Tác động của PEG 4000 đến tính chất cơ học của cao su trong quá trình gia công

Trong ngành công nghiệp cao su, việc tối ưu hóa quá trình gia công nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm luôn là mục tiêu then chốt của các nhà sản xuất. Một trong những phụ gia đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất cơ học của cao su chính là PEG 4000 (Polyethylene Glycol 4000). Với đặc tính hóa lý đặc biệt, PEG 4000 ngày càng được ứng dụng rộng rãi để cải thiện độ bền kéo, độ giãn dài, khả năng chịu mài mòn và đặc biệt là tính gia công của hỗn hợp cao su. Bài viết này sẽ phân tích sâu về tác động của PEG 4000 đến các tính chất cơ học quan trọng của cao su trong quá trình gia công, từ đó giúp doanh nghiệp lựa chọn giải pháp phụ gia hiệu quả và phù hợp nhất.

1. Tổng quan về PEG 4000

PEG 4000 là một polyme thuộc nhóm polyethylene glycol có khối lượng phân tử trung bình khoảng 4000 g/mol. Đây là hợp chất rắn, không màu, dễ tan trong nước và nhiều dung môi hữu cơ. Trong ngành cao su, PEG 4000 được sử dụng như một chất trợ phân tán, chất hóa dẻo và chất ổn định. Nhờ cấu trúc phân tử đặc biệt với nhiều nhóm -OH, PEG 4000 có khả năng tương tác tốt với các thành phần khác trong hỗn hợp cao su, từ đó giúp cải thiện đáng kể các tính chất cơ lý của sản phẩm cuối cùng.

https://hoachatthienvinh.com/peg-4000-lottle-chemical-han-quoc

2. Ảnh hưởng đến quá trình gia công hỗn hợp cao su

Trong giai đoạn nhào trộn và cán luyện, hỗn hợp cao su thường gặp vấn đề về độ nhớt, khả năng phân tán các chất độn và độ đồng nhất pha. Việc bổ sung PEG 4000 giúp làm giảm đáng kể độ nhớt Mooney, tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn xử lý tiếp theo. Cụ thể:

• PEG 4000 hoạt động như một chất bôi trơn nội tại, giảm ma sát giữa các chuỗi cao su trong quá trình cán luyện.
• Giúp phân tán đều các chất độn như carbon black, silica, kaolin, từ đó cải thiện tính đồng nhất của hỗn hợp.
• Giảm hiện tượng “bóc lớp” và cải thiện khả năng chảy trong khuôn ép.

Nhờ những tác dụng này, PEG 4000 được xem là phụ gia không thể thiếu trong các công thức cao su kỹ thuật đòi hỏi độ chính xác và độ đồng đều cao.

3. Tác động của PEG 4000 đến tính chất cơ học của cao su

a. Độ bền kéo và độ giãn dài

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng việc bổ sung PEG 4000 với liều lượng thích hợp có thể làm tăng đáng kể độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt của cao su. Cơ chế chính là do PEG 4000 cải thiện khả năng phân tán của các chất độn và tạo liên kết hydro nhẹ giữa các pha cao su, từ đó nâng cao khả năng chịu ứng suất.

Thí nghiệm thực tế: Với cao su thiên nhiên (NR) pha carbon black, việc thêm 3 phr (phần trên 100 phần cao su) PEG 4000 giúp tăng độ bền kéo từ 18 MPa lên đến 22 MPa, đồng thời tăng độ giãn dài khi đứt từ 450% lên 510%.

b. Độ cứng và khả năng chống mài mòn

Tùy vào hàm lượng sử dụng, PEG 4000 có thể ảnh hưởng đến độ cứng (Shore A) của cao su. Ở mức liều thấp (1–3 phr), PEG 4000 làm mềm hỗn hợp nhưng không gây ảnh hưởng tiêu cực đến độ cứng sau lưu hóa. Đồng thời, nhờ phân tán tốt các chất độn, khả năng chống mài mòn của cao su có xu hướng cải thiện rõ rệt.

c. Độ bền xé và kháng lực xé rách
Khi cao su chịu tải trọng động hoặc tác động cơ học, lực xé và xé rách là yếu tố ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ sản phẩm. Việc sử dụng PEG 4000 giúp tăng độ đồng đều cấu trúc vật liệu, từ đó làm giảm điểm yếu cơ học trong hỗn hợp, tăng khả năng chống xé.

4. Ảnh hưởng của PEG 4000 đến quá trình lưu hóa

Một yếu tố quan trọng khác mà PEG 4000 tác động là quá trình lưu hóa. Do chứa nhóm -OH hoạt tính, PEG 4000 có thể tương tác nhẹ với chất xúc tiến hoặc chất lưu huỳnh, từ đó làm chậm quá trình lưu hóa nếu sử dụng ở hàm lượng cao (>5 phr). Tuy nhiên, với hàm lượng thích hợp, PEG 4000 vẫn duy trì tốc độ lưu hóa tối ưu, đảm bảo thời gian xử lý hợp lý trong điều kiện sản xuất hàng loạt.

5. Ứng dụng thực tế của PEG 4000 trong ngành cao su

Nhờ khả năng cải thiện tính chất cơ học đa dạng, PEG 4000 được ứng dụng rộng rãi trong:

• Sản xuất lốp xe: Giúp tăng độ bền kéo, giảm mài mòn, kéo dài tuổi thọ lốp.
• Cao su kỹ thuật: Dùng trong gioăng, đệm cao su, ống cao su chịu áp.
• Ngành giày dép: Cải thiện độ đàn hồi, độ bền sản phẩm và khả năng kháng mài mòn.
• Cao su silicone và cao su EPDM: Tăng độ bền liên kết giữa các pha và giảm lỗi sản phẩm.

6. Một số lưu ý khi sử dụng PEG 4000

Mặc dù PEG 4000 mang lại nhiều lợi ích rõ rệt, việc sử dụng cần lưu ý:

• Hàm lượng tối ưu thường nằm trong khoảng 1–4 phr, tùy loại cao su và ứng dụng cụ thể.
• Không nên dùng quá mức, vì có thể ảnh hưởng đến độ kết mạng và gây hiện tượng trượt khuôn.
• Cần lựa chọn PEG 4000 có độ tinh khiết cao và đảm bảo ổn định nhiệt trong môi trường gia công.

Kết luận
PEG 4000 là một phụ gia hữu hiệu trong ngành cao su, đặc biệt trong việc cải thiện tính chất cơ học như độ bền kéo, độ giãn dài, khả năng chống mài mòn và đồng nhất cấu trúc. Tuy nhiên, hiệu quả của PEG 4000 phụ thuộc lớn vào loại cao su nền, hệ thống phối trộn và điều kiện gia công. Để tận dụng tối đa lợi ích từ PEG 4000, doanh nghiệp nên tiến hành thử nghiệm thực tế và điều chỉnh công thức phù hợp với từng dòng sản phẩm cụ thể. Việc áp dụng PEG 4000 một cách khoa học và hợp lý sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm cao su, từ đó tăng năng suất và tối ưu chi phí sản xuất.