Nghiên cứu chế tạo sản phẩm cao su thiên nhiên và cao su silicone thay đổi màu sắc dưới tác dụng của nhiệt độ

Mục tiêu và nội dung Mục tiêu - Đưa bột màu sắc tố nhiệt vào đơn pha chế cao su thiên nhiên-silicone - Khảo sát ảnh hưởng của bột sắc tố nhiệt đến các sản phẩm cao su - Khảo xác khoảng

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

S K L 0 1 1 6 2 5

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SVTH: Nguyễn Yến Nhi MSSV: 17128047

GVHD: ThS Trần Tấn Đạt

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SẢN PHẨM CAO

SU THIÊN NHIÊN VÀ CAO SU SILICONE THAY ĐỔI MÀU SẮC DƯỚI TÁC DỤNG

CỦA NHIỆT ĐỘ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN YẾN NHI

MSSV: 17128047

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Chuyên ngành: Hóa polymer

1 Đề tài: Nghiên cứu chế tạo sản phẩm cao su thiên nhiên và cao su silicone có khả

năng thay đổi màu sắc dưới tác dụng của nhiệt độ

2 Nhiệm vụ:

- Đưa bột màu sắc tố nhiệt vào đơn pha chế cao su thiên nhiên và cao su silicone

- Khảo sát ảnh hưởng của bột sắc tố nhiệt đến các sản phẩm cao su

- Khảo sát khoảng nhiệt độ hoạt động tối ưu của bột sắc tố nhiệt với các sản phẩm cao su

3 Ngày giao nhiệm vụ: 1/3/2021

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 11/12/2021

5 Giáo viên hướng dẫn: ThS TRẦN TẤN ĐẠT

6 Phần hướng dẫn:

- Định hướng đề tài tốt nghiệp

- Hướng dẫn quy trình, phương pháp làm thực nghiệm, phần tích kết quả

- Hướng dẫn trình bày và chỉnh sửa báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp được thông qua bởi trưởng bộ môn

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CN HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu

Họ và tên sinh viên: Nguyễn

Yến Nhi MSSV: 17128047

Chuyên ngành: Polymer

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo sản phẩm cao su thiên nhiên và cao su silicone có

khả năng thay đổi màu sắc dưới tác dụng của nhiệt độ

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: Phù hợp

2.2 Mục tiêu và nội dung

Mục tiêu

- Đưa bột màu sắc tố nhiệt vào đơn pha chế cao su thiên nhiên-silicone

- Khảo sát ảnh hưởng của bột sắc tố nhiệt đến các sản phẩm cao su

- Khảo xác khoảng nhiệt độ hoạt động tối ưu của bột sắc tố nhiệt với các sản phẩm cao su

Nội dung

- Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng bột sắc tố nhiệt đến khả năng thay đổi màu sắc theo nhiệt độ

- Đánh giá ảnh hưởng của bột nhiệt sắc tố đến tính chất lưu biến của cao su

- Đánh giá ảnh hưởng của bột nhiệt sắc tố đến tính chất cơ lý tính của sản phẩm

cao su

- Đánh giá ảnh hưởng của bột sắc tố nhiệt đến khả năng kháng lão hóa nhiệt của sản phẩm cao su

- Khảo sát bền màu của sản phẩm

- Khảo sát ảnh hưởng của chất độn đến tính chất thay đổi màu sắc của cao su thiên nhiên

2.3 Kết quả đạt được

- Nghiên cứu thành công đơn pha chế cao su thay đổi màu sắc

- Đánh giá được bột nhiệt sắc tố không ảnh hưởng nhiều đến tính chất lưu biến của cao su

- Đánh giá khả năng thay đổi màu sắc với 2 loại cao su khác nhau, từ đó ta có thề định hướng được đối tượng ứng dụng thực tế

- Sản phẩm nghiên cứu có tính chất cơ lý không thay đổi nhiều so với mẫu cao

su thông thường Vì vậy, cao su thay đổi màu sắc hoàn toàn đảm bảo được tính chất cơ lý của sản phẩm

- Chế tạo được sản phầm ứng dụng trong gia dụng như đế lót ly, đế lót nồi cơm

2.4 Ưu điểm của khóa luận

Hướng nghiên cứu có tính ứng dụng cao

Kết quả có độ tin cậy cao

Vì vậy, sản phẩm của đề tài hoàn toàn có thể ứng dụng trong thực tế

2.5 Những thiếu sót của khóa luận

Luận văn còn sai nhiều lỗi chính tả

3 NHẬN XÉT TINH THẦN VÀ THÁI ĐỘ LÀM VIỆC CỦA SINH VIÊN

Sinh viên năng nổ, chủ động trong quá trình thực hiện luận văn

Hoàn thành các công việc mà giáo viên đã giao

Sinh viên rất cố gắng và đã hoàn thành luận văn đúng tiến độ của bộ môn

4 ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

Được bảo vệ  Bổ sung thêm để được bảo vệ Không được bảo vệ

5 ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

đa

Điểm đánh giá

2 Nội dung khóa luận 60 50

Phương pháp nghiên cứu phù hợp, đảm bảo độ tin

Kết luận phù hợp với mục tiêu, nội dung nghiên cứu 10 10

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 12 năm 2021

Giảng viên hướng dẫn

Trần Tấn Đạt

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CN HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

1 THÔNG TIN CHUNG

Họ và tên người phản biện: Nguyễn Thị Lê Thanh

Đơn vị công tác: ĐH Bách Khoa – ĐH Quốc Gia tp HCM

Học hàm, học vị: Tiến Sĩ

Chuyên ngành: Công nghệ Hoá học – Hoá Polymer

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Yến Nhi

MSSV: 17128047

Chuyên ngành: Hóa polymer

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo các sản phẩm cao su thiên nhiên-cao su silicone dưới tác dụng của nhiệt độ

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: vẫn còn chưa thống nhất giữa tiếng Việt và tiếng Anh

2.2 Mục tiêu và nội dung

Mục tiêu và nội dung phù hợp nhau

Khảo sát ảnh hưởng của chất độn đến khả năng thay đổi màu sắc của bột sắc tố nhiệt trong cao su thiên nhiên

Tuy nhiên đánh giá sự thay đổi màu sắc bằng quan sát cảm quan, không theo tiêu chuẩn đo nên độ tin cậy không cao

2.4 Ưu điểm của khóa luận

Hoàn thành nhiệm vụ luận văn

2.5 Những thiếu sót của khóa luận

Hình thức: còn rất nhiều lỗi chính tả, bố cục phần mở đầu, từ viết tắt, tài liệu tham khảo quá cũ, chưa đủ thông tin thống nhất format, cần cập nhật mới,

Nội dung:

- Cần viết lại tóm tắt luận văn, bổ sung số liệu đạt được

- Cần trình bày những nội dung lý thuyết liên quan đến đề tài, tổng quan tình hình nghiên cứu chứ không phải chỉ có ứng dụng, đặc biệt là nghiên cứu trong cao su

- Cần xem lại vai trò của các chất cụ thể sử dụng trong đơn pha chế, sự khác nhau của đơn pha chế 1.1 và 1.2, đơn pha chế hiện tại là cho sản phẩm gì? Tài liệu tham khảo để có giải thích đúng

- Các kết quả giải thích cần viết lại cho thống nhất và có cơ sở khoa học

3 CÂU HỎI PHẢN BIỆN (ít nhất 02 câu hỏi)

1 Trình bày một số tiêu chuẩn đánh giá, so sánh màu của vật liệu?

2 Sự khác nhau trong đơn pha chế 1.1 và 1.2? giải thích vai trò của các chất?

4 ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA PHẢN BIỆN

Được bảo vệ  Bổ sung thêm để được bảo vệ

Không được bảo vệ

5 ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

STT Nội dung đánh giá

Điểm tối

Hình thức trình bày (đẹp, rõ ràng, tài liệu tham

khảo đầy đủ/đa dạng…)

20

15

Phương pháp nghiên cứu phù hợp, đảm bảo độ tin

cậy, xử lý số liệu

20

15 Nội dung thực hiện, kết quả của đề tài đảm bảo

tính khoa học, công nghệ

30

25 Kết luận phù hợp với mục tiêu, nội dung nghiên 10 6

cứu

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 12 năm 2021

Giảng viên phản biện

Nguyễn Thị Lê Thanh

LỜI CẢM ƠN

Chặng đường hơn 4 năm dưới mái trường đại học sư phạm kỹ thuật là một trong những khoảng thời gian đáng nhớ nhất trong với tôi trong nhũng năm thang thanh xuân Tại đây, tôi không chỉ được học tập, trao đổi nhiều kiến thức mà còn được trang

bị nhiều kỹ năng quý giá để bước vào đời khi rời xa mái trường Có thể hoàn thành quá trình học tập và rèn luyện tại trường, tôi như đã tiến một bước đến gần với những mục tiêu của mình, đã và đang chuẩn bị hành trang cho những con đường và dự định mới trong tương lai

