Cao su được sản xuất như thế nào cho mục đích công nghiệp?

Cao su đã được sử dụng từ hàng nghìn năm trước. Từ khoảng năm 1600 trước Công Nguyên, người Mesoamerican cổ đại đã phát hiện ra rằng cao su có thể được chiết xuất từ cây cao su và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như chống thấm nước, sản xuất vật dụng chứa đựng và đồ chơi. Tuy nhiên, đến năm 1839, Charles Goodyear mới thực sự cách mạng hóa ngành công nghiệp cao su với phát minh của ông về quy trình lưu hóa, giúp tăng độ bền và khả năng chịu nhiệt cho cao su.

Hiện nay, cả cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp đều đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp, tuy nhiên quy trình sản xuất giữa hai loại cao su này lại có nhiều điểm khác biệt đáng kể. Trong khi cao su thiên nhiên được lấy từ mủ của cây cao su, cao su tổng hợp được sản xuất từ các sản phẩm phụ của dầu mỏ thông qua quá trình hóa học phức tạp.

1. Cao su thiên nhiên là gì và quy trình sản xuất như thế nào?

Cao su thiên nhiên là loại vật liệu có độ bền cao, khả năng đàn hồi và chống mài mòn tuyệt vời. Nó được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp sản xuất lốp xe, sản xuất các bộ phận xe hơi và các sản phẩm y tế nhờ vào khả năng bám dính tốt với các vật liệu khác.

Mỗi sản phẩm cao su thiên nhiên sẽ có thành phần cấu tạo hơi khác nhau tùy thuộc vào môi trường sử dụng. Một công thức cao su thiên nhiên thiết yếu bao gồm:

• Mủ cao su – một chất màu trắng sữa được thu hoạch từ cây cao su.
• Axit – để kích thích sự vón cục của mủ cao su đã lọc.
• Hóa chất – dùng cho quá trình tiền lưu hóa.
• Các chất phụ gia – chẳng hạn như chất độn, chất đóng rắn, chất chống phân hủy, v.v.

1.1. Quy trình sản xuất cao su thiên nhiên

• Thu hoạch mủ cao su: Cây cao su cần ít nhất 6 năm để trưởng thành trước khi có thể khai thác mủ. Người khai thác sẽ tạo các rãnh nhỏ trên thân cây để mủ chảy ra và thu thập trong các cốc hoặc túi chuyên dụng. Mủ cao su sau đó được vận chuyển đến nhà máy để chế biến.

• Lọc và xử lý mủ cao su: Mủ cao su tươi sau khi thu hoạch sẽ được lọc kỹ để loại bỏ tạp chất. Sau đó, axit được thêm vào để kích thích sự đông đặc của mủ, giúp tạo ra cao su thô.
• Cán và sấy khô: Mủ cao su đã đông đặc được đưa qua máy cán để ép thành các tấm mỏng, sau đó sấy khô và hun khói nhằm tăng cường độ bền và tính ổn định của vật liệu.
• Quá trình tiền lưu hóa: Các tấm cao su sau khi sấy khô sẽ được xử lý bằng hóa chất và gia nhiệt nhẹ. Trong giai đoạn này, các chất phụ gia như chất độn, chất chống phân hủy có thể được thêm vào nhằm tạo ra các đặc tính cơ học mong muốn cho sản phẩm.
• Lưu hóa và hoàn thiện: Cuối cùng, cao su sẽ được lưu hóa bằng cách gia nhiệt ở nhiệt độ cao. Quy trình này giúp tăng độ cứng, độ bền và khả năng chịu nhiệt của cao su trước khi nó được đúc và định hình thành các sản phẩm cuối cùng như lốp xe, ống dẫn, dây đai hoặc găng tay.

1.2. Ứng dụng công nghiệp của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên có mặt trong hàng ngàn sản phẩm, từ các bộ phận cơ khí như lốp xe, dây curoa, đến các sản phẩm y tế như găng tay và thiết bị bảo vệ. Ngành công nghiệp lốp xe là một trong những ngành tiêu thụ cao su thiên nhiên lớn nhất, đặc biệt là trong các dòng xe đua, máy bay và xe tải hạng nặng nhờ vào khả năng chịu nhiệt tốt của cao su thiên nhiên.

2. Cao su tổng hợp và quy trình sản xuất

Cao su tổng hợp ra đời như một giải pháp thay thế cho cao su thiên nhiên, với nhiều tính chất ưu việt như khả năng chống dầu mỡ, nhiệt độ cao, và khả năng chống cháy. Cao su tổng hợp có tính dẻo và độ bền vượt trội ngay cả trong môi trường khắc nghiệt.

