BỘ CÔNG THƯƠNG
CÔNG TY CỔ PHẦN CAO SU SAO VÀNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG OXIT KẼM TRONG NƯỚC
ĐỂ SẢN XUẤT LỐP Ô TÔ Chủ nhiệm đề tài: THS. LÊ CÔNG AN

2 Nguyễn Quang Hào KS Hóa polymer Thành viên
3 Đào Chi Lăng KS Cơ khí hóa chất Thành viên
4 Trần Thị Nga KS Hóa polymer Thành viên
5 Đào Anh Tuấn KS Hóa polymer Thành viên
6 Nguyễn Việt Hùng KS Điện-Thiết bị gia công cao su Thành viên
7 Đào Thị Hoa Cử nhân Kinh tế tài chính Thành viên
8 Nguyễn Mạnh Lân KS Công nghệ gia công cao su-
chất dẻo
Thư ký MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
4
1. Nghiên cứu vai trò của oxit kẽm trong quá trình sản xuất các sản
phẩm cao su
4
2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ oxit kẽm trong và ngoài nước
10
2.1. Ngoài nước
10
2.2. Trong nước
15
2.3.Hiệu quả kinh tế
16
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
17

2.1.4 .Đơn pha chế cao su cán tráng vải mành 31
2.1.5 .Đơn pha chế cao su bọc tanh 32
2.2. Lựa chọn các đơn pha chế phối liệu sử dụng oxit kẽm sản xuất
trong nước
37
3. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sử dụng oxit kẽm sản xuất
trong nước
38
3.1. Quy trình hỗn luyện các hỗn hợp cao su
38
3.2. Quy trình ép suất mặt lốp, hông lốp
44
3.3. Quy trình cán tráng vải mành
46
3.4. Quy trình lưu hoá lốp
49
4.Triển khai thử nghiệm qui trình công nghệ
51
4.1. Chuẩn bị các bán thành phẩm cho sản xuất
51
4.1.1. Luyện, kiểm tra chất lượng các hỗn hợp cao su 51
4.1.2. Cán tráng vải mành, ép suất mặt lốp, cắt vải và thành hình lốp 54
4.2. Lưu hóa lốp
54
5. Kiểm tra, đánh giá chất lượng lốp
54
5.1. Kiểm tra ngoại quan lốp sau lưu hóa
54
5.2. Kiểm tra chất lượng lốp trong phòng thí nghiệm
54


Bảng 5. Lượng tiêu thụ cao su trên thế giới-giai đoạn từ 2005 ước đến 2015
13

Bảng 6. Kết quả thí nghiệm mẫu oxit kẽm sản xuất trong nước
21

Bảng 7. Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của oxit kẽm dùng trong công
nghiệp cao su
22

Bảng 8. Kết quả thí nghiệm mẫu oxit kẽm của Viện Công nghệ Xạ hiếm.
26

Bảng 9. Các đơn pha chế hỗn hợp cao su mặt lốp trên
28

Bảng 10. Tính năng cơ lý chính của các hỗn hợp cao su mặt lốp trên
29

Bảng 11. ĐPC phối liệu hỗn hợp cao su mặt lốp dùng oxit kẽm
trong nước so sánh với oxit kẽm nhập ngoại
33

Bảng 12. Đặc tính lưu hoá và TNCL của hỗn hợp cao su mặt lốp
dùng oxit kẽm sản xuất trong nước so sánh với oxit kẽm nhập ngoại
34

Bảng 13. ĐPC phối liệu hỗn hợp cao su vải mành và cao su tanh dùng
oxit kẽm trong nước so sánh với oxit kẽm nhập ngoại

53

Bảng 22. Kết quả thử nghiệm lý trình máy của lốp sử dụng oxit kẽm
trong nước
55

Bảng 23. So sánh khả năng chịu mài mòn của lốp 11.00-20 20PR sử
dụng oxit kẽm trong nước và oxit kẽm nhập ngoại
57
DANH MỤC BIỂU ĐỒ, HÌNH VẼ Biểu đồ 1. Hiệu quả của oxit kẽm trong lưu hoá cao su thiên
nhiên (NR)
6