Trong suốt quá trinh học tập và rèn luyện tai trường tôi đã nhận được rất nhiều sự yêu thương giúp đã của những người xung quanh Đặt biệt là trong khoảng thời gian thực luận văn này , tôi đã nhần được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô, bạn

bè và những người đàn anh đàn chị Với tấm lòng biết ơn sau sắc, tôi xin gửi lời cảm

ơn đến toàn thể quý thầy cô thuộc bộ môn hóa polymer đã tâm huyết truyền đạt những kiến thức và kỹ năng để tôi áp dụng vào luận văn này Qua đây tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến ThS Trần Tấn Đạt, người đã trao cho tôi thực hiện đề tài đầy thú vị và có tính thục tiễn, hơn thế nữa là thầy luôn theo sát quá trình thực hiện luận văn của tôi Đặc biệt phải nhắc đến sự giúp đỡ nhiệt tình từ phía công ty cổ phần cao su Thái Dương, từ chú Giang Ngọc Tuấn (giám đốc công ty cổ phần cao su Thái Dương), anh Lê Minh Bảo, Chị Phạm Như Trúc, anh Nguyễn Phương Tùng cùng nhiều anh chị khác đã tận tình hỗ trự từ nguyên liệu, thiết bị phòng thí nghiệm cà những lời khuyên đầy bổ ích Nhờ những sự trợ giúp trên mà tôi có thể hoàn thành để tài nghiên cứu được giao một cách hoàn thiện nhất có thể Cuối cùng xin cảm ơn sự giúp đỡ và đồng hành từ những người bạn lớp hóa polymer, xin cảm ơn sự động viên

và cảm thông từ gia đình

Với nhiều yếu tố tác động và kiên thức còn hạn chế, luận văn này không thể tránh những sự thiếu sót Vì vậy rất mong nhân được những sự đóng góp, nhận xát và phê bình từ quý thầy cô để bài luận văn được hoàn thiện hơn,

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 12 năm 2021

Nguyễn Yến Nhi

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả nghiên cứu này là của riêng tôi, số liệu trong khóa luận này đều được thực hiện trung thực Được thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS Trần Tấn Đạt Tất cả các tài liệu tham khảo được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo quy định Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Yến Nhi

TÓM TẮT

Đưa bột sắc tố nhiệt vào đơn pha chế để chế tạo ra các sản phẩm cao su thiên nhiên và cao su silicone có khả năng thay đổi màu sắc dưới tác động của nhiệt độ Loại bột sắc

tố nhiệt được sử dụng ở đây là bột sắc tố nhiệt nóng: có màu đỏ khi ở nhiệt độ phòng

và không màu khi nhiệt độ > 600C

Thực hiện các công đoạn cán trộn và lưu hóa để tạo mẫu Tiến hành thực hiện các khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sắc tố nhiệt đến màu sắc và khả năng sắc tố nhiệt

Từ đó chọn ra đơn pha chế với hàm lượng phù hợp để sản xuất các sản phẩm cao su cảnh báo nhiệt độ Bên cạnh đó thì khảo sát so sánh tính chất sắc tố nhiệt của cao su thiên nhiên và cao su silicone, tìm ra khoảng nhiệt độ hoạt động tối ưu đới với cao su sắc tố nhiệt

Tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của bột sắc tố nhiệt đến các tính chất của cao su: tính chất lưu biến, cơ lý tính (độ bền đứt, khả năng kháng xé, độ cứng Shore A), khả năng kháng lão hóa… Các khảo sát này được tiến hành với đơn pha chế có hàm lượng bột sắc tố nhiệt phù hợp đã chọn

Cuối cùng là khảo sát khả năng bền màu của cao su sắc tố nhiệt khi sử dụng trong nhiệt độ cao ở một thời gian dài Ngoài ra còn thực hiện khảo sát ảnh hưởng của chất độn đến khả năng thay đổi màu sắc của bột sắc tố nhiệt trong cao su thiên nhiên

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

TÓM TẮT iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về tình hình đề tài nghiên cứu 2

1.1.1 Tình hình nghiên cứu các sản phẩm có khả năng thay đổi màu sắc dưới tác dụng của nhiệt độ 2

1.1.2 Một số ứng dụng hiện có của các sản phẩm thay đổi màu sắc dưới tác dụng của nhiệt độ 4

1.2 Cơ sở lý thuyết 10

1.2.1 Nguyên liệu chính 10

1.2.2 Các chất phụ gia 16

1.2.3 Bột sắc tố nhiệt - leuco dyes 27

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị sử dụng 32

2.1.1 Nguyên liệu 32

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 35

2.2 Các phương pháp đánh giá 35

2.2.1 Phương pháp xác định đường cong lưu hóa và thời gian lưu hóa tối đa 35

2.2.2 Phương pháp xác định độ bền kéo 38

2.2.3 Phương pháp xác định độ kháng xé 40

2.2.4 Phương pháp xác định độ cứng shore A 41

2.2.5 Phương pháp so màu 41

2.3 Quy trình thực nghiệm 42

2.3.1 Quy trình nghiên cứu đơn pha chế cho sản cao su thiên nhiên, cao su silicone thay đổi màu sắc 43

2.3.2 Quy trình khảo sát mẫu cao su không chứa bột sắc tố nhiệt 48

2.3.3 Quy trình khảo sát mẫu cao su chứa bột sắc tố nhiệt 51

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 53

3.1 Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng bột sắc tố nhiệt đến khả năng thay đổi màu sắc theo nhiệt độ 53

3.1.1 Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng bột sắc tố nhiệt đến khả năng thay đổi màu sắc theo nhiệt độ đối với cao su thiên nhiên 53

3.1.2 Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng bột sắc tố nhiệt đến khả năng thay đổi màu sắc theo nhiệt độ đối với cao su silicone 55

3.1.3 So sánh giữa các mẫu cao su thiên nhiên và cao su silicone có khả năng thay đổi màu sắc 58

3.1.4 Khảo sát tốc độ thay đổi màu sắc của mẫu cao su thiên nhiên, cao su silicone có hàm lượng bột màu nhiệt sắc 1phr tại các nhiệt độ khác nhau 59

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của bột nhiệt sắc tố đến tính chất lưu biến của cao su60 3.2.1 Đánh giá ảnh hưởng của bột nhiệt sắc tố đến tính chất lưu biến của cao su thiên nhiên 60

3.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của bột nhiệt sắc tố đến tính chất lưu biến của cao su silicone 61 3.3 Đánh giá ảnh hưởng của bột nhiệt sắc tố đến tính chất cơ lý tính của sản phẩm cao su 63

3.3.1 Đánh giá ảnh hưởng của bột nhiệt sắc tố đến tính chất cơ lý tính của sản phẩm cao su thiên nhiên 64

3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của bột nhiệt sắc tố đến tính chất cơ lý tính của sản phẩm cao su silicone 66

3.4 Đánh giá ảnh hưởng của bột sắc tố nhiệt đến khả năng kháng lão hóa nhiệt của sản phẩm cao su 69

3.4.1 Đánh giá ảnh hưởng của bột sắc tố nhiệt đến khả năng kháng lão hóa của sản phẩm cao su thiên nhiên 69

3.4.2 Đánh giá ảnh hưởng của bột sắc tố nhiệt đến khả năng kháng lão hóa của sản phẩm cao su silicone 71

3.5 Kết quả khảo sát bền màu 72

3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chất độn đến tính chất thay đổi màu sắc của cao su thiên nhiên 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 79

