TIỂU LUẬN TỔNG QUAN VỀ CAO SU TỰ NHIÊN

Những thành quả này nối tiếp những thành quả kia , những sản phẩm của ngày hôm qua chứa trong nó một hứa hẹn về một ngày mai sẽ có những sản phẩm ưu việt hơn ,… Lĩnh vực nghiên cứu các ứ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

TIỂU LUẬN

TÊN TIỂU LUẬN : TỔNG QUAN VỀ CAO SU TỰ NHIÊN

Sinh viên: 1 Phan Thị Thu Hương

2 Phạm Thị Hải Vân

3 Lưu Công Tuấn

4 Cầm Hoàng Hiệp

Ngành: Công nghệ vật liệu Lớp: K12 CNVL

Lớp học phần: Hóa lý polyme_2.1(12CNVL).1_LT

Mã học phần: MSE13011 Số tín chỉ: 03

Giảng viên: TS Phạm Thị Lánh

TS Nguyễn Tăng Sơn

TS Vũ Ngọc Hùng

Hà Nội – Năm 2021

MỞ ĐẦU

Những bước phát triển của khoa học ngày nay đem đến cho đời sống con người vô số những tiện nghi về cẩ vật chất lẫn tinh thần Những thành quả này nối tiếp những thành quả kia , những sản phẩm của ngày hôm qua chứa trong nó một hứa hẹn về một ngày mai sẽ có những sản phẩm ưu việt hơn ,… Lĩnh vực nghiên cứu các ứng dụng và

phương pháp sản xuất các vật liệu polymer đã trải qua những chặng đường phát triển mạnh mẽ và có những bước tiến vượt bậc Các vật liệu từ polymer đóng vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu trong lĩnh vực đời sống cho tới ứng dụng công nghiệp Theo ước tính hiện nay gần 80% vật liệu mà con người sử dụng trên thế giới là polymer

Hợp chất tự nhiên được sử dụng đầu tiên và quan trọng bậc nhất hiện nay là cao su tự nhiên Từ những năm 1890 , khi các phương tiện giao thông đường bộ được sử dụng rộng rãi , nhu cầu sử dụng cao su làm săm lốp cho các phương tiện giao thông tăng lên nhanh chóng Và cho đến hiện nay các sản phẩm từ cao su đã chiếm số lượng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau : ngành xây dựng , ngành y tế , ngành xây dựng ,…

Bài tiểu luận dưới đây sẽ tìm hiểu kĩ hơn về cao su tự nhiên , những tính chất và ứng dụng của cao su tự nhiên trong đời sống con người

I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Cao su tự nhiên được lấy từ mủ cây cao su chúng được những người dân Nam

Mỹ phát hiện và sử dụng cao su tự nhiên ở thế kỷ 16 Nam Mỹ vẫn là nguồn chính của mủ cao su với số lượng rất hạn chế được sử dụng trong nhiều thế kỷ

19 Tuy nhiên, vào năm 1876, Henry Wickham nhập lậu 70.000 Para hạt giống cây cao su từ Brazil và đã giao cho Kew Gardens,Anh Chỉ 2.400 trong số này nảy mầm sau đó cây con sau đó được gửi đến Ấn Độ, Sri Lanka, Indonesia, Singapore, và Anh Malaya Malaya (tại bán đảo Malaysia) sau này trở thành nhà sản xuất lớn nhất của cao su Trong những năm 1900, các Bang Tự do Congo ở châu Phi cũng là một nguồn quan trọng của mủ cao su tự nhiên, chủ yếu được thu thập bởi lao động cưỡng bức Liberia và Nigeria cũng bắt đầu sản xuất cao su

Ở Ấn Độ, canh tác thương mại của cao su tự nhiên đã được thực hiện bởi các chủ đồn điền người Anh, mặc dù những nỗ lực thử nghiệm để phát triển cao su trên quy mô thương mại ở Ấn Độ được bắt đầu rất sớm vào năm 1873 tại Vườn Bách thảo, Calcutta Đồn điền thương mại đầu tiên Heave ở Ấn Độ đã được thành lập tại Thattekadu ở Kerala vào năm 1902

