Công nghệ cao su-chương 1 CS thiên nhiên

Môn học:

12/ 2006

CÔNG NGHỆ CAO SU

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC


+ Rubber research institute of Malaysia, Latex
production& introduction to latex product manufacture

concentrate

+ S.F.CHEN, Latex and Rubber analysis, Document RRIM (1979)

+ M.DUHEM, Latex centrifuge- Analyse : Type et signification,
Protocole, Revue Institut de recherches sur le caoutchouc en Afrique
(1975).

+ Z.FLORJANCZYK, S.PENCZECK, S.SLONKIWSKI, Polymerization
processes and polymer materials I, II, Edi. Whiley-VCH (2003).

+ R.AUDINOS et P. ISOARD, Polymer Lactic 1,2,3, Edi. Lavoisier,
(1994).

+ P.COMPAGNON, Natural rubber, Edi.G-P. Maisonneuve et Lavoisier
(1986).

+ Ks. Nguyễn Hữu Trí, Công nghệ Cao su thiên nhiên, 2004

Tài liệu học tập- TLTK:

Nội dung:
- Lý thuyết (30t)
- Thực hành (15t)
- Tham quan thực tế tại nhà máy chế biến

NỘI DUNG, TÀI LIỆU HỌC TẬP, TLTK


Công nghệ

Phần 2:

Nguyên liệu

Phần 1:

Phần
1:
1:
2:
3:
4:

- Chương 1: Cán luyện
+ Bài 1: Sơ luyện
+ Bài 2: Hỗn luyện
- Chương 2: Tạo hình

+ Bài 1: Cán tráng
+ Bài 2: Ép xuất
+ Bài 3: Ép khuôn
+ Bài 4: Tạo hình từ latex: nhúng, ñổ khuôn, ép xuất
- Chương 3: Sự lưu hóa
+ Bài 1: Cơ chế
+ Bài 2: Phương pháp
- Chương 4: PP kiểm nghiệm tính chất lý- hóa của CS

CS thiên nhiên
ðại cương
Mủ CSTN (latex)
Sơ chế CSTN
CSTN: Thành phần hóa học, cấu trúc,
tính chất lý- hóa
- Chương 2: CS tổng hợp
+ Bài 1: Phân loại
+ Bài 2: Tính năng
+ Bài 3: Ứng dụng
- Chương 3: CS bột và CS tái sinh

- Chương
+ Bài
+ Bài
+ Bài
+ Bài

Nội dung

NỘI DUNG LÝ THUYẾT

6t

5t

6t

TL


Xử lý MT

Phần 5:

Ứng dụng

Phần 4:

Chất phụ gia

Phần 3:

Phần
Chương
Chương
Chưởng
Chương
Chương
Chương

1:
2:
3:
3:
4:
5:

Chất
Chất
Chất
Chất
Chất
Chất

lưu hóa
xúc tiến & chất tăng hoạt
trợ xúc tiến
phòng lão
ñộn
tạo xốp và một số chất khác

- Chương 1: Sự ô nhiễm môi trường trong công
nghiệp CS & hiện trạng
- Chương 2: Các phương pháp xử lý
+ Bài 1: PP sinh học
+ Bài 2: PP hóa lý

- Chương 1: Xây dựng ñơn pha chế
- Chương 2: Ứng dụng thực tế
+ Bài 1: Lốp xe

+ Bài 2: Găng tay

-

Nội dung

NỘI DUNG LÝ THUYẾT

4t

3t

6t

TL


Cao su nhân tạo: Izoprene
phản ứng trùng phân
(polymer hoá)
CS nhân tạo: Butadien, Butyl, Butadienstyren, Silicon….

Cao su thiên nhiên: Hợp chất cao phân tử (polymer) ñược
khai thác từ cây Hevea Brasiliensis. Monome là izoprene (C5H8)
polyizoprene (C5H8 –[C5H8] - C5H8)

Cao su: Vật chất polymer có khả năng ñàn hồi

ðỊNH NGHĨA

CHƯƠNG 1: CAO SU THIÊN NHIÊN


0

40000

80000

120000

160000

200000

240000

1930

1940

1950

1955

1960

1963

1966

1971

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

Hình 1: Diện tích trồng CS ở VN trước và sau 1975 (Nguồn trường NVKT CS, 2000)

1920

Di ện t ích (ha)

1. Nguồn gốc và sự phát triển

KHÁI QUÁT VỀ CÂY CAO SU

Năm


0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

1920

1940

1950

1955

1960

1963

1966

1971

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

Hình 2: Sản lượng CSTN ở VN trước và sau 1975 (Nguồn trường NVKT CS, 2000)

1930

Sản l ượng ( T ấn)

