Tìm hiểu về bột Silica SiO2

1) Bột Silica SiO2 là gì?

- Silica là một hợp chất có tên gọi khác là Silic Dioxit có công thức hóa học là SIO2. Mỗi đơn vị silica bao gồm một nguyên tử silic và hai nguyên tử oxy. Và nếu bạn chưa nghe về Silica trước đây thì chắc bạn phải ngạc nhiên lắm khi biết rằng bạn tiếp xúc với chúng mỗi ngày. Silica được tạo thành khoáng chất gọi là thạch anh và nó là khoáng chất phong phú nhất trong lớp vỏ Trái Đất. Nó là thành phần chính trong hầu hết cát và thủy tinh, và mỗi ngày chúng ta đều sử dụng đến chúng.

- Silica còn được nhiều người biết đến từ thời cổ đại, rất lâu trước đó Silica đã được dùng cho nghệ thuật chế tạo các vật thể thủy tinh. Ngày nay Bột Silica còn được ứng dụng cho ngành công nghiệp như cao su,vật liệu xây dựng,điện tử, lọc nước,...

2) Cấu trức và thuộc tính của Silica SIO2:

- Cấu trúc của Silica:

+ Silica có hai dạng cấu trúc là dạng tinh thể và dạng vô định hình. Trong tự nhiên Silica tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể hoặc vi tinh thể (thạch anh, tridimit, cristobalit, cancedoan,đá mã não) đa số silica tổng hợp nhân tạo đều được tạo ra ở dạng bột hoặc dạng keo và có cấu trúc vô định hình (silica colloidal). Một số dạng Silica có cấu trúc tinh thể có thể được tạo ra ở áp suất và nhiệt độ cao như coesit và stishovit.

- Thuộc tính của Silica:

+ Các tính chất của Silica bao gồm cả các tính chất hóa học và vật lý như độ cứng, màu sắc, điểm nóng chảy và điểm sôi và độ phản ứng.Silica trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường là một loại khoáng chất rắn, kết tinh. Nó tương đối khó, đánh giá 7 trên thang Mohs, thang đo được sử dụng để đo độ cứng của các khoáng chất so với nhau. Khoáng sản cứng nhất, kim cương, tỷ lệ 10 trên thang đo.

+ Silica tinh thế không màu, nhưng nếu chất gây ô nhiễm có trong mẫu thạch anh, nó có thể có màu. Ví dụ thạch anh hồng là silica với lượng sắt.

3) Tính chất đặc trưng của Silica đến tính chất của sản phẩm cao su:

Các đặc trưng tính chất của Silica được thể hiện qua:

+ Kích thước hạt của Silica:

Có ý nghĩa ảnh hưởng đến khả năng gia cường cho cao su của Silica. Với những hạt kích thước từ 10 đến 30nm có khả năng gia cường lớn. Điều này tương đương với 250-125m2/g. Hình dạng ban đầu của vật liệu như dạng bột, vẩy, hạt không ảnh hưởng đến kích thước hạt cơ bản. Tuy nhiên kích thước thực tế của đơn vị hạt gia cường không phải là hạt đơn lẻ mà silica tồn tại trong hợp phần ở dạng những tập hợp nhỏ.  Các bức xạ vi điện tử của một hợp chất cao su đã lưu hoá có chứa silica có đường kính hạt trung bình 20nm sẽ cho thấy nhiều agglomerates (hoặc các cốt liệu) có đường kính 40 đến 100nm.

+ Hình dạng:

Hình dạng của chất độn cũng góp phần quan trọng vào khả năng gia cường cho chúng. Clay có hình dạng lớp phẳng được định hướng trong mạch cao su trong quá trình trộn hợp và gia công nên nó có khả năng tăng cường lớn hơn dạng hạt dạng cầu như CaCO3 có kích thước tương đương.

+ Cấu trúc hạt Silica:

Là yếu tố đặc trưng, quyết định đến khả năng gia cường của chúng. Hình dạng ban đầu của các hạt silica thương mại có ảnh hưởng không quan trọng đến hoạt tính của chất độn bằng hình dạng của chúng sau khi đã phân tán trong polyme. Các hạt silica cơ bản sẽ kết lại thành tập hợp, các tính chất của tập hợp silica như hình dáng, khối lượng riêng, kích thhước quyết định cấu trúc của chất độn này.

+ Mức độ hoạt động bề mặt của chất độn:

Cũng góp phần vào khả năng gia cường lực. Chất độn có thể có diện tích bề mặt lớn, cấu trúc cao nhưng khả năng gia cường lại kém là do mức độ hoạt động bề mặt thấp. Mức độ hoạt động bề mặt của chất độn được tính trên một đơn vị diện tích tương tác chất độn - cao su xác định bằng các phương pháp vật lý và hóa học. Chất độn không phân cực sẽ trộn hợp tốt với cao su không phân cực; và ngược lại. Các hạt than đen là ví dụ, có nhóm cacboxyl và các nhóm chức hữu cơ khác nên ái lực lớn với cao su. Các hạt silica có ái lực và hoạt động bề mặt kém hơn. Do vậy, cần phải xử lý bề mặt silica để tăng khả năng gia cường cho cao su tốt hơn.

