Cao su tự nhiên hay cao su thiên nhiên là loại vật liệu được sản xuất từ mủ cây cao su [Hevea brasiliensis] của họ Đại kích [Euphorbiaceae].
Những người dân Nam Mỹ là những người đầu tiên phát hiện và sử dụng cao su tự nhiên ở thế kỷ 16. Nam Mỹ vẫn là nguồn chính của mủ cao su với số lượng rất hạn chế được sử dụng trong nhiều thế kỷ 19. Tuy nhiên, vào năm 1876, Henry Wickham nhập lậu 70.000 Para hạt giống cây cao su từ Brazil và đã giao cho Kew Gardens,Anh. Chỉ 2.400 trong số này nảy mầm sau đó cây con sau đó được gửi đến Ấn Độ, Sri Lanka, Indonesia, Singapore, và Anh Malaya. Malaya [tại bán đảo Malaysia] sau này trở thành nhà sản xuất lớn nhất của cao su. Trong những năm 1900, các Bang Tự do Congo ở châu Phi cũng là một nguồn quan trọng của mủ cao su tự nhiên, chủ yếu được thu thập bởi lao động cưỡng bức. Liberia và Nigeria cũng bắt đầu sản xuất cao su.
Ở Ấn Độ, canh tác thương mại của cao su tự nhiên đã được thực hiện bởi các chủ đồn điền người Anh, mặc dù những nỗ lực thử nghiệm để phát triển cao su trên quy mô thương mại ở Ấn Độ được bắt đầu rất sớm vào năm 1873 tại Vườn Bách thảo, Calcutta. Đồn điền thương mại đầu tiên Heave ở Ấn Độ đã được thành lập tại Thattekadu ở Kerala vào năm 1902.
Tại Singapore và Malaysia, sản xuất thương mại cao su đã được rất nhiều thúc đẩy bởi Sir Henry Nicholas Ridley, người từng là Giám đốc khoa học đầu tiên của Vườn Bách thảo Singapore 1888-1911. Ông phân phối hạt giống cao su cho nhiều người trồng và phát triển các kỹ thuật đầu tiên để khai thác mủ mà không gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho cây.Henry Wickham hái hàng ngàn hạt ở Brasil vào năm 1876 và mang những hạt đó đến Kew Gardens [Anh] cho nảy mầm. Các cây con được gửi đến Colombo, Indonesia, và Singapore.
Tuy nhiên, việc sử dụng cao su trở nên phổ biến chỉ khi quá trình lưu hóa cao su được các nhà hóa học tìm ra vào năm 1839. Khi đó, cao su tự nhiên chuyển từ trạng thái chảy nhớt sang trạng thái đàn hồi cao.
Ngoài cây cao su, các loại cây khác có thể cho mủ là đa búp đỏ [Ficus elastica], các cây đại kích, và bồ công anh thông thường. Tuy các loài thực vật này chưa bao giờ là nguồn cao su quan trọng, Đức đã thử sử dụng những cây đó trong Chiến tranh thế giới thứ hai khi nguồn cung cấp cao su bị cắt. Nghiên cứu về việc này kết thúc khi cao su tổng hợp được phát triển.
Tỷ trọng của nó là 920 kg/m³.
Cấu tạo hóa học[sửa | sửa mã nguồn]
Về mặt hóa học, cao su thiên nhiên là polyisopren - polyme của isopren.
Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4.
Ngoài đồng phân cis 1,4, trong cao su thiên nhiên còn có khoảng 2% mắt xích liên kết với nhau ở vị trí 3,4.
Có cấu tạo tương tự với cao su thiên nhiên, nhựa cây Gutapertra được hình thành từ polyme của isopren đồng phân trans 1,4.
Tính chất[sửa | sửa mã nguồn]
Tính chất vật lý[sửa | sửa mã nguồn]
Ở nhiệt độ thấp, cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể. CSTN kết tinh với vận tốc nhanh nhất ở -25 °C. CSTN tinh thể nóng chảy ở 40 °C.
