Lưu Hóa Cao Su Là Gì? Ứng Dụng Trong Sản Xuất Đệm
Lưu hóa cao su là bước tiến đột phá trong lịch sử sản xuất và sử dụng cao su tự nhiên. Nhờ quá trình lưu hóa mà cao su thiên nhiên có độ bền cao hơn, dai hơn, trở thành nguyên vật liệu được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất.
Vậy lưu hóa cao su là gì? Ứng dụng như thế nào trong đời sống hiện nay. Cùng khám phá tổng quan qua bài viết sau đây.
Cao su lưu hóa là gì?
Lưu hóa là quá trình làm rắn chất đàn hồi như cao su. Nó hoạt động bằng cách hình thành các liên kết chéo giữa các phần của chuỗi polyme, dẫn đến tăng độ cứng và độ bền, làm thay đổi các đặc tính cơ và điện của vật liệu. Thuật ngữ lưu hóa này ban đầu chỉ dành riêng cho việc xử lý cao su tự nhiên bằng lưu huỳnh.
Ngày nay lưu hóa được gọi chung cho quá trình xử lý nhiệt làm cứng cao su thiên nhiên, hay cao su nhân tạo với các chất độn khác nhau chứ không chỉ lưu huỳnh. Cao su buna là một điển hình cho quá trình này.
Vậy lưu hóa cao su là gì? Thực chất nó là sản phẩm của quá trình xử lý nhiệt giữa cao su tự nhiên và lưu huỳnh, giúp cải thiện độ đàn hồi, ổn định cấu trúc của cao su tự nhiên.
Nguồn gốc hình thành cao su lưu hóa
Cao su tự nhiên có tính đàn hồi và độ bền cao được người châu Mỹ tìm ra vào cuối thế kỷ 16. Tuy nhiên do ở trạng thái tự nhiên, nó trở nên quá cứng hoặc quá mềm trong các điều kiện khác nhau nên rất khó sử dụng vào bất cứ việc gì. Và việc tiêu thụ cao su thực sự bị hạn chế.
Vào những năm 1830, Charles Goodyear tiến hành các thí nghiệm để tìm ra chất chuyển hóa thay đổi hình dạng nguyên thủy của cao su thiên nhiên. Ông đã thử làm nóng cao su để trộn các hóa chất khác với nó nhằm cải thiện độ cứng của cao su. Tuy nhiên đây là quá trình gia nhiệt chứ không phải do hóa chất được sử dụng. Ông liên tục gặp thất bại khi các công thức làm cứng được công bố không hoạt động nhất quán.
Mãi đến năm 1839, khi cố gắng trộn cao su với lưu huỳnh, Ông đã vô tình làm rơi hỗn hợp này vào một chiếc chảo nóng. Ông vô cùng ngạc nhiên vì phản ứng diễn ra. Thay vì tan chảy hoặc bốc hơi, cao su vẫn cứng và khi ông tăng nhiệt nó trở nên cứng hơn. Goodyear nhanh chóng tìm ra một hệ thống nhất quán cho sự đông cứng này, mà ông gọi là quá trình lưu hóa vì nhiệt liên quan. Ông đã nhận được bằng sáng chế trong cùng năm, và đến năm 1844 thì sản xuất cao su trên quy mô công nghiệp.
Nhờ vào phát minh vĩ đại này, nhu cầu tiêu thụ cao su thiên nhiên không ngừng tăng cao. Từ đó, ngành công nghiệp cao su bùng nổ mạnh mẽ. Hiện nay, cao su thiên nhiên đang được sử dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực, đặc biệt là đồ dùng nội thất. Một trong những thương hiệu sản xuất vật dụng nghỉ ngơi nổi tiếng không thể không nhắc tới thương hiệu Nệm Dunlopillo chính hãng. Đệm cao su của thương hiệu này được đánh giá cao về kết cấu bền chắc, đàn hồi tốt, nâng đỡ trọn vẹn hệ cơ xương nhờ vào các công nghệ phát triển độc quyền.