Hình 2. Hiệu quả của chất trợ lưu hoá tron ghỗn hợp cao su
thiên nhiên
7

Biểu đồ 3. Ảnh hưởng của hàm lượng oxit kẽm đến tính năng
cơ lý của hỗn hợp cao su
9

Biểu đồ 4. Lượng tiêu thụ lốp xe trên thế giới
13


MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp sản xuất lốp, đặc biệt là sản xuất lốp ô tô tại Việt
nam, do yêu cầu chất lượng cao của sản phẩm, các hoá chất chủ yếu phải nhập
ngoại, trong đó có oxit kẽm. Hàng năm, Công ty CP Cao su Sao vàng phải
nhập khoảng 400-500tấn oxit kẽm loại chất lượng cao để phục vụ sản xuất lốp
ô tô (tương đương với sản lượng ~500.000c), l
ốp xe máy và các sản phẩm cao
su kỹ thuật khác. Nếu nâng cao sản lượng lốp ô tô, nhu cầu về sử dụng oxit
kẽm loại này có thể lên tới 800tấn/năm, Công ty sẽ gặp khó khăn trong việc
cung cấp nguyên liệu phục vụ sản xuất.
Từ những năm 80, đã có một số Công ty trong nước tiến hành nghiên
cứu sản xuất oxit kẽm và cung cấp cho thị trường gốm sứ, sơn, cao su…Tuy
nhiên, chấ
t lượng của oxit kẽm đạt chưa cao, đặc biệt là hàm lượng oxit kẽm (<
99 %), do vậy loại oxit kẽm này chỉ đáp ứng được kỹ thuật trong các sản phẩm
cao su không yêu cầu kỹ thuật cao như: lốp xe đạp, lốp xe đẩy, lốp xe nông
nghiệp và các sản phẩm cao su kỹ thuật thông dụng.
Để tăng cường sử dụng các hoá chất trong nước nhằm nâng cao hiệu quả
sản xuất, một s
ố sản phẩm sản xuất tại Công ty CP Cao su Sao vàng đã được
nghiên cứu sử dụng oxit kẽm sản xuất trong nước của một số nhà cung cấp
như: Viện Ứng dụng Công nghệ (Bộ KH & CN), Viện Công nghệ Xạ hiếm vào
sản xuất săm, lốp xe đạp, lốp xe nông nghiệp Đây là loại oxit kẽm hoạt tính
có hàm lượng oxit kẽm ~33-35%, chưa phù hợp với sản xuất lốp ô tô.
Trong nh
ững năm gần đây, ngành công nghiệp hoá chất đã đẩy mạnh
nghiên cứu sản xuất các sản phẩm hoá học có chất lượng cao, nhu cầu thị
trường lớn với công nghệ thay đổi theo hướng tiên tiến, hiện đại, đáp ứng được
một phần nhu cầu của người tiêu dùng nội địa. Một trong các sản phẩm được

-Đơn pha chế cao su cán tráng vải mành
-Đơn pha chế cao su bọc tanh
3-Xây dựng qui trình công nghệ chế tạo lốp sử dụng oxit kẽm đã lựa chọn:
-Qui trình công nghệ h
ỗn luyện các hỗn hợp cao su

3
-Qui trình công nghệ ép suất mặt lốp
-Qui trình công nghệ cán tráng vải mành
-Qui trình công nghệ lưu hoá lốp
4-Triển khai thử nghiệm qui trình công nghệ để sản xuất lốp
-Hỗn luyện các hỗn hợp cao su bán thàmh phẩm (BTP): Cao su mặt lốp,
cao su cán tráng vải mành, cao su bọc tanh…
-Ép suất mặt lốp, hông lốp
-Cán tráng vải mành
-Cắt vải, thành hình và lưu hoá lốp
5-Kiểm tra, đánh giá chất lượng lốp:
-Kiểm tra chất lượng ngoại quan của l
ốp.
-Kiểm tra thử nghiệm lốp trong phòng thí nghiệm.
-Kiểm tra thử nghiệm lốp sử dụng thực tế
-Đánh giá chất lượng lốp bằng tiêu chuẩn JIS D 4230:1998/TCVN
7533:2005

