Nghiên cứu tổng hợp chất chống oxy hóa ứng dụng tăng cường các tính chất cơ-lý-hóa của cao su

Cao su tự nhiên (CSTN) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực do có các đặc tính quý giá như: độ bền cơ học, khả năng đàn hồi tốt, dễ gia công nhưng lại có nhược điểm là kém bền nhiệt, dễ bị oxy hóa, độ bền môi trường kém… Những năm gần đây, sản lượng CSTN tăng mạnh, tuy vậy CSTN dùng trong nước chỉ chiếm khoảng 15-20% còn đa phần xuất khẩu dưới dạng thô với giá thành không ổn định trong khi đó hàng năm nước ta lại nhập hàng ngàn tấn sản phẩm cao su kỹ thuật với giá rất cao. Chính vì vậy nhiều công trình nghiên cứu biến tính nâng cao tính năng cơ lý, mở rộng phạm vi ứng dụng cho CSTN để sản xuất các sản phẩm cao su kỹ thuật phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội đã được thực hiện. Để khắc phục nhược điểm của CSTN là dễ bị oxy hóa, đồng thời tăng độ bền cơ học, độ bền nhiệt và độ đàn hồi, giúp chuyển CSTN có các tính chất giống cao su kỹ thuật thì cần phải tìm cách biến tính CSTN bằng các chất chống oxy hóa. Các chất chống oxy hóa đã được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong cao su kỹ thuật. Chất chống oxy hóa được thêm vào trong quá trình ép nhằm ngăn cản sự oxy hóa nhiệt khi chế biến nguyên liệu và làm giảm sự phá hủy cấu trúc trong giai đoạn bảo quản và sử dụng sản phẩm. Các chất có hoạt tính trên thường là hỗn hợp các hợp chất phenol, giúp bảo vệ polyme khỏi sự phá hủy dưới tác dụng nhiệt và oxy. Hợp chất chống oxy hóa Bisphenol-5 (3,5,3′,5′-tetra-tert-butyl-4,4′- dihydroxybiphenyl) được tổng hợp từ nguyên liệu hóa dầu Monophenol (2,6-di-tertbutylphenol) được khẳng định là chất chống oxy hóa có khả năng bảo vệ hiệu quả nhất việc lão hóa cao su tổng hợp isopren.

Việc tổng hợp Bisphenol-5 hiện nay gặp nhiều khó khăn do sử dụng chất xúc tác đồng hợp dẫn đến tiêu tốn nhiều hóa chất và gây nên các vấn đề về môi trường nên dẫn đến giá trị kinh tế cho việc ứng dụng Bisphenol-5 vào trong ngành công nghiệp chế biến cao su chưa cao. Bên cạnh đó, chưa có một nghiên cứu nào trên thế giới về việc ứng dụng Bisphenol-5 vào trong CSTN, bảo vệ chúng khỏi sự oxy hóa, lão hóa. Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu do TS. Bùi Đình Nhi, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì đứng đầu đã đề xuất triển khai thực hiện Đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu tổng hợp chất chống oxy hóa ứng dụng tăng cường các tính chất cơ-lý-hóa của cao su” nhằm mục đích tìm ra chất xúc tác có hiệu quả, tối ưu hóa quy trình tổng hợp Bisphenol-5 và ứng dụng của nó và trong CSTN có ý nghĩa thực tiễn cao.

Với mục tiêu có thể làm chủ công nghệ tổng hợp chất chống oxy hóa ứng dụng tăng cường các tính chất cơ-lý-hóa của cao su, tăng cường các tính chất cơ-lý-hóa của cao su nhằm góp phần nâng cao phạm vi ứng dụng của cao su thiên nhiên trong công nghiệp sản xuất và tổng hợp được chất chống oxy hóa ứng dụng tăng cường các tính chất cơ-lý-hóa của cao su, sau 1 năm thực hiện (từ 1/2018 đến 12/2018), nhóm đề tài đã thu được các kết quả như sau:

- Đã tổng hợp được 0,52 kg hệ xúc tác AHCTi sử dụng cho quá trình tổng hợp chất chống oxi hóa có hoạt tính và độ bền cao, hệ xúc tác này có khả năng tăng vận tốc phản ứng oxy hóa monophenol thành Bisphenol-5 lên 1,58 lần khi so sánh với hạt NaOH rắn.

- Đã nghiên cứu các điều kiện tối ưu và xây dựng được quy trình hoàn chỉnh để tổng hợp Bisphenol-5, đồng thời thuyết minh cho quy trình một cách rõ ràng. Bằng những phương pháp phân tích hiện đại như SEM, FTIR, NMR, MS-HPLC đã xác định cấu trúc của sản phẩm thu hồi từ quy trình được xây dựng và khẳng định độ sạch của sản phẩm Bisphenol-5 thu hồi.

- Đã tổng hợp được 1,02 kg Bisphenol-5, đồng thời kết quả nghiên cứu cũng chứng tỏ rằng Bisphenol-5 làm tăng thời gian cảm ứng oxy hóa trong điều kiện lão hóa gia tốc đến 21,4 phút so với khi không dùng Bisphenol-5 và cao gấp 1,63 lần khi so sánh với 6PPD, đồng thời Bisphenol-5 cũng làm tăng nhiệt độ phá hủy 5% mẫu cao su lên 23oC và nhiệt độ phá hủy 50% mẫu lên 22oC.

- Các kết quả được đăng trên trên tạp chí Lý Hóa và Sinh học.

Với các kết quả đạt được cho thấy Bisphenol-5 có tiềm năng rất lớn trong việc tăng cường tính chất của cao su. Nhóm thực hiện đề tài kiến nghị được triển khai với quy mô dự án thực tế để có thể ứng dụng được vào nhiều doanh nghiệp.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 15540 /2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)