Tham khảo: Cao Su Latex Là Gì? Đặc Điểm Của Cao Su Latex?
Ưu điểm của cao su lưu hóa
– Khả năng chịu nhiệt tốt: Chịu được nhiệt độ từ -60 đến +200 độ C.
– Bền bỉ với các tác động của môi trường: Không bị tác động bởi ozone, tia UV và thời tiết khi sử dụng ngoài trời.
– Ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ: Dẫn nhiệt thấp trong suốt quá trình sử dụng.
– Không hấp thụ hơi nước: Gia tăng độ bền và phù hợp để sản xuất các sản phẩm chống nước.
– Đàn hồi cao, dễ thi công: Độ đàn hồi cao, được ứng dụng rất đa dạng trong cuộc sống như: đệm, lốp cao su, sản phẩm cách âm…
– Bề mặt nhẵn, không cần sơn, phủ: Rút ngắn quá trình sản xuất, chi phí sản phẩm giảm.
Ứng dụng của cao su lưu hóa
- Ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô…
- Dùng làm vật liệu cách nhiệt chống cháy do bền nhiệt và không cháy.
- Ứng dụng làm sản phẩm cách điện và chống thấm.
- Làm chất keo dán, các vật liệu phủ silicon.
Phương pháp lưu hóa phổ biến hiện nay
Lưu hóa bằng lưu huỳnh
Đây là phương pháp lưu hóa cao su phổ biến nhất hiện nay. Bản thân lưu huỳnh là một chất lưu hóa chậm và không lưu hóa polyolefin tổng hợp. Nên để quá trình lưu hóa diễn ra nhanh, người ta sử dụng các hợp chất khác nhau làm thay đổi động học của liên kết chéo.
Số lượng nguyên tử lưu huỳnh trong liên kết chéo ảnh hưởng mạnh mẽ đến các tính chất vật lý của sản phẩm cao su cuối cùng.
Các liên kết ngắn cho khả năng chịu nhiệt tốt hơn. Các liên kết chéo với số lượng nguyên tử S cao hơn tạo cho cao su các đặc tính động lực học tốt nhưng khả năng chịu nhiệt kém.
Các đặc tính động lực học này đóng vai trò rất quan trọng đối với các chuyển động uốn cong của sản phẩm cao su. Ví dụ: chuyển động của thành bên của lốp xe đang chạy. Nếu không có đặc tính uốn dẻo tốt, những chuyển động này sẽ nhanh chóng tạo thành các vết nứt.
Cho đến ngày nay, phương pháp lưu hóa cao su thiên nhiên với lưu huỳnh này vẫn được tiếp tục duy trì để tạo ra nguyên liệu đầu vào cho các sản phẩm đệm cao su thiên nhiên.
Dùng máy nhồi cán trộn cao su sống với một lượng lưu huỳnh. Sau khi trộn đều, hỗn hợp được đổ vào khuôn và nung nóng. Ở nhiệt độ 120 độ C, lưu huỳnh bắt đầu nóng chảy rồi tan vào cao su.
Lượng lưu huỳnh khi được thêm vào ảnh hướng rất nhiều đến chất lượng cao su thiên nhiên đầu ra. Với các sản phẩm thương mại như đệm cao su thiên nhiên, lượng tối thiểu thường dao động từ 0,15-8.5% hoặc tới 10% là đủ cho sự lưu hóa cao su.
Nếu lưu huỳnh hóa hợp từ 10-25% sẽ tạo ra hỗn hợp cao su có độ bền thấp, ít đàn hồi, khó ứng dụng. Với lượng lưu huỳnh cao từ 25-32%, cao su sẽ rất cứng, cực kỳ bền chắc nhưng mất tính đàn hồi.
Xem thêm: Polyurethane Foam Là Gì? Tính Năng Vượt Trội Của Pu Foam
Lưu hóa sử dụng oxit kim loại
Quá trình lưu hóa cao su CR được thực hiện bằng cách sử dụng các oxit kim loại MgO và ZnO, đôi khi là Pb3O4).