Tại Singapore và Malaysia, sản xuất thương mại cao su đã được rất nhiều thúc đẩy bởi Sir Henry Nicholas Ridley, người từng là Giám đốc khoa học đầu tiên của Vườn Bách thảo Singapore 1888-1911 Ông phân phối hạt giống cao su cho nhiều người trồng và phát triển các kỹ thuật đầu tiên để khai thác mủ mà không gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho cây.Henry Wickham hái hàng ngàn hạt ở Brasil vào năm 1876 và mang những hạt đó đến Kew Gardens (Anh) cho nảy mầm Các cây con được gửi đến Colombo, Indonesia, và Singapore

Tuy nhiên, việc sử dụng cao su trở nên phổ biến chỉ khi quá trình lưu hóa cao su được các nhà hóa học tìm ra vào năm 1839 Khi đó, cao su tự nhiên chuyển từ trạng thái chảy nhớt sang trạng thái đàn hồi cao

Ngày nay Việt Nam là nước đứng thứ năm về sản lượng cao su thiên nhiên và thứ tư về xuất khẩu cao su thiên nhiên, sau Thái Lan, Indonesia, Malaysia

Năm 2012, diện tích cây cao su của Việt Nam có khả năng đạt 850.000 ha, chiếm khoảng 7% tổng diện tích cao su thế giới, xuất khẩu dự kiến đạt xấp xỉ 1 triệu tấn và trở thành nước thứ tư thế giới về xuất khẩu cao su thiên nhiên Theo quy hoạch phát triển ngành cao su của chính phủ, dự kiến đến năm 2015 tầm nhìn đến năm 2020, Việt Nam sẽ duy trì ổn định 800.000 ha và 1,2 triệu tấn cao su thiên nhiên hàng năm Trong đó sẽ dành 30% cho ngành công nghiệp chế biến trong nước và 70% còn lại dành cho xuất khẩu

Ngành xuất khẩu cao su Việt Nam đang hướng đến các thị trường quốc tế, hiện nay ngoài việc truyền thông cho lĩnh vực xuất khẩu cao su được phòng thương mại công nghiệp Việt Nam xúc tiến tại các quốc gia trên thế giới như Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc

II TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ XUẤT KHẨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ

VIỆT NAM

1 Thị trường cao su trên thế giới

Cây cao su được trồng chủ yếu ở các nước Đông Nam Á, châu Phi và một phần nhỏ ở châu Mỹ Theo báo cáo của Hiệp hội Các quốc gia sản xuất cao su thiên nhiên, trước năm 2010, nhu cầu cao su tự nhiên toàn cầu tăng trưởng trung bình 5% mỗi năm, nhưng gần đây tăng chậm Lượng tiêu thụ cao su thế giới năm 2017 đạt 12,86 triệu tấn, đến năm 2018 đạt 14,02 triệu tấn và tăng lên 14,59 triệu tấn trong năm 2019 Tuy nhiên, thị trường vẫn trong tình trạng

dư thừa, do sản lượng cao su thiên nhiên thế giới trong năm 2017 là 13,45 triệu tấn, năm 2018 đạt 13,96 triệu tấn và tăng lên 14,84 triệu tấn trong năm 2019

Biểu đồ thể hiện cung – cầu cao su thiên nhiên từ năm 2014-2019

Nguồn : theo tạp chí công thương

Tình trạng cung vượt cầu đã gây áp lực rất lớn đến giá cao su trong những năm qua Giá giảm dẫn đến lợi ích kinh tế từ cây cao su giảm, nên người trồng cao su không chú trọng đầu tư

Tổng sản lượng CSTN ( cao su tự nhiên ) tăng 2,43% từ mức 13,54 triệu tấn năm

2017 lên 13,87 triệu tấn trong năm 2018 Tình trạng dư cung của cao su toàn cầu dẫn đến giá CSTN giảm

Khu vực Đông Nam Á là khu vực trồng cao su quan trọng nhất trên thế giới Thái Lan, Indonesia và Việt Nam là 3 quốc gia sản xuất cao su lớn nhất với tổng sản lượng sản xuất chiếm tỷ trọng 65% sản lượng CSTN toàn cầu

Ngành công nghiệp lốp xe sử dụng CSTN là nguyên liệu chính Khoảng 71% CSTN được dùng cho ngành săm lốp xe

