Bài đọc về cao su thiên nhiên

SƠ CHẾ CAO SU THIÊN NHIÊN

MỤC LỤC :

Phần I :   Lời mở đầu

Phần II:   Nguồn gốc và cấu trúc cao su thiên nhiên

Phần III: Tính chất cơ lý

Phần IV: Sơ Chế

Mục đích-nguyên tắc và các yếu tố ảnh hưởng 

Các phương pháp cô đặc nguyên liệu cao su thiên nhiên

Quá trình sơ luyện và hỗn luyện cao su thiên nhiên 

Thiết bị sơ chê

Phần V: Lời Kết

Phần I : Lời mở đầu

• Những bước tiến dài của khoa học ngày nay đã đem đến cho con người vô số những tiện nghi cả về vật chất tinh thần.Những thành quả này nối tiếp những thành quả kia,những vướng mắc này gợi mở cho những khái niệm mới khác,những sản phẩm của ngày hôm qua đã ngầm chứa trong nó một hứa hẹn ngày mai sẽ có một sản phẩm ưu việt hơn…
• Lĩnh vực nguyên cứu ứng dụng polymer đã trải qua những chặn đường phát triển mạnh mẽ .Theo ước tính hiện nay gần 80% vật liệu mà con người sử dụng trên thế giới là polymer.
• Song song với việc tổng hợp các vật liệu polymer mới ,con người đang nguyên cứu và khai thác thêm những ứng dụng của polymer tự nhiên .Hợp chất tự nhiên được sử dụng đầu tiên và quan trọng nhất hiện nay là cao su thiên nhiên ,đóng góp gần 40% tổng lượng cao su tiêu thụ trên thế giới .
• Trong phạm vi bài tiểu luận này chúng ta hãy tìm hiểu về quá trình sơ chế cao su thiên nhiên,một quá trình rất quan trọng trong việc chế biến cao su thiên nhiên.

Phần II : Nguồn gốc và cấu trúc cao su thiên nhiên

I.Nguồn gốc:

• Cao su thuộc loại polyterpene có công thức phân tử (C5H8)n .Cao su thiên nhiên trích lỹ từ mủ cao su.Trong mủ cao su có hydrocarbon (90-95%) ,protein ,đường ,acid béo nhựa.Thêm acid acetic hoặc acid béo vào mủ cao su thì cao su đóng vón lại và tách ra khỏi dung dịch. Ép đóng khuôn và sấy khô bằng không khí hoặc hun khói thu được cao su thô.
• Cao su tự nhiên là poliisopren có cấu hình cis. Cao su thiên nhiên mềm kết dính dễ hóa nhựa khi có nhiệt độ 
• 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).
• Những người dân Nam Mỹ những người đầu tiên phát hiện và sử dụng cao su tự nhiên ở thế kỷ 16. 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 hoá cao su được các nhà hoá học tìm ra vào năm1939. Khi đó, cao su tự nhiên chuyển từ trạng thái chảy nhớt sang trạng thái đàn hồi cao.
• Ngoài cây cao su, các loại cây khác có thể cho mủ là đa búp đỏ(Ficus elastica), các cây đại kích, và bồ công anh thông thường. Tuy các loài thực vật này chưa bao giờ là nguồn cao su quan trọng, Đức đã thử sử dụng những cây đó trong đệ nhị thế chiến khi nguồn cung cấp cao su bị cắt. Nguyên cứu về việc này kết thúc khi cao su tổng hợp được phát triển.
• Để khai thác, người ta khía vỏ cây cao su thành rảnh xung quanh thân cây theo đường xoắn cho nhựa chảy ra rồi hứng lấy nhựa( còn gọi là mủ cao su hay latex) 

Trong nhựa cao su có khoảng 40% là chất rắn, trong đó có tới 90% là hợp chất cao su phân hủy của hidrocacbon không no, 10% là các thành phần khác như protein, lipit,gluxit, muối vô cơ,…

II.Cấu trúc của cao su: 

• Về mặt hóa học, cao su thiên nhiên là polyisopren -polyme của isopren
• Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4.
• 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.
• Có cấu tạo tương tự với cao su thiên nhiên, nhựa cây Gutapertra được hình thành từ polyme của isopren đồng phân trans 1,4.Phần III : Tính chất cơ lý 

Một số tính chất cơ lý:
- Tỷ trọng
- Tính đàn hồi
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
- Ảnh hưởng của tốc độ kéo giãn
- Độ dư của cao su
- Racking
- Biến dạng liên tục 
- Dung môi cao su
- Phương pháp kiểm nghiệm
- Tính chất điện của cao su

I .Tỷ trọng:

• Cao su sống chiu một sự giảm nhẹ thể tích khi nó bị kéo dài.Nếu khối lượng không đổi sự giảm thể tích gây ra tăng tỷ trọng cao su
• Tỷ trọng của cao su đã lưu hóa tùy thuộc vào thành phần của hỗn hợp như : khối lượng ,thể tích của cao su lưu hóa 

II .Tính đàn hồi:

• Khả năng chịu được biến dạng rất lớn và sau đó trở về trạng thái ban đầu của nó một cách dễ dàng
• Cao su thì kém đàn hồi hơn cao su đã được lưu hóa : khi kéo dài và bung ra ta thấy cao su sống sẽ trở về trạng thái ban đầu của nó chậm và ít hơn cao su lưu hóa.

