MỞ ĐẦU Những năm gần đây, Việt Nam có nguyên liệu cao su dồi dào đẩy nhanh sự phát triển của các ngành công nghiện chế biến và sản xuất các sản phẩm cao su. Các sản phẩm cao su hiện nay rất đa dạng và gần gũi trong đời sống con ngƣời. Bên cạnh sự phổ biến của cao su thiên nhiên, các sản phẩm cao su silicone cũng đang dần trở nên phổ biến nhất là các sản phẩm gia dụng, dụng cụ nhà bếp, y tế. Mức sống ngƣời dân đƣợc cải thiện thì ý thức bảo vệ an toàn sức khỏe của ngƣời dân cũng đƣợc nâng cao.
Trong số những vấn dề an toàn hiện nay, thì tai nạn bỏng do nhiệt vẫn xảy ra hằng ngày và thƣờng xuyên do sự sơ ý hoặc chủ quan. Bỏng là một tai nạn rất dễ xảy ra, và nó xảy ra với rất nhiều đối tƣợng với trẻ em do dự tò mò thích hiếu động, với ngƣời lớn càng dễ xảy ra do sự mất cảnh giác hoặc sự chủ quan với nhiệt độ cao trong quá trình làm việc, cuộc sống hằng ngày. Hậu quả của những vất bỏng không chỉ là nằm ở thẩm mỹ hoặc vết thƣơng nhất thời mà đôi khi nó còn tạo ra những trƣờng hợp tử vong, hoặc những biến chứng sức khỏe và tinh thần lâu dài. Một số tai nạn bỏng thƣờng gặp trong thực tế nhƣ bỏng bô xe máy, bỏng do nƣớc sôi, bỏng trong quá trình nấu ăn…những tai nạn này có thể đƣợc ngăn chặn nếu nhƣ ta có những cảnh báo nhiệt độ cao.
Những sản phẩm có khả năng thay đổi màu sắc do tác động của nhiệt độ. Hiện nay trên thị trƣờng đã có nhiều sản phẩm có khả năng thay đổi màu sắc do tác động của nhiệt độ, tuy nhiên đa số là nhựa, sơn, vải…nhằm mục đích giải trí và trang trí. Những sản phẩm cao su có khả năng thay đổi nhiệt độ vẫn còn rất hạn chế và không phổ biến. Do đó, việc nghiên cứu chế tạo những sản phẩm cao su cảnh báo nhiệt độ là một đề tài đầy ý nghĩa thực tế và có tính kinh tế, mở ra một hƣớng phát triển mới trong ngành sản xuất cao su và đầy ý nghĩa xã hội.
Với những lí do trên tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo sản phẩm cao su thiên nhiên và cao su silicone có khả năng thay đổi màu sắc dƣới tác dụng của nhiệt độ”. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về tình hình đề tài nghiên cứu 1. Tình hình nghiên cứu các sản phẩm có khả năng thay đổi màu sắc dƣới tác dụng của nhiệt độ Khả năng thay đổi màu sắc dƣới tác dụng của nhiệt độ - hay còn gọi là Thermochromism - là khả năng chuyển đổi màu sắc giữa các trạng thái màu khác nhau (từ đậm sang nhạt hoặc ngƣợc lại) ở những khoảng nhiệt độ nhất định.
Sự thay đổi màu sắc này thƣờng liên quan đến những thay đổi hóa học thuận nghịch. Và những sản phẩm có tính chất này gọi chung là sắc tố nhiệt. [1] Các sản phẩm có chứa sác tố nhiệt trở thành xu hƣớng vào những năm 1970. Một trong những sản phẩm xuất hiện đầu tiên là “nhẫn tâm trạng” - sử dụng nhiệt độ cơ thể để biết tâm trạng của con ngƣời.
