TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC -----------
NGUYỄN THỊ CHINH
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHÁY
VÀ ĐỘ BỀN CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP HDPE/EVA
CÓ SỬ DỤNG NHỰA HDPE TÁI SINH VÀ MỘT SỐ PHỤ GIA
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
HÀ NỘI – 2018
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC -----------
NGUYỄN THỊ CHINH
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHÁY
VÀ ĐỘ BỀN CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP HDPE/EVA
CÓ SỬ DỤNG NHỰA HDPE TÁI SINH VÀ MỘT SỐ PHỤ GIA
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
Cán bộ hƣớng dẫn
TS. Nguyễn Vũ Giang
HÀ NỘI – 2018
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc
tới TS. Nguyễn Vũ Giang thầy đã định hướng cho em trong tư
duy khoa học, tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho
em trong thời gian thực hiện khóa luận.
Em xin chân thành cám ơn các anh chị đang công tác tại
Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại, Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới,
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ
bảo, giúp đỡ và hỗ trợ em rất nhiều trong thời gian nghiên cứu
khoa học tại đây.
Cuối cùng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh ủng
hộ và là chỗ dựa tinh thần cho em trong suốt thời gian qua.
Trong quá trình thực hiện khoá luận mặc dù đã hết sức cố
gắng, nhưng chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót.Vì
vậy em rất mong nhận được góp ý của thầy cô để bài khóa luận
của em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, ngày…. tháng 5 năm 2018
SINH VIÊN
Nguyễn Thị Chinh
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
EBS Ethylene bis stearamide
EVA Etylen-vinylaxetat
HDPE High-density polyethylene (Polyetylen tỷ trọng
cao)
HEgsB HDPE nguyên sinh+ HDPE tái sinh/EVA gypsum
biến tính có sử dụng các chất phụ gia.
HEgsP HDPE nguyên sinh+ HDPE tái sinh/EVA gypsum và
các chất phụ gia.
HEsgO HDPE nguyên sinh+ HDPE tái sinh/EVA gypsum.
Phổ hồng ngoại. IR
Polyme compozit. PC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Một số sản phẩn nhựa HDPE được dùng tái chế .............................. 8
Hình 1.2: Một số sản phẩm được làm từ HDPE tái sinh .................................. 9
Hình 1.3: Phản ứng đồng trùng hợp tạo EVA ................................................... 9
Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của EBS .............................................................. 11
Hình 1.5: Cá tại các kênh đầm sát bãi thải của DAP chết nổi trắng ............... 17
Hình 2.1: Mẫu do tính chất cơ học .................................................................. 26
Hình 2.2: Mẫu được cắt và đánh dấu theo tiêu chuẩn UL-94HB ................... 27
Hình 3.1: Phổ IR của gypsum và gypsum BT bởi 4% EBS ........................... 29
Hình 3.2: Giản đồ momen xoắn của các mẫu compozit HEgsB, HEgsP và
HEgsO tại 7 %kl gypsum ................................................................................ 30
Hình 3.3: Độ bền kéo đứt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum tại các
hàm lượng gypsum khác nhau ........................................................................ 32
Hình 3.4: Độ cứng của mẫu HEgsB, HEgsP và HEgsO ở các hàm lượng
gypsum khác nhau. .......................................................................................... 35
Hình 3.5: Đường TG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum ................... 38
Hình 3.6: Đường DTG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum ................ 40
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của gypsum phế thải từ nhà máy DAP
Đình Vũ - Hải Phòng ...................................................................... 14
Bảng 1.2. Thành phần các kim loại của gypsum phế thải từ nhà máy
DAP Đình Vũ- Hải Phòng .............................................................. 15
Bảng 2: Bảng tóm tắt thành phần vật liệu compozit, ký hiệu mẫu ở các
hàm lượng gypsum và gypsum biến tính khác nhau ...................... 24
Bảng 3.1. Momen xoắn cân bằng của vật liệu compozit tại hàm
lượng gypsum khác nhau ................................................................ 31
Bảng 3.2: Độ dãn dài khi đứt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum .... 33
Bảng 3.3: Mô đun đàn hồi của vật liệu HEgsB, HEgsP và HEgsO tại các
hàm lượng gypsum khác nhau ........................................................ 34
Bảng 3.4. Khả năng chống cháy của vật liệu compozit HEgsO tại các
hàm lượng gypsum khác nhau theo phương pháp cháy ngang
UL-94 .............................................................................................. 36
Bảng 3.5: Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng gypsum đến thời gian tắt
cháy của vật liệu HEgsB và HEgsP theo phương pháp cháy
đứng UL-94 ..................................................................................... 37
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 2
3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................ 2
5. Điểm mới của đề tài ..................................................................................... 2
PHẦN 2: NỘI DUNG ...................................................................................... 4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................... 4
1.1. Tìm hiểu về polyme compozit (PC) ........................................................ 4
1.1.1.Khái niệm ................................................................................................. 4
1.1.2.Thành phần ............................................................................................... 4
1.1.3.Phân loại ................................................................................................... 4
1.1.4.Tính chất ................................................................................................... 5
1.1.5.Chất độn (cốt) ........................................................................................... 6
1.1.6.Ứng dụng .................................................................................................. 6
1.2. Nhựa nền HDPE, EVA và tổ hợp HDPE/EVA ...................................... 7
1.2.1. Tìm hiểu về nhựa HDPE ........................................................................ 7
1.2.2. Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) ..................................................... 9
1.2.3. Vật liệu tổ hợp HDPE/EVA ................................................................. 10
1.3. Tìm hiểu về ethylene bis stearamide (EBS .......................................... 11
1.3.1.Cấu tạo, hình thái cấu trúc của EBS....................................................... 11
1.3.2.Ứng dụng của EBS ................................................................................. 12
1.4. Tổng quan về gypsum ............................................................................ 12
1.4.1. Gypsum tự nhiên ................................................................................... 12
1.4.2.Gypsum phế thải .................................................................................... 13
1.4.3.Thực trạng và tác động của gypsum phế thải đến môi trường ............... 15
1.5. Nghiên cứu khả năng chống cháy của vật liệu .................................... 17
1.5.1. Nguyên lý ngăn cản quá trình chống cháy ............................................ 18
1.5.2. Phân loại các hợp chất chống cháy cho nhựa ....................................... 19
1.6. Tình hình nghiên cứu vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum .......... 20
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................... 23
2.1. Nguyên liệu và hóa chất ......................................................................... 23
2.2. Chế tạo vật liệu ....................................................................................... 23
2.2.1.Xử lý gypsum phế thải ........................................................................... 23
2.2.2.Biến tính hạt gypsum bằng EBS ............................................................ 23
2.2.3.Chế tạo vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum ....................... 24
2.3. Phƣơng pháp và thiết bị nghiên cứu .................................................... 25
2.3.1.Phương pháp lưu biến trạng thái nóng chảy .......................................... 25
2.3.2.Phương pháp xác định tính chất cơ học ................................................. 25
2.3.3.Phổ hồng ngoại phân tích chuỗi Fourri (FT-IR) .................................... 26
2.3.4.Xác định khả năng chống cháy .............................................................. 26
2.3.5. Tính chất nhiệt trọng lượng (TGA) ....................................................... 28
2.3.6. Độ cứng ....................................................................... 28
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 29
3.1. Phổ hồng ngoại(IR) ................................................................................ 29
3.2. Khả năng chảy nhớt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum ..... 30
3.3. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA/gypsum. ............... 31
3.3.1. Độ bền kéo đứt ...................................................................................... 31
3.3.2. Độ dãn dài khi đứt ................................................................................. 33
3.3.3. Mô đun đàn hồi ..................................................................................... 34
3.4. Độ cứng .................................................................................................... 35
3.5. Khả năng chống cháy của vật liệu compozitHDPE/EVA/gypsum .... 36
3.6. Tính chất nhiệt của vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum 38
KẾT LUẬN .................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 42
MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài
Ngày nay, vật liệu composite được ứng dụng rộng rãi trong
rất nhiều lĩnh vực cả về khoa học và đời sống. Việc nghiên cứu và
chế tạo thành công nhiều loại vật liệu tổ hợp với chất gia cường,
với nhiều tính chất đang mở ra nhiều triển vọng mới trong lĩnh
vực khoa học và công nghệ vật liệu. Để đáp ứng những yêu cầu
ngày càng khắt khe của các ngành công nghiệp như công nghệ chế
tạo máy, thiết bị, kỹ thuật điện, dầu khí… đòi hỏi các nhà khoa
học phải luôn nghiên cứu, tìm tòi, phát hiện các loại vật liệu mới
với tính chất mới.
Vật liệu composite đã và đang thu hút sự quan tâm của các
nhà khoa học trên thế giới và trong nước. Polyme compozit (PC)
là một loại nhựa nhiệt dẻo. Trong đó, HDPE có nhiều ưu điểm nổ
bật như giá thành tương đối rẻ, không độc hại trong quá trình gia
công. Đặc biệt HDPE là nhựa nhiệt dẻo nên có khả năng tái sinh,
do đó rất thân thiện với môi trường.
Tuy nhiên, vật liệu này rất dễ cháy nên tôi nghiên cứu ảnh
hưởng của HDPE tái sinh đến khả năng chống cháy và độ bền cơ
học của HDPE/EVA có sử dụng một số chất phụ gia. Nhằm cải
thiện độ bền, tính chất cơ học và khả năng chống cháy của
HDPE/EVA cũng như giảm giá thành của sản phẩm khi ứng dụng
trong một số lĩnh vực kỹ thuật.
1
2.Mục đích nghiên cứu
Chế tạo vật liệu tổ hợp HDPE + HDPE tái sinh/EVA có mặt
gypsum và một số chất phụ gia chống cháy ứng dụng trong một số
lĩnh vực kỹ thuật.
3.Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng HDPE tái sinh đến
độ bền cơ học của tổ hợp vật liệu HDPE/EVA.
Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia đến tính
chất đến tính chất cơ học và khả năng chống cháy của vật liệu.
Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA có s ử
dụng HDPE tái sinh và gypsum biến tính và không biến tính.
4.Phƣơng pháp nghiên cứu
Xác định tính chất cơ học của vật liệu trên thiết bị kéo đa
năng Zwick (Cộng hòa LB Đức) theo tiêu chuẩn ASTM D638 tại
Viện Kỹ thuật nhiệt đới.
Xác định cấu trúc của vật liệu bằng ph ổ hồng ngoại biến
đổi chuỗi Fourier (FT-IR) và ảnh hiển vi điện tử quét (SEM).
Xác định khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn UL -94 Mỹ
trên thiết bị chống cháy tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới.
Xác định ảnh hưởng của gypsum và phụ gia tới mô men
xoắn nóng chảy của vật liệu.
5.Điểm mới của đề tài
Điểm mới của đề tài là sử dụng HDPE tái sinh và gypsum
phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ (Hải Phòng) để chế tạo vật liệu
tổ hợp HDPE+ HDPE tái sinh/EVA/gypsum có mặt phụ gia chông
cháy ứng dụng trong một số lĩnh vực kỹ thuật. Bên cạnh đó, để cải
2
thiện khả năng phân tán trong nhựa nền, gypsum được biến tính
bởi chất hoạt động bề mặt ethylene bis stearamide (EBS).
3
PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.Tìm hiểu về polyme compozit (PC)
1.1.1.Khái niệm
Vật liệu PC là loại vật liệu tổ hợp được tạo nên bởi hai hay
nhiều cấu tử khác nhau nhằm tạo ra một vật liệu mới có tính chất
đặc biệt mà cấu tử ban đầu không có [10,11].
1.1.2.Thành phần
Vật liệu PC phổ biến gồm 2 thành phần chính: polyme nền
(pha liên tục) và chất gia cường (pha gián đoạn hay chất độn).
1.1.3.Phân loại
1.1.3.1.Polyme nền
Polyme nền có vai trò liên kết các vật liệu gia cường ở trạng
thái phân tán rời rạc trong pha nền (ở dạng liên tục). Bảo vệ chất
gia cường khỏi sự tấn công của môi trường, hóa chất....
Nền nhựa nhiệt rắn
Có cấu trúc mạch thẳng hoặc rắn, t hường ở dạng lỏng. Sản
phẩm khi đóng rắn chuyển sang cấu trúc mạng lưới không gian ba
chiều có tính chất bất thuận nghịch không nóng chảy không hòa
tan. Nền polyme nhựa nhiệt rắn có tính chất ổn định hóa học và
khả năng chống cháy dung môi tốt .
Một số loại nhựa nhiệt rắn phổ biến nhất: polyeste không no,
nhựa epoxy, nhựa phenolic, nhựa vinyl, nhựa polyuretan, nhựa
polyimit...[10,21].
Nền nhựa nhiệt dẻo
Có cấu trúc mạch thẳng hoặc mạch nhánh và tồn tại ở trạng
thái tinh thể, bán tinh thể hoặc vô định hình . Có một số ưu điểm
4
như: tính chất cơ lý của vật liệu nền tốt hơn, không cần qua giai
đoạn đóng rắn, dễ gia công và tạo hình tạo khối sản phẩm. Ngoài
ra do nhựa nhiệt dẻo có tính chất thuận nghịch nên có thể tái sử
dụng. Tuy nhiên thì khả năng chịu dung môi, khả năng chịu nhiệt
của nhựa nhiệt dẻo lại không tốt bằng nhựa nhiệt rắn. Để khắc
phục cần cho thêm chất độn hoặc phụ gia.
Một số loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng như: polyetylen (PE),
polypropylen (PP), polyamit (PA), polystyren (PS)...[17].
1.1.3.2. Chất gia cường
Chất gia cường có vai trò: chịu tải trọng (như chịu ma sát
mài mòn, chịu va đập), tạo độ cứng, độ bền, ổn định nhiệt....[2 ]
Dựa vào hình dạng của chất gia cường mà được phân loại
như sau:
Vật liệu dạng hạt: được dùng để cải thiện một số tính chất
của vật liệu PC như: giảm sự co ngót của vật liệu, làm vật liệu có
khả năng chịu nhiệt và chịu mài mòn tốt hơn.
Một số loại vật liệu dạng hạt thường hay được sử dụng: than
đen kỹ thuật, than đen hoạt tính, BaSO 4, CaSO 4, CaCO 3, vẩy mica,
vẩy kim loại, silica, đất sét, cao lanh, bột gỗ....
Vật liệu dạng sợi
Có tính năng cơ lý cao hơn dạng hạt .
Một số loại vật liệu gia cường dạng hạt thông dụng như : sợi
tự nhiên (sơ dừa, xơ tre, bông, sợi lanh...) hoặc sợi nhân tạo (sợi
vải, sợi polyamit, sợi thủy tinh, sợi cacbon...) [12,17].
1.1.4.Tính chất
Vật liệu PC gồm có những tính chất chung như: độ bền cơ
học cao, bền ở nhiệt độ cao, chịu lạnh tốt, cách điện và cách nhiệt
5
tốt, có khối lượng riêng tương đối nhỏ , khả năng chịu tác động từ
môi trường, hóa chất cao, thời gian sử dụng lâu, gia công dễ dàng,
dễ tạo hình tạo khối....
Tuy nhiên dễ rạn nứt và chịu hóa chất kém, ở nhiệt độ cao bị
bay hơi, khả năng phối trộn với các loại nhựa khác kém, độ bóng
kém. Nhưng nếu phối trộn với các loại nhựa khác hay bổ sung
thêm chất độn có thể đạt tính năng ưu việt hơn [11-13].
1.1.5.Chất độn (cốt)
Chất độn có vai trò chịu ứng suất tập trung vì chất độn
thường có tính cơ lý cao hơn nhựa. Là chất được cho thêm vào vật
liệu PC để làm tăng đặc tính của vật liệu như:
Tăng tính cơ học, khả năng kết dính, chịu dung môi, hóa
chất, chống oxi hóa, chống lão hóa tốt hơn, và các tác động từ
ngoại cảnh...
Phân tán vào nhựa tốt.
Dễ tạo đúc khuân, tạo hình, tạo khối.
Cải thiện tính năng bề mặt vật liệu (giảm bọt khí do nhựa
có độ nhớt cao).
Tiết kiệm chi phí sản xuất.
Tăng khả năng chịu va đập, chịu nhiệt và chịu mài mòn .
Tùy theo mục đích của sản phẩm mà chất độn đươc thêm vào
có thể là dạng hạt hay dạng sợi [13].
1.1.6.Ứng dụng
Vật liệu PC có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực nhờ có tính trội của nó nhờ độ bền cơ học và tính cách điện
tốt. Nó được sử dụng trong công nghiệp điện tử để làm vật liệu
cách điện như: sản xuất công tắc cầu chì của tivi, tụ điện, thân lõi
6
cuộn dây biến thế, dùng làm các bộ phận của máy điện thoại , chế
tạo thân máy, giá đỡ....
Nhờ có tính quang học tốt, độ bền nhiệt cao nó được dùn g để
chế tạo đèn chiếu sáng, ống chiếu sang, gương phản xạ , gương lồi,
đĩa quang, đĩa CD....
Và một số đồ dùng trong y tế như cốc, chén, đĩa, khay thiết
bị bảo quản dược phẩm, máy móc phẫu thuật... là những vật liệu
cần được khử trùng ở nhiệt độ cao hay trong dung dịch sát trùng
[12,19].
1.2.Nhựa nền HDPE, EVA và tổ hợp HDPE/EVA
1.2.1. Tìm hiểu về nhựa HDPE
1.2.1.1. Hình thái cấu trúc của HDPE
HDPE (polyetylen tỷ trọng cao): HDPE có dạng mạch thẳng
dài với hàm lượng kết tinh (74-95%) và độ bền kéo cao. HDPE là
sản phẩm của quá trình trùng hợp phân etylen có mặt các chất xúc
tác như: crom/ silica, chất xúc tác Ziengler -Natta hoặc chất xúc
tác metallocene tùy thuộc vào chất xúc tác và điều kiện phản ứng. Nhựa nhiệt dẻo này có nhiệt độ nóng chảy: 130-135 oC, tỷ trọng: 0,941-0,965g/cm3 [31].
1.2.1.2. Tính chất
Nhựa HDPE là loại nhựa có độ bền kháng hóa chất cao,
không bị ăn mòn, không bị rỉ sét.
Có khả năng chịu va đập và áp lực tốt .
Dễ uốn dẻo và chịu biến dạng dưới loại tải cao.
Không phản ứng với các dung dịch như: axit đậm đặc,
kiềm muối, kể cả mưa axit...
7
Không bị lão hóa dưới tác động của tia cực tím từ ánh
sáng mặt trời trực tiếp chiếu vào.
Khi bị tác dụng dưới ngọn lửa, khó bắt lửa, nó chỉ mềm
đi và biến dạng. Chịu uốn lệch rất tốt và có sức chịu biến dạng dưới loại tải cao. Nhiệt độ bắt lửa của nhựa HDPE là 327 oC [31].
HDPE tái sinh: là hạt nhựa được tái chế từ các sản phẩm
nhựa HDPE như: can nhựa, đồ dùng gia dụng, ống phục vụ cho
ngành bưu điện cáp quang, ống thoát nước, vv... [17].
Hình 1.1: Một số sản phẩn nhựa HDPE được dùng tái chế
Hạt nhựa HDPE sau khi tái sinh được dùng sản xuất túi, bao
bì, can nhựa và các sản phẩm từ môi trường. Các sản phẩm của hạt
nhựa tái sinh HDPE vẫn giữ được những đặc tính của nhựa HDPE
như có tuổi thọ cao, không bị gỉ và không bị ăn mòn bởi các loại
muối và axit. Nó vừa giúp các doanh nghiệp giảm giá thành cho
sản phẩm mà không làm mất đi tính chất của vật liệu vừa có tác
dụng giúp bảo vệ môi trường [22].
