Cao su styrene-butađien (SBR) là loại cao su tổng hợp được sản xuất nhiều nhất trong tất cả các loại cao su Tổng hợp khác, nó cũng là vật liệu cơ bản cho phần lớn các loại cao su tổng hợp. Được viết tắt là SBR do có nguồn gốc từ cụm từ tiếng Anh Styrene Butadiene Rubber. Nó chiếm 80% trên tổng số cao su được tổng hợp tại Mỹ trước đây.
. Cao su SBR được các nhà nhà hóa học người Đức (Walter Bock) tổng hợp thành công lần đầu tiên vào năm 1930 và còn được gọi với tên khác là cao su Buna S.Styrene-Butadiene là chất đồng trùng hợp từ Butadien và Styrene bằng polyme hóa nhũ tương hai vật liệu này. Có nhiều loại cao su SBR và do được sản xuất với nhiều mục đích khác nhau nên nó có nhiều dạng tùy thuộc theo hàm lượng Styrene, chất ổn định, nhiệt độ đồng trùng Styrene-Butadiene, hoặc dược trộn thêm phụ gia như dầu hoặc than đen...để tăng chất lượng cao su.
Nó cũng là loại cao su tổng hợp đầu tiên có khả năng sử dụng ở quy mô kinh tế - thương mại (và mục đích quân sự trong Đệ Nhị Thế chiến). Ngay sau khi Đức tổng hợp thành công liền sau đó các Công ty của Mỹ cũng rất quan tâm đến loại cao su tổng hợp này, trong thời gian Thế chiến thứ II các nhu cầu về loại cao su này tăng vọt. Lý do vì tại các nước châu Âu do không có cao su thiên nhiên nên một số nước, nhất là Đức đã đầu tư vào sản xuất cao su này với số lượng lớn.Trước khi quân đội Nhật ném bom Trân Châu cảng năm 1941, Mỹ chỉ sản xuất SBR với 400.000 tấn /năm, sau Trân Châu cảng được tăng lên 705.000 tấn trong năm 1941, và lên đến 820.000 tấn vào năm 1945 đây cũng chính là điều góp phần vào chiến thắng của phe Đồng Minh trong năm đó dẫn đến kết thúc Đệ Nhị Thế chiến. Ngày nay, SBR là loại cao su tổng hợp thông dụng và được dùng trong sản xuất săm, lốp và rất nhiếu các đồ dùng bằng cao su khác.
Sơ lược về các nguyên liệu và phương thức chế tạo
* Nguyên liệu chính để tạo ra cao su Styrene-Butadien là:
- Butadiene là sản phẩm từ dầu mỏ như Butane, Butylene.... và Butylene là nguyên liệu chính được nhiệt phân (cracking) ở xưởng lọc dầu.
- Styrene được sản xuất từ Ethyl benzene do tác dụng của Benzene và Ethylene.
* Phản ứng đồng trùng được thực hiện theo hệ thống Polyme hóa ở dạng nhũ (emulsion)... Các monome được nhũ hóa của xà phòng trở thành nhũ tương dầu ở trong nước
- Dodecyl percaptan là chất điều hòa khối lượng của polyme.
- Potassium persulphate là chất mào đầu phản ứng polyme hóa.
- Hydroquinone chấm dứt phản ứng polyme hóa.
- Phòng lão có tác dụng bảo vệ polyme không bị Oxy hóa...
* Năm 1948 người ta nghiên cứu được phương thức phản ứng polyme hóa được thưc hiện ở 41 độ F và cho ra sản phẩm SBR lạnh (cold rubeer). Loại cao su này có tính năng chống mài món cao nên thường được sử dụng làm cao su mặt lốp xe ( phần tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường).
Công thức dùng để polyme hóa cao su Styrene-Butadiene lạnh như sau:..)
Tính năng công nghệ của SBR và sản phẩm từ SBR
- So với cao su thiên nhiên thì SB có một số khuyết điểm sau:
+ Về tính năng cơ học
Cao su Styrene-Butadiene kém hơn so với cao su thiên nhiên về tính chống nứt, tính chịu nhiệt thấp trong khi đó độ loang nứt lại cao.