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cửa sở sắc tố nhiệt 4

Hình 1.2: Sản phẩm vải, sợi có đặc tính sắc tố nhiệt 5

Hình 1.3: Sơn sắc tố nhiệt 7

Hình 1.4: Mực in sắc tố nhiệt 8

Hình 1.5: Ứng dụng của màu sắc tố nhiệt vào lốp xe cao su 9

Hình 1.6: Ứng dụng của bột sắc tố nhiệt trong các sản phẩm trang trí, gia dụng 9

Hình 1.7: Công thức cấu tạo của cis -1,4-polyisoprene 10

Hình 1.8: Công thức hóa học của chất xúc tiến TMTM 17

Hình 1.9: Công thức hóa học của chất xúc tiến MBTS 18

Hình 1.10: Công thức cấu tạo của DPG 19

Hình 1.11: Công thức cấu tạo của BHT 26

Hình 1.12: Công thức hóa học của PEG 4000 27

Hình 1.13: Ví dụ về cơ chế thay đổi màu sắc của bột sắc tố nhiệt 31

Hình 2.1: Bột sắc tố nhiệt của Hali Industrial Co., LTD, chuyển từ có màu ở nhiệt độ màu sang không màu ở nhiệt độ > 600 35

Hình 2.2: Các dạng đường cong lưu hóa của cao su 36

Hình 2.3: Hình dạng mẫu quả tạ 38

Hình 2.4: Hình dạng mẫu cánh bướm 40

Hình 2.5: Sơ đồ quy trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm cao su thay đổi màu sắc dưới tác dụng của nhiệt độ 42

Hình 2.6: Sơ đồ quy trình khảo sát mẫu cao su không chứa bột sắc tố nhiệt 48

Hình 2.7: Sơ đồ quy trình khảo sát mẫu cao su chứa bột sắc tố nhiệt 51

Hình 3.1: So sánh màu sắc của các mẫu cao su silicone có hàm lượng từ 0-2phr 55

Hình 3.2: Đồ thị so sánh tốc độ đổi màu hoàn toàn của cao su thiên nhiên-silicon hàm lượng bột sắc tố nhiệt 1 phr theo nhiệt độ 59

Hình 3.3: Đường cong lưu hóa của đơn pha chế 1.1, không chứa bột sắc tố nhiệt 60

Hình 3 4: Đường cong lưu hóa của đơn pha chế 1.1., chứa 1phr sắc tố nhiệt 60

Hình 3.5: Đường cong lưu hóa của đơn pha chế 1.3., không chứa bột sắc tố nhiệt 61

Hình 3.6: Đường cong lưu hóa của đơn pha chế 1.3, chứa 1 phr bột sắc tố nhiệt 62

Hình 3 7: Đồ thị so sánh độ bền kéo đứt của các mẫu cao su thiên nhiên 64

Hình 3.8: Đồ thị so sánh độ bền kéo đứt của các mẫu cao su thiên nhiên 65

Hình 3.9: Đồ thị so sánh độ cứng Shore A của các mẫu cao su thiên nhiên 66

Hình 3.10: Đồ thị so sánh độ bền kéo đứt của các mẫu cao su silicone 67

Hình 3.11: Đồ thị so sánh bền xé của các mẫu cao su silicone 68

Hình 3.12: Đồ thị so sánh độ cứng Shore A của các mẫu cao su silicone 68

Hình 3 13: Đồ thị so sánh độ bền kéo đứt của mẫu cao su thiên nhiên trước và sau quá trình lão hóa nhiệt 70

Hình 3.14: Đồ thị so sánh độ bền kéo đứt của mẫu cao su silicone trước và sau quá trình lão hóa nhiệt 71

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các chỉ tiêu hóa lý của cao su SVR 11

Bảng 1.2: Các chất chống lão hóa thông dụng 25

Bảng 2.1: Kích thước của mẫu quả tạ 38

Bảng 2.2: Các kích thuốc của mẫu quả tạ 40

Bảng 2.3: Bảng giải thích quy trình thực nghiệm 43

Bảng 2.4: Các thành phần đơn pha chế 1.1 45

Bảng 2.5: Các thành đơn pha chế 1.2 45

Bảng 2.6: Thành phần đơn pha chế cho silicon 1.3 47

Bảng 2.7: Quy trình cán trộn mẫu cao su đơn 1.1 49

Bảng 2.8: Quy trình cán trộn mẫu cao su đơn 1.3 49

Bảng 3.1: Bảng so sánh màu sắc của các mẫu cao su thiên nhiên có hàm lượng từ 0-2phr 53

Bảng 3.2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bột màu nhiệt sắc của cao su thiên nhiên tại 600C 54

Bảng 3.3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bột màu nhiệt sắc của cao su thiên nhiên tại 1000C 54

Bảng 3.4: Bảng so sánh màu sắc của các mẫu cao su silicone có hàm lượng từ 0 - 2phr 55

Bảng 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bột màu nhiệt sắc của cao su silicone tại 600C 56

Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bột màu nhiệt sắc của cao su silicon tại 1000C 57

Bảng 3.7: Bảng so sánh các tính chất màu của cao su silicone và cao su thiên nhiên có hàm lượng bột màu sắc tố nhiệt 1phr 58

Bảng 3.8: Kết quả khảo sát tốc độ thay đổi màu sắc của mẫu cao su thiên nhiên-silicone có hàm lượng bột màu nhiệt sắc 1phr tại các nhiệt độ khác nhau 59

Bảng 3 9: Các thông số thu được từ đường cong lưu hóa của đơn pha chế 1.1 61

Bảng 3.10: Các thông số thu được từ đường cong lưu hóa của đơn pha chế 1.3 62

Bảng 3.11: Thông số lưu hóa của các mẫu 63

Bảng 3.12: Kết quả đo bên bền kéo đứt của mẫu cao su thiên nhiên 64

Bảng 3.13: Kết quả đo bền xé của các mẫu cao su thiên nhiên 65

Bảng 3.14: Kết quả đo độ cứng shore A của các mẫu cao thiên nhiên 65

Bảng 3.15: kết quả đo bên bền kéo đứt của mẫu cao su silicon 66

Bảng 3.16: kết quả đo bền xé của các mẫu cao su silicone 67

Bảng 3.17: kết quả đo độ cứng shore A của các mẫu cao thiên nhiên 68

Bảng 3.18: Kết quả đo bên bền kéo đứt của mẫu cao su thiên nhiên sau quá trình lão hóa nhiệt 69

Bảng 3.19: Kết quả đo bên bền kéo đứt của mẫu cao su silicone sau quá trình lão hóa nhiệt 71 Bảng 3.20: Kết quả khảo sát độ bền màu ở nhiệt độ hoạt động tối ưu của cao su sắc tố nhiệt 72 Bảng 3.21: Kết quả khảo sát bền màu của cao su sắc tố nhiệt ở nhiệt độ cao 72 Bảng 3.22: Một số đánh giá về ảnh hưởng của chất độn đến khả năng hoạt dộng của bột sắc tố nhiệt 73

DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

Số thứ tự Ký hiệu Chú thích

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây, Việt Nam có nguyên liệu cao su dồi dào đẩy nhanh sự phát triển

của các ngành công nghiện chế biến và sản xuất các sản phẩm cao su Các sản phẩm

cao su hiện nay rất đa dạng và gần gũi trong đời sống con người Bên cạnh sự phổ biến của cao su thiên nhiên, các sản phẩm cao su silicone cũng đang dần trở nên phổ biến nhất là các sản phẩm gia dụng, dụng cụ nhà bếp, y tế

Mức sống người dân được cải thiện thì ý thức bảo vệ an toàn sức khỏe của người dân cũng được nâng cao Trong số những vấn dề an toàn hiện nay, thì tai nạn bỏng do nhiệt vẫn xảy ra hằng ngày và thường xuyên do sự sơ ý hoặc chủ quan Bỏng là một tai nạn rất dễ xảy ra, và nó xảy ra với rất nhiều đối tượng với trẻ em do dự tò mò thích hiếu động, với người lớn càng dễ xảy ra do sự mất cảnh giác hoặc sự chủ quan với nhiệt độ cao trong quá trình làm việc, cuộc sống hằng ngày Hậu quả của những vất bỏng không chỉ là nằm ở thẩm mỹ hoặc vết thương nhất thời mà đôi khi nó còn tạo ra những trường hợp tử vong, hoặc những biến chứng sức khỏe và tinh thần lâu dài Một số tai nạn bỏng thường gặp trong thực tế như bỏng bô xe máy, bỏng do nước sôi, bỏng trong quá trình nấu ăn…những tai nạn này có thể được ngăn chặn nếu như ta có những cảnh báo nhiệt độ cao Những sản phẩm có khả năng thay đổi màu sắc do tác động của nhiệt

độ

Hiện nay trên thị trường đã có nhiều sản phẩm có khả năng thay đổi màu sắc do tác động của nhiệt độ, tuy nhiên đa số là nhựa, sơn, vải…nhằm mục đích giải trí và trang trí Những sản phẩm cao su có khả năng thay đổi nhiệt độ vẫn còn rất hạn chế và không phổ biến Do đó, việc nghiên cứu chế tạo những sản phẩm cao su cảnh báo nhiệt