KHÁI QUÁT VỀ CÂY CAO SU

Năm

1994


8%

5%

5.80%

5.90%

68%

Y khoa (công cụ y tế, ống truyền…)
Cao su xốp (nệm, gối…)
Keo nhựa, hồ dán…

6
7
8

Vải CS, vỏ bọc dây ñiện, chống mòn

5

Giày dép

3

Sp công nghệ xe hơi và sp kỹ thuật

Sản phẩm latex

2
4

Lốp và xăm xe

1

Hình 3: Phân phối mức tiêu thụ CSTN theo công dụng (Nguồn trường NVKT CS, 2000)

2%

2.10%

3.20%

2. Thị trường & Giá trị kinh tế CSTN

KHÁI QUÁT VỀ CÂY CAO SU


- Tách rạch 1 vỏ bao bọc mỏng từ 1- 1.5mm

15-20 cm/năm

- Từ chiều cao 1- 1,5m cách mặt ñất, thực hiện rạch cạo 1 ñường từ
trái sang phải với ñộ dốc 300 ñối với ñường nằm ngang

- 50% số cây ñạt tiêu chuẩn (~ 200-250 cây/ha)

- Vòng thân > 45 cm (ño ở ñộ cao 1m)

ðiều kiện và cách cạo:

75- 90 lần/ năm

- Cạo 2 bán vòng: xoắn ốc 2 nửa chu vi thân cây, 4 ngày/ lần

75- 90 lần/ năm. AD cho cây trưởng thành

- Cạo nguyên vòng (Socfin): xoắn ốc nguyên chu vi, 3-4 ngày/ lần

150- 160 lần/ năm. AD cho cây CS trẻ

- Cạo nửa vòng: xoắn ốc nửa chu vi thân cây, 1-2 ngày/ lần

Phương pháp cạo:

3. Khai thác CSTN

KHÁI QUÁT VỀ CÂY CAO SU

3. Khai thác CSTN

- NH3

- Xô nhôm 20-50l

- Giỏ chứa CS thứ phẩm

- Dao cạo mủ

- Máng sắt: ñặt cuối ñường rạch
ñể dẫn latex vào chén

- Vòng sắt: giữ giá nâng

- Giá sắt: nâng giữ chén hứng

- Chén ñất/ thủy tinh dày, bền,
dễ lao chùi: hứng latex

KHÁI QUÁT VỀ CÂY CAO SU


- CuSO4.5H2O

acid 2- chloroethylphosphoric (ENTREN)

- Muối của acid 2,4-D (2,4-dichlorophenoxy),

- Dùng một số loại dầu thảo mộc

Kích sản mủ:

- Sự cố sinh lý: ñường rạch cạo bị khô héo, vỏ cây hóa nâu, có sự
biến dạng ở vùng cạo: do chế ñộ dinh dưỡng của cây
giảm cường
ñộ cạo hoặc ngưng cạo

- Sự ñông ñặc: tùy ñộ tuổi, giống cây, thời tiết, ñiều kiện- kỹ thuật
cạo

Sự cố khi cạo mủ:

3. Khai thác CSTN

KHÁI QUÁT VỀ CÂY CAO SU


52 – 60
37 - 54
2 – 2,7
1,6 – 3,6
1,5 – 4,2
1,5- 2,0
0,3- 0,7

Cao su (C5H8)n
Protid
Glycerin
Glucid

Lipid
K, Mg, P, Ca, Cu, Fe, Mn,.…

Tỷ lệ (%)

Nước

Thành phần

Phần lỏng (serum): nước, một số chất hoà tan (protein và
phospholipid…). Thay ñổi tuỳ giống, mùa cạo, ñộ tuổi…..
Phần rắn: gồm mủ cao su, và các hoá chất không tan tạo thành
thể huyền phù lơ lửng trong serum.
Thay ñổi tuỳ theo giống, ñiều kiện dinh dưỡng, sinh trưởng, thời
tiết, kỹ thuật cạo mủ…..

Latex: phần tử cao su ở trạng thái phân tán nằm lơ lửng trong
dung dịch chứa nhiều chất vô cơ và hữu cơ.

Thành phần:

MỦ (LATEX) CSTN


KK

Lutoids

Serum trong suốt

Phần tử Frey Wyssling

Phần tử CS

Ngoài ra còn có các phần tử Frey-Wyssling (lypid, to hơn phân tử
cao su, hình cầu, màu vàng), lutoids (nước, muối, proteine và
phospholipid), keo vàng/ latex nguyên chất ban ñầu)

Hạt phân tử CS (hàm lượng cao su khô %DRC : 18% 53%), DRC
thay ñổi tùy theo giống, tuổi cây, theo mùa. ðường kính hạt cao su
không ñồng ñều, 90% < 0.5µm, chuyển ñộng brown, hình cầu, lê…

Sérum (nước, protein, phospholipid…), 8-10% TSC,

MỦ (LATEX) CSTN


Sức căng bề mặt: 38- 40 dynes/cm2 (30-40% DRC)

(H20: 73 dynes/cm2)

ðộ dính: cao, phụ thuộc mặt tiếp xúc nhiệt ñộ và ñộ sạch

Tính dẫn nhiệt: kém, chất cách nhiệt tốt, hệ số dãn nhiệt: 0,0032
0,0044 calo/cm.s (00C)

Tính dẫn ñiện: tốt, phân tử CS trong mủ mang ñiện tích âm, V= 0,035V. Nghịch ñảo với hàm lượng CS. Phụ thuộc vào các hợp chất
ion hoá trong serum.