- Khối lượng riêng: 913 kg/m³
- Nhiệt độ hóa thủy tinh [Tg]: -70 °C
- Hệ số giãn nở thể tích: 656.10−4 dm³/°C
- Nhiệt dẫn riêng: 0,14 w/m°K
- Nhiệt dung riêng: 1,88 kJ/kg°K
- Nửa chu kỳ kết tinh ở -25 °C: 2÷4 giờ
- Thẩm thấu điện môi @1000 Hz/s: 2,4÷2,7
- Tang của góc tổn thất điện môi: 1,6.10−3
- Điện trở riêng:
- Crếp trắng: 5.1012
- Crếp hong khói: 3.1012
Cao su thiên nhiên tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng và CCl4. Tuy nhiên, CSTN không tan trong rượu và xetôn.
Tính ổn định keo của mủ có ý nghĩa lớn đối với việc sản xuất các sản phẩm từ mủ. Cần duy trì độ ổn định keo của mủ trong quá trình vận chuyển, bảo quản và phân lô mủ. Do đó, quá trình ứng dụng của latex dựa trên tính ổn định của chất keo của latex. Nói chung, cao su có thể duy trì sự ổn định của keo do hai lý do, đó là điện tích bề mặt hạt và trạng thái hydrat hóa của nó bao gồm các chất ưa nước. Do đó, việc làm suy yếu hoặc loại bỏ hai yếu tố này có thể làm mất ổn định mủ và gây ra hiện tượng đông tụ hoặc tạo gel. Nếu cho thêm chất điện phân vào mủ thì điện tích âm trong mủ sẽ bị giảm xuống, làm cho các hạt cao su tiếp cận nhau và đông lại hoặc đông tụ lại. Tương tự, nếu một số chất không điện ly [như cồn, axeton, cloroform, v.v.] có thể khử nước trên bề mặt hạt cao su được thêm vào latex để giảm mức độ hydrat hóa trên bề mặt của hạt, thì latex cũng có thể tạo gel. hoặc đông đặc. Để thích ứng độ ổn định của mủ với các yêu cầu của quy trình, một lượng chất ổn định thích hợp thường được thêm vào mủ. Có hai loại chất ổn định thường được sử dụng: một là làm tăng điện tích của các hạt cao su trong mủ, chẳng hạn như amoniac, kali hydroxit, natri hydroxit, muối kim loại kiềm tan trong nước và một số loại xà phòng anion [chẳng hạn như xà phòng axit lauric ], v.v ... Loại còn lại là tăng lớp bảo vệ trên bề mặt hạt và cải thiện tính chất keo của mủ. Các chất ổn định như vậy bao gồm casein, gelatin, alginate và các chất keo ưa nước khác và một số chất hoạt động bề mặt không ion [chẳng hạn như peregrine "O"]. , bộ ổn định lW, v.v.].
Tính ổn định của cao su nói chung là tính ổn định cơ học, ổn định hóa học và ổn định nhiệt của cao su. Tính không ổn định và độ keo tụ của latex liên quan đến các yếu tố như axit, kiềm, muối, tác động cơ học, mất nước, nhiệt độ, v.v.
2. hành động axit
Vì các hạt cao su trong mủ mang điện tích âm, nên thường không thích hợp để thêm axit trực tiếp vào mủ, mà do tác động của các enzym và vi khuẩn trong chính mủ sẽ gây ra quá trình lên men và thủy phân đường và protein, dẫn đến việc sản xuất các axit béo thấp hơn hòa tan trong nước. Các ion hydro tích điện dương được tạo ra, có thể trung hòa các điện tích âm trên bề mặt của các hạt cao su. Khi tất cả các điện tích âm trên các hạt bị trung hòa, giá trị pH của latex giảm xuống điểm đẳng điện, lực đẩy giữa các hạt bị yếu đi và latex mất tính dẻo do ổn định. Chỉ số axit [pH thấp] của mủ càng cao thì độ ổn định hóa học càng thấp và độ bền nhiệt càng kém. Nếu axit được thêm trực tiếp vào latex, giá trị pH của latex có thể bị hạ thấp, do đó làm giảm độ ổn định, và cuối cùng làm cho latex bị gel hoặc đông lại.