Nhờ có “nhẫn tâm trạng” các sản phẩm sắc tố nhiệt khác bắt đầu phát triển với tốc độ ổn định. Chúng đƣợc sử dụng nhiều trong các ứng dụng rất hữu ích và sáng tạo: nhiệt kế, quần áo, sơn, dụng cụ nhà bếp, đồ chơi, chỉ thị mức pin, các sản phẩm nhựa… Rất nhiều công ty đã tích hợp loại màu linh động này vào trong các sản phẩm của họ để thu hút tiêu dùng cũng nhƣ tạo ra sự khác biệt với các sản phẩm khác trên thị trƣờng. Sắc tố nhiệt chia làm hai nhóm chính đƣợc phân biệt dựa trên nguồn nguyên vật liệu là hữu cơ hoặc vô cơ. Nguyên liệu hữu cơ đƣợc chia làm hai nhóm chính: tinh thể lỏng nhiệt sắc (thermochromic Liquid crystals (TLCs)) và leuco dyes: Tinh thể lỏng nhiệt sắc: là hỗn hợp hoạt động quang học của các hóa chất hữu cơ có thể đƣợc tạo ra để cảm ứng với nhiệt độ cao và khi đƣợc sử dụng trong một số điều kiện nhất định sẽ hiển thị nhiều màu sắc khác nhau hoặc từ đậm sang nhạt và ngƣợc lại khi chúng đi qua trạng thái tinh thể.
Sự thay đổi này phụ thuộc vào sự phản xạ chọn lọc các bƣớc sóng nhất định bởi cấu trúc tinh thể của vật liệu, vì nó thay đổi giữa pha tinh thể nhiệt độ thấp, qua pha nematic bất đẳng hƣớng hoặc từ dạng xoắn sang pha lỏng đẳng hƣớng nhiệt độ cao. Ƣu điểm: tinh thể lỏng đƣợc sử dụng trong các ứng 2 dụng mà sự thay đổi màu sắc phải đƣợc xác định chính xác. Đƣợc ứng dụng trong nhiệt kế cho phòng, tủ lạnh, bể cá, và sử dụng y tế, và trong các chỉ báo về mức độ khí propan trong bể chứa. Một ứng dụng phổ biến cho các tinh thể lỏng nhiệt sắc là các vòng, nhẫn tâm trạng.
Nhƣợc điểm: tinh thể lỏng rất khó gia công và cần có thiết bị in chuyên dụng. Bản thân vật liệu này cũng thƣờng đắt hơn các công nghệ thay thế. Nhiệt độ cao, bức xạ tia cực tím, một số hóa chất hoặc dung môi có tác động tiêu cực đến tuổi thọ của chúng. Leuco dyes: Thuốc nhuộm nhiệt dựa trên hỗn hợp thuốc nhuộm leuco với các hóa chất thích hợp khác, thể hiện sự thay đổi màu sắc (thƣờng là giữa dạng leuco không màu và dạng có màu) phụ thuộc vào nhiệt độ.
Loại chất màu này cho màu sắc nhạt đi khi nhiệt độ tăng lên. Trong hệ này sắc tố nhiệt đƣợc nang hóa thành những hạt có kích thƣớc từ 3-5 m để tránh bị hƣ hỏng, bị pha loãng, rửa trôi hoặc xảy ra các phản ứng hóa học không mong muốn. Thuốc nhuộm Leuco có phản ứng nhiệt độ kém chính xác hơn so với tinh thể lỏng. Chúng phù hợp với các chỉ số chung về nhiệt độ gần đúng ("rất lạnh", "rất nóng", "khoảng nhiệt tối ƣu") cho các mặt hàng mới khác nhau.
Chúng thƣờng đƣợc sử dụng kết hợp với một số loại màu sắc khác, tạo ra sự thay đổi màu sắc giữa màu của màu sắc cơ bản và màu của sắc tố kết hợp với màu của dạng không leuco của thuốc nhuộm leuco. Thuốc nhuộm leuco hữu cơ có sẵn cho phạm vi nhiệt độ từ 0 0 khoảng -5 C - 60 C, với nhiều màu sắc. Sự thay đổi màu sắc thƣờng xảy ra trong 0 khoảng thời gian 3 C. Thuốc nhuộm Leuco đƣợc sử dụng trong các ứng dụng mà độ chính xác của phản ứng nhiệt độ không quan trọng: ví dụ nhƣ đồ chơi trong nhà tắm, đĩa bay và chỉ thị nhiệt độ gần đúng cho thực phẩm đƣợc làm nóng bằng lò vi sóng.
Hạt nang cho phép sử dụng chúng trong nhiều loại vật liệu và sản phẩm. Nguyên liệu vô cơ: Hầu nhƣ tất cả các hợp chất vô cơ là nhiệt sắc ở một mức độ nào đó. Tuy nhiên, hầu hết các ví dụ chỉ liên quan đến những thay đổi nhỏ về màu sắc. Ví dụ, titan đioxit , kẽm sunfua và oxit kẽm có màu trắng ở nhiệt độ phòng nhƣng khi đun nóng chuyển sang màu vàng.