ðộ nhớt: 12 -15 cp (latex 35%DRC). Tuỳ thuộc: sự kết hợp với

NH3, kích thước TB của các phần tử CS, hàm lượng khoáng (H20: 1 cp)

Tỷ trọng: 0,97 (CS: 0,92 + Serum: 1,02)

pH: ≤7, giảm theo thời gian do hoạt tính của vi khuẩn. Ảnh hưởng
trực tiếp ñến tính ổn ñịnh của latex
giữ ổn ñịnh bằng NH3 (+ tác
dụng sát trùng và không ảnh hưởng ñến các hợp chất phi CS)

Tính chất vật lý:

MỦ (LATEX) CSTN


Vi khuẩn: Nguyên nhân gây ñông ñặc (enzyme hoặc tự thân
chúng). Có ít nhất 27 loại VK:
+ MT yếm khí: VK tác dụng vào glucid
lên men acid
+ MT hiếu khí: VK tác dụng vào protein (proteolytic) tiết
chất phân màu vàng trên mặt latex

Enzym: catalase, tyrosinase, oxydase, peroxydase…(Hean-Homas)
sau khi ñông ñặc, CS có màu hơi xám hoặc nâu ( phải thêm bisulfite)
ðây cũng là nguyên nhân gây ñông ñặc tự nhiên (enzyme coagulase)

Tính lão hoá: Oxy và tác dụng của ñiều kiện ánh sáng, T0C….biến
dạng cơ học tác dụng lên CS làm CS mất ñi những ñặc tính tốt, nó bị
nứt, mềm hay cứng ñi

Tính lưu hoá: Bằng phương pháp gia công cơ học CS dễ dàng trộn

ñều với S và một số chất khác ở dạng bột, hỗn hợp này có tính chất
là một dung dịch rắn, CS là dung môi, dưới tác dụng của T0C, phản
ứng hoá học sẽ xảy ra (sự lưu hoá)
CS lưu hoá (không bị hoà tan,
tăng ñộ bền cơ học, tăng tính ñàn hồi và chịu nhiệt)

Tính chất sinh hoá:

MỦ (LATEX) CSTN


xác ñịnh tính ổn ñịnh, sự kết

- Pr - COO- + H+

- Pr - COO- + OH-

+NH
3

+NH
3

NH2 - Pr - COOH

– Pr - COOH
NH2 – Pr – COO- + H2O

3

- Pr - COO+NH

+NH
3

NH2 - Pr - COOH

hợp của thể huyền phù, là ñại diện ñặc trưng khả năng tích ñiện:

ngòai là lớp chất bề mặt (protein,…)

bên trong là các hạt CS polyizoprene (C5H8 –[C5H8]n - C5H8); bên

Các hạt phân tử CS trong latex: Chúng ñược cấu tạo thành 2 lớp:

Tính ổn ñịnh latex:

MỦ (LATEX) CSTN


1

+
2

NH3 +

3

4

5

NH3
+

6

_
7

Cơ chế ñánh ñông và chống ñông ????

R

8

NH2

9

COO -

COO-

COOH

R

NH2

NH3 +

R

COO -

Vùng latex ổn ñịnh

NH3 +

R

COO-

Vùng latex ñông ñặc

Tính ổn ñịnh còn do bề mặt hút nước của protein

pH:

R

R

COOH

Vùng latex ổn ñịnh

Tính ổn ñịnh latex:

MỦ (LATEX) CSTN

10


phá vỡ hệ thống hấp thu nước của
ðông ñặc bởi nhiệt: -150C
protein/ T0C cao sẽ là ñiều kiện xúc tác cho các chất gây ñông ñặc :
Zn 2+, NH4 -

ðông ñặc bằng cách khuấy trộn: dưới tác ñộng cơ học
ñộng
năng của hạt CS tăng nhanh
khống chế lực ñẩy tĩnh ñiện và vô
hiệu hóa lớp protein hút nước