Trung Quốc là quốc gia nhập khẩu CSTN hàng đầu thế giới, tiêu thụ khoảng 40% tổng sản lượng toàn cầu Trong số các châu lục, Châu Á xuất khẩu 11,1 tỷ USD, tương đương 84,7% doanh thu CSTN thế giới

2 Thị trường cao su tại Việt Nam

2.1 Về sản xuất

Điểm tích cực là Việt Nam tiếp tục giữ vững vị trí thứ hai về năng suất vườn cây, thứ ba về sản lượng, thứ tư về xuất khẩu trên thế giới Năm 2018, Việt Nam tiếp tục duy trì vị trí này, với sản lượng 1.142 nghìn tấn trên diện tích 965.400 hecta Cùng với tăng về sản lượng, năng suất cây cao su tại Việt Nam cũng tăng đáng

kể, nhờ áp dụng các giống cao sản và tiến bộ trong kỹ thuật trồng và chăm sóc Việt Nam đã giữ mức năng suất bình quân 1,6 - 1,7 tấn/ha/năm và là mức cao nhất tại khu vực châu Á, đứng thứ hai trên thế giới trong những năm gần đây Năng suất cao là một trong những yếu tố quan trọng giúp người trồng cao su tại Việt Nam chống chịu và ứng phó linh hoạt khi giá thấp kéo dài từ năm 2012 đến nay

Bảng 1 : Diện tích , sản lượng và năng suất cây cao su tại Việt Nam

Nguồn : theo tạp chí công thương

2.2 Về xuất khẩu

Giá trị đóng góp vào tổng kim ngạch xuất khẩu của ngành Cao su không chỉ từ nguồn nguyên liệu cao su thiên nhiên, mà còn từ các sản phẩm cao su và sản phẩm

gỗ cao su của ngành Công nghiệp chế biến Việt Nam xuất khẩu cao su vào hơn 60

thị trường tại các nước trên thế giới Tuy nhiên, Trung Quốc, Ấn Độ, và Hàn Quốc

là 3 thị trường tiêu thụ cao su lớn nhất của Việt Nam trong năm 2019, chiếm thị phần lần lượt là 66,5%, 8,3% và 3% Theo Cục Chế biến và Phát triển thị trường nông sản (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) cho biết khối lượng xuất khẩu cao su năm 2018 là 1,56 triệu tấn, tương ứng giá trị 2,09 tỉ USD, với giá xuất khẩu bình quân 1.338USD/tấn, so với năm 2017 tăng 13,3% về sản lượng và giảm 7,0%

về giá trị, do giá xuất khẩu giảm Đến năm 2019, sản lượng xuất khẩu tăng hơn so với năm 2018, sản lượng đạt 1,68 triệu tấn, tương ứng 2,26 tỉ USD, tăng 7,7% về khối lượng và tăng 8,0% về giá trị so với năm 2018, giá xuất khẩu bình quân 1.343 USD/tấn

Biểu đồ thể hiện sản lượng và giá trị xuất khẩu cao su giai đoạn 2014-2019

Nguồn : theo tạp chí công thương

Cục Chế biến và Phát triển thị trường nông sản dự báo thị trường cao su Việt Nam có dấu hiệu khởi sắc trong năm 2020, do thỏa thuận thương mại Mỹ - Trung có triển vọng đạt được từng phần Bên cạnh đó, thị trường hy vọng việc cắt giảm lãi suất của Trung Quốc sẽ giúp thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, kích thích nhu cầu tiêu thụ cao su Ngoài ra, theo Hội đồng Cao su Quốc tế ba bên (ITRC), sản lượng cao su của các nhà sản xuất

cao su tự nhiên hàng đầu thế giới như Thái Lan, Indonesia và Malaysia dự báo giảm 800.000 tấn, do ảnh hưởng bởi bệnh nấm

III NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CAO SU TỰ NHIÊN

Cao su tự nhiên hay cao su thiên nhiên là loại vật liệu được sản xuất từ mủ cây cao su (Hevea brasiliensis) của họ Đại kích (Euphorbiaceae)

Đây là loại vật liệu được sản xuất trực tiếp từ mủ của cây cao su Vật liệu này thuộc loại Polyterpene với công thức phân tử (C5H8)n