độ là một đề tài đầy ý nghĩa thực tế và có tính kinh tế, mở ra một hướng phát triển mới trong ngành sản xuất cao su và đầy ý nghĩa xã hội

Với những lí do trên tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo sản phẩm cao su thiên

nhiên và cao su silicone có khả năng thay đổi màu sắc dưới tác dụng của nhiệt độ”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tình hình đề tài nghiên cứu

1.1.1 Tình hình nghiên cứu các sản phẩm có khả năng thay đổi màu sắc dưới tác

dụng của nhiệt độ

Khả năng thay đổi màu sắc dưới tác dụng của nhiệt độ - hay còn gọi là Thermochromism - là khả năng chuyển đổi màu sắc giữa các trạng thái màu khác nhau (từ đậm sang nhạt hoặc ngược lại) ở những khoảng nhiệt độ nhất định Sự thay đổi màu sắc này thường liên quan đến những thay đổi hóa học thuận nghịch Và những sản phẩm có tính chất này gọi chung là sắc tố nhiệt [1]

Các sản phẩm có chứa sác tố nhiệt trở thành xu hướng vào những năm 1970 Một trong những sản phẩm xuất hiện đầu tiên là “nhẫn tâm trạng” - sử dụng nhiệt độ cơ thể

để biết tâm trạng của con người Nhờ có “nhẫn tâm trạng” các sản phẩm sắc tố nhiệt khác bắt đầu phát triển với tốc độ ổn định Chúng được sử dụng nhiều trong các ứng dụng rất hữu ích và sáng tạo: nhiệt kế, quần áo, sơn, dụng cụ nhà bếp, đồ chơi, chỉ thị mức pin, các sản phẩm nhựa… Rất nhiều công ty đã tích hợp loại màu linh động này vào trong các sản phẩm của họ để thu hút tiêu dùng cũng như tạo ra sự khác biệt với các sản phẩm khác trên thị trường

Sắc tố nhiệt chia làm hai nhóm chính được phân biệt dựa trên nguồn nguyên vật liệu là hữu cơ hoặc vô cơ

Nguyên liệu hữu cơ được chia làm hai nhóm chính: tinh thể lỏng nhiệt sắc (thermochromic Liquid crystals (TLCs)) và leuco dyes:

Tinh thể lỏng nhiệt sắc: là hỗn hợp hoạt động quang học của các hóa chất hữu cơ có thể được tạo ra để cảm ứng với nhiệt độ cao và khi được sử dụng trong một số điều kiện nhất định sẽ hiển thị nhiều màu sắc khác nhau hoặc từ đậm sang nhạt và ngược lại khi chúng đi qua trạng thái tinh thể Sự thay đổi này phụ thuộc vào sự phản xạ chọn lọc các bước sóng nhất định bởi cấu trúc tinh thể của vật liệu, vì nó thay đổi giữa pha tinh thể nhiệt độ thấp, qua pha nematic bất đẳng hướng hoặc từ dạng xoắn sang pha lỏng đẳng hướng nhiệt độ cao Ưu điểm: tinh thể lỏng được sử dụng trong các ứng

dụng mà sự thay đổi màu sắc phải được xác định chính xác Được ứng dụng trong nhiệt kế cho phòng, tủ lạnh, bể cá, và sử dụng y tế, và trong các chỉ báo về mức độ khí propan trong bể chứa Một ứng dụng phổ biến cho các tinh thể lỏng nhiệt sắc là các vòng, nhẫn tâm trạng Nhược điểm: tinh thể lỏng rất khó gia công và cần có thiết bị in chuyên dụng Bản thân vật liệu này cũng thường đắt hơn các công nghệ thay thế Nhiệt

độ cao, bức xạ tia cực tím, một số hóa chất hoặc dung môi có tác động tiêu cực đến tuổi thọ của chúng

Leuco dyes: Thuốc nhuộm nhiệt dựa trên hỗn hợp thuốc nhuộm leuco với các hóa chất thích hợp khác, thể hiện sự thay đổi màu sắc (thường là giữa dạng leuco không màu và dạng có màu) phụ thuộc vào nhiệt độ Loại chất màu này cho màu sắc nhạt đi khi nhiệt

độ tăng lên Trong hệ này sắc tố nhiệt được nang hóa thành những hạt có kích thước từ 3-5 m để tránh bị hư hỏng, bị pha loãng, rửa trôi hoặc xảy ra các phản ứng hóa học không mong muốn Thuốc nhuộm Leuco có phản ứng nhiệt độ kém chính xác hơn so với tinh thể lỏng Chúng phù hợp với các chỉ số chung về nhiệt độ gần đúng ("rất lạnh", "rất nóng", "khoảng nhiệt tối ưu") cho các mặt hàng mới khác nhau Chúng thường được sử dụng kết hợp với một số loại màu sắc khác, tạo ra sự thay đổi màu sắc giữa màu của màu sắc cơ bản và màu của sắc tố kết hợp với màu của dạng không leuco của thuốc nhuộm leuco Thuốc nhuộm leuco hữu cơ có sẵn cho phạm vi nhiệt độ

từ khoảng -50C - 600C, với nhiều màu sắc Sự thay đổi màu sắc thường xảy ra trong khoảng thời gian 30C Thuốc nhuộm Leuco được sử dụng trong các ứng dụng mà độ chính xác của phản ứng nhiệt độ không quan trọng: ví dụ như đồ chơi trong nhà tắm, đĩa bay và chỉ thị nhiệt độ gần đúng cho thực phẩm được làm nóng bằng lò vi sóng Hạt nang cho phép sử dụng chúng trong nhiều loại vật liệu và sản phẩm

Nguyên liệu vô cơ: Hầu như tất cả các hợp chất vô cơ là nhiệt sắc ở một mức độ nào

đó Tuy nhiên, hầu hết các ví dụ chỉ liên quan đến những thay đổi nhỏ về màu sắc Ví

dụ, titan đioxit , kẽm sunfua và oxit kẽm có màu trắng ở nhiệt độ phòng nhưng khi đun nóng chuyển sang màu vàng Tương tự indium (III) oxit có màu vàng và chuyển sang màu vàng nâu khi đun nóng Chì (II) oxit có sự chuyển màu tương tự khi đun nóng Sự thay đổi màu sắc có liên quan đến những thay đổi trong các đặc tính điện tử (mức năng lượng) của những vật liệu này

1.1.2 Một số ứng dụng hiện có của các sản phẩm thay đổi màu sắc dưới tác dụng

của nhiệt độ

1.1.2.1 Sản phẩm nhựa, vải, sợi

Sắc tố nhiệt đã phát triển trong lĩnh vực nhựa và sợi dệt từ nhiều năm trước và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thương mại

Hình 1.1: cửa sổ sắc tố nhiệt

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của vật liệu sắc tố nhiệt trong lĩnh vực này

là sản phẩm cửa sổ nhiệt trong kiến trúc Loại cửa sổ tiên tiến này đang phát triển nhanh chóng và được lắp đặt tại nhiều tòa nhà thương mại cũng như nhà ở trên toàn thế giới Vật liệu sắc tố nhiệt sẽ được tạo màn với nhựa Polyvinyl Butyral (PVB) tạo thành các màng phim mỏng, rồi dát lên các tấm kính, do đó màu sắc của tấm kính sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi cường độ ánh sáng mặt trời chiếu vào Khi được chiếu sáng, các lớp phim này sẽ hấp thụ một phần đáng kể nhiệt lượng từ ánh sáng mặt trời và tối

đi, làm hạn chế sự tải nhiệt không mong muốn vào bên trong tòa nhà Trong trường hợp không có ánh sáng trực tiếp chiếu vào, cửa sổ sẽ trong suốt, để lượng ánh sáng mặt trời chiếu vào trong tòa nhà là tối đa Ưu điểm: không cần nguồn điện, dễ dàng lắp đặt như các loại cửa kính thông thường, giảm các chi phí liên quan đến sưởi ấm, điều hòa không khí và chiếu sáng nhân tạo [2]