III . Ảnh hưởng của nhiệt độ:

• Nếu hạ nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ bình thường thì sức chịu kéo dãn của nó tăng lên .Nếu nhiệt độ < -800C cao su sẽ mất hết tính đàn hồi (gel hóa).Nếu nâng cao nhiệt độ của mẫu lên sức chịu kéo của nó giảm xuống
• Nếu làm lạnh cao su sống và cao su lưu hóa hiệu quả sinh ra sẽ tương tự nhau 
• Nếu nâng cao nhiệt độ lên ,sức chịu kéo đứt cao su lưu hóa hạ xuống chậm hơn cao su sống ,độ dãn của cao su lưu hóa tăng chậm hơn cao su sống 

IV . Ảnh hưởng của tốc độ keo giãn:

• Tốc độ kéo dãn càng lớn, thì trị số của sức chịu kéo dãn và độ dãn càng cao.Đối với cao su lưu hóa vận tốc kéo tăng lên sức chịu đựng và độ giãn đứt cũng tăng
• Luật định giãn (modul): Nếu ta so sánh các mẫu cao su lưu hóa có các thành phần khác nhau, kéo đơn giản bằng tay đến một độ nhất định, ta phải dùng sức kéo khác nhau. Để diễn tả sự khác biệt này, người ta đo lực kéo cần thiết để sinh ra một độ dản dài đã định (gọi là modul).

VD: Modul = 300% là lực kéo cần thiết để có một độ dãn dài là
300 %.

V . Độ dư của cao su:

• Nếu kéo dài một mẫu cao su đến độ dãn

nào đó rồi buông ra ta nhận thấy mẫu cao su trở về trạng thái
ban đầu rất nhanh. Nhưng khi kéo đến một độ dãn lớn và giữ
trong thời gian lâu mẫu Cao su không trở về đúng chiều dài ban
đầu và sự co rút này xảy ra chậm hơn, cho đến khi không biến
đổi. Sự khác biệt giữa chiều dài đã co rút và chiều dài ban đầu
gọi là độ dư của cao su.

• Yếu tố ảnh hưởng đến độ dư: tốc độ kéo dãn, tỷ lệ dãn, thời gian dãn và nhiệt độ:

- Tốc độ càng nhỏ độ dư càng lớn.
- Độ dãn càng lớn độ dư càng lớn.
- Thời gian dãn càng lớn độ dư càng lớn.
- Nhiệt độ càng cao độ dư càng lớn.
- Độ dư của cao su lưu hóa thấp hơn cao su sống.

VI . Cracking :

■ Nếu kéo dãn mạnh cao su sống, duy trì lâu hạ thấp nhiệt độ gel hóa và không đàn hồi, nhưng nếu tăng nhiệt độ lên ta thấy nó tự co rút lại cho tới gần chiều dài ban đầu gần bằng độ dư. Nhưng nếu ta giữ 2 đầu của nó không cho co rút lại, lúc trở về nhiệt độ bình thường ta mới buông tay ra thì nó sẽ không rút ngắn lại (hiện tượng Cracking). Nhưng khi tăng nhiệt độ lên cao, nó trở về trạng thái ban đầu.Racking càng lớn tỷ trọng cao su càng tăng.

VII. Biến dạng liên tục: 

• Sau một thời gian bề mặt cao su có các đường rạng nứt càng rộng và sâu dần do sự oxy hóa. Sự biến dạng liên tục lặp đi lặp lại bao gồm hiện tượng trể sẽ làm cao su bị phát nóng lên (vỏ xe).
• Nguyên nhân :chủ yếu là do sự oxi hóa cao su
• Tầm quan trọng của sự biến dạng liên tục là có sự lặp đi lặp lại hiện tượng “trễ” và hậu quả là hiện tượng nhiệt của nó đi kèm
• Đây là lý do vì sao vỏ xe tự phát nóng lên trong lúc lăn bánh.

VIII. Dung môi cao su :

• Hydrocarbon vòng,hydrocarbon halogen hóa, ether, ester, hợp chất sulfur hóa….
• Khi cho cao su sống tiếp xúc với một trong các dung môi này kết quả thu được sẽ khác nhau tùy thuộc theo cao su đã qua tiến trình sử lý nào chưa chẳng hạn

+ Cao su có được qua cách bốc hơi nước latex đơn giản, thì nó tăng nhanh thể tích nhiều hoặc ít cho tới một giới hạn nào đó nó không thay đổi nữa
+ Cao su đã qua máy nhồi cán ,ta thấy nó nở lên cho tới khi tan hoàn toàn trong chất lỏng thành một dung dịch đồng nhất và nhầy ít nhiều hoặc thành một “gel”.Cao su ít bị nhồi cán bao nhiêu,độ lớn của dung dịch càng lớn bấy nhiêu.

IX. PP kiểm nghiệm:

• Lực kháng đứt (Kg/cm2, MPa/psi)
• Cường lực định giãn (modulus) đến một độ dài quy định
• Modulus

• % giãn đứt
• Sức kháng xé biểu diễn bằng Kg/cm
• Độ biến hình kéo (%)

• Biến dạng nén % (biến dạng so với kích thước ban đầu
• Độ kháng mòn
• Kháng dập nứt

• Nhiệt nội sinh (ISO 4666, ASTM D623
• Tính kháng lạnh (ISO 812, ASTM D2137)
• Sức dính cao su với kim loại (ISO 813, ASTM D429

• Độ cách điện (ISO 1813, ASTM D991)
• Tính thấm khí (ISO 2782)
• Tính kháng lão hóa nhiệt (ISO 188, ASTM D572)

• Tính kháng ozon (ISO1431, ASTm D1149)
• Tính kháng ánh sáng
• Kháng dung môi.

X.Tính chất điện của cao su:

• Các tính chất điện học của cao su (cao su thô,cao su lưu hóa có chứa hoặc không chứa chất phụ gia vô cơ) đều quan trọng vì chức năng của nó như là chất cách điện cao trong việc chế biến dây điện và dây cáp điện.

                                                                                      Trích từ các bài tiểu luận về cao su