3. Vai trò của kiềm
Nói chung, chất kiềm có thể trung hòa axit, làm tăng giá trị pH của latex và cải thiện độ ổn định của latex. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là các chất kiềm có thể thủy phân chậm các protein trong mủ. Ví dụ, amoniac có thể phản ứng với axit để tạo thành muối amoni sau khi được thêm vào latex, có thể làm biến tính protein trong hạt cao su và làm giảm quá trình hydrat hóa. Trong mủ cao su có chứa amoniac và oxit kẽm, muối amoni có thể phản ứng với oxit kẽm tạo thành ion phức kẽm amoniac, làm giảm độ ổn định của mủ. Tuy nhiên, sau khi cho kali hydroxit vào mủ một mặt có thể làm tăng pH của mủ, mặt khác có thể phản ứng với các axit béo thấp hơn tạo thành muối, gây biến tính protein, làm giảm độ hydrat hóa, và làm giảm độ ổn định keo của latex. Tuy nhiên, những hiện tượng này thường xuất hiện sau một thời gian dài phản ứng.
4. Vai trò của muối
Sự tích điện của các hạt cao su trong mủ là một trong những nguyên nhân quan trọng tạo nên sự ổn định của mủ. Khi cho chất điện phân muối vào mủ, các cation của chất điện phân sẽ trung hòa điện tích âm của các hạt latex, làm cho chúng va chạm vào nhau và kết tụ lại. Hóa trị của cation càng lớn thì tác dụng tạo keo của nó càng lớn. Ví dụ, cường độ đông tụ của các ion hóa trị hai gấp hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm lần so với các ion hóa trị một, và cường độ đông tụ của các ion hóa trị ba gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần các ion hóa trị một. Tuy nhiên, các muối kim loại hóa trị một và kim loại hóa trị ba không thể tạo gel có cấu trúc đồng nhất vì tác dụng của chúng quá yếu hoặc quá mạnh. Chỉ các muối kim loại hóa trị hai mới có thể làm cho quá trình mất ổn định của latex diễn ra suôn sẻ và có được các đặc tính cấu trúc tốt. gel.
5. hành động cơ học
Trong trường hợp bình thường, mủ ở trạng thái bền do các hạt cao su tích điện, các hạt đẩy nhau và các hạt có chuyển động Brown, nhưng động năng trung bình của các hạt cao su tăng lên dưới sự khuấy động cơ học mạnh của mủ cao su. Khi động năng trung bình vượt quá các hạt Khi lực đẩy tĩnh điện giữa các mủ bị giảm thì tính ổn định của mủ sẽ giảm, thậm chí gây đông tụ, biểu hiện rõ hơn là mủ có độ bền cơ học thấp. 6. Một lý do quan trọng khác cho sự ổn định của mủ cao su do mất nước là do các chất ưa nước trên bề mặt hạt cao su tạo thành trạng thái ngậm nước. Do đó, khi thêm một số chất không điện ly [như cồn, axeton, cloroform, v.v.] có thể khử nước trên bề mặt hạt cao su được thêm vào mủ, những chất này có thể kết tủa protein và xà phòng trong lớp bảo vệ trên bề mặt của hạt cao su, làm cho bề mặt của các hạt. Giảm hydrat hóa. Nó cũng sẽ làm giảm độ ổn định của latex và gel.
6. hiệu ứng nhiệt độ
Các loại latex kém ổn định rất nhạy cảm với tác động của nhiệt độ cao hoặc thấp. Nói chung, tính ổn định của latex đối với việc đông lạnh, đặc biệt là làm đông hoặc rã đông gián đoạn là rất kém. Mủ tự nhiên có thể đông lại và đông lại ở {0}} độ. Để cải thiện hiệu suất chống đông cứng của cao su tự nhiên, có thể thêm 0,2% saliculus. Natri [hoặc muối kali, muối amoni, trietanolamin] và natri laurat. Cao su cô đặc có chứa natri salicylat và chất hoạt động bề mặt được bảo quản ở -15 độ trong 4 ~ 10 ngày hoặc ở -26 độ trong 2 ~ 6 ngày, sau đó được nấu chảy ở nhiệt độ phòng, mủ vẫn duy trì tính lưu động, đó là rất quan trọng đối với mủ trong mùa đông. Việc vận chuyển và bảo quản có ý nghĩa thiết thực.
Mủ thiên nhiên chịu được nhiệt độ cao như lưu hóa ở nhiệt độ cao 110 ~ 120 độ thì mủ vẫn giữ được trạng thái keo, nhưng trong thực tế sản xuất, nhiệt độ cao dễ làm mủ mất ổn định và xảy ra một số phản ứng hóa học khác, vì vậy nó thường ở 70 độ Lưu hóa ở nhiệt độ