp từ hỗn hợp cao su ERN-50 với cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp,
nhằm hạ giá thành sản phẩm và có thể biến đổi tính chất của vật liệu phù hợp
với từng ứng dụng cụ thể. Đỗ Trường Thiện cùng các đồng sự [16] nghiên cứu
chế tạo tổ hợp CSTN và Nhựa cardanol, sản phẩm thu được sản xuất compozit
làm các lô dệt. S.H.Botros [19] đã nghiên cứu và chế tạo vật liệu tổ họp từ
CSTN và cao su etylen propylen đồng trùng họp - anhydryt maleic (EPDMAM) bằng cách cho EPDM tương tác với anhydryt maleic có benzoin peroxit
làm chất khởi đầu. Sản phẩm thu được có tính chất thay đổi khi tỷ lệ
(NR/EPDM) thay đổi. Khi NR/EPDM là 25/75 cho sản phẩm chịu lão hoá
nhiệt rất tốt đồng thời cho độ bền kéo và độ giãn dài rất lớn. Khi NR/EPDM là
50/50 thì khả năng chịu tia tử ngoại của vật liệu là rất tốt. Ismail và
Suryadiasyah [20] đã nghiên cứu và chế tạo ra vật liệu tổ hợp trên cơ sỏ’ pp,
CSTN (NR),và RRP (bột cao su phế thải). Vật liệu thu được có độ bền kéo và

modul đàn hồi cao và tính chất cơ lý tăng khi tăng hàm lượng RRP.
25

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

1.4. Biến tính cao su thiên nhiên trên cơ sở dầu thực vật

1.4.1.

Khả năng dùng dầu thực vật biến tính CSTN

Dầu thực vật chứa chủ yếu là glyxrit của các axit no hoặc không no
mạch dài. Do đó, trong qua trình tương tác với các hợp chất khác thì các nhóm
-COO- và các nối đôi ở cuối mạch của gốc axit sẽ tham gia các phản ứng như:
thuỷ phân, este hoá, cộng halogen, phản ứng cộng lưu huỳnh. Đi đầu trong
việc nghiên cứu sử dụng dầu trẩu để biến tính CSTN là các nhà khoa học Nhật
Bản: Tomokuni Harutaka và các cộng sự [21] nghiên cứu biến tính cao su với
dầu trẩu để làm mặt lốp xe, tăng hệ số ma sát của mặt lốp.
Uchio và các cộng sự [22] đã nghiên cứu sử dụng dầu trẩu có độ ẩm bình
thường ở dạng lỏng chiếm 80% axit eleostearic vào hợp phần cao su của lốp
xe. Hàm lượng phối trộn là 1 -í- 30 PKL dầu trẩu so với 100 PKL của cao su.
Kết quả cho thấy với hàm lượng này dầu trẩu được xem như là chất hoá dẻo
giúp cho tĩnh gia công được cải thiện đáng kể, đồng thời làm tăng tĩnh năng
bền kéo và sự phát nhiệt sẽ không tăng. Sản phẩm của hợp phần trên là xăm
lốp ôtô có độ bền rất cao. Trong nghiên cứu khả năng biến tính CSTN với dầu
thực vật các nhà khoa học: Nguyễn Văn Khôi, Đỗ Quang Kháng, Lương Như
Hải, Trần Thị Bính [17] đã sử dụng dầu trẩu như một phụ gia quá trình. Kết

quả cho thấy độ cứng của sản phẩm khi sử dụng dầu trẩu giảm so với khi
không dùng dầu trẩu, độ bền kéo đứt tăng và đạt giá trị cực đại (2821 N/cm 2),
độ dãn dài cũng tăng lên và đạt giá trị cực đại (688%) với hàm lượng dầu trẩu
là 10%. Mặt khác, độ mài mòn, độ cứng của vật liệu, độ trương của sản phẩm
trong dung môi nhỏ hơn khi không sử dụng dầu trẩu. Như vậy, hàm lượng của
dầu trẩu sử dụng là 10% thì cho sản phẩm có nhiều tính chất tốt nhất. Từ đó có
thể kết luận rằng: ngoài việc sử dụng các dầu thực vật khác để làm “chất phụ
gia quá trình” cho CSTN còn có thể làm tăng tính chất cơ lý của sản phẩm nếu
sử dụng một tỷ lệ thích hợp.

26

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

1.4.2.