1. Với cao su NBR ở nhiệt độ 100 độ C sẽ mất đi 60% tính chống nứt.
2. Ở nhiệt độ trên 94 độ C sẽ bị lưu hóa mất đi 2/3 cường lực và khoảng 30% độ dãn dài.
3. Độ loang nứt lớn ( lão hóa do oxy và ozon tác kích và khi có tác động va đập)
+ Các tính năng thao tác trong sản xuất
1 .Tiêu hao năng lượng lớn trong hốn luyện. Nếu sơ luyện lâu trên máy sẽ mất dần đi độ dẻo vì lúc đó trong cao su tạo ra càng nhiều các liên kết không gian ba chiều.
*Thí dụ; Tại Liên Xô (cũ) người ta sản xuất ra các loại cao su CKC10 và CKC30 ( NBR) trong đó cao su CKC10 có độ nặn lớn hơn do đó thời gian sơ chế phải ngắn hơn CKC30. Yếu diểm của cao su CKC10 là tính chống xé nứt và không dẻo dai bằng CKC30 , điều này cho ta thấy khi sản xuất CKC10 người ta cho nhiều chất hóa dẻo hoặc tăng hàm lượng Styren vào SBR thêm mục đích dễ cán luyện, dễ thành hình sản phẩm hơn và để làm ra những sản phẩm có mục đích thông thường hơn. Giả sử như CKC30 làm mặt lốp thì CKC10 làm lớp lót liên kết chỉ mành thân lốp, đé giày ,dép...
(SBR thông thường chứa 23,5% styren và 76,5% butađien. Với hàm lượng styren cao hơn thì cao su này trở thành một chất dẻo nóng, tuy nhiên vẫn giữ được tính đàn hồi. Trong sản xuất công nghiệp, nhũ tương để polyme hóa được giữ ở nhiệt độ 5°C, vì thế nó được gọi là polyme hóa lạnh. Việc polyme hóa nóng với nhiệt độ khoảng 50 °C tạo ra các mạch nhánh, điều này làm giảm độ mềm dẻo của cao su. Sau khi polyme hóa thì SBR vẫn ở dạng lỏng được lưu hóa và trở thành chất rắn.- nguồn Wikipedia)
2. Độ dẻо cao su thấp nên khó diền đầy khuôn Vi chỉ có thể tăng rất ít độ dẻo bằng dầu Naphthanlene, nhựa thông, coumarone indene résin...
3. Nhiệt nội sinh lớn hơn cao su thiên nhiên nên dễ làm hỏng sản phẩm nếu bị uốn, ép, va đập nhiều lần...
*Thí dụ : Làm lốp xe hay màng bơm...
(Cao su SBR có độ ổn định tốt trong các môi trường axít hữu cơ và vô cơ cũng như bazơ hay nước và rượu. Tuy nhiên độ ổn dịnh của nó lại kém đối với các dung môi như các hợp chất béo, hợp chất thơm và các hiđrôcacbon clo hóa, cụ thể là trong dầu khoáng, mỡ hay xăng. Đối với các tác động của thời tiết, nó chịu đựng tốt hơn so với cao su tự nhiên, nhưng kém hơn cao su cloropren (CR) và cao su etyl propylen đien monome (EPDM). Khoảng nhiệt độ mà các ứng dụng có dùng SBR chịu đựng được là khoảng - 40 °C tới +70 °C.- nguồn Wikipedia)
4. Cao su NBR nếu không có chất độn cường lực kéo đứt rất thấp và không đạt yêu cầu sử dụng. Do đó phải có một lượng chất độn bổ cường lớn để đưa vào. Nhất là than đen ( loại than đen này đã được chọn lựa riêng cho ngành cao su như HAF, SAF, EPC...)
5. Tốc độ lưu hóa của cao su NBR chậm hơn so với cao su thiên nhiên.
Các loại cao su SBR (thường được đóng thành bành có KL 33kg) được bán trên thị trường có ngâm phòng lão D, Acid stearic, dầu... mục đích để tồn trữ có thể lâu và vận chuyển an toàn...