Ngoài ra, các sản phẩm giấy nhạy nhiệt cũng rất phổ biến trên thị trường Sản phẩm giấy nhạy nhiệt hoạt động theo cơ chế: sắc tố nhiệt được phân tán trong một nền polymer rắn có tính acid Khi được gia nhiệt cục bộ, các viên nang mang sắc tố nhiệt

vỡ ra làm cho vật liệu bên trong tiếp xúc trực tiếp với môi trường acid Môi trường acid sẽ kích hoạt phản ứng mở vòng xảy ra, hình thành nên các nhóm mang màu, dẫn đến sự thay đổi màu sắc Tuy nhiên kỹ thuật này khiến cho sự thay đổi màu sắc không

có tính thuận nghịch [3]

Hiện nay đang có những bước tiến đáng kể trong việc nghiên cứu và phát triển các loại sợi “công nghệ cao” cho ngành công nghiệp thời trang, trong đó có cả sợi sắc tố nhiệt Loại sợi này xuất hiện lần đầu tiên trong các sản phẩm trượt tuyết của Toray Loại vật liệu sắc tố nhiệt phù hợp nhất cho công nghệ này là các hệ hữu cơ có khả năng thay đổi màu sắc theo cơ chế sắp xếp lại phân tử Sắc tố nhiệt có thể được phủ lên cả sợi thiên nhiên cũng như sợi tổng hợp Ứng dụng sắc tố nhiệt trong lĩnh vực này gặp phải một số hạn chế như: viên nang chứa sắc tố nhiệt không cho nước thẩm thấu vào và cũng không tan trong nước, độ bền màu sắc và khả năng kháng mài mòn kém, tuy nhiên vấn đề này có thể giải quyết bằng cách xử lý sợi theo phương pháp cation hóa trước khi phủ lên đó lớp vật liệu sắc tố nhiệt Sợi sắc tố nhiệt có thể đưa vào bất kì sản phẩm nào như: áo len, áo khoác, quần áo trượt tuyết, túi xách, mềm, thảm, rèm cửa, lều, lưới

Hình 1.2: Sản phẩm vải, sợi có đặc tính sắc tố nhiệt

Gần đây, một quy trình mới đã được phát triển để sản xuất sợi cellulose có chứa bột sắc tố nhiệt, bằng công nghệ tương tự như để chế tạo ra sợi Lyocell Quy trình này được thực hiện bằng cách kéo sợi qua một dung dịch giàu cellulose (thường trong dung môi N-methylmmorpholine-N-oxide) Bột sắc tố nhiệt loại hỗn hợp được thêm vào bể dung môi với hàm lượng 1-10% trước khi quấn sợi Loại sợi này đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật để sản xuất vật liệu dệt Tuy nhiên hạn chế của công nghệ này là sợi kém bền với tia UV trong ánh sáng mặt trời, do đó hạn chế ứng dụng trong các mặt

hàng may mặc và các sản phẩm in cần phải tiếp xúc với ánh sáng mặt trời Trong thành phần sợi bắt buộc phải bổ sung chất ổn định ánh sáng như kẽm và nickel 5-(2-benzotriazolyl)-2,4-dihydroxybenzoat để bảo vệ vật liệu khỏi bất kỳ nguồn nhiệt không mong muốn nào [4]

Bên cạnh đó các sản phẩm Polyurethane xốp chứa sắc tố nhiệt cũng rất phổ biến, đặc biệt là trong các ứng dụng nổi trội như đồ chơi, dụng cụ nhà tắm, nhà bếp, có tính năng cảm biến nhiệt độ

1.1.2.3 Sản phẩm sơn hoặc mực

Các bước cơ bản để chế tạo ra hỗn hợp sơn hoặc mực in có chứa sắc tố nhiệt là: sấy hỗn hợp sắc tố nhiệt cho đến khi đạt được hàm lượng rắn khoảng 80-95%, kích thước hạt trung bình khoảng 0,5 – 50 m, rồi phân tán vào một công thức sơn/mực cơ bản trong một bể khuấy siêu âm; trong thành phần sơn/mực không được chứa các dung môi như aldehyde, cetone hay các diol, giá trị pH phải ở mức trung tính (6,5 – 7,5) để không ảnh hưởng đến khả năng thay đổi màu sắc của vật liệu sắc tố nhiệt Sơn sắc tố nhiệt có thể sử dụng cho nhiều loại chất nền, bao gồm kim loại, giấy, các tấm nhựa (như Polypropylene, Polyethylene, PVC và Polystyrene), vải, gốm sứ, thủy tinh, [3] Sơn sắc tố nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cần theo dõi và kiểm soát nhiệt trong suốt quá trình gia nhiệt Trong đó một ứng dụng điển hình là phủ sơn sắc tố nhiệt lên loại ống nối có thể co rút dưới tác dụng của nhiệt độ Loại sơn đặc biệt này thường áp dụng cho các loại ống làm từ nhựa nhiệt dẻo bức xạ, polvolefin hoặc các copolymer dễ bị oxy hóa trong quá trình sử dụng Ở bề mặt bên trong của ống có một lớp keo dán mỏng Loại ống nối này được đặt vào các vị trí bị hư hỏng ở trạng thái giãn nở, sau đó gia nhiệt lên cho ống co rút lại, keo chảy ra hình thành một liên kết vĩnh viễn giữa ống nối và chất nền Sơn sắc tố nhiệt được phủ lên bề mặt ngoài của ống nối, chỉ ra thời điểm nhiệt độ đủ để làm co rút và chảy lớp keo dính, hình thành liên kết với chất nền, đồng thời đảm bảo nhiệt độ không quá cao khiến cho keo bị hỏng Loại sắc tố nhiệt được sử dụng nhiều nhất trong ứng dụng này là oxide sắt hydrate hóa Fe2O3.H2O có thể chuyển từ màu vàng sang màu đó ở 300°C [5]

Tuy nhiên, loại sơn sắc tố nhiệt làm từ các kim loại chuyển tiếp này có hạn chế là khi phủ lên các vật liệu polyolefin như polyethylene, polyethylene co-polymer hoặc terpolymer sẽ thúc đẩy quá trình giảm cấp oxy hóa của chất nền Cần thêm vào thành phần sơn sắc tố nhiệt các oxide, sulfat, sulfide hoặc nitride của boron, phosphor để ức chế, ngăn chặn quá trình oxy hóa; khắc phục nhược điểm kể trên của sơn sắc tố nhiệt Ngoài ra sơn sắc tố nhiệt còn được đưa vào một số ứng dụng khác như:

Phủ sơn sắc tố nhiệt lên trên các dây dẫn điện, trong các hệ thống lò sưởi, kho chứa

để khi màu sắc sơn thay đổi đồng nghĩa với cảnh báo nhiệt độ đã vượt quá giới hạn an toàn, và khi nhiệt độ những khu vực này giảm dần đến mức bình thường, màu sắc cũng

sẽ trở về như ban đầu Đây là một ứng dụng có tính thực tiễn cao và rất hữu ích trong ngành kỹ thuật điện

Sơn sắc tố nhiệt trên các biển chỉ dẫn giao thông có màu sắc thay đổi khi nhiệt độ hạ đến điểm xảy ra sự đóng băng, có mục đích cảnh báo an toàn

Sản phẩm cần câu cá được phủ một lớp sơn sắc tố nhiệt sẽ có màu sắc thay đổi theo nhiệt độ của môi trường nước Từ màu sắc quan sát được chúng ta có thể dự đoán vùng nước nào có nhiều cá nhất [3]

Loại sơn có sắc tố nhiệt này còn có thể được sử dụng trong đồ chơi trẻ em, sơn tường hoặc trong sơn móng tay, để tạo ra nhiều kiểu dáng, chữ cái hoặc các chỉ dẫn có khả năng phản ứng lại sự thay đổi nhiệt độ, nhằm mục đích chính là trang trí

Hình 1.3: Sơn sắc tố nhiệt

Mực sắc tố nhiệt đang được phát triển để phù hợp cho nhiều quy trình in ấn, như in lưới lọc, ống đồng, khuôn mẫu và in lụa Trong ứng dụng này, bột sắc tố nhiệt có thể

thay đổi từ màu này sang màu khác thay vì chỉ chuyển từ có màu sang trong suốt Nhiều loại mực có thể được sử dụng như: loại làm khô bằng cách đóng rắn, bay hơi, thẩm thấu, kết tủa hoặc gel hóa Một số ứng dụng chính của mực sắc tố nhiệt như:

- Trong thời gian gần đây, tiềm năng sử dụng mực sắc tố nhiệt để in lên các bao

bì thực phẩm có sự tăng trưởng đáng kể Các hệ sắc tố nhiệt 2 thành phần đơn giản được dùng để theo dõi nhiệt độ của thực phẩm đông lạnh trong quá trình bảo quản, hay sử dụng như một chỉ thị nhiệt độ cho các hộp thực phẩm dành cho trẻ em (ly và muỗng nhựa thay đổi màu);