Tƣơng tự indium (III) oxit có màu vàng và chuyển sang màu vàng nâu khi đun nóng. Chì (II) oxit có sự chuyển màu tƣơng tự khi đun nóng. Sự thay đổi màu sắc có liên quan đến những thay đổi trong các đặc tính điện tử (mức năng lƣợng) của những vật liệu này. Một số ứng dụng hiện có của các sản phẩm thay đổi màu sắc dƣới tác dụng của nhiệt độ 1.
Sản phẩm nhựa, vải, sợi Sắc tố nhiệt đã phát triển trong lĩnh vực nhựa và sợi dệt từ nhiều năm trƣớc và đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thƣơng mại.1: cửa sổ sắc tố nhiệt Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của vật liệu sắc tố nhiệt trong lĩnh vực này là sản phẩm cửa sổ nhiệt trong kiến trúc. Loại cửa sổ tiên tiến này đang phát triển nhanh chóng và đƣợc lắp đặt tại nhiều tòa nhà thƣơng mại cũng nhƣ nhà ở trên toàn thế giới. Vật liệu sắc tố nhiệt sẽ đƣợc tạo màn với nhựa Polyvinyl Butyral (PVB) tạo thành các màng phim mỏng, rồi dát lên các tấm kính, do đó màu sắc của tấm kính sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi cƣờng độ ánh sáng mặt trời chiếu vào. Khi đƣợc chiếu sáng, các lớp phim này sẽ hấp thụ một phần đáng kể nhiệt lƣợng từ ánh sáng mặt trời và tối đi, làm hạn chế sự tải nhiệt không mong muốn vào bên trong tòa nhà.
Trong trƣờng hợp không có ánh sáng trực tiếp chiếu vào, cửa sổ sẽ trong suốt, để lƣợng ánh sáng mặt trời chiếu vào trong tòa nhà là tối đa. Ƣu điểm: không cần nguồn điện, dễ dàng lắp đặt nhƣ các loại cửa kính thông thƣờng, giảm các chi phí liên quan đến sƣởi ấm, điều hòa không khí và chiếu sáng nhân tạo. [2] Ngoài ra, các sản phẩm giấy nhạy nhiệt cũng rất phổ biến trên thị trƣờng. Sản phẩm giấy nhạy nhiệt hoạt động theo cơ chế: sắc tố nhiệt đƣợc phân tán trong một nền polymer rắn có tính acid.
Khi đƣợc gia nhiệt cục bộ, các viên nang mang sắc tố nhiệt 4 vỡ ra làm cho vật liệu bên trong tiếp xúc trực tiếp với môi trƣờng acid. Môi trƣờng acid sẽ kích hoạt phản ứng mở vòng xảy ra, hình thành nên các nhóm mang màu, dẫn đến sự thay đổi màu sắc. Tuy nhiên kỹ thuật này khiến cho sự thay đổi màu sắc không có tính thuận nghịch. [3] Hiện nay đang có những bƣớc tiến đáng kể trong việc nghiên cứu và phát triển các loại sợi “công nghệ cao” cho ngành công nghiệp thời trang, trong đó có cả sợi sắc tố nhiệt.
Loại sợi này xuất hiện lần đầu tiên trong các sản phẩm trƣợt tuyết của Toray. Loại vật liệu sắc tố nhiệt phù hợp nhất cho công nghệ này là các hệ hữu cơ có khả năng thay đổi màu sắc theo cơ chế sắp xếp lại phân tử. Sắc tố nhiệt có thể đƣợc phủ lên cả sợi thiên nhiên cũng nhƣ sợi tổng hợp. Ứng dụng sắc tố nhiệt trong lĩnh vực này gặp phải một số hạn chế nhƣ: viên nang chứa sắc tố nhiệt không cho nƣớc thẩm thấu vào và cũng không tan trong nƣớc, độ bền màu sắc và khả năng kháng mài mòn kém, tuy nhiên vấn đề này có thể giải quyết bằng cách xử lý sợi theo phƣơng pháp cation hóa trƣớc khi phủ lên đó lớp vật liệu sắc tố nhiệt.
Sợi sắc tố nhiệt có thể đƣa vào bất kì sản phẩm nào nhƣ: áo len, áo khoác, quần áo trƣợt tuyết, túi xách, mềm, thảm, rèm cửa, lều, lƣới.2: Sản phẩm vải, sợi.