Cao su lưu hóa là gì?

Cao su là gì?

Trước khi tìm hiểu cao su lưu hóa, cần nhắc lại cao su là một loại polyme có nguồn gốc tự nhiên từ mủ cây cao su, được khai thác từ cây cao su. Vật liệu này có tính đàn hồi, bền và kháng nước.

Cao su lưu hóa là gì?

Cao su lưu hóa là sản phẩm của quá trình xử lý nhiệt giữa cao su tự nhiên và lưu huỳnh. Quá trình này giúp cải thiện độ đàn hồi và ổn định cấu trúc của cao su tự nhiên.

Trong cách hiểu hiện đại, thuật ngữ “lưu hóa” còn được dùng để chỉ các quá trình xử lý nhiệt làm cứng cao su tự nhiên hoặc tổng hợp với nhiều loại chất độn khác nhau, không chỉ riêng lưu huỳnh.

Lưu hóa

Lưu hóa là một loạt các quá trình nhằm làm cứng cao su. Thuật ngữ này ban đầu được dùng riêng để chỉ việc xử lý cao su tự nhiên bằng lưu huỳnh, và đây vẫn là phương pháp phổ biến nhất hiện nay.

Lịch sử phát hiện

Sự không ổn định của cao su tự nhiên (dễ chảy nhão khi nóng, cứng giòn khi lạnh) đã thúc đẩy các nghiên cứu tìm cách cải thiện. Năm 1839, Charles Goodyear đã tình cờ phát hiện ra quá trình lưu hóa: khi đang thử trộn cao su với lưu huỳnh, ông vô tình làm rơi hỗn hợp này vào một chảo nóng. Trước sự ngạc nhiên của ông, thay vì chảy nhão thêm hoặc bốc hơi, cao su vẫn giữ được độ cứng và thậm chí trở nên cứng hơn khi được làm nóng. Phát hiện tình cờ này đã mở đường cho ngành công nghiệp cao su hiện đại.

Các phương pháp lưu hóa

Có 5 hệ thống lưu hóa phổ biến:

• Hệ lưu huỳnh (sulfur systems)
• Peroxide
• Oxit kim loại (metal oxide)
• Acetoxysilane
• Chất tạo liên kết ngang urethane (urethane crosslinkers)

Lưu hóa bằng lưu huỳnh: Bản thân lưu huỳnh là chất lưu hóa chậm và không lưu hóa được các polyolefin tổng hợp. Quá trình lưu hóa được tăng tốc bằng nhiều hợp chất xúc tiến khác nhau.

Lưu hóa bằng oxit kim loại: Được dùng cho cao su neoprene/polychloroprene thay vì các hợp chất lưu huỳnh. Việc sử dụng một số chất xúc tiến cho cao su CR (neoprene) gặp một số thách thức kỹ thuật nhất định. Xem thêm bài về cao su Neoprene.

Lưu hóa silicon: Có hai loại silicone lưu hóa ở nhiệt độ phòng là RTV-1 và RTV-2.

• RTV-1: đóng rắn nhờ tiếp xúc với hơi ẩm trong không khí; độ bám dính, đàn hồi và độ bền tốt; độ cứng Shore từ 18–60; độ giãn dài 150%–700%; khả năng chống lão hóa xuất sắc.
• RTV-2: là hỗn hợp hai thành phần; dẻo dai trong khoảng nhiệt độ từ −80°C đến 250°C; phân hủy ở nhiệt độ trên 350°C; phù hợp cho cách điện.

Ứng dụng của cao su lưu hóa

• Công nghiệp ô tô (ứng dụng chính: lốp xe ô tô).
• Vật liệu cách nhiệt và chống cháy.
• Cách điện và chống thấm.
• Keo dán và vật liệu phủ silicon.

Các loại cao su lưu hóa

Có nhiều loại cao su lưu hóa khác nhau, bao gồm cao su tự nhiên, cao su tổng hợp và hỗn hợp cao su tự nhiên với cao su tổng hợp.

Cao su tự nhiên và tổng hợp

Cao su tự nhiên có nguồn gốc từ mủ cây, có thể tái tạo và phân hủy sinh học. Cao su tổng hợp có nguồn gốc từ dầu mỏ, không phân hủy sinh học nhưng có thể tùy biến cho các ứng dụng cụ thể.

Cao su lưu hóa so với cao su không lưu hóa

Cao su không lưu hóa mềm và đàn hồi hơn cao su lưu hóa. Tuy nhiên, nó cũng yếu hơn và kém bền hơn. Cao su lưu hóa thì bền hơn, chắc chắn hơn và chịu nhiệt, chịu hóa chất tốt hơn. Nó cũng ít có khả năng biến dạng dưới áp lực.

Ưu điểm của cao su lưu hóa

Cao su lưu hóa bền hơn, đàn hồi hơn và chịu nhiệt, chịu hóa chất tốt hơn cao su không lưu hóa. Nó cũng ít có khả năng biến dạng dưới áp lực, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho lốp xe và thiết bị công nghiệp. Cao su lưu hóa còn có thể được điều chỉnh công thức để đạt các đặc tính cụ thể theo yêu cầu.

Nhược điểm của cao su lưu hóa

Chi phí sản xuất cao su lưu hóa đắt hơn cao su không lưu hóa. Quá trình lưu hóa cũng tốn thời gian và tiêu tốn nhiều năng lượng.

Tái chế cao su lưu hóa

Việc tái chế gặp nhiều khó khăn vì vật liệu này rất bền, chịu nhiệt và chịu hóa chất tốt nên không dễ phân hủy hay tái sử dụng. Tuy nhiên vẫn có một số phương pháp như nghiền thành hạt nhỏ để dùng làm mặt đường nhựa hoặc sân chơi.

Tương lai của cao su lưu hóa

Tương lai của cao su lưu hóa có vẻ khả quan khi nhu cầu về vật liệu bền, chịu nhiệt tiếp tục tăng. Nhu cầu ngày càng lớn về các vật liệu bền vững hơn có thể dẫn đến việc phát triển các phương pháp mới để tái chế và tái sử dụng cao su lưu hóa.

Kết luận

Cao su lưu hóa, dù được phát hiện một cách tình cờ, hiện nay đã được sản xuất rộng rãi. Vật liệu này có ứng dụng thực tế chủ yếu trong ngành ô tô, cách nhiệt, chống cháy và y tế. Tuy nhiên, nó không an toàn khi tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm; nên sử dụng các loại nhựa an toàn thực phẩm như PP hoặc PE thay thế — xem thêm bài về các loại nhựa và ký hiệu nhựa an toàn.