1 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

Cao su tự nhiên được thu hoạch từ nhựa cây Hevea Brasiliensis nhờ phương pháp cạo

mủ Cụ thể, người ta cắt một dải vỏ cây mỏng theo chiều ngược xuống để mủ cây có thể chảy ra và được thu thập trong những cái thùng nhỏ hoặc chén nhỏ Nhựa mủ cao su có thể chảy liên tục trong 6 tiếng đồng hồ

Được biết, để sản xuất ra một chiếc nệm cao su tự nhiên, người ta có thể phải cần tới

120 lít nhựa mủ, tương đương với việc phải thu hoạch nhựa cây cao su trên một diện tích rộng 12 hecta

Có hai phương pháp chính được sử dụng trong quy trình sản xuất nệm cao su thiên nhiên là Dunlop và Talalay nhưng về cơ bản, chúng đều dựa trên nguyên lý chung là dùng một số chất để trùng ngưng mủ cao su khiến bọt cao su chuyển từ dạng lỏng thành dạng rắn

1.1 Điều chế cao su thiên nhiên bằng phương pháp Dunlop

Phương pháp xử lý Dunlop được phát triển lần đầu tiên vào năm 1929 Quá trình này tuân theo các bước sau:

Bước 1: Hỗn hợp mủ cao su được đánh tơi thành bọt cao su

Bước 2: Bọt cao su được đổ vào khuôn để tạo hình và chuyển vào một chiếc lò đặc biệt, lúc này bọt cao su đã chuyển từ thể lỏng sang rắn

Bước 3: Sau đó, khối cao su được lấy ra khỏi khuôn và làm sạch bằng nước

Bước 4: Cao su được làm khô bằng không khí nóng lần thứ hai để loại bỏ độ ẩm dư thừa

Cao su tự nhiên thu được từ phương pháp Dunlop khá đậm đặc Sự phân bổ không đồng đều của hỗn hợp khiến nệm cao su tự nhiên được sản xuất từ phương pháp này khá nặng ở phần đáy (mật độ mủ cao su đậm đặc hơn) và mềm mại, tơi xốp hơn ở phía trên

1.2 Điều chế cao su thiên nhiên bằng phương pháp Talalay

Được ứng dụng từ thời thế chiến thứ 2, Talalay là một phương pháp điều chế cao su tự nhiên tiến tiến hơn và nhiều kỹ năng chuyên sâu hơn phương pháp Dunlop Quá trình Talalay tuân theo các bước sau:

Bước 1: Đổ bọt cao su lỏng vào khuôn (tương tự như phương pháp Dunlop); tuy nhiên, khuôn chỉ được đổ đầy một phần

Bước 2: Khuôn được niêm phong bằng chân không khiến mủ cao su giãn ra, giúp mật

độ cao su phân bổ đều

Bước 3: Mủ cao su tiếp tục được đông lạnh bằng đèn flash để đẩy toàn bộ khí cacbon đi-ô-xít ra ngoài Điều này làm cho bọt cao su nhẹ hơn và thoáng khí hơn khi chuyển thành thể rắn

Bước 4: Mủ cao su được làm khô bằng không khí nóng

Bước 5: Mủ được lấy ra khỏi khuôn, rửa sạch và sấy khô

Những bước bổ sung này giúp cao su tự nhiên có độ đồng nhất cao hơn Cao su tự nhiên điều chế từ phương pháp Talalay nhẹ, mịn hơn và ít đặc hơn so với phương pháp Dunlop

IV TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG

1 Tính chất

Ở nhiệt độ thấp, cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể CSTN kết tinh với vận tốc nhanh

Nửa chu kỳ kết tinh ở -25 °C: 2÷4 giờ

Khối lượng

riêng

Nhiệt độ hóa thủy tinh

Hệ số giãn nở thể tích

Nhiệt dẫn riêng

Nhiệt dung riêng

913 kg/m³ -70 °C 656.10−4 dm³/°C 0,14 w/m°K 0,14 w/m°K Cao su thiên nhiên tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng và

CCl4 Tuy nhiên, CSTN không tan trong rượu và xetôn

1.1 Độ co giãn và đàn hồi

Đây là một đặc tính nổi bật của cao su Xét về vi mô độ co giãn chính là kết quả của

sự sắp xếp các phân tử cao su theo các chuỗi xoắn, nhăn Khi lực kéo tác động các chuỗi này giãn thẳng và trở về trạng thái ban đầu bằng lực kéo của các liên kết giữa các phân tử cao su

