Cao su lưu hóa là gì? Quá trình lưu hóa cao su và ứng dụng

Cao su lưu hóa là gì? Quá trình lưu hóa cao su và ứng dụng
Khái niệm về Cao su lưu hóa:
Cao su lưu hóa là sản phẩm sau quá trình xử lý nhiệt giữa cao su tự nhiên và lưu huỳnh Sulfur. Quá trình cao su hóa này làm tăng độ đàn hồi, đồng thời ổn định cấu trúc của cao su tự nhiên. Hiện nay quá trình này còn 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 riêng gì lưu huỳnh.. Cao su buna là một điển hình cho quá trình này

Quá trình lưu hóa cao su là một loạt các quá trình để làm cứng cao su: Thuật ngữ này ban đầu chỉ dành riêng cho việc xử lý cao su tự nhiên bằng lưu huỳnh, đây vẫn là phương pháp phổ biến nhất.
Lưu hóa có thể được định nghĩa là quá trình làm rắn chất đàn hồi, với các thuật ngữ ‘lưu hóa’ và ‘đóng rắn’ đôi khi được sử dụng thay thế cho nhau. 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, cũng như những thay đổi khác trong các đặc tính cơ và điện của vật liệu.
Các chất phụ gia trong quá trình cao su hóa
Trong suốt quá trình sản xuất cao su lưu hóa thì các thành phần phụ gia là không thể thiếu. Quá trình tạo và lưu hóa sẽ được tiến hành đồng thời trong khuôn mẫu đã được gia nhiệt, các sản phẩm khác được lưu hóa trong nứơc nóng, khí nóng hay hơi nứơc
Một đô phụ gia sử dụng như chất hoạt hoá trong quá trình lưu hóa cao su như:
Magiê oxit (MgO) được dùng chủ yếu với các elastomer loại bỏ neopren.
Chì oxit (PbO) là phụ gia khá phổ biến nhưng vẫn được sử dụng cùng với thiazol, đithiocarbamat, hoặc các chất xúc tác loại thiuram sunfua.
Các axit béo, ví dụ, axit stearic, axit oleic và đibutyl amoni oliat được sử dụng (dưới dạng các muối kẽm) để cải thiện được sự phân tán của kẽm oxit.
Phương pháp lưu hóa
Trái ngược với các quá trình nhiệt dẻo (quá trình đông lạnh đặc trưng cho hoạt động của hầu hết các polyme hiện đại), lưu hóa, nói chung với quá trình đóng rắn của các polyme nhiệt rắn khác, và không thể đảo ngược.
Năm loại hệ thống lưu hóa đang được sử dụng phổ biến:

1. Hệ thống lưu huỳnh
2. Peroxit
3. Oxit kim loại
4. Acetoxysilane
5. Urethane crosslinkers

Lưu hóa bằng lưu huỳnh Sulfur
Phương pháp lưu hóa bằng sulfur lưu huỳnh là phương pháp khá phổ biến. Bản chất của lưu huỳnh là một chất lưu hóa chậm và không lưu hóa polyolefin tổng hợp. Quá trình lưu hóa cấp tốc được thực hiện bằng cách sử dụng các hợp chất khác nhau làm thay đổi động học của liên kết chéo.
Các polyme chính bị lưu hóa là polyisopren (cao su tự nhiên) và cao su styren-butadien (SBR), được sử dụng cho hầu hết các loại lốp xe.
Các liên kết C-H gần với các liên kết đôi C-C. Trong quá trình lưu hóa, một số liên kết C-H này được thay thế bằng các chuỗi nguyên tử lưu huỳnh liên kết với một chuỗi polyme khác. Những cầu nối này chứa giữa một và một số nguyên tử. 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 cung cấp cho cao su khả năng chịu nhiệt tốt hơn. Các liên kết chéo với số lượng nguyên tử lưu huỳnh cao hơn tạo cho cao su các đặc tính động lực học tốt nhưng khả năng chịu nhiệt kém hơn.
Các đặc tính động lực học 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, và cuối cùng sẽ làm cho mặt hàng cao su bị hỏng.
Lưu hóa sử dụng oxit kim loại
Quá trình lưu hóa cao su neoprene hoặc polychloroprene (cao su CR) được thực hiện bằng cách sử dụng các oxit kim loại ( MgO và ZnO, ngoài ra có thể là Pb3O4).
Ngoài ra do một số chủ yếu như cháy xém, đó là liên kết ngang sớm của cao su do ảnh hưởng của nhiệt, việc lựa chọn máy gia tốc bị điều chỉnh bởi các quy tắc khác nhau đối với các loại cao su khác.
Các máy gia tốc thường dùng thông thường đều có vấn đề khi cao su CR được đóng rắn và chất gia tốc quan trọng nhất đã được tìm thấy là ethylene thiourea (ETU), tuy là chất gia tốc ưu việt polychloroprene, đã được phân loại là chất độc hại. Ngành công nghiệp cao su Châu Âu đã bắt đầu một dự án nghiên cứu SafeRubber [6] để phát triển một giải pháp thay thế an toàn hơn cho việc sử dụng ETU.
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.
• Quá trình đông rắn lại bắt đầu trên bề mặt bên ngoài và tiến dần đến lõi của nó.
• Silicone RTV-1 có đặc tính bám dính, 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%.
• Chúng có khả năng chống lão hóa ưu việt nhờ khả năng chống lại bức xạ UV và thời tiết vượt trội.

Đặc tính của silicon RTV-2

• RTV-2 là một hỗn hợp gồm 2 thành phần, trở thành silicon RTV-2 hoàn chỉnh khi trộn hai thành phần này lại với nhau. Khi được trộn lẫn, đóng rắn ở nhiệt độ phòng thành chất đàn hồi rắn, gel hoặc bọt dẻo.
• RTV-2 vẫn linh hoạt từ −80 đến 250 ° C (−112 đến 482 ° F).
• Sự phân hủy xảy ra ở nhiệt độ trên 350 ° C (662 ° F), để lại cặn silica trơ, không cháy và không bắt lửa.
• Chúng có thể được sử dụng để cách điện do tính chất điện môi của chúng.

Ứng dụng của cao su lưu hóa
Ứng dụng lớn nhất của cao su lưu hóa đó chính là ngành công nghiệp ô tô, lốp ô tô…
Dùng làm vật liệu cách nhiệt chống cháy do bền nhiệt và không cháy, bắt lửa.
Cách điện và chống thấm.
Chất keo dán, các vật liệu phủ silicon.
Cao su lưu hóa có an toàn không?
Do các thành phần độn cơ bản như lưu huỳnh Sulfur S, oxit kim loại … nên cao su lưu hóa không được sử dụng cho thực phẩm. Ngoại lệ, silicon với các bước xử lý tốt được sử dụng rộng rãi trong y tế.
Ưu điểm của cao su lưu hóa
Khả năng chịu nhiệt cao từ -60 đến +200 °C
Không bị tác động bởi ozone, tia UV và thời tiết khi sử dụng ngoài trời
Dẫn nhiệt thấp trong suốt quá trình sử dụng
Không hấp thụ hơi nước
Đàn hồi cao, dễ thi công
Bề mặt nhẵn, không cần sơn, phủ.