8
Hình 1.2: Một số sản phẩm được làm từ HDPE tái sinh
1.2.2. Copolyme etylen vinyl axetat (EVA)
1.2.2.1. Cấu tạo, hình thái cấu trúc của copolyme etylen vinyl
axetat
Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) là sản phẩm của phản
ứng đồng trùng hợp vinyl axetat và các monome etylen, được sản
xuất bằng phương pháp trùng hợp khối hoặc trùng hợp trong dung dịch. Ở nhiệt độ 50-80 oC, áp suất 2-8 Mpa, hàm lượng vinyl
axetat từ 9-42% về khối lượng. Phân tử EVA c ó các mắt xích
vinyl axetat được phân bố ngẫu nhiên theo chiều dài của các mắt
xích etylen.
Hình 1.3: Phản ứng đồng trùng hợp tạo EVA
EVA mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, trong suốt, không thấm nước,
khả năng chống vết nứt cao, nóng chảy dính và khả năng chống
9
bức xạ của tia cực tím. Ngoài ra, EVA còn có khả năng phối trộn
với một lượng lớn các chất độn... .
EVA có một số tính chất tương tự như nhựa cao su và nhựa
vinyl. Nó cạnh tranh hai loại nhựa này trong nhiều ứng dụng điện
[20,21].
1.2.2.2. Tính chất EVA
Khoảng nhiệt độ làm việc tốt nhất của EVA là từ -60 oC đến 65 oC. Nhiệt độ bảo quản 218 oC, lớn hơn nhiệt độ này có thể xảy
ra sự đứt đại mạch phân tử. EVA tan trong một số dung môi hữu
cơ như: xilen, toluen, decanlin, tetrahydrofuran.... EVA có tỷ trọng khoảng 0,93-0.96g/cm3 phụ thuộc vào hàm lượng nhóm VA
trong phân tử. Độ dãn dài khi đứt trong khoảng 700 -1300% và độ
bền kéo trong khoảng 6-29 MPa.
EVA thường bền với các chất như: ozon, nước lạnh, nước
nóng, dung dịch axit loãng, kiểm, rượu, chất béo, chất tẩy rửa.
Kém bền với dầu diezen, dầu máy và không bền trong các dung
dịch clorua, hidrocacbon thơm, silicon, axeton, xăng, axit vô cơ
đặc. Độ thẩm thấu của EVA với các chất khí N 2 , O 2, CO 2, hơi ẩm
tăng khi hàm lượng VA [21].
1.2.3. Vật liệu tổ hợp HDPE/EVA
Trong tất cả các loại PE, HDPE có nhiều tính chất phù hợp
có thể tương hộ tốt với EVA như: có khả năng trộn với nhiều phụ
gia, mềm dẻo, bền với thời tiết, nhiệt độ nóng chảy tương đối cao
khó bắt lửa.... Do vậy, HDPE kết hợp với EVA có thể khắc phục
được hạn chế của mỗi polyme thành phần, tăng khả năng gia công
do hiệu ứng giảm độ nhớt nóng chảy, góp phần làm tăng tính chất
cơ học như tăng độ mềm dẻo, độ dai và khả năng chống cháy,
10
chống lão hóa, cũng như chống nứt và các tác động bên ngoài của
môi trường.
Vật liệu tổ hợp HDPE/EVA đã được ứng dụng rộng rãi trong
khá nhiều lĩnh vực khác nhau như giao thông vận tải, nuôi trồng
thủy hải sản công nghiệp, nông nghiệp, khai thác mỏ, hóa dầu,
môi trường vệ sinh kỹ thuật...
Trong lĩnh vực chế tạo vật liệu polyme c ompozit sử dụng
một số chất độn, EVA có độ phân cực cao HDPE sẽ hỗ trợ phân
tán của chất độn vào vật liệu tốt hơn mà không làm mất đi tính
chất của nó. Do vậy khi chế tạo các vật liệu polyme compozit
thường sử dụng thêm chất độn để cải thiện một số tính chất của nó
[18].
1.3.Tìm hiểu về ethylene bis stearamide (EBS)
1.3.1.Cấu tạo, hình thái cấu trúc của EBS
EBS là một hợp chất hữu cơ có công thức hóa học:
C 3 8H 7 6N 2O 2 .Chất rắn màu trắng và có độc tính thấp. Hợp chất này
là sản phẩm của phản ứng ethylenediamine và axit stearic.
Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của EBS
11
1.3.2.Ứng dụng của EBS
EBS được sử dụng rộng rãi trong chế biến nhựa như là chất
bôi trơn, nhờ có khả năng tương thích tốt đối với hầu hết các loại
nhựa:
Giảm các vết nứt, cải thiện độ sáng bóng của sản phẩm.
Chống dính bề mặt, chống tĩnh điện tốt.
Hỗ trợ phân tán đồng đều hơn các th ành phần phụ gia
khác như: màu, chất độn... vào nhựa.
Giảm ma sát dòng chảy, giúp bảo vệ các thiết bị khỏi ăn
mòn, và cải thiện năng suất.
Chống chịu thời tiết, và cải thiện khả năng chịu nhiệt của
sợi polyamide, polyester [29,30].
1.4.Tổng quan về gypsum
1.4.1. Gypsum tự nhiên
Gypsum tự nhiên hay còn có tên gọi canxi sunfat (thạch cao)
là một hợp chất vô cơ, có công thức hóa học CaSO 4.2H 2O. Chất
rắn màu trắng, xám hoặc hung, không tan trong nước. Tồn tại ở
dạng muối kết tủa bền, được tìm thấy trong đá vôi và có mặt hầu
hết trên trái đất [14].
Thạch cao tự nhiên được khai thác từ mỏ dưới dạng các tảng
như đá vôi. Rồi được đem nung trong lò giống như nung vôi. Tuy
nhiên, thì cấu trúc canxisunfat không bị phân hủy mà chỉ có phản
CaSO4.2H2O → CaSO4.1/2H2O + 3/2 H2O.
ứng loại bỏ nước kết tinh [17].
Quá trình đóng rắn của thạch cao chính là quá trình Hidrat hóa, tạo tinh
thể Hydrat
Một số đặc tính của gypsum:
12
Khối lượng riêng: 2,31-2,33 g/cm3.
Độ cứng Mohs 1,5-2.
Chiết suất 1,522.
Tan ít trong nước.
Khó tan trong axit loãng nhưng độ tan lại tăng trong axit
đặc do có khả năng tạo phức chất.
Một số các tác dụng của gypsum tự nhiên: thạch cao được sử
dụng rộng rãi trong đời sống và sự phát triển của con người như:
Trong y tế; dùng làm thực phẩm, thuốc trong y học , sử
dụng làm vật liệu bó bột định hình...
Trong nông nghiệp: sử dụng để cải tạo đ ất bùn nhão...
Trong vật liệu xây dựng nhờ đặc tính cách nhiệt, chịu
tiếng ồn, chịu nước, bền, đẹp, rẻ.... được xem là vật liệu truyền
thống thân thiện con người.
Trong công nghiệp nhựa: Nó được dùng phổ biến trong
nhựa nhiệt dẻo do có các đặc tính như: màu trắng, độ bền chịu hóa
chất, bền chịu nhiệt.... đặc biệt do có tỷ khối lớn nên gypsum
được ứng dụng trong chế tạo vật liệu polyme compozit để làm
giảm độ co ngót, chịu va dập, cải thiện độ bóng cho sản phẩm
[10,14].
1.4.2.Gypsum phế thải
Gypsum phế thải là sản phẩn phụ của quá trình sản xuất
phân lân. Ở nước ta, sản xuất phân lân theo quy trình hòa tan
quặng apatit được làm giàu trong dung dịch axit sunfuric dư theo
phản ứng hóa học như sau [18]:
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 3H3PO4 + 5CaCO4.2H2O + HF
13
Theo quy trình này, gypsum phế thải được tạo ở dạng kết
tủa, sau đó được lọc tách và chuyển ra bãi thải. Qua phân tích
thành phần gypsum cho thấy có tới 75% CaSO 4.2H 2O, ngoài ra là
H2O, H 2SO 4, SiO 2, Al 2O 3, P 2O 5 và các chất khác chiếm 25%. Được
xác định bằng phương pháp ASS tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm
KH&CN Việt Nam (bảng 1.2). Thành phần hóa học của gypsum
phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ được xác định bằng phương
pháp ICP tại trường Khoa học tự nhiên - ĐHQG Hà Nội, kết quả
được trình bày trên bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của gypsum phế thải từ nhà máy
DAP Đình Vũ- Hải Phòng
Hợp chất với Hàm lƣợng
(%kl)
45 – 50 oxy -2 SO4
35 – 40 CaO
0,8 – 1 CO2
0,5 – 1 Al2O3
1,2 – 1,5 Fe2O3
0,98 – 1,1 MgO
8 – 15 SiO2
0,4 – 0,5 MnO
0,15 – 1 P2O5
2 – 5 Chất đen
14
Bảng 1.2. Thành phần các kim loại của gypsum phế thải từ nhà máy DAP
Đình Vũ- Hải Phòng
Hàm lƣợng Nguyên tố (ppm)
245410,256 Ca
490,382 Al
917,183 Si
672,523 P
174,336 Ni
315,750 Mn
4106,025 Fe
619,738 Mg
Từ kết quả trên cho thấy quá trình sản xuất phân lân đã thải
ra môi trường nhiều tạp chất có chứa kim loại nặng và nồng độ
axit cao gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và môi trường [17].
1.4.3.Thực trạng và tác động của gypsum phế thải đến môi
trường
1.4.2.1.Thực trạng gypsum phế thải
Theo báo cáo của ngành phân bón Việt Nam. Hiện tại phân
DAP được sản xuất trong nước tại 2 nhà máy DAP Đình Vũ và
DAP Lào Cai với công suất của mỗi đơn vị đạt 330 nghìn tấn/năm,
đưa tổng công suất cả nước đạt 660 nghìn tấn/ năm. Đối với sản
phẩm là phân lân, sản lượng Supe lân mỗi năm các doanh nghiệp
sản xuất đạt 950 nghìn tấn, đảm cho mức tiêu thị hàng năm
khoảng 900 nghìn tấn. Trong khi đó, đối với phân nung chảy,
lượng sản xuất tiêu thụ hàng năm vào khoảng 900 nghìn tấn. Hiện
15
nay, một số nhà máy sản xuất phân bón như: Lâm Thao,Văn Điển,
Ninh Bình, Hải Phòng, Long Thành đang sử dụng nguyên liệu là
quặng apatit Lào Cai.