Khả năng biến tính cao su thiên nhiên bằng dầu đậu nành

Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu biến tính CSTN bằng dầu trẩu, có
thể thấy rằng dầu đậu nành cũng có khả năng sử dụng để biến tính CSTN vì
những lý do sau:
- Dầu đậu nành có khối lượng phân tử lớn chứa các nhóm phân cực và
các phần không phân cực là các gốc axit mạch dài chứa nhiều liên kết đôi. Do
đó nó đóng vai trò là chất hoạt động bề mặt làm cho khả năng khuếch tán các
phụ gia vào trong hợp phần cao su tốt hơn rất nhiều, làm cho chúng phân tán
đồng đều trong hợp phần.
- Trong vật liệu tổ hợp cao su với các polyme hay cao su khác thì dầu

đậu nành có thể đóng vai trò làm chất tương hợp cho các phần polyme đó.
Phần mạch dài của gốc axit sẽ đan xen vào phần cao su không phân cực (như
CSTN) và phần phân cực sẽ tương tác với các phần cao su (nhựa nhiệt dẻo)
phân cực. Đồng thời, chính các liên kết đôi trong các gốc axit sẽ tương tác với
các liên kết đôi trong cao su khi tiến hành lưu hoá cao su. Chính vì thế có thể
tính chất cơ lý của hợp phần cao su tăng lên đáng kể.
- Thành phần hoá học và các chỉ số đặc trưng (chỉ số axit, chỉ số iot, chỉ
số xà phòng) của dầu đậu nành và của dầu trẩu gần giống nhau. Chỉ số xà
phòng của dầu trẩu là 195 mg KOH/g của dầu đậu nành là 193 mg KOH/g, chí
số iot của dầu trẩu là 149 -ỉ- 170 g C/lOOg của dầu đậu nành là 120 -ỉ- 141 g
I2/100g. Chính vì thế mà khả năng làm thay đổi tính năng cơ lý của vật liệu
trên cơ sở CSTN của dầu đậu nành cũng có thể như dầu trẩu.

27

Lớp CNVL Polyme K45


Luận
- Hàm lượng
nitơvăn nghiên cứu tốt nghiệp

0,60

2.3.2. Cao su tổng họp và PE
II nành biến tính tới độ bền nhiệt của
- Nghiên cứu ảnh hưởng của PHẦN
dầu đậu

NỘI

DUNG,
VÀnhiệt
PHƯƠNG
PHÁP
vật liệuMỤC
được ĐÍCH,
thực hiện
bằng
phươngVẬT
pháp LIỆU
phân tích
trọng lượng
(TGA)
trên máy phân tích nhiệt TA50 của hãng Shimadzu (Nhật Bản).

NGHIÊN CỨU

Từ kết quả thu được, đánh giá khả năng sử dụng dầu đậu nành để biến
2.1. Mục đích
tính cải thiện tính năng cơ lý, kỹ thuật cho vật liệu CSTN và một số vật liệu
cao su blend.
Nhằm đánh giá khả năng dùng dầu đậu nành để nâng cao tính năng cơ
lý, kỹ thuật cho vật liệu cao su thiên nhiên và một số vật liệu polyme blend
trên 2.3.
cơ sở
CSTN.
Vật
liệu nghiên cứu
2.2. Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện các nội dung nghên cứu trên, chúng tôi chọn đon pha chế

cho vật liệu nghiên cứu gồm các thành phần cơ bản sau:
Để thực hiện các mục tiêu nghiên cứu, trên cơ sở điều kiện hiện có
2.3.1.
Caocác
su nội
thiên
nhiên
chúng
tôi thực hiện
dung
và phương pháp nghiên cứu sau:
-Cao
Chếsu tạo
mẫu
trênđược
cơ sở
bằngcrếp
dầuSVR
đậu -nành
với công
hàm
thiên
nhiên
sử CSTN
dụng ởbiến
đây tính
là dạng
3L của
lượng khác nhau.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng dầu đậu nành đến tính chất cơ lý

của vật liệu CSTN thông qua việc đo các tính chất cơ lý của vật liệu ở các hàm
lượng dầu đậu nành khác nhau. Từ các kết quả khảo sát tính chất cơ lý của các
mẫu vật liệu có hàm lượng dầu đậu nành khác nhau, chọn ra hàm lượng dầu đậu
nành thích hợp để biến tính CSTN và các blend CSTN/SBR, CSTN/NBR và
CSTN/LDPE.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của dầu đậu nành biến tính đến quá trình trộn
Cao su tổng hợp butadien-styren có ký hiệu NIPOL 1502 của Nhật Bản.
họp của vật liệu (thông qua biểu đồ quan hệ giữa momen quay, năng lượng
+ Cao su butadiene-nitril (NBR)
trộn với thời gian trộn). Nghiên cứu cứu này được thực hiện trên máy trộn kín
Haake (CHLB Đức).
Cao su tổng hợp NBR có ký hiệu KOSYN - KNB 35L của Hàn Quốc.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của dầu đậu nành biến tính đến cấu trúc hình

28
29

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp
2.3.3.