- Có thể in mực sắc tố nhiệt lên vải theo các mẫu quy định, khi tăng hoặc giảm nhiệt độ, màu sắc sẽ liên tục thay đổi từ trạng thái đậm sang trong suốt và đảo ngược lại, cho phép các thông điệp, các đồ họa trên áo ẩn hiện liên tục

- Mực sắc tố nhiệt không có tính thuận nghịch còn được dùng để viết và truyền đi các thông điệp bí mật

- Chế tạo các dụng cụ văn phòng phẩm có tính năng đặc biệt như bút cảm ứng, bút bi, nhằm tạo ra hiệu ứng giải trí, ảo thuật

Hình 1.4: Mực in sắc tố nhiệt 1.1.2.3 Sản phẩm cao su

Một trong số ít những ứng dụng của sắc tố nhiệt vào các sản phẩm cao su là trong lốp

xe, nhằm mục đích cảnh báo sự tích tụ nhiệt bên trong lốp do biến dạng nén bằng sự thay đổi màu sắc có thể quan sát được trên bề mặt của lốp

Chỉ thị này được gắn lên phần thân lốp dưới dạng đốm, miếng đệm, đường tròn hoặc được đưa trực tiếp vào hỗn hợp cao su Biến dạng nén có thể gây ra lượng nhiệt tích tụ lên đến 200°C tùy thuộc vào các yếu tố như: loại hỗn hợp cao su sử dụng để chế tạo

lốp xe, độ dày lốp, mức độ giãn nở của lốp, tốc độ di chuyển của xe, nhiệt độ môi trường xung quanh Loại sắc tố nhiệt được sử dụng phải có nhiệt độ hoạt động thấp hơn nhiệt độ gây hỏng lốp xe Nhiệt độ hiển thị thông qua màu sắc trên chỉ thị nhiệt cao hơn khoảng 2-3°C so với lượng nhiệt tích tụ bên trong lốp [6]

Hình 1.5: Ứng dụng của màu sắc tố nhiệt vào lốp xe cao su

Ngoài ra, vật liệu sắc tố nhiệt cũng có thể được phủ lên một số sản phẩm gia dụng hoặc đồ chơi cao su với mục đích trang trí, các sản phẩm gia dụng [7]

Hình 1.6: Ứng dụng của bột sắc tố nhiệt trong các sản phẩm trang trí, gia dụng

Hiện nay, việc ứng dụng sắc tố nhiệt vào các sản phẩm cao su vẫn còn rất hạn chế, không rộng rãi và phổ biến như trong các sản phẩm nhựa hoặc sơn Mặc dù cao su là một ngành rất có tiềm năng, đặc biệt là ở đất nước ta với một nguồn cung cao su dồi dào Do đó việc đưa bột sắc tố nhiệt vào trong các sản phẩm cao su để mở rộng phạm

vi ứng dụng của chúng sẽ mở ra một cơ hội mới cho các doanh nghiệp khai thác và sản xuất cao su ở Việt Nam

1.2 Cơ sở lý thuyết

1.2.1 Nguyên liệu chính

1.2.1.1 Cao su thiên nhiên (NR)

Tổng quan về cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên là hợp chất polymer có nguồn gốc tự nhiên cụ thể phổ biến nhất là

từ mủ cây cao su Về mặt cấu tạo hóa học cao su tự nhiên là polyisoprene - polymer của isoprene, khối lượng phân tử khoảng từ 200.000 - 500.000 Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích isoprene đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4 khoảng 96% Ngoài đồng phân cis 1,4, trong cao su thiên nhiên còn

có khoảng 2% mắt xích liên kết với nhau ở vị trí 3,4 Ngoài ra trong NR còn chứa các thành phần khác như protein, đường, acid béo - những thành phần có khả năng chống oxy hóa và trợ xúc tiến cho hỗn hợp cao su trong quá trình gia công [8]

Hình 1.7: Công thức cấu tạo của cis -1,4-polyisoprene

Tính chất của cao su thiên nhiên

Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên

- Nhiệt độ phân hủy: 1920C

- Khối lượng riêng: 913 kg/m³

- Nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg): -700C

- Hệ số dãn nở thể tích: 656.10-4 dm³/0C

- Nhiệt dẫn riêng: 0.14 w/m0K

- Nhiệt dung riêng: 1.88 kJ/kg0K

Hệ lưu hóa thường dùng: hệ lưu hóa lưu huỳnh Do đặc điểm về cấu tạo là một hydrocacbon không no làm cho cao su có thể lưu hóa dễ dàng bằng hệ lưu huỳnh Tuy nhiên, điều này cũng làm cho cao su thiên nhiên dễ bị oxy, ozone tác kích vào dẫn đến lão hóa cao su NR dễ bị phân hủy ở nhiệt độ 1920 C Vì mạch phân tử cao su không

phân cực nên các phân tử cao su dễ tan trong dầu khoáng nhưng không tan trong acetone

Cao su thiên nhiên NR có khả năng kháng tốt các dung dịch muối vô cơ, kiềm, và các axit không oxy hóa (ngoại trừ hydrochloric acid vì nó sẽ phản ứng với cao su để hình thành (rubber hydrochloride) Các môi trường oxy hóa mạnh như nitric axit, sulfuric axit đậm đặc, permanganates, dichromates, chlorine dioxide và sodium hypochlorite tấn công mạnh cao su Các dầu khoáng và dầu thực vật, gasoline, benzene, toluene và chlorinated hydrocarbons gây trương nở cao su Trong khi đó, nước lạnh có khuynh

hướng bảo quản NR [9]

NR có thể phối trộn tốt với nhiều loại cao su như: cao su isoprene, cao su butadiene,…hoặc các loại nhựa nhiệt dẻo như polyetylene, polypropylene,… trong máy trộn kín hoặc máy luyện hở Mặt khác NR có khả năng phối trộn tốt với các loại chất độn và phụ gia khác cho tính chất đàn hồi phù hợp với từng yêu cầu của sản phẩm

NR có khả năng kháng đứt, kháng xé, kháng mài mòn Khả năng chịu nhiệt, ozone và dầu kém Bền bỉ, dẫn nhiệt thấp và ổn định trong suốt quá trình sử dụng Không hấp thụ hơi nước Có tính kháng nước và hơi ẩm cao Nhiệt độ làm việc trung bình 700C

Bảng 1.1: Các chỉ tiêu hóa lý của cao su SVR

Tên chỉ tiêu

Hạng

Phương pháp thử

SVR CV60

SVR CV50

SVR

10

SVR 20CV

SVR

20

Mủ nước ngoài lô

Mủ đông hoặc mủ

2 Hàm lượng 0,40 0,40 0,40 0,50 0,60 0,60 0,60 0,80 0,80 TCVN

tro, % m/m,

không lớn hơn

6087:2004 (ISO 247:1990)

3 Hàm lượng

nitơ, % m/m,

không lớn hơn 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60

TCVN 6091:2004 (ISO 1656:1996)

5 Độ dẻo đầu

(Po), không nhỏ

TCVN 6092-2:2004 (ISO 2007:1991)

6 Chỉ số duy trì

độ dẻo (PRI),

không nhỏ hơn 60 60 60 60 60 50 50 40 40

TCVN 6092-1:2004 (ISO 2930:1995)

8 Độ nhớt

Mooney ML

(1’+4’) 100oC 3) 60±5 50±5 - - - - -

TCVN 6090:2004 (ISO 289-1:1994)

9 Đặc tính lưu

hóa 4)

TCVN 6094:2004 (ISO 3417:1991)

10 Mã màu

Da cam Xanh lá cây nhạt Đỏ

tươi Nâu Vàng Đỏ

Chú thích

1) Có 03 cấp hạng phụ của SVR 5 bao gồm SVR 5WF (chế biến từ mủ nước ngoài lô), SVR 5RSS (ép bành từ tờ cao su xông khói) và SVR 5ADS (ép bành từ tờ cao su xông hơi)

2) Giới hạn của nhà sản xuất không vượt quá 0,5%

3) Giới hạn của nhà sản xuất đối với cao su ổn định độ nhớt Mooney

4) Đồ thị Rheograph (R) và đặc tính lưu hóa được kèm theo khi khách hàng yêu

cầu

Ứng dụng của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên được sử dụng trong vô số ứng dụng từ những sản phẩm đơn giản đếm những sản phẩm đòi hỏi kỹ thuật sản xuất cao