Độ co giãn này bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, giảm khi nhiệt độ thấp và tăng khi nhiệt

độ cao tuy nhiên có giới hạn Có một đặc tính không mong muốn trong ở đây đó là

độ “kết tinh”, đó chính là sự “đông cứng” của các liên kết phân tử, dẫn đến cao su không thể trở về hình dạng ban đầu

Ví dụ: Một quả bóng cao su được bơm căn, đặt trên mặt bàn một thời gian sẽ bị

méo ở bề mặt tiếp xúc với mặt bàn, đó chính là sự “đông cứng”.

Để khắc phục nhược điểm này người ta thực hiện lưu hóa cao su tạo ra liên kết

di-và polysulfide giữa các chuỗi, điều này giới hạn tự do, thắt chặt các chuỗi cao su nhanh hơn, do đó làm tăng độ đàn hồi, làm cho cao su cứng hơn và ít giãn hơn

Cao su thiên nhiên còn nổi tiếng là chất liệu có độ bền vượt trội Các sản phẩm từ cao su thiên nhiên nếu biết sử dụng, vệ sinh và bảo quản đúng cách thì thời gian sử dụng có thể lên đến 20 năm

Mặc dù sở hữu những đặc tính ưu việt về chất lượng xong các sản phẩm từ cao su thiên nhiên có giá thành khá cao so với tình hình kinh tế chung ở nước ta hiện nay Không những thế, các sản phẩm được làm từ cao su tự nhiên do không sử dụng chất bảo quản nên dễ gặp tình trạng bị oxy hóa do nhiệt độ, độ ẩm Ngoài ra, vấn nạn hành giả, hàng nhái, hàng kém chất lượng khiến khách hàng lo lắng về vấn đề an toàn cho sức khỏe, độ bền cũng như giá cả của sản phẩm

Tính kháng của cao su thiên nhiên với thời tiết và lão hóa tương đối kém Không giống như vật liệu đàn hồi tổng hợp, cao su thiên nhiên mềm khi bị lão hóa bởi ánh sáng mặt trời do chuỗi polymer bị cắt đứt Nó chỉ có tính kháng trung bình với ozone

Cao su thiên nhiên có tính kháng rất tốt với hầu hết các dung dịch muối vô cơ, kiềm, và các acid 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 acid, sulfuric acid 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 cao su thiên nhiên

2 Ứng dụng

Cao su tự nhiên được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau dựa vào những tính chất vượt trội của cao su tự nhiên : ngành giao thông , ngành y tế , ngành thủy điện, ngành xây dựng ,…

Cao su chưa lưu hoá được sử dụng như một chất độn trong sản xuất xi măng Sản xuất các loại băng dính, chất cách điện, tăng ma sát; và đối với cao su crepe được

sử dụng trong chăn cách điện và giày dép

Cao su lưu hóa có nhiều ứng dụng hơn nữa Khả năng chống mài mòn làm cho các loại cao su mềm hơn có giá trị cho lốp xe và băng tải, đồng thời làm cho cao su cứng có giá trị cho vỏ máy bơm và đường ống được sử dụng trong việc xử lý mài mòn

Tính linh hoạt của cao su được sử dụng trong ống mềm, lốp xe và trục lăn cho các thiết bị từ máy vắt quần áo trong nước đến máy in

Độ đàn hồi của nó làm cho nó phù hợp với các loại giảm xóc khác nhau và các giá

đỡ máy móc chuyên dụng được thiết kế để giảm rung động

Tính không thấm khí tương đối của nó làm cho nó hữu ích trong sản xuất các sản phẩm như ống dẫn khí, bóng bay, bóng và đệm

Tính kháng của cao su với nước và tác dụng của hầu hết các chất hóa học đã dẫn đến việc nó được sử dụng trong quần áo mưa, đồ lặn, ống đựng hóa chất và dược phẩm, và làm lớp lót cho các bồn chứa, thiết bị chế biến và toa xe bồn

Do khả năng chống điện của chúng, hàng hóa cao su mềm được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt và làm găng tay, giày và chăn bảo hộ; cao su cứng được sử dụng cho các sản phẩm như vỏ điện thoại, các bộ phận của bộ radio, đồng hồ đo và các dụng