ðông ñặc bằng cồn/ aceton: do tác ñộng khử nước các protein bề
mặt hạt CS

ðông ñặc bằng muối hay chất ñiện giải: phần tử mang ñiện trong
huyền phù sẽ sẽ bị khử ñiện tích do sự hấp thu của ion ñiện tích ñối
nghịch và xảy ra sự ñông kết. Tăng theo hoá trị của ion. Vd:
Ca(NO3)2; CaCl2; MgCl2, MgSO4, Al2(SO4)3

ðông ñặc bằng acid: a.formic 0.5% khối lượng latex; acie acetic 1%

Sự ñông ñặc latex:
ðông ñặc tự nhiên: pH giảm do enzym hay VK biến ñổi hóa học;
enzyme dehydrate hóa các lipid phức hợp (phosphatid, lecithid)

savon không tan (alcalinoterreuz), thay thế protein bề mặt hạt CS
ñông ñặc

MỦ (LATEX) CSTN


NH3 : 3-5%

NH3 – H3BO3 (amoniac-acid boric): 0,4-0,5% H3BO3 + 0,07% NH3

HNS-NH3 (hydroxilaniure-neutral): 1.5 Kg/1 tấn CS khô

Hệ thống chống ñông:

Hơi nóng: T0C: 800C trên một băng tải trục vít.

Phương pháp CI: trộn ñều mủ ñã pha lõang và acid vào bể trung
gian, dùng máy khuấy
cho xuống mương

Tạo dòng rối: dùng van xả, máng có lá chắn khuấy

Acid acetic: 3-5Kg/tấn CS thô; pH: 5- 5,2; thời gian: 6-10h.

Thủ công: latex
lọc ño hàm lượng NH3, DRC… chuẩn ñộ xñ
lượng acid acid + latex chảy vào mương cào 4-6 lần.

Phương pháp ñánh ñông:

MỦ (LATEX) CSTN


Có 3 PP cô ñặc: ly tâm, kem hóa và bốc hơi

Mủ cô ñặc: dạng lỏng có DRC> 60%

Có 6 hạng: SVR3L, SVR5, SVR CV50, SVR CV60, SVR10, SVR20

Cs cốm bún SVR: dạng khối, ñược ép lại từ Cs cốm hoặc Cs bún

Crêpe nâu: SX từ mủ phụ

Crêpe màu nhạt: SX từ mủ nước, chống hóa nâu= sodium
bisulfite, tẩy trắng= 0.1% xylyl mercaptan. Cs cao cấp nhất (dụng
cụ y tế, núm vú trẻ con, dụng cụ tắm…)

Cs Crêpe: ðược xông hơi, bề mặt gồ ghề;

Cs tờ ICR (Initial concentration rubber): ñánh ñông ở nồng ñộ nguyên
thủy DRC~33%; xông khói hoặc hơi nóng
Có 4 hạng: ICR1, ICR2, ICR3, ICR4

Có 5 hạng: RSS1, RSS2, RSS3, RSS4, RSS5

Cs tờ RSS (Ribbed smoked subber): dày từ 2.5 3.5mm, màu hổ
phách, trên bề mặt có vân sọc, xông hơi bằng khói bụi.

CÁC SẢN PHẨM CỦA NHÀ MÁY SƠ CHẾ

SẢN XUẤT CS NĂM 2005


Cs thấp)

Hàm lượng N2: ñại diệncho hàm lượng protein: nitơ cao
lưu hóa không ñều, bị nhiều bọt khí, khả năng hút nước cao,
tăng tính lão hóa.

Hàm lượng chất bay hơi: ñộ ẩm cao su: ẩm cao bị phồng
khi lưu hóa, giảm tính cách ñiện, Cs sơ chế bị mốc khi tồn trữ

Hàm lượng tro: ñại diện cho bẩn vô cơ (Tro cao

Hàm lượng bẩn: chỉ tiêu số 1 nhiễm bẩn hữu cơ và vô cơ
trong cao su
phá hủy sản phẩm nhanh chóng; sp có lực kéo
ñứt thấp, ñộ giãn dài thấp, ñộ mài mòn cao, ñộ lão hóa rất lớn.


PRI (plasticity retention index): PP tổng hợp và trực
tiếp thay cho pp xác ñịnh Cu và Mn tự do ( yếu tố sự lão
hóa)

Chỉ số duy trì ñộ dẻo PRI: Là mức chống lại sự oxy hóa
của CS thiên nhiên, chỉ số duy trì ñộ dẻo càng lớn khả năng
chống oxy hóa của CS càng cao

P0: ảnh hưởng ñến hỗn hợp cao su sau khi ñã luyện: P0

thấp
trọng lượng ptử thấp giảm thời gian sơ luyện

ðộ dẻo ban ñầu P0: là ñộ dẻo của CSTN ở 1000C, nó phản
ánh mức ñộ ñã bị oxyt hóa mủ, ñộ dẻo cao chứng tỏ CS còn
tốt, chưa hoặc ít bị oxy hóa