Các mặt ưu của cao su NBR
Với các loại cao su NBR lạnh khả năng chống mài mòn ở tốc độ trong vỏ lốp ô-tô cao hơn hẳn cao su thiên nhiên, nhất là loại có ngậm dầu và lượng khói (HAF) được luyện chung để tăng tính năng bổ cường cho sản phẩm...( về tính năng bổ cường của khói than khi đưa vào luyện chung với cao su sẽ nói ở phần khác)
Về cán luyện và công thức pha chế SBR gần giống với cao su thiên nhiên tuy thao tác cán luyện có phần khó hơn nhưng so với NBR hoặc Butyl...vẫn đơn giản hơn nhiều
Công dụng của cao su Styren-Butadiene trong kỹ nghệ sản xuất
Trước đây do nhu cầu sử dụng trong chiến tranh, hơn nữa do lượng cao su thiên nhiên không đủ cung ứng trên toàn thế giới, trong khi kỹ nghệ dầu mỏ đang phát riển ở múc độ tăng cao, nên việc dùng các sản phẩm phụ từ dầu mỏ này để sản xuất cao su SBR trên một số nước châu Âu là điều thiết yếu.
Tuy vậy nhưng đa số các loại cao su tổng hợp này chỉ thật cần thiết khi sử dụng làm cao su kỹ thuật :các vật liệu chịu dầu, chịu nhiệt, cần độ bám dính kim loại, các bánh xe đặc chủng, màng bơm công nghiệp... Nhưng nếu để sản xuất vỏ lốp xe bất kỳ, thì cao su thiên nhiên luôn dễ dàng đáp ứng các yêu cầu thông thường hơn hết trong ngành sản suất này và một số mặt hàng khác cao su y tế, nệm, găng tay, đế giầy dép...
Gần đây do nhu cầu cao su tăng cao ở một số nước đang phát triển mạnh về kỹ nghệ sản xuất Ô-tô như: Trung Quốc (3,5 triệu tấn/năm), Mỹ ( 1,1 triệu tấn/năm ), Nhật Bản (900 nghìn tấn/năm), Ấn Độ và một số nước khác... khuynh hướng quay trở lại với cao su tổng hợp là không tránh được, vì giá cao su thiên nhiên tăng cao rất nhiều so với SBR, hai nữa là lượng cao su thiên nhiên chỉ sản xuất tổng cộng 10,4 triệu/nămtấn trên toàn thế giới không đủ cung ứng cho thị trường toàn cầu. (Số liệu của 2011)
Xem trang hay: Blog CS Việt Cao su Việt
H2VN Chemical Community
. Cao su SBR được các nhà nhà hóa học người Đức (Walter Bock) tổng hợp thành công lần đầu tiên vào năm 1930 và còn được gọi với tên khác là cao su Buna S.Styrene-Butadiene là chất đồng trùng hợp từ Butadien và Styrene bằng polyme hóa nhũ tương hai vật liệu này. Có nhiều loại cao su SBR và do được sản xuất với nhiều mục đích khác nhau nên nó có nhiều dạng tùy thuộc theo hàm lượng Styrene, chất ổn định, nhiệt độ đồng trùng Styrene-Butadiene, hoặc dược trộn thêm phụ gia như dầu hoặc than đen...để tăng chất lượng cao su.
Nó cũng là loại cao su tổng hợp đầu tiên có khả năng sử dụng ở quy mô kinh tế - thương mại (và mục đích quân sự trong Đệ Nhị Thế chiến). Ngay sau khi Đức tổng hợp thành công liền sau đó các Công ty của Mỹ cũng rất quan tâm đến loại cao su tổng hợp này, trong thời gian Thế chiến thứ II các nhu cầu về loại cao su này tăng vọt. Lý do vì tại các nước châu Âu do không có cao su thiên nhiên nên một số nước, nhất là Đức đã đầu tư vào sản xuất cao su này với số lượng lớn.Trước khi quân đội Nhật ném bom Trân Châu cảng năm 1941, Mỹ chỉ sản xuất SBR với 400.000 tấn /năm, sau Trân Châu cảng được tăng lên 705.000 tấn trong năm 1941, và lên đến 820.000 tấn vào năm 1945 đây cũng chính là điều góp phần vào chiến thắng của phe Đồng Minh trong năm đó dẫn đến kết thúc Đệ Nhị Thế chiến. Ngày nay, SBR là loại cao su tổng hợp thông dụng và được dùng trong sản xuất săm, lốp và rất nhiếu các đồ dùng bằng cao su khác.