- Ứng dụng trong sản xuất đệm: đệm cao su thiên nhiên được coi là dòng sản phẩm cao cấp và được ưa chuộng hàng đầu trên thị trường hiện nay Với các sản phẩm chính hãng, đệm có độ cứng hợp lý, đàn hồi vượt trội, nâng đỡ hệ cơ xương phát triển

- Ứng dụng trong ngành sản xuất lốp xe: Hầu hết sản lượng cao su đều được sử

dụng để sản xuất lốp xe Ngành công nghiệp này chiếm 70% sản lượng cao su thiên nhiên trên toàn cầu

- Trong ngành xây dựng: cao su giảm chấn thương, gối cầu cao su bản thép, ống cao su chịu nhiệt, trục cao su, cao su bảo vệ cốt góc tường, ống cao su công nghiệp, ống cao su bơm cát,

- Trong ngành công nghiệp thực phẩm: cao su tiếp xúc thực phẩm, ống cao su chuyên dụng, ống cao su trục xoắn bơm dầu thực phẩm, trục lô ép cá,

- Trong ngành công nghiệp: cao su cửa kính, thảm cao su, ống dẫn xăng dầu lắp, đệm cao su cho thiết bị điệm tử, đệm chịu lực nén, tấm lót cao su giảm chấn, giảm rung,

- Trong ngành thủy lợi, thủy điện: gioăng đệm cao su, băng chặn nước, thiết bị chống thấm, cao su diền chắn than, phớt cao su,

- Trong ngành y tế: nút cao su, găng tay cao su,

1.2.1.2 Cao su silicon

Tổng quan về cao su silicone

Cao su silicone là một chất đàn hồi (vật liệu giống như cao su) bền và có độ bền cao được cấu tạo từ silicone (polymer) có chứa silicone cùng với các phân tử khác như carbon, hydro và oxy Cấu trúc của nó luôn bao gồm xương sống siloxane (chuỗi silic-oxy) và một nhóm hữu cơ liên kết với silic [10]

Phân loại theo nhóm hữu cơ:

- Nhóm metyl - cao su dimethylsilicone hoặc đơn giản là cao su silicone metyl

- Nhóm metyl và phenyl - cao su metyl-phenylsilicone hoặc cao su phenylsilicone, có hiệu suất nhiệt độ thấp tuyệt vời

- Nhóm metyl và Vinyl - cao su /chất đàn hồi metylvinylsilicone

- Nhóm Methyl, Phenyl và Vinyl được biết đến với hiệu suất tuyệt vời ở nhiệt độ thấp

- Nhóm Fluoro, Vinyl và Methyl - Còn được gọi là cao su flo hóa hoặc cao su Fluoro silicone Có khả năng chống chịu hóa chất cao (nhiên liệu, dầu, dung môi…)

Phân loại theo cấu tạo hóa học

- Cao su silicone rắn hoặc lưu hóa ở nhiệt độ cao : cao su silicone rắn chứa các polymer có trọng lượng phân tử cao và các chuỗi polymer tương đối dài Chúng

có sẵn ở dạng không đóng rắn và yêu cầu kỹ thuật xử lý cao su truyền thống

- Cao su silicone lỏng : cao su silicone lỏng chứa các polymer có trọng lượng phân tử thấp hơn và do đó chuỗi ngắn hơn Nó có đặc tính dòng chảy tốt hơn

Nó được xử lý trên thiết bị ép đùn và ép phun được thiết kế đặc biệt

- Cao su silicone lưu hóa ở nhiệt độ phòng : là một loại cao su silicone được làm

từ hệ thống một phần hoặc hai thành phần trong đó độ cứng của chúng từ rất mềm đến trung bình Chúng thường là chất bịt kín, keo dán…

Tính chất

Cao su silicone có khoảng nhiệt độ sử dụng rất rộng từ -650C - 3150C

Khả năng chịu nhiệt rất cao có thể làm việc bình thường ở 2050C đến 5 năm trong khi các cao su khác bị hỏng cao su silicone không mùi, không vị, không độc, không bị vấy bẩn và không bị ăn mòn

Sản phẩm trong suốt Hệ lưu hóa dùng peroxide

Nhìn chung, cơ tính của cao su silicone tương đối kém Ðộ bền kéo của chúng phụ thuộc nhiều vào chất độn silica gia cường nhưng rất khó để nâng độ bền kéo của cao

su silicone trên 15 MPa Tuy vậy trong các ứng dụng nhiệt độ cao, sự duy trì độ bền kéo của cao su silicone tốt hơn rất nhiều so với NR và các loại cao su tổng hợp khác Một sản phẩm cao su làm từ chất liệu silicone sẽ có khả năng chịu nhiệt độ cao và kháng dung môi tốt, đặc biệt là an toàn trong các ngành thực phẩm

Ứng dụng

- Công nghiệp ô tô: Các sản phẩm cao su silicone trong ô tô như đệm làm kín trục truyền động, lớp vỏ bọc ngoài bộ phận đánh lửa, vỏ bọc công tắc, bộ phận giảm rung, lưỡi cao su gạt nước, đệm làm kín mui đẩy, bộ giảm thanh khí xả,

…

- Công nghiệp điện: một lượng lớn cao su silicone cũng được tiêu thụ bởi ngành công nghiệp điện do tính cách điện và tính uốn dẻo tốt của nó Cao su silicone được sử dụng bọc dây cáp tải điện, bọc cách điện cho mô-tơ và máy biến áp, các chi tiết điện Một lượng đáng kể cao su silicone cũng được dùng làm bàn phím máy tính, điện thoại và bộ điều khiển từ xa

- Ngành Y khoa: Cao su silicone cũng được dùng phổ biến trong nhiều ứng dụng

y khoa do tính trơ hóa học và tính tương thích sinh học của nó Một số sản phẩm tiêu biểu như núm vú bình sữa cho trẻ sơ sinh, đệm làm kín pit-tông kim tiêm, nút đậy cho các lọ chứa thuốc, kẹp bịt túi,…

- Ngành hàng tiêu dùng: Trong phân khúc thị trường hàng tiêu dùng, cao su silicone cũng có những ứng dụng quan trọng do tính trong suốt, không dính,

uốn dẻo tốt và tính chịu nhiệt độ cao Nó được dùng làm đĩa chịu nhiệt chứa thực phẩm trong lò nướng, khuôn nướng, khay nướng, dụng cụ trộn thực phẩm, dao cắt bột làm bánh, đồ chơi nhào nặn, khuôn đúc, vòng đeo tay, mũ tắm, mặt

- Theo độ pH: bazơ, axít, trung tính

- Theo tốc độ lưu hóa: chậm, trung bình, nhanh, bán cực nhanh, cực nhanh

- Theo nhóm hóa học: Sulfenamide, Thiuram, Thiazole và Thiazoline, Guanidine

Hình 1.8: Công thức hóa học của chất xúc tiến TMTM

Dạng bột hoặc dạng hạt, màu vàng nhạt hoặc vàng chanh, khối lượng riêng d = 1,37 - 1,4 g/cm3 T0nc = 103 - 105°C Không mùi, không vị Tan trong các dung môi hữu cơ thông dụng: benzene, chloroform, acetone Không tan trong nước và gazoline Tan ít trong ether, cồn

Khác với chất cùng nhóm thiuram, TMTM chỉ có tác dụng gia tốc lưu hóa nhanh cho cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp ở nhiệt độ từ 100°C - 120°C hay gia tốc lưu hóa bản cực nhanh ở nhiệt độ 120-150°C và tác dụng tăng hoạt cho các chất gia tốc lưu hóa khác

Sự lưu hóa cao su có TMTM đòi hỏi phải có lưu huỳnh làm chất lưu hóa, nhưng có thể

sử dụng lượng thấp hơn lương bình thường, khi đó cao su lưu hóa sẽ có tính chất chịu nhiệt và chịu lão nổi bật

Lượng dùng:

- Dùng như chất gia tốc chính 0,15% - 0,3% (lưu huỳnh khi đó dùng từ 1,5 - 3%)

- Dùng như chất tăng hoạt: 0,05 - 0,5%, khi đó chất gia tốc chính nên dùng là MBT hay MBTS với lượng 0,5% - 1% (lưu huỳnh khi đó từ 1,5 - 3%)

- Dùng như chất gia tốc chính, cho các mặt hàng cao su chịu nhiệt cao: 1 - 3% (lưu huỳnh dùng từ 0,25 - 0,75%) chất chịu nhiệt và chịu lão nổi bật