4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1. Nghiên cứu vai trò của oxit kẽm trong quá trình sản xuất các sản phẩm
cao su:
Như chúng ta đã biết, lịch sử phát triển của ngành công nghiệp cao su

0
C
Độ bền kéo đứt,
MPa
Độ dãn dài
kéo đứt, %
1 100 NR Không lưu hoá 2,5 1200
2 100 NR + 8 S 8giờ 25,0 700
3 100 NR + 8 S + 5 ZnO 4giờ 25,0 700

Qua các kết quả thí nghiệm trong bảng 1 cho chúng ta thấy rất rõ hiệu
quả của oxit kẽm trong quá trình lưu hoá với hỗn hợp cao su thiên nhiên. Trong
hỗn hợp cao su số 2, với sự tham gia của S kết hợp với cao su, độ bền kéo đứt
của hỗn hợp cao su đã tăng gấp 10 lần (25MPa) so với hỗn hợp cao su số 1
(2,5MPa), độ dãn dài kéo đứt giảm 40% (Từ 1200% còn 700% ). Với các tính
năng cơ lý như trên, cao su thiên nhiên đã chuy
ển được từ trạng thái dẻo sang
trạng thái đàn hồi và có tính ổn định với môi trường sử dụng. Tuy nhiên thời
gian lưu hóa của hỗn hợp cao su còn rất dài (8giờ), hiệu quả sản xuất kém.
Trong hỗn hợp cao su số 3, người ta đã bổ xung thêm 5 ptl oxit kẽm vào hỗn
hợp cao su số 2 và kết quả là thời gian lưu hoá giảm được 4 giờ (giảm ~ 50% )
mà vẫn giữ ổn định được tính n
ăng cơ lý của hỗn hợp cao su. Như vậy có thể
đánh giá được vai trò đặc biệt quan trọng của oxit kẽm trong công nghệ gia
công các sản phẩm cao su.
Oxit kẽm là hoá chất ít độc, không làm đổi mầu của cao su mầu, sẵn có
trên thị trường, giá thành rẻ đồng thời oxit kẽm có độ ổn định cao, không gây
ra hiện tượng cắt mạch đại phân tử cao su…do vậy, oxit kẽm được coi là chất
trợ lưu hoá không thể thi
ếu trong các hỗn hợp cao su [5]. Sau này, các nhà

§é bÒn kÐo ®øt
(Mpa)
§é d∙n dµi kÐo ®øt
(%) Để so sánh hiệu quả của oxit kẽm, các nhà khoa học còn tiếp tục nghiên
cứu thí nghiệm oxit kẽm với một số chất trợ lưu hoá và chất lưu hoá khác trong
hỗn hợp với cao su thiên nhiên và các kết quả nghiên cứu được thể hiện trong
hình 2. Và một lần nữa oxit kẽm lại được kết luận là chất trợ lưu hoá không thể
thiếu trong hỗn hợp với cao su thiên nhiên. Khi oxit kẽm được kế
t hợp bổ xung
với các chất trợ lưu hoá hữu cơ và chất xúc tiến lưu hoá sẽ tạo ra hỗn hợp cao
su có độ liên kết nối mạch đầy đủ nhất. Hiệu quả của oxit kẽm và các chất trợ
lưu hoá
class="bi x45 y131 w5 h12"

8
Bảng 2-Các đơn pha chế phối liệu tiêu chuẩn dùng kiểm tra chất lượng cao su

TT Nguyên vật liệu NR SBR BR CR NBR IIR
1 Cao su 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
2 Oxit kẽm 6,0 3,0 3,0 5,0 5,0 5,0
3 Lưu huỳnh 3,5 1,75 1,5 - 1,5 2,0
4 Axit Stearic 0,5 1,0 2,0 0,5 1,0 -
5 Xúc tiến MBT 0,5 - - - - -
6 Xúc tiến MBTS - - - - 1,0