Tuy chưa có số liệu thống kê đ ầy đủ nhưng lượng gypsum
phế thải phát sinh cũng tương đương, do vậy cần một diện tích lớn
các bãi chứa, đất ruộng, gây ảnh hưởng đến môi trường , thủy vực
và các khu vực lân cận [28].
1.4.3.2.Ảnh hưởng của gypsum phế thải đến môi trường xung
quanh
Ngày nay, các vấn đề về bảo vệ môi trường luôn được đặt
lên hàng đầu, vì vậy việc thải gypsum ra sông, hồ rất hạn chế. Các
bãi thải gypsum phế thải phải được tập kết lại và phải được quy
hoạch và chống thấm tốt. Để thu hồi lượng axit dư thừa và các
chất khác. Bãi thải chứa hàm lượng axit dư trong bã thạch cao nếu
không được sử lý triệt để nó sẽ bị rò rỉ ra môi trường gây ảnh
hưởng đến:
Hệ thống kênh, đầm, hồ làm thay đổi độ p H trong nước.
Làm pH của đất, nước giảm gần với pH của axit làm thủy hải sản,
thực vật chết.
Làm ô nhiễm môi trường không khí nếu bãi không được
tập kết và che chắn khi có gió sẽ phát tán ra ngoài môi trường
16
Hình 1.5: Cá tại các kênh đầm sát bãi thải của DAP chết nổi trắng
Gypsum phế thải gây ô nhiễm môi trường, làm ảnh hưởng tới
các hệ sinh thái xung quanh nó. Việc tận dụng gypsum phế thải từ
các nhà máy để sản xuất ra một số vật liệu có ý nghĩa lớn trong
việc bảo vệ môi trường và cải thiện một số tí nh chất của vật liệu
compozit [14,18].
Xuất phát từ thực tế trên, nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp
của HDPE + HDPE tái chế/EVA/gypsum và phụ gia chống cháy sẽ
góp phần mở rộng các ứng dụng của vật liệu trong một số lĩnh vực
như: chế tạo ống xoắn bảo vệ cáp điện, vỏ dây điện .... Nhằm phục
vụ trong các nhà máy, khu công nghiệp và cơ sở hạ tầng khác ....
1.5. Nghiên cứu khả năng chống cháy của vật liệu
Quá trình cháy của nhựa: được hiểu là quá trình trì hoãn và
chống cháy cho nhựa.
Có thể thấy ba yếu tố chính trong quá trình cháy gồm:
Oxy: là thành phần đóng vai trò không thể thiếu trong
phản ứng cháy. Oxy luôn có trong môi trường xung quanh .
Nhiệt độ: là yếu tó thúc đẩy phản ứng oxy hóa diễn ra
nhanh hơn. Nó cũng là yếu tố làm gãy mạch các hợp chất hữu cơ,
tạo thành những hợp chất thấp phân tử dễ bắt cháy.
17
Vật thể cháy: là thành phần tham gia vào phản ứng oxy
hóa. Tùy thuộc vào cấu trúc hóa học của vật thể mà:
Nhiệt lượng sinh ra cho quá trình cháy cao thấp khác nhau.
Cấu trúc dễ hay không dễ phân hủy nhiệt để tạo ra những hợp chất
dễ cháy. Riêng đối với vật liệu nhựa thì có thể thể thấy đây là vật
liệu có thành phần chính là hữu cơ, có những đặc điểm cháy:
Nhiệt độ bắt cháy tương đối thấp.
Nhiệt lượng cháy sinh ra cao.
Dễ bị phân hủy nhiệt, tạo ra các thành phần hữu cơ thấp phân tử có
tính cháy cao.
1.5.1. Nguyên lý ngăn cản quá trình chống cháy
Từ việc phân tính về quá trình cháy của vật liệu nhựa, người ta đã thấy
có một số nguyên lý nhằm trì hoãn, ngăn chặn và dập tắt quá trình cháy của
nhựa, như sau:
Nguyên lý 1: Thành phần có đặc tính cướp oxy trong quá trình cháy:
Đây là thành phần rất nhạy phản ứng với oxy; đòi hỏi lượng oxy cao và ít sinh
ra nhiệt lượng khi cháy.
Nguyên lý 2: Tạo thành lớp ngăn cản sự tiếp xúc oxy và cách nhiệt: Là
thành phần sau khi cháy hình thành hợp chất có tính liên kết, tạo thành một
lớp trơ với nhiệt bao quanh vật thể cháy (gọi là lớp xỉ trơ), nên giúp ngăn
chặn việc tiếp xúc của oxy vào bên trong vật thể cháy.
Nguyên lý 3: Làm suy giảm nhiệt năng của quá trình phản ứng cháy.
Đây chủ yếu là các hợp chất khi phân hủy nhiệt hình thành ra các hợp chất có
tính thu nhiệt cao, thường thấy nhất là sinh ra hơi nước.
Nguyên lý 4: Dùng thành phần trơ để đẩy oxy khỏi vật cháy: Một số
hợp chất khi cháy, sinh ra một số khí trơ lớn nên tạo ra xu hướng đẩy xa oxy
của môi trường ra xa khỏi vật thể cháy.
18
1.5.2. Phân loại các hợp chất chống cháy cho nhựa
Để tăng khả năng chống cháy cho sản phẩm nhựa, người ta thường
dùng một số hợp chất như:
Hợp chất chứa nhiều phân tử halogen (Cl, Br,…): Những hợp chất này
ngăn quá trình cháy theo nguyên lý đầu tiên. Chúng có tác dụng làm suy yếu
quá trình cháy, do cướp nhiều oxy và không sinh ra nhiều nhiệt lượng, nên
làm suy yếu quy trình cháy. Hợp chất này đóng vai trò rất quan trong trong
việc ngăn chạy quá trình cháy ngay điểm bắt đầu (ngay thời điểm nhiệt lượng
xung quanh còn nhỏ, chưa đủ cao).
Hợp chất phosphorus: Hợp chất phosphorous khi cháy sẽ sinh ra acid
phosphoric, là thành phần giúp hình thành lớp sỉ cứng trơ nhiệt xung quanh
vật thể cháy, giúp ngăn cản việc tiếp xúc của oxy vào bên trong. Thành phần
acid phophoric và lớp xỉ trơ còn ngăn cản quá trình phân hủy nhiệt và việc
thoát các hợp chất hữu cơ hình thành do quá trình phân hủy nhiệt ra bên
ngoài. Hợp chất phosphorus này thường được dùng cho các vật liệu xốp, có
diện tích tiếp xúc oxy lớn, dễ cháy như: vật liệu xốp polyurethane (nệm),
thảm, sản phẩm trang trí nội thất; sản phẩm cao su trong nhà,…. Hợp chất này
hoạt động chủ yếu theo nguyên lý chống cháy thứ 2.
Hợp chất Nitrogen: Hợp chất nitrogen này hoạt động chống cháy theo
nhiều hướng. Chúng tham gia vào quá trình hình thành ra lớp xỉ trơ, giúp
ngăn cản oxy (như nguyên lý thứ 2). Khi chúng cháy cũng sinh ra một lượng
khí trơ (NO2) đẩy xa oxy ra khỏi vật thể cháy (như nguyên lý chống cháy thứ
4). Người ta nhận thấy rằng việc kết hợp những hợp chất Nitrogen và
Phosphorus tạo thành hiệu ứng liên hợp giúp ngăn chặn quá trình cháy một
các rất hiệu quả.
Hợp chất vô cơ: Đa phần hợp chất vô cơ có tính chịu nhiệt cao, sản
phẩm sau cháy nếu có là những hợp chất rắn trơ, nên giúp hình thành bộ
19
khung của lớp xỉ trơ (theo nguyên lý 1). Một số hợp chất có tính phân hủy
nhiệt và sinh ra nước (như: hợp chất alluminium hydroxide, magnesium
hydroxide,…) là một nhân tố làm suy giảm nhiệt độ của vật thể cháy (theo
nguyên lý 3). Các hơi nước cũng tăng thể tích nhanh ở nhiệt độ cao, tạo ra
việc đuổi oxy khỏi vật đang cháy (theo nguyên lý 4). Người ta nhận thấy rằng
kết hợp giữa những hợp chất vô cơ trên với các hợp chất Phophorus,
Nitrogen, Halogen sẽ tạo nên việc chống cháy tổng hợp và rất hiệu quả cho
nhựa. Một nhược điểm cần phải quan tâm khi sử dụng những hợp chất vô cơ
trên vào trong nhựa ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của sản phẩm.
1.6.Tình hình nghiên cứu vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum
Trên thế giới, các nhà khoa học nghiên cứu và sử dụng
gypsum làm chất độn trong nhựa nhiệt dẻo đã được nhiều tác giả
quan tâm. Nhóm tác giả Marius Murariu [ 7] đã chế tạo thành công
hệ vật liệu polylactic axit (PLA)/gypsum có sử dụng tác nhân hóa
dẻo. Sự có mặt tác nhân hóa dẻo đã cải thiện khả năng gia công,
tăng cường độ bền cơ học và khả năng phân tán của gypsum trên
nền PLA. Cũng liên quan đến chất độn gypsum, tác giả Cong Zhu
[8] đã so sánh ảnh hưởng của gysum đến tính chất của vật liệu
trên nền poyvinyl ancol (PVA) và polypropylen (PP). Kết quả
nghiên cứu cho thấy, gypsum đã cải thiện độ cứng và độ bền uốn
trên nền PVA tốt hơn so với nền PP. Một nghiên c ứu khác của tác
giả F. Ramos [4] đã sử dụng gypsum với các hàm lượng 50 %kl,
60 %kl, và 70% được trộn nóng chảy với HDPE. Kết quả nghiên
cứu cho thấy gypsum đã cải thiện độ bền nhiệt của vật liệu thông
qua phân tích TGA (nhiệt độ bắt đầu phân hủy). Đặc biệt với hàm
lượng 70% kl gypsum lớn đưa vào đã làm cho vật liệu có tốc độ
20
cháy chậm hơn 3 lần so với HDPE. Điều này chứng tỏ gypsum có
thể đóng vai trò làm chất chống cháy cho nhựa HDPE.