Quá trình này đòi hỏi việc sử dụng máy gia tốc khác nhau đối với các loại cao su khác. Hầu hết các máy gia tốc được sử dụng thông thường đều có vấn đề khi cao su CR được đóng rắn và chất gia tốc được tìm thấy là ethylenethiourea (ETU) là chất độc hại. Do đó ngành công nghiệp cao su Châu Âu đã bắt đầu một dự án nghiên cứu để phát triển một giải pháp thay thế an toàn hơn.
Lưu hóa silic
Đây là phương pháp chế tạo ra cao su silicone. Có hai loại silicone lưu hóa nhiệt độ phòng là RTV-1 và RTV-2.
Đặc tính của silicon RTV-1:
- Bị đông cứng lại do tác động của độ ẩm không khí, chất xúc tác và acetoxysilan.
- Độ đàn hồi và độ bền tốt.
- Độ cứng Shore có thể thay đổi từ 18 đến 60.
- Độ giãn dài khi đứt có thể nằm trong khoảng từ 150% đến 700%.
- Có khả năng chống lão hóa tuyệt vời nhờ khả năng chống bức xạ UV và các ảnh hưởng của thời tiết.
Đặc tính của silicone RTV-2:
- Đàn hồi có dạng rắn, gel hoặc bọt dẻo.
- RTV-2 linh hoạt từ −80 đến 250 ° C (−112 đến 482 ° F).
- Không cháy và không bắt lửa. Sự phân hủy xảy ra ở nhiệt độ trên 350 ° C (662 ° F), để lại cặn silica trơ.
- Có khả năng cách điện.
Các câu hỏi về lưu hóa cao su
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự lưu hóa
Quá trình lưu hóa cao su thiên nhiên phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Không chỉ hàm lượng lưu huỳnh. Cụ thể như:
Nhiệt độ, thời gian nung nóng: Làm thay đổi tính chất cơ lý của đệm cao su thiên nhiên. Để có được đánh giá chất lượng của cao su lưu hóa, hàm lượng lưu huỳnh chưa thể nói hết lên điều gì. Quá trình lưu hóa cao su thiên nhiên cần phải tiến hành đo trị số cơ học, vật lý, nhất là độ kéo đứt và độ căng.
Chất gia tốc: Các nhà sản xuất cũng hay sử dụng thêm các chất gia tốc lưu hóa như oxy kẽm để đẩy nhanh quá trình. Khi cho thêm chất gia tốc, thời gian lưu hóa cao su thiên nhiên được giảm 1 giờ. Nếu cho chất aniline, hiệu suất có thể tăng lên gấp đôi. Thậm chí, quá trình lưu hóa chỉ diễn ra vài phút, vài giây với các chất nhóm dithiocarbamate.
Tuy nhiên, sự gia tăng tốc độ lưu hóa cao su thiên nhiên quá nhanh cũng không tốt. Do đó, để làm chậm lại, người ta sẽ sử dụng chất trì hoãn lưu hóa giúp tạo điều kiện tốt nhất để đạt được nhiệt độ, thời gian mà thương hiệu mong muốn.
Cao su lưu hóa có an toàn không?
Do các thành phần độn của cao su lưu hóa là lưu huỳnh, oxit kim loại … nên nó không được sử dụng cho thực phẩm để đảm bảo an toàn vệ sinh.
Ngoại lệ, silicon có các bước xử lý tốt nên được sử dụng rộng rãi trong y tế.
Lời kết:
Cao su lưu hóa thực sự đã tạo nên một bước tiến vượt trội trong ngành công nghiệp sản xuất đệm, công nghiệp ô tô, chế tạo các sản phẩm cách nhiệt, chống cháy và lĩnh vực cả y tế.
Đệm Nhật hy vọng rằng bài viết này đã giúp bạn hiểu thêm về lưu hóa cao su là gì và các thông tin quan trọng liên quan. Đừng quên theo dõi website của chúng tôi để được cập nhật thêm nhiều thông tin hữu ích.