Cao su tổng hợp là một loạt các vật liệu polyme được tạo ra từ hóa dầu. Thành phần chính xác của từng loại cao su tổng hợp sẽ khác nhau. Một công thức cao su tổng hợp cơ bản bao gồm:

• Một loại dầu gốc hydrocarbon, chẳng hạn như dầu hoặc than.
• Khí thiên nhiên kích thích sự hình thành monome.
• Chất độn, chất hỗ trợ quy trình, hệ thống lưu hóa, chất chống phân hủy và các chất phụ gia khác, tùy thuộc vào môi trường sử dụng của sản phẩm.

2.1. Quy trình sản xuất cao su tổng hợp

• Tạo nguyên liệu cơ bản: Quá trình sản xuất cao su tổng hợp bắt đầu với các hydrocacbon, thường là dầu hoặc than. Các sản phẩm phụ của quá trình này tạo ra naphta, một loại dầu dễ cháy, và khí thiên nhiên được sử dụng để tạo ra các monome như butadien, styren, và isopren.
• Polyme hóa: Các monome được trùng hợp nhờ chất xúc tác, tạo ra chuỗi polyme—thành phần chính của cao su tổng hợp. Các chuỗi polyme này có thể được tùy chỉnh để tạo ra các đặc tính mong muốn như khả năng chống mài mòn, chống hóa chất hoặc khả năng chịu nhiệt.
• Lưu hóa và định hình: Cao su tổng hợp sau khi trùng hợp có thể được lưu hóa và xử lý thêm để đạt được độ bền và tính dẻo theo yêu cầu. Sau đó, nó sẽ được đúc và định hình thành các sản phẩm như lốp xe, gioăng cao su, và các bộ phận ô tô khác.

2.2. Ứng dụng của cao su tổng hợp

Cao su tổng hợp có mặt trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp nhờ vào tính đa dụng của nó. Một số ứng dụng điển hình bao gồm:

• Lốp xe: Cao su tổng hợp, đặc biệt là SBR (styrene-butadiene), là nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất lốp xe nhờ khả năng chống mài mòn và độ bền cao.
• Thiết bị bảo hộ: NBR (cao su nitrile) có khả năng chống dầu và hóa chất, được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm bảo vệ như găng tay và đệm chống trượt.
• Ngành xây dựng: EPDM (ethylene propylene diene monomer) thường được sử dụng để sản xuất các vật liệu chống thấm, như lớp phủ mái và gioăng chống thời tiết.

3. Cao su Silicone

Cao su silicone là một chất đàn hồi khác, có thành phần hóa học khác biệt với cao su thiên nhiên và tổng hợp. Cao su silicone được làm từ cát thạch anh, có khả năng chịu nhiệt, chống hóa chất, và bền bỉ trong môi trường khắc nghiệt.

Cao su silicon là vật liệu có khả năng tùy chỉnh cao và có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu của nhiều môi trường dịch vụ khác nhau. Công thức cao su silicon cơ bản bao gồm:

• Thạch anh silic (từ đó chiết xuất được silic.)
• Metyl clorua tạo ra polydimethylsiloxane.
• Chất đóng rắn.
• Các chất phụ gia khác như chất tạo màu, chất độn và các chất khác.

3.1. Quy trình sản xuất cao su silicone

Cao su silicone được sản xuất từ silic và oxy thay vì cacbon, giúp nó không bị phân hủy dưới tác động của nhiệt độ cao và tiếp xúc với nước. Silicone thường được sử dụng trong ngành y tế, ô tô và sản xuất các sản phẩm tiêu dùng như đồ nấu nướng, thiết bị điện tử và đồ thể thao.

3.2. Ứng dụng của Cao su silicon 

Cao su silicon có nhiều đặc tính mong muốn và được sử dụng phổ biến trong nhiều sản phẩm.

Cao su silicon không bị phân hủy ở nhiệt độ cao và an toàn với thực phẩm, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho các dụng cụ nấu ăn và nướng. Khuôn bánh nướng xốp silicon, thìa và nhiều dụng cụ khác ngày càng trở nên phổ biến. Nhiều sản phẩm tiêu dùng khác có chứa silicon, chẳng hạn như đồ thể thao, hộp đựng, đồ điện tử, mỹ phẩm và giày dép.

Các ứng dụng trong ngành công nghiệp của silicone bao gồm các sản phẩm ô tô, chất trám và chất cách điện. Silicone cũng có thể được tìm thấy trong nhiều sản phẩm y tế, chẳng hạn như ống, thành phần ống tiêm, thành phần quản lý chất lỏng, v.v.

4. Kết Luận

Cao su, từ cao su thiên nhiên đến cao su tổng hợp và silicone, đóng vai trò quan trọng trong mọi ngành công nghiệp. Quy trình sản xuất của mỗi loại cao su có sự khác biệt đáng kể, nhưng tất cả đều đáp ứng nhu cầu đa dạng của các ngành công nghiệp hiện đại. Điều quan trọng là hiểu rõ đặc tính của từng loại cao su để tối ưu hóa ứng dụng và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.