Với các ưu điểm của gypsum như độ bền nhiệt cao, khả năng
chống cháy, chịu mài mòn và bền thời tiết, các nghiên cứu sử
dụng gypsum như một chất độn vô cơ thông thư ờng để tăng tính
chịu uốn, cải thiện độ bền nhiệt của pha nền. So với các loại chất
độn và các chất gia cường nhập ngoại, gypsum có nguồn gốc trong
nước có giá thành hạ hơn, chỉ bằng 50 – 75 % giá thành, góp phần
tiết kiệm chi phí sản xuất và giảm tỉ lệ nh ập khẩu nguyên vật liệu.
Do bản chất hóa học của gypsum và các polyme nền hoàn toàn
khác nhau nên khi sử dụng gypsum làm chất độn dẫn đến hiện
tượng tách pha, không tương hợp. Đặc biệt với việc sử dụng hàm
lượng chất độn lớn thì vật liệu compozit thu được có tính chất cơ
học, tính chất điện giảm nhiều so với polyme nền. Để tăng khả
năng tương tác pha, cải thiện sự phân tán và liên kết của gypsum
với polyme nền các nhà nghiên cứu thường biến tính gypsum bằng
axit béo thông qua phản ứng của oxit CaO (trong gy psum) với axit
để tạo thành lớp phủ hữu cơ bền trên bề mặt gypsum .
Trong công trình của nhóm tác giả GS .TS Thái Hoàng và
cộng sự [19,21] đã nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp EVA/LDPE/GS. So
với hỗn hợp polyme EVA/LDPE, vật liệu tổ hợp chứa gypsum có và không
biến tính axit stearic có độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt nhỏ hơn và mô đun
oung lớn hơn. Gypsum biến tính 4 % axit stearic đã cải thiện độ bền kéo đứt
và độ dãn dài khi đứt của hỗn hợp polyme EVA/LDPE so với gypsum không
biến tính.
Vậy chúng ta có thể thấy rằng việc sử dụng gypsum làm chất
độn cho vật liệu compozit đã cải thiện được dáng kể tính chất
21
như: tăng độ bền cơ học, độ bền kéo đứt... và sản phẩm của nó đã
được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩ nh vực. Tuy nhiên, việc
nghiên cứu và sử dụng gypsum vào các vật liệu compozit chưa
nhiều. Nên trong nghiên cứu này, gypsum được biến tính bởi EBS
để nâng cao khả năng tương hợp và hàm lượng gypsum đưa vào
vào hỗn hợp vật liệu HDPE (nguyên sinh, tái sinh)/EVA mà không
làm suy giảm nhiều tính chất của nhựa nền ban đầu .
22
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1.Nguyên liệu và hóa chất
Nhựa polyetylen tỷ trọng cao (HDPE) nguyên sinh với khối lượng
do công ty Honam (Hàn Quốc ) sản xuất.
riêng 0,94-0,96g/cm3
HDPE tái sinh lần 1 do công ty An Đạt Phát sản suất cón tỷ trọng
0,88 g/cm3.
Copolyme etylen-vinyl axetat (EVA) có hàm lượng 18% EVA khối
lượng riêng 0,86g/cm3 công ty Honam (Hàn Quốc).
Hạt gypsum phế thải được cung cấp bởi công ty DAP Vinachem
Việt Nam, Hải Phòng.
Ethylene bis stearamide (EBS) siêu mịn có nhiệt độ nóng
chảy 160 oC, có độ tinh khiết 98 % (Trung Quốc) .
Phụ gia chống cháy: amoni polyphotphat (AP), độ tinh
khiết 97 % và Zn-stearat (Trung Quốc).
2.2.Chế tạo vật liệu
2.2.1.Xử lý gypsum phế thải
Guysum phế thải được lấy trực tiếp từ nhà máy DAP Đình Vũ. Ban
đầu, gypsum được sàng lọc để loại bỏ các tạp chất. Sau đó, rửa sạch gypsum
phế thải bằng nước cất nhiều lần, rồi trung hòa axit dư bằng dung dịch nước
vôi trong. Sau đó, lọc gypsum trong bình chân không và sấy khô trong 24h ở nhiệt độ 80oC. Gypsum sau khi sấy khô được tiến hành nghiền nhỏ để các hạt
có kích thước dưới 0,0125 mm và được bảo quản trong bình hút ẩm để biến
tính [17].
2.2.2.Biến tính hạt gypsum bằng EBS
Hạt gypsum sau khi xử lý trộn nóng chảy với 4% EBS (tính theo khối lượng gypsum) ở 180 oC trong vòng 30 phút. Cách 10 phút lại đem ra trộn lại
cho đều thu được hạt gypsum biến tính [18].
23
2.2.3.Chế tạo vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum
Một hỗn hợp ban đầu gồm: HDPE + HDPE tái chế (tỉ lệ khối
lượng 90/10) và EVA nguyên sinh (chiếm 5 % khối lượng hỗn hợp
HDPE + HDPE tái chế/EVA) được phối trộn với gypsum biến tính
hoặc không biến tính tại hàm lượng khác nhau ( 2, 5, 7, 10, 15% về
tổng khối lượng). Phụ gia chống cháy được đưa vào theo tỉ lệ khối
lượng không đổi (amoni polyphotphat chiếm 5 % và kẽm stearate
chiếm 3 % tổng khối lượng). Vật liệu compozit được chế tạo bằng
phương pháp trộn nóng chảy trên thiết bị trộn Haake( Đức) trong 10 phút, với tốc độ 50 vòng/phút, ở 180 oC. Mẫu dạng nóng chảy
sau đó lấy ra và ép phẳng trên máy ép thủy lực TO OSEIKI ở 190 oC trong thời gian 3 phút. Mẫu ép được để nguội ở nhiệt độ
phòng, và được bảo quản ít nhất 24 giờ trước khi đem đi xác định
các tính chất và hình thái cấu trúc.
Bảng 2: Bảng tóm tắt thành phần vật liệu compozit, ký hiệu mẫu ở các hàm
lượng gypsum và gypsum biến tính khác nhau
Hàm lƣợng
Hàm lƣợng
Hàm
Hàm lƣợng
gypsum
Phụ gia
lƣợng
Kí hiệu
TT
HDPE/EVA
biến tính
chống cháy
gypsum
mẫu
(%kl)
EBS
(%kl)
(%kl)
(%kl)
HEgsB-0
-
92
1
8
-
HEgsB-2
2
90
2
8
-
HEgsB-5
5
87
3
8
HEgsB-7
7
85
4
8
HEgsB-10
10
82
5
8
HEgsB-15
15
77
6
8
24
92
7
8
-
-
HEgsP-0
90
8
8
2
-
HEgsP-2
87
9
8
5
-
HEgsP-5
85
10
8
7
-
HEgsP-7
82
11
8
10
-
HEgsP-10
77
12
8
15
-
HEgsP-15
100
13
-
0
-
HEgsO-0
98
14
-
2
-
HEgsO-2
95
15
-
5
-
HEgsO-5
93
16
-
7
-
HEgsO-7
90
17
-
10
-
HEgsO-10
85
18
-
15
-
HEgsO-15
2.3.Phƣơng pháp và thiết bị nghiên cứu
2.3.1.Phương pháp lưu biến trạng thái nóng chảy
Được tiến hành trên máy đo lưu biến trạng thái nóng chảy
của thiết bị trộn Haake (Đức), buồng trộn kín, sử dụng 2 trục trộn
và làm nóng chảy vật liệu compozit theo tiêu chuẩn ASTM D
2538, tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam.
2.3.2.Phương pháp xác định tính chất cơ học
Để xác định tính chất cơ học mẫu được cắt theo tiêu chuẩn
(hình 2.1). Qúa trình xác định tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp
HDPE/EVA có sử dụng thêm một số chất phụ gia được thực hiện
trên thiết bị đa năng Zwick Z2.5(Đức) tại Viện Kỹ Thuật nhiệt đới
theo tiêu chuẩn ASTM DIN 53503, tốc độ kéo 50 mm/phút ở nhiệt
25
độ phòng. Mỗi loại mẫu được xác định 3 lần để lấy giá trị trung
bình.
Hình 2.1: Mẫu do tính chất cơ học
Độ giãn dài khi đứt của vật liệu compozit được xác
.100 định theo công thức sau: =
Trong đó: : % giãn dài của mẫu.
chiều dài vùng eo tiêu chuẩn của mẫu trước khi kéo (cm).
: chiều dài của mẫu tại thời điểm mẫu bị đứt (cm).
Độ bền kéo đứt được xác định theo công thức sau :
=
Trong đó: : ứng suất kéo đứt(Pa).
F: lực kéo khi đứt(N). S: tiết diện ngang ban đầu của mẫu(m 2).
2.3.3.Phổ hồng ngoại phân tích chuỗi Fourri (FT -IR)
Phổ hồng ngoại của các mẫu nghiên cứu được ghi trên máy phổ hồng ngoại Fourier Nexus 670 (Mỹ), trong dải sóng từ 4000 – 400 cm-1, độ phân giải 4 cm-1, số lần quét 16 lần ở điều kiện chuẩn. Mẫu gypsum và gypsum
biến tính bằng EBS được ép ở dạng viên với KBr. Rồi được tiến hành do phổ
hồng ngoại.