Sơ lược về các nguyên liệu và phương thức chế tạo
* Nguyên liệu chính để tạo ra cao su Styrene-Butadien là:
- Butadiene là sản phẩm từ dầu mỏ như Butane, Butylene.... và Butylene là nguyên liệu chính được nhiệt phân (cracking) ở xưởng lọc dầu.
- Styrene được sản xuất từ Ethyl benzene do tác dụng của Benzene và Ethylene.
* Phản ứng đồng trùng được thực hiện theo hệ thống Polyme hóa ở dạng nhũ (emulsion)... Các monome được nhũ hóa của xà phòng trở thành nhũ tương dầu ở trong nước
- Dodecyl percaptan là chất điều hòa khối lượng của polyme.
- Potassium persulphate là chất mào đầu phản ứng polyme hóa.
- Hydroquinone chấm dứt phản ứng polyme hóa.
- Phòng lão có tác dụng bảo vệ polyme không bị Oxy hóa...
* Năm 1948 người ta nghiên cứu được phương thức phản ứng polyme hóa được thưc hiện ở 41 độ F và cho ra sản phẩm SBR lạnh (cold rubeer). Loại cao su này có tính năng chống mài món cao nên thường được sử dụng làm cao su mặt lốp xe ( phần tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường).
Công thức dùng để polyme hóa cao su Styrene-Butadiene lạnh như sau:..)
Tính năng công nghệ của SBR và sản phẩm từ SBR
- So với cao su thiên nhiên thì SB có một số khuyết điểm sau:
+ Về tính năng cơ học
Cao su Styrene-Butadiene kém hơn so với cao su thiên nhiên về tính chống nứt, tính chịu nhiệt thấp trong khi đó độ loang nứt lại cao.
1. Với cao su NBR ở nhiệt độ 100 độ C sẽ mất đi 60% tính chống nứt.
2. Ở nhiệt độ trên 94 độ C sẽ bị lưu hóa mất đi 2/3 cường lực và khoảng 30% độ dãn dài.
3. Độ loang nứt lớn ( lão hóa do oxy và ozon tác kích và khi có tác động va đập)
+ Các tính năng thao tác trong sản xuất
1 .Tiêu hao năng lượng lớn trong hốn luyện. Nếu sơ luyện lâu trên máy sẽ mất dần đi độ dẻo vì lúc đó trong cao su tạo ra càng nhiều các liên kết không gian ba chiều.
*Thí dụ; Tại Liên Xô (cũ) người ta sản xuất ra các loại cao su CKC10 và CKC30 ( NBR) trong đó cao su CKC10 có độ nặn lớn hơn do đó thời gian sơ chế phải ngắn hơn CKC30. Yếu diểm của cao su CKC10 là tính chống xé nứt và không dẻo dai bằng CKC30 , điều này cho ta thấy khi sản xuất CKC10 người ta cho nhiều chất hóa dẻo hoặc tăng hàm lượng Styren vào SBR thêm mục đích dễ cán luyện, dễ thành hình sản phẩm hơn và để làm ra những sản phẩm có mục đích thông thường hơn. Giả sử như CKC30 làm mặt lốp thì CKC10 làm lớp lót liên kết chỉ mành thân lốp, đé giày ,dép...
(SBR thông thường chứa 23,5% styren và 76,5% butađien. Với hàm lượng styren cao hơn thì cao su này trở thành một chất dẻo nóng, tuy nhiên vẫn giữ được tính đàn hồi. Trong sản xuất công nghiệp, nhũ tương để polyme hóa được giữ ở nhiệt độ 5°C, vì thế nó được gọi là polyme hóa lạnh. Việc polyme hóa nóng với nhiệt độ khoảng 50 °C tạo ra các mạch nhánh, điều này làm giảm độ mềm dẻo của cao su. Sau khi polyme hóa thì SBR vẫn ở dạng lỏng được lưu hóa và trở thành chất rắn.- nguồn Wikipedia)
2. Độ dẻо cao su thấp nên khó diền đầy khuôn Vi chỉ có thể tăng rất ít độ dẻo bằng dầu Naphthanlene, nhựa thông, coumarone indene résin...