Biểu đồ 3: Ảnh hưởng của hàm lượng oxit kẽm đến tính năng cơ lý của hỗn hợp cao su
2.1
16.1
5.3
20.1
5.7
22.1
6.2
24.1
6.1
24.2
6.3
24
0
5
10
15
20
25
30
1ptl 2ptl 2.5ptl 3ptl 5ptl 10ptl
H
à
m l
ượ
ng ZnO
M600, MPa Độ bền kéo đứt,Mpa
70% sản lượng kẽm trên thế giới được sản xuất từ quặng và 30% được sản xuất
từ nguyên kiệu kẽm thứ cấp. Khác với công nghệ sản xuất kẽm từ quặng, công

11
nghệ tái chế, thu hồi kẽm có những đặc điểm riêng biệt. Một số kỹ thuật tiên
tiến đã được áp dụng như chưng cất chân không, plasma.
Các phương pháp sản xuất oxit kẽm phụ thuộc nhiều vào nguồn nguyên
liệu đầu vào và cấp chất lượng oxit kẽm cần đạt được. Hiện nay, có hai loại
oxit kẽm được sử dụng trong công nghiệp cao su là oxit kẽm thông thường và
oxit kẽm hoạ
t tính. Phương pháp sản xuất được mô tả như sau :
a/Oxit kẽm thông thường:
-Phương pháp Pháp (French Process): là quá trình thăng hoa oxi hoá
kẽm kim loại, sản phẩm của phương pháp này có chất lượng cao, nhưng
chi phí sản xuất lớn, giá thành cao.
-Phương pháp Mỹ (American Process): là quá trình hoàn nguyên oxi hoá
quặng kẽm hoặc các dạng phế liệu chứa kẽm có thành phần phức tạp,
hàm lượng kẽm thấp. Chất lượng oxit kẽm phụ thuộc nhiều vào các giải
pháp công nghệ
-kỹ thuật cho bước chuẩn bị nguyên liệu đầu vào cũng
như bước phân tách tạp chất trong quá trình hoàn nguyên và oxi hoá hơi
kẽm thăng hoa. Chính vì vậy hàm lượng oxit kẽm biến động trong
khoảng 70-99,7%. Đây là phương pháp quan trọng, chiếm sản lượng ôxit
kẽm cao nhất hiện nay. Hầu hết các ngành công nghiệp đều sử dụng oxit
kẽm sản xuất theo phương pháp này.
b/Oxit kẽm hoạt tính:
Thu được từ phương pháp thuỷ
luyện với các bước chính: điều chế dung
dịch muối kẽm, làm sạch dung dịch, kết tủa kẽm ở dạng hydroxit hay cacbonát
và nung thu nhận sản phẩm oxit kẽm. Sản phẩm của công nghệ này có độ sạch


13
Bảng 5: Lượng tiêu thụ cao su trên Thế giới-giai đoạn từ 2005 ước đến 2015
(Nghìn tấn)
Lĩnh vực
sử dụng
Năm
2005
Năm
2007
Năm
2008
Năm
2009
Năm
2010
Năm
2015
Lốp xe 12.079 13.121 12.925 12.296 12.795 16.485
Sản phẩm khác 8.898 9.885 9.226 8.429 9.245 10.753
Cộng 20.977 23.006 22.151 20.725 22.040 27.238 Biểu đồ 4. Lượng tiêu thụ lốp xe trên Thế giới-giai đoạn từ 2005 đến 2015
972
358
1330
988
396
1384

12925
22151
12296
20725
12795
22040
16485
27238
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
N
ă
m 2005 N
ă
m 2007 N
ă
m 2008 N
ă
m 2009 N
ă
m 2010 N
ă
m 2015
Lốp xe,nghìn tấn Sản phẩm khác, nghìn tấn Tổng, nghìn tấn