2.3.4.Xác định khả năng chống cháy
Khả năng chống cháy của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA có sử
dụng HDPE tái sinh và một số chất phụ gia được đánh giá theo
26
tiêu chuẩn UL-94 (Underwriters Laboratories Inc) của Mỹ
(phương pháp xác định thời gian cháy theo phương thẳng đứng và
phương ngang).
Mẫu để xác định khả năng chống cháy được cắt t heo tiêu
chuẩn như sau: chiều dài 125 mm, chiều rộng 13 mm, được đánh
dấu vạch theo tiêu chuẩn UL-94HB như hình 2.3:
25mm 75mm 25mm
Hình2.2: Mẫu được cắt và đánh dấu theo tiêu chuẩn UL -94HB
Ngọn lửa mồi tiêu chuẩn có chiều dài 2,5 -3 cm
Sau khi chuẩn bị mẫu và ngọn lửa với tiêu chuẩn trên tiến
hành xác định thời gian cháy đứng của mẫu như sau
2.3.3.1.Xác định khả năng chống cháy của vật liệu theo phương
pháp cháy ngang
Theo tiêu chuẩn UL-94HB (cháy ngang), một vật liệu đạt
được tiêu chuẩn HB khi thỏa mãn một trong những điều kiện sau:
Tốc độ cháy không vượt quá 40 mm/phút trong vùng 75
mm và có bề dày từ 3,0-13 mm.
Tốc độ cháy không vượt quá 75mm/phút trong vùng 75
mm và có bề dày nhỏ hơn 3,0 mm.
Cháy ngang : tiến hành gắn mẫu vào bộ kẹp của thiết bị,đưa
ngọn lửa mồi vào để đốt cháy mẫu (30 giây) sau đó tách ngọn lửa
mồi ra. Theo dõi mẫu cháy cho đến khi mãu bắt đầu cháy đến vạch
27
thứ 2 thì ngừng. Như vậy, chiều dài từ vạch thứ nhất đến vạch thứ
2 là 75 mm. Từ thời gian đo tính được tố c độ cháy của mẫu [21].
2.3.3.2.Xác định khả năng chống cháy của vật liệu theo phương
pháp cháy đứng
Theo tiêu chuẩn UL-V2 (cháy dứng), vật liệu đạt tiêu chuẩn
khi thỏa mãn một trong những yêu cầu sau:
Mẫu vật này không được cháy với quá trình đốt cháy
trong hơn 30 giây sau khi áp dụng mẫu thử lửa .
Thời gian đốt cháy tổng cộng không được quá 250 giây
đối với 5 mẫu.
Các mẫu vật không được cháy với sự cháy hoặc phát sáng
lên đến kẹp giữ.
Các mẫu vật có thể nhỏ giọt các hạt cháy cháy làm cháy
các bông phẫu thuật sấy khô nằm dưới mẫu thử nghiệm 300 mm.
Gắn mẫu nghiên cứu vào bộ kẹp của thiết bị đo, đưa ngọn
lửa mồi vào trung tâm để đốt cháy mẫu ( trong 10 giây) sau đó tách
ngọn lửa mồi ra tính thời gian cháy t 1. Ngọn lửa tắt tiếp tục mồi
trong 10 giây và do thời gian cháy t 2 [21].
2.3.5. Tính chất nhiệt trọng lượng (TGA)
Quá trình phân tích mẫu TGA được thực hiện trên máy TGA
209F1 của hãng Shimazu (Nhật Bản) tại phòng Thiết bị dùng chung (Viện Kỹ thuật nhiệt đới), tốc độ gia nhiệt 10 oC/phút, môi trường khí nitơ, nhiệt độ từ 25 – 650 oC [32].
2.3.6. Độ cứng
Độ cứng của vật liệu được đo trên thiết bị Durometer (Đức),
shore D theo tiêu chuẩn ASTM D785-08. Mỗi mẫu được đo 5 lần
để lấy giá trị trung bình.
28
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Phổ hồng ngoại(IR)
Hình 3.1 là phổ hồng ngoại FT-IR của gypsum và gypsum
biến tính bằng 4% EBS. Trên phổ hồng ngoại mẫu gypsum ban đầu cho thấy, pic có số sóng 3300-3600 cm- 1 đặc trưng cho dao động của nước ẩm có trong gypsum. Dao động tại 1121 cm- 1 đặc trưng 2 - trong CaSO 4.2H 2O. Bên cạnh đó, cho dao động hóa trị của SO 4 dao động tại 1687 cm - 1 và 1623 cm - 1 được cho là dao động biến
dạng của HOH trong gypsum. Sau khi biến tính gypsum bằng EBS thấy xuất hiện các pic mới, pic tại số sóng 2919 cm- 1 là dao động đối xứng của nhóm –CH-, trong khi dao động tại 2861cm- 1 dao
động hóa trị của -CH- có trong mạch hydrocacbon có trong EBS.
Ngoài ra, trên phổ hồng ngoại IR còn có pic với tần số tại 3608 cm- 1 do sự góp mặt của liên kết N-H (bậc 1). Dải pic từ 1142,24 cm- 1 và 1008,05 cm - 1 đặc trưng cho liên kết C=O của xeton có
trong EBS.
Hình 3.1: Phổ IR của gypsum và gypsum BT bởi 4% EBS
Đặc biệt dao động biến dạng của HOH có sự dịch chuyển về phía bước lớn từ 1623 cm- 1 đến 1629 cm- 1, điều này có thể do
29
tương tác của nước trong gypsum với nhóm C -N trong EBS. Kết
quả này chứng tỏ gypsum được bao phủ bởi EBS trên bề mặt [33].
3.2. Khả năng chảy nhớt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum
Một trong những ưu điểm của thiết bị trộn nội Haake là có
thể xác định được mô men xoắn tức thời của trục vít được ghi lại
theo thời gian, thông số này có liên quan đến ma sát nội của dòng
chảy vật liệu trong buồng trộn. Theo hình 3.2, ban đầu các
nguyên liệu được nạp vào buồng trộn, sau khi đóng buồng trộ n,
mô men xoắn của trục quay là lớn nhất do ma sát lớn giữa các hạt
nguyên liệu ở trạng thái rắn. Khi các nguyên liệu nhận được nhiệt
từ buồng trộn và sự quay của roto, polyme mềm dần và nóng chảy,
quá trình này làm cho mô men xoắn giảm dần và đạt giá trị khá ổn
định khi polyme nóng chảy hoàn toàn. Mô men xoắn ổn định đặc
trưng cho độ nhớt chảy tương đối của dòng polyme nóng chảy.
Hình 3.2: Giản đồ momen xoắn của các mẫu compozit HEgsB,
HEgsP và HEgsO tại 7 %kl gypsum
Từ hình 3.2 có thể thấy khi tăng hàm lượng gypsum lên mô
men xoắn cân bằng của vật liệu có xu hướng tăng. Nguyên nhân là
30
do khi tăng hàm lượng gypsum, khả năng phân tán vào nền giảm,
lượng gypsum nhiều sẽ làm tăng ma sát nội trong quá trình nóng
chảy, dẫn đến mô men xoắn của vật liệu tăng. Khi sử dụng
gypsum biến tính, khả năng phân tán đều vào nhựa nền hơn, đồng
thời EBS đóng vai trò là trợ gia công làm giảm ma sát của vật liệu
với trục quay, từ đó làm giảm ma sát nội trong quá trình nóng
chảy, vật liệu dễ gia công hơn. So sánh các mô men xoắn cân bằng
tại các tỉ lệ gypsum khác nhau cho thấy, các mẫu HEgsB đều có
giá trị thấp hơn mẫu HEgsP tại cùng tỉ lệ gypsum. Trong khi các
mẫu HEgsO có giá trị mô men xoắn thấp do hàm lượng độn đưa
vào thấp hơn hai mẫu còn lại (do không có phụ gia chống cháy).
Bảng 3.1. Momen xoắn cân bằng của vật liệu compozit tại hàm lượng
gypsum khác nhau
Gypsum HEgsB HEgsP HEgsO
(%) (Nm) (Nm) (Nm)
0 8,02 8,02 7,60
2 10,12 10,17 7,90
5 10,25 10,52 8,40
7 10,30 10,93 10,17
10 10,82 10,93 10,93
15 11,49 11,49 10,94
3.3. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA/gypsum.
3.3.1. Độ bền kéo đứt
Hình 3.3 trình bày sự phụ thuộc độ bền kéo dứt của vật liệu
compozit HDPE/EVA/gypsum theo các hàm lượng gypsum khác
nhau.
31
Hình 3.3: Độ bền kéo đứt của vật liệu compozit
HDPE/EVA/gypsum tại các hàm lượng gypsum khác nhau
Từ hình 3.3 cho thấy, độ bền kéo đứt của blend HDPE/EVA
ban đầu là 21 MPa. Đối với mẫu HEgsO, độ bền kéo đứt có xu
hướng giảm nhẹ trước khi tăng trong khoảng từ 0 -5% gypsum,
trong khi các mẫu HEgsB và HEgsP có xu hướng tăng dần khi hàm
lượng gypsum tăng. Tại 5% gypsum, các mẫu HEgsP, HEgsO có
độ bền kéo đứt lớn nhất và đạt giá trị lần lượt là 21,6 MPa và 18,4
MPa. Sự vượt trội về độ bền kéo đứt của các mẫu HEgsO có thể
được giải thích là do hàm lượng chất độn có trong mẫu ít hơn (do
không có phụ gia chống cháy) nhờ đó khả sự phân tán của gypsum
trong mẫu tốt hơn. Tuy nhiên, giá trị độ bền kéo đứt của các mẫu
này giảm nhanh khi hàm lượng gypsum đưa vào lớn hơn 7%kl.
Trái ngược với xu hướng trên, các mẫu HEgsB có độ bền kéo đứt
tiếp tục tăng và đạt giá trị cực đại là 19,2 MPa tại 7%kl gypsum .
Rõ ràng ở hàm lượng gypsum lớn (> 7%kl) , vật liệu compozit sử
dụng gypsum biến tính bằng EBS có độ bền kéo đứt lớn hơn so
32
với mẫu còn lại. Điều này là do EBS phủ lên bề mặt gypsum nhờ
đó gypsum dễ dàng phối trộn, bám dính và tương hợp tốt với các
đại phân tử HDPE và EVA tốt hơn so với mẫu không biến tính.
