Bột đá có vai trò gì trong quá trình lưu hóa cao su

Người ta trộn cao su nguyên liệu (chất đàn hồi - elastomer, polyme vô định hình) với các thành phần khác để tạo thành một tổ hợp, sau đó đem lưu hóa để tạo thành cao su. Vì có tính đàn hồi nên sản phẩm cao su có thể giãn dài gấp vài lần so với độ dài gốc và có thể trở lại với dạng gốc mà không bị biến dạng. Ngoài ra, cao su còn làm triệt tiêu năng lượng do tính nhớt đàn hồi và rất bền dưới tác động của lực động hoặc tĩnh. Cao su còn có khả năng chịu mài mòn cao hơn thép, không thấm nước và không khí, không bị trương nở trong dung môi và ăn mòn hóa học.

Các chất đàn hồi thương mại gồm có cao su tự nhiên (CSTN), một số loại cao su tổng hợp

CSTN là mủ cây cao su qua chế biến. Do vậy, cao su thô nguyên chất có tính chất vật lý thay đổi theo nhiệt độ và dễ dàng bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa, thậm chí với cả không khí.

Hầu hết các loại cao su đều phải trải qua quá trình lưu hóa để thay đổi cấu trúc và ổn định nhiệt. Để quá trình lưu hóa thuận lợi, các hóa chất gồm có chất lưu hóa, chất xúc tác và chất xúc tiến được bổ sung trong quá trình chế biến cùng với các chất phụ gia khác như chất dẻo hóa, chất chống oxy hóa, chất chống ozon hóa, các chất tạo màu và chất độn chức năng.

Chất xúc tác và chất hoạt hóa

Lưu huỳnh (S) là chất lưu hóa (tạo liên kết ngang) chậm. Khi tăng dần lượng lưu huỳnh S thì càng cần thời gian gia nhiệt kéo dài và làm giảm độ bền liên kết. Tuy nhiên, một số chất hữu cơ làm giảm thời gian lưu hóa và giảm bớt sự thoái biến oxy hóa của cao su trong quá trình lưu hóa, vì vậy cải thiện được các tính chất của cao su sản phẩm.

Chất xúc tác lưu hóa là các oxit kim loại (như “bột chì trắng” và “vôi”), sau đó người ta sử dụng 5 loại hợp chất hữu cơ chủ yếu là guaniđin, thiazol, đithiocarbamat, xantat và thiuram. Trong các loại này, chất xúc tác loại guaniđin có tốc độ lưu hóa chậm nhất, đồng thời bắt đầu quá trình “cháy sém” cũng chậm.

Một số hợp chất khác được sử dụng như chất hoạt hóa trong lưu hóa cao su là:

- Magiê oxit (MgO)
- Chì oxit (PbO)
- Các axit béo

Các chất hãm lưu hóa hoặc chất làm chậm quá trình cháy sém được sử dụng để ngăn chặn các quá trình này trong chế biến cao su. Bổ sung chất chống sém ở nồng độ 0,2-1% sẽ kéo dãn thời gian bắt đầu cháy cao su mà không làm giảm tốc độ của quá trình lưu hóa. Các chất này đặc biệt được chỉ định dùng khi các chất xúc tác hiệu quả cao gây ra quá trình lưu hóa sớm ngay trong quá trình trộn và cán luyện.

Về mặt hóa học, magiê oxit MgO nung kiềm tính có chức năng và hoạt tính như một chất nhận axit, chất lưu hóa, chất ổn định, và chất lưu hóa đối với các loại cao su.

Hiện nay, có hai loại chất độn gia cường thương mại chủ yếu là muội than và silic oxit SiO2. Muội than là vật liệu có thể tạo ra tương tác hóa học bề mặt màng đặc trưng hữu cơ với elastomer. Ngược lại, silic oxit SiO2 là chất có tương tác hóa học bề mặt màng đặc trưng vô cơ với elastomer, vì vậy về mặt hóa hoc, chất độn silic oxit SiO2 có thể được xử lý với hợp chất silan để thành cao su.

Các chất độn khoáng trơ chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp cao su là bột đá CaCO3, bột nhẹ, kaolanh Kaolin, đất sét, bột talc, mica, và các loại khoáng khác như điatomit, felspat, nephelin xienit, thạch cao, pyrophylit, zeolit, v.v...

Người ta còn dùng một số chất độn trong xử lý cao su với tác dụng làm chất hãm cháy, chất chống khói và một số chức năng khác (ví dụ, nhôm trihyđrat (ATH), kẽm borat, antimoni oxit, v.v...).
Một số khoáng và hóa chất được bổ sung vào tổ hợp phối liệu cao su (không chứa muội than) để tạo màu cho cao su như titan đioxit TiO2, sắt oxit Fe2O3, kẽm oxit ZnO, litopon và một số thuốc nhuộm hữu cơ. Titan đioxit TiO2 được xem là chất tạo màu trắng hàng đầu, rất bền vững hóa học và giúp cao su chống lại thoái biến của tia UV cao, giúp sản phẩm cao su bền màu.