 Chất xúc tiến MBTS/DM

Xúc tiến MBTS là một loại xúc tiến thuộc họ Merkapto Tên hóa học của xúc tiến MBTS là Disulfide benzothiazyl

Có công thức hóa học:

Hình 1.9: Công thức hóa học của chất xúc tiến MBTS

Dạng bột hoặc hạt nhỏ xốp màu vàng nhạt hơi trắng (trắng hơi vàng), không mùi, không độc, khối lượng riêng d=1,5 g/cm3, t0nc trung bình 170°C Tan trong benzene, chloroform, acetone, ether Không tan trong nước, ét xăng

Gia tốc lưu hóa nhanh cho các hỗn hợp cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp ở nhiệt

độ 140°C Dưới nhiệt độ này (120°C) có tác dụng gia tốc trung bình, nhưng có tính an toàn sử dụng rất tốt cho các hỗn hợp cán luyện, định hình, tức là khó lưu hóa sớm hơn MBT

Là chất tăng hoạt hoặc được tăng hoạt bởi các gia tốc họ guanidine, thiuram, dithiocarbamate và aldehyde-amine

Trước đây, người ta thường sử dụng MBT Tuy nhiên MBT chỉ có tốc độ lưu hóa trung bình, mô-đun đàn hồi tương đối thấp và có khuynh hướng lưu hóa sớm trong gia công và tồn trữ hỗn hợp Do đó, người ta thay xúc tiến MBTS cho MBT do MBTS có nhiều ưu điểm hơn như:

- MBTS tránh bị tự lưu sớm hơn

- MBTS cho tốc độ lưu hóa tốt hơn có nghĩa là năng suất cao hơn

- MBTS cho mật độ kết mạng tốt hơn nên tính năng cơ lý cũng cao hơn

Lượng dùng:

- Sử dụng như chất gia tốc chính: 0,8-1,5% (lưu huỳnh dùng từ 1,5 - 3,5%)

- Sử dụng như chất tăng hoạt: 0,5 - 1,2%, phối hợp với DPG 0,2 - 0,7% hoặc phối hợp với DTMT hay DTET 0,1 – 0,4% (lưu huỳnh 2-3,5%)

 Chất xúc tiến DPG

Xúc tiến DPG là một loại xúc tiến thuộc họ Guanidine Tên hóa học của xúc tiến DPG

là N.N Dipenyl Guanidine

Có công thức cấu tạo:

Hình 1.10: Công thức cấu tạo của DPG

Bột màu trắng mịn T0nc > 145°C, khối lượng riêng d = 1,13 - 1,19 g/cm3 , không mùi Tan trong benzene, toluene, chloroform, acetone, cồn, ether, Tan rất ít trong nước Không tan trong ét xăng Có vị hơi đắng (các phẩm thương mại hơi khác biệt nhau về tính hòa tan.)

Họ Guanidine tạo nên vận tốc lưu hóa chậm nên hiếm khi được sử dụng như chất xúc tiến chính, chúng chỉ phù hợp kết mạng các chi tiết có mặt cắt ngang lớn, nhưng là chất xúc tiến tương đối an toàn về mặt gia công Tăng hoạt hay phụ trợ mạnh cho chất xúc tiến nhóm thiazole, thiazoline hay thiuram; nhất là nhóm thiazole axit, phối hợp trở thành một hỗn hợp có tác dụng gia tốc bản cực nhanh cho lưu hóa cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp butadiene-styrene

Trong các hỗn hợp chứa silica, DPG được sử dụng như chất hoạt hóa kết mạng, hấp phụ ưu tiên lên bề mặt silica có tính axit, vì vậy tránh sự mất hoạt tính của hệ kết mạng Ngoài ra, DPG hỗ trợ cho sự tương thích của hỗn hợp silica và vật liệu đàn hồi,

vì vậy cải thiện sự phân tán và tình trạng gia công

DPG không độc hại, nhưng dễ gây kích ứng với da Tan trong benzene, toluene, chloroform, ethanol, acetone, ethyl acetate, không tan trong nước và dầu

DPG an toàn gia công Đối với những sản phẩm sáng màu, nó là nguyên nhân gây ra hiện tượng biến màu Ngoài ra, DPG không được khuyến nghị sử dụng trong các sản phẩm tiếp xúc với thực phẩm

Lượng dùng:

- Dùng như chất xúc tiến: 1 - 2% (lưu huỳnh khi đó dùng 2,5 - 4%) cho lưu hóa sản phẩm dày cần lưu hóa lâu

- Dùng như chất tăng hoạt: 0,2 - 0,7%, khi đó chất gia tốc MBT dùng từ 0,8%, hoặc MBTS 0,5 - 1,2% (lượng lưu huỳnh từ 1,5 – 3%)

0,5-1.2.2.2 Trợ xúc tiến

Các chất xúc tiến tạo với các chất hỗ trợ xúc tiến thành những phức chất, những phức chất này có nhiệm vụ hoạt hóa lưu huỳnh làm tăng tốc độ lưu hóa và cải thiện được tính năng của sản phẩm Chất trợ xúc tiến có hai nhóm: chất trợ xúc tiến vô cơ và chất trợ xúc tiến hữu cơ [11] [9]

Các chất trợ xúc tiến vô cơ như : ZnO, PbO, MgO, ZnCO3, …

Các chất trợ xúc tiến hữu cơ: thường được sử dụng kết hợp với các oxit kim loại Chúng có thể là các axit béo có trọng lượng phân tử cao, bao gồm một hoặc hỗn hợp của các dạng axit: stearic, oleic, lauric, myristie, panmitic, và các loại dầu được hydro hóa từ dầu lửa, dầu cá, dầu lanh,…

Các chất có tính kiềm làm tăng độ pH của hỗn hợp cao su và trong đa số các trường hợp tăng tốc độ lưu hóa Trong khi đó các chất có tính axit làm trì hoãn tác dụng của chất xúc tiến Thường sử dụng ZnO và Axit Stearic

Tăng hoạt chất gia tốc trực tiếp hoặc qua sự thành lập savon kẽm tan trong cao su khi phản ứng với oxit kẽm

Làm mềm dẻo cao su cán luyện

Khuếch tán chất độn và các hóa chất khác: Dễ dàng khuếch tán chất độn vì axit stearic

có chức năng tẩm ướt chất độn nhờ các nhóm carbonyl hút các hạt của chất độn và chuỗi hydrocarbon dài tan trong cao su

Giảm tính dính của cao su sống: Hỗn hợp cao su vẫn mềm dẻo thích hợp cho chế biến sản phẩm định hình qua máy ép đùn hay máy cán tráng

Kháng lão hóa vật lí cho cao su Do axit stearic có độ hòa tan trong cao su có giới hạn (trừ cao su Butyl), khi có khối lượng tự do, nó sẽ di chuyển ra mặt ngoài sản phẩm ngay sau lưu hóa tạo sự kháng lão hóa vật lý cô lập cao su và không khí

Phụ trợ tạo xốp (trợ nổi) cho bicarbonate sodium Tác dụng trợ tạo xốp, trợ nổi do bicarbonate sodium có hiệu quả tốt khi lượng axit stearic dùng cao trong chế biến dép xốp, mousse,…thay thế cho cellular-D (dinitroso pentamethylenetetramine) hay các chất tạo xốp, chất tạo xốp khác

 Kẽm oxit

Dạng bột màu trắng, không độc hại, tan trong môi trường axit, kiềm hay dung dịch amoni clorua NH4Cl, không tan trong nước và cồn Khối lượng riêng d = 5,61g/cm3 ZnO là chất tăng hoạt hiệu quả vì nó làm giảm liên kết ngang của lưu huỳnh, đồng thời kích thích sự hình thành các liên kết C-C làm tăng sự ổn định nhiệt của cao su lưu hóa Các loại ZnO siêu mịn được sử dụng phải có hàm lượng tối thiểu 99,5% ZnO và được

xử lý để có diện tích bề mặt riêng lớn

Ngoài nhiệm vụ là chất trợ xúc tiến, ZnO còn có thể làm chất độn tăng cường Tuy nhiên hiện nay ít được sử dụng làm chất độn hay chất tạo màu vì tỷ trọng cao, giá thành sản phẩm đắt Nếu hàm lượng độn ZnO trên 50 - 60%, lực kéo đứt sẽ tăng rất cao và độ nẩy cũng đạt được giá trị cao nhất, tuy nhiên độ kháng xé rất thấp và tốc độ lão hóa cao