3.3.2. Độ dãn dài khi đứt
Bảng 3.2 trình bày độ giãn dài khi đứt của các mẫu compozit
HEgsB, HEgsP và HEgsO tại các hàm lượng gypsum khác nhau .
Bảng 3.2: Độ dãn dài khi đứt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum
Độ giãn dài khi đứt (%) Gypsum
(%kl) HEgsB HEgsP HEgsO
0 430 430 450
2 415 371 400
5 400 154 169
7 356 136 168
10 268 102 107
15 159 90 117
Từ bảng 3.2 cho thấy, HDPE/EVA ban đầu có độ dãn dài khi
đứt lớn nhất đạt giá trị 450 %, khi bổ sung thêm gypsum đ ộ giãn
dài khi đứt của vật liệu compozit giảm nhanh. Kết quả tại hàm
lượng gypsum lớn nhất độ dãn dài khi đứt của mẫu HEgsO chỉ còn
lại 117%. Đối với các mẫu HEgsP, sự suy giảm độ dãn dài xảy ra
mạnh hơn. Các giá trị độ dãn dài khi đứt của mẫu HEgsP thấp hơn
so với mẫu HEgsO do có hàm lượng độn lớn hơn. Ngược lại, các
mẫu sử dụng gypsum biến tính EBS có độ dãn khi đứt cao hơn
mẫu HEgsP và HEgsO. Điều này có thể do sự có mặt của EBS làm
giảm khuyết tật hình thành trong mẫu, và làm giảm sự giải phóng
33
H2O trong gypsum (đây là nguyên nhân gây ra sự tạo thành bọt
khí và khuyết tật trong mẫu).
3.3.3. Mô đun đàn hồi
Bảng 3.3 trình bày sự phụ thuộc của mô đun đàn hồi theo
hàm lượng gypsum trong các mẫu compozit HDPE/EVA/gypsum
có và không có phụ gia chống cháy. Mẫu HEgsO ban đầu có giá trị
mô đun đàn hồi ban đầu là 100 MPa . Khi có mặt phụ gia chống
cháy và gypsum, mô đun đàn hồi của mẫu compozit tăng. Nhìn
chung, mô đun đàn hồi của mẫu HEgsB có giá trị cao hơn so với
các mẫu HEgsP và HEgsO. Cụ thể, tại hàm lượng 15 % kl gypsum,
giá trị mô đun đàn hồi của mẫu HEgsB đạt 905 MPa, trong khi hai
mẫu HEgsP và HEgsO chỉ đạt giá trị 845 MPa và 374 MPa. Sự gia
tăng giá trị mô đun đàn hồi khi sử dụng gypsum biến tính là do
chúng có khả năng phân tán tốt vào giữa các lớp polyme d ẫn tới
khả năng cản trở chuyển động trượt của mạch polymer điều này
làm gia tăng độ cứng của vật liệu.
Bảng 3.3: Mô đun đàn hồi của vật liệu HEgsB, HEgsP và HEgsO tại các hàm
lượng gypsum khác nhau
Mô đun đàn hồi (MPa) Gypsum
(%) HEgsB HEgsP HEgsO
229 100 0 229
392 124 2 386
333 181 5 142
410 250 7 404
413 205 10 470
845 374 15 905
34
3.4. Độ cứng
Độ cứng shore là đơn vị đo của độ bền vật liệu chống lại lực
ấn từ các mũi thử. Trị số càng cao thì độ bền càng cao. Trong
phần này, độ cứng của các mẫu compozit HDPE/EVA/gypsum
được xác định trong thang đo shore D và được thể hiện trên hình
3.4.
Hình 3.4: Độ cứng của mẫu HEgsB, HEgsP và HEgsO ở các hàm
lượng gypsum khác nhau.
Từ kết quả thu được ở trên cho thấy, độ cứng của vật liệu
tăng mạnh theo hàm lượng gypsum. Các mẫu HEgsB, HegsP ban
đầu (chỉ có phụ gia chống cháy) có độ cứng là 52 cao hơn so với
mẫu HEgsO ban đầu (chỉ có nhựa nền ban đầu) có giá trị là 50.
Khi tăng hàm lượng gypsum, độ cứng của các mẫu HEgsO luôn
thấp hơn so với các mẫu HEgsB, HEgsP do h àm lượng nhựa nền
của các mẫu HEgsO luôn cao hơn hai seri còn tại cùng hàm lượng
gypsum. So sánh với mẫu HEgsP,độ cứng của mẫu HEgsB luôn
35
cao hơn. Kết quả này do các mẫu H EgsP sử dụng gypsum ban đầu
có sự tương hợp với nhựa nền kém, tạo ra phân tách pha và x uất
hiện các khuyết tật, bọt khí (một phần do nước trong CaSO 4.2H 2O
giải phóng ra trong quá trình gia công mẫu) , kết quả này làm giảm
độ cứng khi so sánh với mẫu HEgsP. Ví dụ, tại hàm lượng 7 %
gypsum, mẫu HEgsB đạt giá trị là 61,5 trong khi mẫu HEgsP là
60,7.
3.5. Khả năng chống cháy của vật liệu compozit
HDPE/EVA/gypsum
Khả năng chống cháy của vật liệu compozit
HDPE/EVA/gypsum có và không có phụ gia chống cháy được biểu
diễn qua bảng 3.4 và bảng 3.5.
Bảng 3.4. Khả năng chống cháy của vật liệu compozit HEgsO tại các hàm
lượng gypsum khác nhau theo phương pháp cháy ngang UL-94
Gypsum Thời gian cháy Tốc độ cháy
(%kl) (giây) (mm/phút)
28,13 0 161
23,68 2 190
28,30 5 159
26,95 7 167
26,01 10 173
25, 00 15 180
Khảo sát khả năng chống cháy của vật liệu compozit HEgsO
cho thấy, khi hàm lượng gypsum tăng từ 0 đến 15 %kl thời gian
cháy của vật liệu compozit có xu hướng tăng nhẹ từ 161 đến 180
giây. Kết quả này do hàm lượng nhựa trong mẫu giảm và hàm
36
lượng gypsum tăng dần tạo ra một lớp barier ngăn nhiệt, do vậy
kéo thời gian cháy của vật liệu. Tốc độ cháy được tính toán từ
thời gian cháy của vật liệu, kết quả thu được cho thấy, các mẫu
HEgsO có tốc độ cháy nhỏ hơn 29 mm/phút. Kết quả này chứng
tỏ, các mẫu này đều đạt tiêu chuẩn UL-94 HB (có tốc độ cháy nhỏ
75 mm/phút với độ dày mẫu nhỏ hơn 3 mm).
Bảng 3.5: Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng gypsum đến thời gian tắt cháy
của vật liệu HEgsB và HEgsP theo phương pháp cháy đứng UL-94
Thời gian cháy
(giây)
Gypsum HEgsB HEgsP
(%) (Tổng thời (Tổng thời Đánh giá Đánh giá gian tắt cháy gian tắt cháy
t1 + t2) t1 + t2)
0 150 Đạt V-2 150 Đạt V-2
2 139 Đạt V-2 91 Đạt V-2
5 114 Đạt V-2 122 Đạt V-2
7 112 Đạt V-2 105 Đạt V-2
10 102 Đạt V-2 107 Đạt V-2
15 65 Đạt V-2 84 Đạt V-2
Khi có mặt phụ gia chống cháy amoni polyphotphat và Zn-
stearat, vật liệu có khả năng tự dập tắt . Do vậy, để đánh giá ảnh
hưởng của hàm lượng gypsum biến tính và không biến tính tới khả
năng chống cháy của vật liệu, các mẫu HEgsB và HEgsP đo theo
phương pháp cháy đứng UL-94, các kết quả được trình bày trên
bảng 3.5. khi tăng hàm lượng gypsum, thì tổng thời gian tắt cháy
37
(t 1+t 2) của các mẫu compozit có xu hướng giảm dần. Các mẫu sử
dụng gypsum biến tính có tổng thời tắt cháy nhanh hơn so với mẫu
sử dụng gypsum không biến tính. Điều đó có nghĩa các mẫu này
có khả năng dập cháy nhanh hơn khi sử dụng gypsum biến tính. Ví
dụ, ở hàm lượng 15% gypsum, tổng thời gian tắt cháy của mẫu
HEgsB là 65 giây, trong khi mẫu HegsP là 85. Điều này chứng tỏ
rằng, khi được biến tính, gypsum dễ dàng phân tán trong nền nhựa
HDPE/EVA, nhờ đó, lớp gypsum bền nhiệt ( nhiệt độ phân hủy gypsum > 1200 oC) kết hợp với muối Zn-Stearat và amoni
polyphotphat để tạo thành lớp sỉ bền nhiệt bao quanh lớp nhựa
nền, ngăn chặn sự xâm nhập của oxy vào bên trong vật liệu. Đặc
biệt sự bay hơi nước trong gypsum ở nhiệt độ cao góp phần làm
giảm nhiệt năng của quá trình phản ứng cháy. Kết quả thu được
cho thấy, các mẫu này đạt tiêu chuẩn chống cháy UL -94, cấp độ
V-2 (có tổng thời gian cháy nhỏ hơn 250 giây).
3.6. Tính chất nhiệt của vật liệu polyme compozit
HDPE/EVA/gypsum
Hình 3.5: Đường TG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum
38
Để đánh giá độ bền nhiệt của vật liệu compzit
HDPE/EVA/gypsum, các mẫu được phân tích bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng (TGA) từ nhiệt độ phòng đến 800 oC trong
môi trường khí nito.