Dầu đậu nành và dầu trẩu

Dầu đậu nành sử dụng được chiết tách từ hạt đậu tươns có sẵn trên thị
trường. Dầu trẩu sử dụng được chiết tách từ hạt cây trẩu của Cao Bằng tại
phòng thí nghiệm vật liệu polyme (Viện Hóa học).
2.3.4.

Các phụ gia khác

- Xúc tiến DM (Dibenzothiazyl disuíide): ORICEL - DM (G) hãng
PT.ORINDO FINE CHEMICAL - Indonesia.
- Xúc tiến D (N,N’ - Diíenylguanidin): ORICEL - M(G) hãng PT.
ORINDO FINE CHEMICAL - Indonesia.
- Axít stearic: Loại có ký hiệu Type 401 do hãna PT.ORINDO FINE
CHEMICAL - Indonesia.
- Ôxit kẽm (ZnO): Zincollied G/l 183 của Indonesia sản xuất.
- Lưu huỳnh dạne bột hàm lượng 99,9% do hãng SAE KWANG
CHEMICAL IND. Co,. Ltd Hàn Quốc sản xuất.
- Than đen: sử dụng là loại LUCARB HAF (N 330) do Hàn Quốc sản
xuất.
- Phòng lão D (fenyl p nafthylamin): sử dụng là loại do Trung Quốc sản
xuất.
2.4.Phương pháp nghiên cứu
2.4.1.

Thành phần cơ bản của vật liệu

Trên cơ sở đơn pha chế cơ bản từ CSTN và các phụ gia, chúng tôi cố định
các thành phần khác, chỉ thay đổi hàm lượng dầu đậu nành để khảo sát và sử
dụng thành phần của mẫu nghiên cứu cơ bản gồm:
30

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

Xúc tiến D
Xúc tiến DM
Phòng lão D
Axit stearic
Hàm lượng dầu đậu nành cho vào thay đổi từ 1 - 15%.
+ Đối với vật liệu blend của CSTN với cao su tổng hợp thì trộn theo
thành phần CSTN/cao su tổng hợp với tỷ lệ 80/20 (CSTN/SBR; CSTN/NBR;
CSTN/LDPE), sau đó trộn với các hợp phần phụ gia như trên. Riêng đối với
blend CSTN/LDPE được trộn trong máy trộn kín, sau đó trộn với các phụ gia
trên máy cán.
2.4.2.

Chế tạo mẫu nghiên cứu

Mẫu nghiên cứu chế tạo theo hai bước:
+ Cán cắt mạch CSTN rồi trộn hợp với cao su tổng hợp trên máy cán hai
trục ho của hãng TOYOSEIKY (Nhật Bản), tiếp đó trộn với các phụ gia.
+ Cán xuất tấm cao su và đưa vào khuôn ép lưu hoá trên máy ép thuỷ lực
của hãng TOYOSEIKY với các điều kiện:
145±5°c
-

Nhiệt
độ ép:

300 kg/cm2 (chỉ số đồng hồ, tương ứng
8 kg/cm2 trên mẫu ép)

- Thời gian lưu hoá:
Sản phẩm thu được ở dạng tấm dầy 2mm và được cắt theo các tiêu chuẩn

hiện hành.
2.4.3.

Nghiên cứu quá trình trộn vật liệu trên máy trộn kín

Nghiên cứu quá trình trộn hợp của vật liệu được thực hiện trên máy trộn
kín Haake. Quá trình trộn hợp của vật liệu được khảo sát thông qua biểu đồ
31

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

biến thiên momen quay, năng lượng và nhiệt độ theo thời gian với các thông số
như sau:
Nhiệt
Tốc
Thời
Hệ số điền đầy

90°c

độ

bắt

độ

đầu

trục
vòng/phút
gian

30
7

trộn
quay
trộn

phút

0,7
2.4.4.