Bề mặt silica phân cực lớn và ưa nước, có chứa nước hấp phụ trên bề mặt của nó. Trên bề mặt silica có các nhóm hydroxyl làm cản trở quá trình khâu mạch.

Các nhóm silanol có tính axit, vì vậy chúng có thể phản ứng với amin, alcol và ion kim loại. Nước hấp phụ trên bề mặt silica sẽ làm giảm hoạt tính của nhóm silanol, nhưng khi xảy ra quá trình trộn hợp ở nhiệt độ cao có sự bay hơi nước hấp phụ sẽ làm cho bề mặt trở nên hoạt động hơn. Một vài phản ứng của các hợp phần cao su với nhóm silanol làm ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm, trong đó có ảnh hưởng đến tốc độ khâu mạch. Phần lớn các chất xúc tiến được sử dụng trong lưu hóa bằng lưu huỳnh có chứa nhóm amin. Phản ứng của chất xúc tiến với chất độn có thể làm giảm lượng xúc tiến cần thiết cho quá trình lưu hóa.

Vì vậy cần giảm tốc độ lưu hóa và giảm mức độ khâu mạch. Phản ứng của ion kẽm với chất độn cũng có ảnh hưởng tương tự. Ví dụ nhóm silanol hoạt động trên bề mặt silica sẽ phản ứng với kẽm stearat tạo ra hai sản phẩm là phức kẽm stearat và tạo cầu nối kẽm với hai nhóm silanol.

Axit stearic tạo thành từ phản ứng trên sẽ tiếp tục kết hợp với ZnO. Nếu phản ứng xảy ra đến cùng, thì theo cơ chế này, tất cả ZnO sẽ được dùng hết không còn đủ cho phản ứng lưu hóa. Khi diện tích bề mặt chất độn silica nhỏ thì phản ứng với ion kẽm cũng xảy ra nhưng sẽ ít ảnh hưởng hơn vì nó có ít nhóm silanol trên bề mặt hơn. Vì vậy, khi thành lập đơn pha chế có silica làm chất độn tăng cường cần có các biện pháp khắc phục ảnh hưởng do silic dioxit gây ra.

Tăng hàm lượng các chất phối hợp vi lượng như xúc tiến lưu hóa, chất phòng lão, chất lưu hóa lên 30% đến 50% so vơi mức độ dùng với cao su có chất độn là than hoạt tính.

Đưa vào các chất phụ gia để làm giảm một phần hoàn toàn các ảnh hưởng trên đến quá trình khâu mạch bởi đã làm giảm hoạt tính của silica. Các phụ gia thường sử dụng gồm có dietylen glycol (DEG) và polyetylen glycol (PEG), hexametylen tetramin, hexamethoxyl metyl melamin (HMMM) và tritanolamin (TEA). Các chất này được trộn vào hợp phần cao su trước khi đưa ZnO và chất xúc tiến. Chất phụ gia làm giảm mức độ phân cực của bề mặt silica và do đó cải thiện khả năng thấm ướt và khả năng phân tán của chất độn trong polyme không phân cực. Những loại dầu phân cực hoặc nhựa vòng thơm giúp chất độn phân tán tốt và cải thiện tính chất của hợp phần cao su khi sử dụng chất độn silica. Ngoài ra một phương pháp hiệu quả khác để biến tính bề mặt silica là sử dụng chất liên kết silan.

Khi sử dụng chất độn silica trong đơn cao su, ngoài những tính chất như: độ bền xé, độ cứng, độ bền uốn, độ bền nhiệt,… thì silica còn nâng cao các tính chất như: tính bám dính, khả năng chịu nhiệt, tính đàn hồi, modun, khả năng chịu mài mòn.

Hàm lượng sử dụng silica trong đơn cao su với vai trò chất gia cường tối ưu nhất từ 40PKL đến 70PKL. Với hàm lượng lớn hơn silica đóng vai trò chất độn thể tích, tăng modun và trợ gia công cho quá trình đùn, tác dụng gia cường bị suy giảm.

Lưu ý khi tăng hàm lượng silica cần tăng đáng kể lượng dầu hóa dẻo (Một so sánh cho thấy silica và than đen ở cùng hàm lượng độn 40PKL lượng dầu hóa dẻo là tương đương, tuy nhiên khi hàm lượng độn là 70PKL lượng dầu hóa dẻo cần dùng trong đơn silica nhiều hơn gấp 2-3 lần cao su.

Qua bài viết này chắc hẳn bạn cũng đã biết được phần nào về Silica, để biết thêm thông tin về sản phẩm hãy liên hệ với chúng tôi- Công ty TNHH Cây Xanh Mộc Lan hoặc truy cập website: https://moclangroup.com/ để đội ngũ nhân viên kỹ thuật của công ty chúng tôi hỗ trợ bạn.