Từ hình 3.5 cho thấy, sự phân hủy nhiệt của các mẫu
compozit và mẫu nhựa nền HDPE/EVA trải qua ba giai đoạn . Giai đoạn 1, từ nhiệt độ phòng đến 400 oC sự mất khối lượng đạt xấp xỉ
10 %kl. Đối với HDPE/EVA và mẫu HEgsO, sự mất khối lượng
trong giai đoạn này nhiều hơn do sự mất nước có trong gypsum và
một phần sự phân hủy của EVA ban đầu (hàm lượng nhựa EVA
trong hai mẫu này cao hơn so với mẫu HEgsP và HEgsB) . Trong
khi, đối với mẫu HEgsP, sự giảm khối lượng có thêm sự đóng góp
của phụ gia chống cháy amoni polyphotphat (phân hủy sớm trong khoảng từ 240 – 350 oC). Bên cạnh đó, mẫu HEgsB có sử dụng chất biến tính EBS (phân hủy trong khoảng 300 oC – 400 oC), điều
này dẫn tới sự phân hủy nhiệt tại các mẫu sử gypsum biến tính xảy
ra sớm hơn và sự mất khối lượng trong giai đoạn này cao hơn so
với mẫu không biến tính.
Trong giai đoạn 2, sự mất khối lượng chủ yếu do sự phân hủy của nhựa HDPE và EVA trong khoảng nhiệt độ từ 4 00 oC đến 550 oC. Các mẫu có hàm lượng EVA và HDPE cao hơn thì sự mất
khối lượng xảy ra lớn hơn. Trong giai đoạn 1 + giai đoạn 2, tổng
khối lượng phân hủy của mẫu HDPE/EVA và HEgsO đạt giá trị
lần lượt là 91,05 % và 84,26 %. Trong khi các mẫu HEgsB và
HEgsP đạt giá trị thấp hơn là 81,52 % và 80,23 %.
39
Trong giai đoạn 3, sự mất khối lượng xảy ra trong khoảng từ 550 oC đến 800 oC chủ yếu do sự hóa than của mẫu nhựa nền, trong
khi gypsum không bị ảnh hưởng bởi nhiệt
Hình 3.6: Đường DTG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum
Quan sát giản đồ DTG của các mẫu compozit cho thấy, mẫu HEgsB và
HEgsP có hai píc đặc trung cho quá trình phân hủy cực đại. Ở píc đầu tiên, mẫu HEgsB xảy ra sớm hơn do sự phân hủy sớm của EBS tại 363 oC, trong khi mẫu không biến tính HEgsP xảy chậm hơn tại 367 oC. Điều này cho thấy,
EBS không đóng vai trò cải thiện độ bền nhiệt do dễ bị phân hủy. Ở píc 2, quá
trình mất khối lượng của mẫu chủ yếu do sự phân hủy của HDPE và EVA.
Nhiệt độ phân hủy cực đại của các mẫu này không có sự khác biệt đáng kể.
40
KẾT LUẬN
Kết quả phân tích phổ IR cho thấy EBS đã được ghép thành
công lên bề mặt của gypsum. Gypsum biến tính bằng EBS đã cải
thiện độ bền kéo đứt, hạn chế sự suy giảm độ giãn dài khi đứt của
vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum. Tại hàm lượng 7 %
gypsum biến tính, mẫu HEgsB đạt độ bền kéo đứt cao nhất là 19,2
Mpa, độ dãn dài khi đứt là 356 %, mô đun đàn hồi là 404 Mpa.
Hơn nữa, việc sử dụng gypsum biến tính làm tăng độ cứng của vật
và khả năng chống cháy. Tuy nhiên, sự có EBS dẫn tới sự phân
hủy nhiệt xảy ra sớm hơn so với mẫu không biến tính.
41
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng anh
[1]. Nicole M. Stark, Laurent M. Matuana (200 ), Surface
chemistry changes of weathered HDPE/wood -flour composites
studied by XPS and FTIR spectroscopy,Polymer Degradation and
Stability, Volume 86,Issue 1, [1-9].
[2]. Robert E. Lee, Donald Hallenbeck, Jane Likens (2003),
Stabilization of Flame-Retarded Polyprolene.
[3]. Q.Fu, Y.Men, G.Strobl(2003), Understanding of the
tensile deformation in HDPE/LDPE blends based on their crystal
structurre and phase morphology, Page 1927-1933.
[4]. T. Ramos, L.C. Mendes (2014), Recycled high-density
polyethylenne/gypsum composites: evaluation of the microscopic,
thermal, flammability, and mechanical pro perties, Vol.7, No. 2,
199-208.
[5]. Sibele Piedage, Gerson Alberto Va lencia Albitres, Luis
C Mendes, Volker Altstadt, Jair Braga, Gabriel Carvalho
Bertassone Avila, Ivan de Sousa dos Silveira (2017), Advanced
properties of composites of recycled high-density polyethylene
and microfibers of sugaecane bagasse. Journal of C omposite
Materials.Journal ò Composite Materials, Vol.53, Issue 7
[6]. Effect of gypsum modified by stearic acid on properties
and morphology of HDPE/EVA/gypsum c omposites, Vietnam
Journal of Science and Technology, Vol. 53 (4C), 149 -159(2015).
[7]. Marius Muariu, Lei Bonnaud, Paint Yoann, Gaelle
Fontaine, Serge Bourbigot, Pholippe Dubois (2010), New trends in
polylactide (PLA)-based materials: “Green” PLA- Calcium
42
sulfate (nano) composites tailored with Flame retardant
propreties. Polymer Degradation and Stability Volume 95, Issue3,
papes 374-381.
[8]. Cong Zhu, Jianxin Zhang, Jiahui Peng, Wenxiang Cao,
Jiangsen Liu (2018), Physical and mechanical prop erties of
gypsum-based composites reinforced with PVA and PP fibers,
Construction and Building Materials , Pages 695-705.
[9]. https://vi.wikipedia.org/wiki/Polyme_compozit
Tiếng Việt
[10]. Vật liệu polyme blend (2011). Nhà xuất bản khoa học
Tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội .
[11]. Vũ Mạnh Cường (2010), Nghiên cứu và chế tạo
polyme-compozit nền polyeste không no có sử dụng vi sợi
xenlulozo, luận văn thạc sỹ khoa học[13 -21]
[12]. Bùi Nam Kiên (2011), chế tạo vật liệu polyme
compozit phân hủy sinh học trên cơ sở nhựa polypropylen (PP) gia
cường bằng sợi dừa. Luận văn thạc sỹ khoa học [5-9].
[13]. Hoàng Thị Phương (2009), Đồ án nghiên cứu vật liệu
polymer compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi sisal
[14]. Khương Việt Hà, Lê Hải Đăng, Nguyễn Thị Mai, Trần
Thị Mai, Trần Hữu Trung, Mai Đức Huynh, Thái Hoàng, Nguyễn
Vũ Giang (2015), Nghiên cứu tính chất và hình thái cấu trúc của
vật liệu compozit polyetylen/compolyme etylen vinyl axetat/
gypsum biến tính natri dodecyl sunfat . Journal of Science and
Technology 54,72-79.
[15]. TS. Vũ Trọng Minh (2016), Chế tạo, nghiên cứu tính
chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/NANOSILICA [12-17]
43
[16]. Trần Thị Khánh, Nghiên cứu tính chất, cấu trúc và cách
chế tạo hỗn hợp polyme PVC/EVA.
[17]. Nguyễn Quang Minh (2013), Nghiên cứu ứng dụng hạt
gypsum phế thải chế tạo vật liệu PP/GS polyme compozit, Luận
văn thạc sĩ khoa học, 11-45.
[18]. Nguyễn Thị Mai (2015), Nghiên cứu, chế tạo vật liệu
compozit trên cơ sở nhựa HDPE-EVA và hạt gypsum biến tính,
luận văn thạc sĩ hóa học.
[19]. Nghiên cứu chế tạo và khảo sát một số tính chất của vật
liệu tổ hợp LDPE/EVA/gypsum (2013). Tạp chí Khoa học và Công
nghệ,t.51 (3A), 327-333.
[20]. Trần Thị Khánh(), Nghiên cứu tính chất, cấu trúc và
cách chế tạo hỗn hợp polyme PVC/EVA.
[21]. TS. Vũ Trọng Minh (2016), Chế tạo, nghiê n cứu tính
chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/NANOSILICA[12 -17]
[22]. https://www.facebook.com/HiepHoiNhuaKyThuatVietN
am/posts/890157874355782
[23]. Nguyen Vu Giang and Myung Yul Kim (2006), Ảnh
hưởng của lớp phủ ngoài axit stearic lên màng lọc chất thải –
thạch cao trong hỗn hợp PVC/thạch cao phế thải, Hội nghị khoa
học lần thứ 20, ĐHBK Hà Nội, số 12. 237 -241.
[24]. https://vnexpress.net/photo/thoi -su/nui-chat-thai-doc-
hai-cao-40-met-o-hai-phong-3453759.html
[25]. http://www.vinachem.com.vn/tin -tuc/tin-thi-truong-
san-pham-
vnc/san_luong_phan_bon_trong_nuoc_du_nhu_cau_vao_nam_20
[26]. http://nhuataisinh.org/hat -nhua-tai-sinh-hdpe/
44
[27]. Vũ Minh Trọng (2015), Nghiên cứu, chế tạo vật liệu tổ
hợp LDPE/EVA/tro bay biến tính ứng dụng làm vỏ dây cáp thông
tin và cáp điện lực, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường,
Trường Đại học Hàng hải Việt Nam,12 -25.
[28]. TS. Đỗ Thái Hưng(2017), Báo cáo Triển vọng của
Ngành phân bón Việt Nam, 2-5.
[29]. http://www.gzcardlo.com/article -14.html
[30]. http://nhuaphuchung.vn/san-pham/ebs-ethylene-
bisstearamide.
[31]. https://en.wikipedia.org/wiki/High -
density_polyethylene
[32]. Mai Đức Huynh, Trần Hữu Trung, Nguyễn Vũ Giang
Chế tạo vật liệu polyme compozit polyamit11/bột tre có sử dụng
chất tương hợp polyvinyl ancol.
[33]. Nguyễn Đình Hữu, Trần Thị Hà (1999), Ứng dụng một
số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất bản
giáo dục, 27-99.
45