ệu). Đây là nguồn nguyên liệu
kẽm thứ cấp (secondary zinc) rất có giá trị kinh tế nếu được xử lý, tái chế sản
xuất thành các sản phẩm kẽm có chất lượng cao. Có thể so sánh, với hàm lượng
trung bình từ 40-80% Zn, tương đương với 30.000 tấn quặng kẽm có hàm
lượng trung bình 18% Zn. Và nếu tận thu được, một năm nước ta có thể giảm
được hàng chục triệu USD nhập khẩu nguyên liệu.
Từ những n
ăm 80, một số nhà sản xuất oxit kẽm trong nước đã cung cấp
cho thị trường loại oxit kẽm thông thường và sau này là oxit kẽm hoạt tính.
Tuy nhiên, chất lượng oxit kẽm còn hạn chế, hàm lượng oxit kẽm chưa cao,
nhiều tạp chất nên chưa đáp ứng được cho sử dụng trong các sản phẩm cao su
cao cấp.
Trong những năm gần đây, với việc cải tiến về thiết bị chế t
ạo, đồng thời
nghiên cứu áp dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến trên thế giới, một số
nhà sản xuất oxit kẽm đã cung cấp cho công nghiệp trong nước một số sản
phẩm kẽm như: kẽm cacbonat, kẽm clorua và oxit kẽm:

16
-Viện Công nghệ Xạ Hiếm: công suất ~1000tấn/năm. Sản xuất oxit kẽm
thường với hàm lượng oxit kẽm đạt từ 99,0-99,5% và oxit kẽm hoạt tính
với hàm lượng oxit kẽm đạt từ 30-35%.
-Viện Công nghệ Ứng dụng, Bộ KH& CN: công suất ~700-800tấn/năm.
Sản xuất kẽm oxit hoạt tính với hàm lượng oxit kẽm đạt 35% và 60%.
-Công ty vật liệu công nghệ Bách khoa: công suất ~1000 tấn/năm. Sản
xuất oxit k
ẽm thường và hàm lượng oxit kẽm ~99,0%.
Với công suất của các nhà sản xuất oxit kẽm trong nước như trên, nếu độ
tinh khiết (độ thuần) của oxit kẽm đạt được mức tiêu chuẩn (≥ 99,0%) và có độ
đồng đều cao, khả năng cung cấp oxit kẽm trong nước cho sản xuất lốp ô tô là

chế tạo phức tạp để sử dụng oxit kẽm sản xuất trong nước, trên cơ sở
đó đánh
giá mức độ ảnh hưởng của oxit kẽm sản xuất trong nước đến quá trình công
nghệ gia công và chất lượng sản phẩm là rất cần thiết. Lốp ô tô tải là sản phẩm
cao su có yêu cầu kỹ thuật đặc biệt, sử dụng trong môi trường khắc nghiệt như:
tốc độ chạy cao, tải trọng lớn, quãng đường sử dụng dài và chịu dập mệt liên
tục…do v
ậy chúng tôi lựa chọn lốp ô tô tải có qui cách 11.00-20 làm sản phẩm
thử nghiệm trong nghiên cứu của mình.
Hàng năm, Công ty sản xuất khoảng 500.000-600.000 lốp ô tô cung cấp
cho thị trường trong nước và xuất khẩu, được người tiêu dùng đánh giá cao về
chất lượng. Điều đó khẳng định được rằng lốp ô tô do Công ty CP Cao su Sao
vàng đã được sản xuất trên cơ sở khoa học và đạt phù hợp với yêu cầu kỹ thu
ật.
Oxit kẽm là một trong những hoá chất được sử dụng trong các đơn pha chế
phối liệu hỗn hợp cao su chế tạo lốp ô tô hiện hành và đã được nghiên cứu tối
ưu hoá trong các chương trình khoa học công nghệ của những chuyên đề cải
tiến/hợp lý hoá công nghệ lốp hàng năm, đặc biệt là hàm lượng oxit kẽm trong