Đo các tính chất cơ lý của vật liệu

Đo các tĩnh chất cơ lý của vật liệu theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt
Nam như sau:
- Độ bền kéo đứt (MPa):
- Độ giãn dài tương đối khi đứt (%):

[TCVN
4509-88]
[TCVN 4509-88]
[TCVN 1595-88]
[TCVN 5363-88]

Đo độ bền kéo đứt được thực hiện trên máy có ký hiệu YG - 622 số máy
01 sản xuất tại Đài Loan năm 1998. Đo độ cứng trên máy đo ký hiệu JIS
K6301A TECLOCK. GS 706N. Máy đo độ mài mòn ký hiệu YG - 634 sản
xuất tại Đài Loan năm 1998 (tại Công ty Giầy Thuỵ Khuê).
2.4.5.
SEM

Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét

Để nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu, chúng tôi dùng kính hiển
vi điện tử quét JSM 5300 của Nhật Bản: mẫu vật liệu được cắt bằng dụng cụ
chuyên dụng LEICA (có ký hiệu RM 2125 RT) ở nhiệt độ thường. Mẫu được
cắt với kích thước thích họp, gắn lên giá đỡ, bề mặt cắt của mẫu được đem phủ
một lóp bạc mỏng bằng phương pháp bốc bay trong chân không trong máy
AGAR AUTO SPUTTER COATER để tăng độ tương phản. Mẫu tạo được cho
vào buồng đo của kính hiển vi điện tử quét để chụp ảnh bề mặt cắt.
Phân tích này được tiến hành tại phòng Nghiên cứu vi cấu trúc thuộc
Viện Kỹ thuật Nhiệt đới - Viện KH&CN Việt Nam.

32

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

2.4.6.

Nghiên cứu khả năng Ổn định nhiệt của vật liệu trên máy phân

tích
nhiệt trọng lượng (TGA)
Nguyên lý của phương pháp này như sau: khi tăng nhiệt độ dần lên sẽ có
các quá trình vật lý và hóa học xẩy ra như bay hơi nước và các chất thấp phân
tử làm khối lượng của vật liệu giảm dần. Sau đó đến một nhiệt độ nào đấy có
các quá trình hoá học (như phản ứng oxy hoá, cắt mạch, phân huỷ,...) xảy ra
làm khối lượng vật liệu thay đổi.
Căn cứ vào biểu đồ ghi được về mức độ và tốc độ tổn hao trọng lượng có
thể biết được quá trình phân huỷ nhiệt của vật liệu.
Bằng phương pháp phân tích này, có thẻ đánh giá khả năng ổn định
nhiệt, cũng như đánh giá một sự tương tác pha polyme/polyme trong tổ hợp vật
liệu. Phép phân tích được thực hiện trên máy TGA - TA50 của hãng
SHIMADZƯ (Nhật Bản) tại phòng phân tích nhiệt thuộc Viện Hóa học - Viện
KH &CN Việt Nam.
Các thông số của quá trình phân tích nhiệt trọng
lượng TGA được chọn
10°c/phút
-

Tốc độ nâng nhiệt

-

Khoảng nhiệt độ nghiên
cứu

33

nhiệt độ phòng đến 600°c
không khí.

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp
PHẦN III

KÊT QUA VẢ THAO LUẶN

3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng dầu đậu nành biến tính đến tính chất cơ lý
của vật liệu cao su thiên nhiên
Tính chất của vật liệu polyme nói chung và của CSTN nói riêng không
chỉ phụ thuộc vào các yếu tố như bản chất vật liệu, phụ gia sử dụng, điều kiện
phối trộn và công nghệ gia công mà còn phụ thuộc vào hàm lượng phụ gia sử
dụng. Trong phần nghiên cứu này, chúng tôi cố định các yếu tố về bản chất vật
liệu, thành phần các phụ gia khác cũng như chế độ gia công mà chỉ thay đổi
hàm lượng dầu đậu nành biến tính.
Trên các hình từ 2 -ỉ- 6 mô tả tính sự thay đổi chất cơ lý của vật liệu
CSTN khi thay hàm lượng dầu đậu nành thay đổi từ 0% -ỉ- 15%.

I 3 0 - - ------r 25 ^

20 -

I 15e 10 '«D

ọ-

* 5- 5 0

5

10

15

20

Hàm lượng dầu đậu nành [%]

Hình 2: Ánh hưởng của hàm lượng dầu đậu nành biến tính
tới độ bền kéo đứt của vật liệu CSTN

34

Lớp CNVL Polyme K45


Luận văn nghiên cứu tốt nghiệp

Hình 3: Ánh hưởng của hàm lượng dầu đậu nành biến tính
tới độ dãn dài tương đối khi đứt của vật liệu CSTN

Hình 4: Ánh hưởng của hàm lượng dầu đậu nành biến tính
tới độ dãn dài dư của vật liệu CSTN

35

Lớp CNVL Polyme K45