3. Nhiệt nội sinh lớn hơn cao su thiên nhiên nên dễ làm hỏng sản phẩm nếu bị uốn, ép, va đập nhiều lần...
*Thí dụ : Làm lốp xe hay màng bơm...
(Cao su SBR có độ ổn định tốt trong các môi trường axít hữu cơ và vô cơ cũng như bazơ hay nước và rượu. Tuy nhiên độ ổn dịnh của nó lại kém đối với các dung môi như các hợp chất béo, hợp chất thơm và các hiđrôcacbon clo hóa, cụ thể là trong dầu khoáng, mỡ hay xăng. Đối với các tác động của thời tiết, nó chịu đựng tốt hơn so với cao su tự nhiên, nhưng kém hơn cao su cloropren (CR) và cao su etyl propylen đien monome (EPDM). Khoảng nhiệt độ mà các ứng dụng có dùng SBR chịu đựng được là khoảng - 40 °C tới +70 °C.- nguồn Wikipedia)
4. Cao su NBR nếu không có chất độn cường lực kéo đứt rất thấp và không đạt yêu cầu sử dụng. Do đó phải có một lượng chất độn bổ cường lớn để đưa vào. Nhất là than đen ( loại than đen này đã được chọn lựa riêng cho ngành cao su như HAF, SAF, EPC...)
5. Tốc độ lưu hóa của cao su NBR chậm hơn so với cao su thiên nhiên.
Các loại cao su SBR (thường được đóng thành bành có KL 33kg) được bán trên thị trường có ngâm phòng lão D, Acid stearic, dầu... mục đích để tồn trữ có thể lâu và vận chuyển an toàn...
Các mặt ưu của cao su NBR
Với các loại cao su NBR lạnh khả năng chống mài mòn ở tốc độ trong vỏ lốp ô-tô cao hơn hẳn cao su thiên nhiên, nhất là loại có ngậm dầu và lượng khói (HAF) được luyện chung để tăng tính năng bổ cường cho sản phẩm...( về tính năng bổ cường của khói than khi đưa vào luyện chung với cao su sẽ nói ở phần khác)
Về cán luyện và công thức pha chế SBR gần giống với cao su thiên nhiên tuy thao tác cán luyện có phần khó hơn nhưng so với NBR hoặc Butyl...vẫn đơn giản hơn nhiều
Công dụng của cao su Styren-Butadiene trong kỹ nghệ sản xuất
Trước đây do nhu cầu sử dụng trong chiến tranh, hơn nữa do lượng cao su thiên nhiên không đủ cung ứng trên toàn thế giới, trong khi kỹ nghệ dầu mỏ đang phát riển ở múc độ tăng cao, nên việc dùng các sản phẩm phụ từ dầu mỏ này để sản xuất cao su SBR trên một số nước châu Âu là điều thiết yếu.
Tuy vậy nhưng đa số các loại cao su tổng hợp này chỉ thật cần thiết khi sử dụng làm cao su kỹ thuật :các vật liệu chịu dầu, chịu nhiệt, cần độ bám dính kim loại, các bánh xe đặc chủng, màng bơm công nghiệp... Nhưng nếu để sản xuất vỏ lốp xe bất kỳ, thì cao su thiên nhiên luôn dễ dàng đáp ứng các yêu cầu thông thường hơn hết trong ngành sản suất này và một số mặt hàng khác cao su y tế, nệm, găng tay, đế giầy dép...
Gần đây do nhu cầu cao su tăng cao ở một số nước đang phát triển mạnh về kỹ nghệ sản xuất Ô-tô như: Trung Quốc (3,5 triệu tấn/năm), Mỹ ( 1,1 triệu tấn/năm ), Nhật Bản (900 nghìn tấn/năm), Ấn Độ và một số nước khác... khuynh hướng quay trở lại với cao su tổng hợp là không tránh được, vì giá cao su thiên nhiên tăng cao rất nhiều so với SBR, hai nữa là lượng cao su thiên nhiên chỉ sản xuất tổng cộng 10,4 triệu/nămtấn trên toàn thế giới không đủ cung ứng cho thị trường toàn cầu. (Số liệu của 2011)
Xem trang hay: Blog CS Việt Cao su Việt
H2VN Chemical Community
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét