Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

N

I

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

N

H

X

U

Â

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------------------------------

N

T

H

Ắ

N

G

NINH XUÂN THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CHÈN KHE TỰ SAN PHẲNG

TRÊN CƠ SỞ SILICON RTV HAI THÀNH PHẦN SỬ DỤNG XẢM

KÍN KHE CO GIÃN ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG

K

Ỹ

T

H

U

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

Ậ

T

H

Ó

A

H

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ọ

C

KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. BẠCH TRỌNG PHÚC

2. TS. TRỊNH MINH ĐẠT

K

H

Ó

A

2

0

1

5 B

Hà Nội – Năm 2017

Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả thí

nghiệm nêu trong luận văn này là trung thực và chƣa từng công bố trên bất kỳ công

trình nào khác.

Tác giả luận văn

Ninh Xuân Thắng

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Bạch Trọng Phúc và TS. Trịnh Minh Đạt

và đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo cũng nhƣ tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em

trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.

Em cảm ơn các thầy, cô Trung tâm Vật liệu Polyme & Compozit - Viện Kỹ

thuật hóa học - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội và Trung tâm Vật liệu hữu cơ &

Hóa phẩm xây dựng - Viện Vật liệu xây dựng đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn

thành luận văn này.

Cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã ủng hộ, động viên tôi hoàn

thành khóa cao học 2015B.

Hà Nội, tháng 8 năm 2017

Học viên

NINH XUÂN THẮNG

MỤC LỤC Trang

MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 5

1.1 Vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng ........................................................... 5

1.1.1 Nguyên nhân hình thành các khe nối trên đƣờng bê tông xi măng …………5

1.1.2 Các loại khe nối của đƣờng bê tông xi măng ……………………………….5

1.1.2.1 Khe nối ngang .......................................................................................... 5

1.1.2.2 Khe nối dọc .............................................................................................. 7

1.1.3 Lịch sử phát triển và tình hình nghiên cứu, ứng dụng vật liệu chèn khe cho

đƣờng xi măng bê tông trên thế giới ……………………………………………...7

1.1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi

măng tại Việt Nam …..……………………………………………………………9

1.1.5 Các tính chất của vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng……………9

1.1.6 Phân loại vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng ……………..……10

1.1.6.1 Vật liệu chèn khe Polysunfit ................................................................... 10

1.1.6.2 Vật liệu chèn khe Silicon ........................................................................ 13

1.1.6.3 Vật liệu chèn khe Polyuretan ................................................................. 15

1.1.6.4 Vật liệu chèn khe nhựa đường cao su hóa ............................................. 17

1.2 Silicon ..................................................................................................................... 18

1.2.1 Lịch sử phát triển …………………………………………………………..18

1.2.2 Phƣơng pháp chế tạo silicon ………………………………………………19

1.2.2.1 Polyme Silicon………………………………………………………………..19

1.2.2.2 Cao su Silicon ........................................................................................ 23

1.2.3 Các loại silicon nhóm chức và cơ chế lƣu hóa …………………………….26

1.2.3.1 Polyme nhóm chức vinyl ........................................................................ 28

iii

1.2.3.2 Polyme hydrit ......................................................................................... 29

1.2.3.3 Polyme nhóm chức Silanol ..................................................................... 30

1.2.4 Cơ chế tƣơng tác giữa silicon và bề mặt nền xi măng bê tông……………..32

1.2.5 Tính chất của cao su silicon………………………………………………..33

1.2.5.1 Tính chất chung ...................................................................................... 33

1.2.5.2 Khả năng chịu nhiệt ............................................................................... 33

1.2.5.3 Khả năng chịu thời tiết ........................................................................... 34

1.2.5.4 Khả năng chống chịu nước và hơi nước ................................................ 34

1.2.5.5 Khả năng chịu dầu, dung môi và các hóa chất khác …………………... 34

1.2.5.6 Tính chất điện ........................................................................................ 35

1.2.5.7 Khả năng chống cháy ............................................................................. 35

1.2.5.8 Khả năng dẫn nhiệt ................................................................................ 36

1.2.5.9 Độ bền kéo và độ bền xé ........................................................................ 36

1.2.5.10 Tính thấm khí........................................................................................ 36

1.2.5.11 Biến dạng khi nén ................................................................................ 36

1.2.5.12 Tính trong và tính màu ......................................................................... 36

1.2.5.13 Khả năng chịu các loại tia bức xạ của ................................................. 37

1.2.6 Ứng dụng của cao su silicon……………………………………………….37

1.3 Chất hóa dẻo ............................................................................................................ 38

1.4 Chất độn ................................................................................................................... 39

1.4.1 Tro bay …………………………………………………………………….39

1.4.2 Bột đá ……………………………………………………………………...40

CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………...43

2.1 Nguyên liệu và hóa chất…………………………………………………………...43

2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 43

2.2.1 Các phƣơng pháp xác định tính chất nguyên liệu………………………….43

2.2.1.1 Phương pháp xác định tỷ trọng .............................................................. 43

2.2.1.2 Phương pháp xác định độ nhớt Brookfield ............................................ 43

2.2.2 Quy trình chế tạo mẫu vật liệu chèn khe…………………………………...44

2.2.3 Các phƣơng pháp xác định tính chất vật liệu chèn khe……………………44

2.2.3.1 Phương pháp đánh giá lưu hóa ............................................................. 44

2.2.3.2 Phương pháp đánh giá khả năng chảy .................................................. 45

2.2.3.3 Phương pháp đánh giá thời gian không dính bề mặt............................. 45

2.2.3.4 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt của vật liệu ............................... 46

2.2.2.5 Phương pháp xác định độ dãn dài khi đứt của vật liệu ......................... 47

2.2.2.6 Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu.......................................... 47

2.2.2.7 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại IR ........................................... 48

2.2.2.8 Phương pháp khảo sát cấu trúc hình thái (SEM – EDX) ....................... 48

2.2.2.9 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA - DTG) ...................... 49

2.2.3.10 Phương pháp xác định sự thay đổi khối lượng trong môi trường hoá

chất ..................................................................................................................... 49

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 51

3.1 Phân tích nguyên liệu đầu ........................................................................................ 51

3.1.1 Đặc tính của nguyên liệu đầu………………………………………………51

3.1.1.1 Polyme silicon ........................................................................................ 51

3.1.1.2 Chất hóa dẻo .......................................................................................... 51

3.1.1.3 Chất độn ................................................................................................. 52

3.1.2 Nghiên cứu lựa chọn loại polyme silicon phù hợp………………………...53

3.1.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng của chất xúc tác tới sự lƣu hóa và thời gian không

dính bề mặt ………………………………………………………………………54

3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ chất lƣu hóa tới tính chất của vật liệu chèn khe .. 55

3.3 Phân tích cấu trúc phân tử của vật liệu chèn khe qua phổ hồng ngoại IR ............... 59

3.4 Nghiên cứu lựa chọn loại và ảnh hƣởng của tỷ lệ chất hóa dẻo tới tính chất của vật

liệu chèn khe .................................................................................................................. 60

3.4.1 Khảo sát lựa chọn loại chất hóa dẻo phù hợp………………………………60

3.4.2 Ảnh hƣởng của tỷ lệ chất hóa dẻo tới tính chất của vật liệu chèn khe…….61

3.5 Nghiên cứu lựa chọn loại và ảnh hƣởng của tỷ lệ chất độn tới tính chất của vật liệu

chèn khe.......................................................................................................................... 64

3.5.1 Khảo sát lựa chọn loại chất độn phù hợp…………………………………..64

3.5.2 Ảnh hƣởng của loại và tỷ lệ chất độn tới tính chất của vật liệu chèn khe…65

3.6 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ chất lƣu hóa, chất hóa dẻo, chất độn tối ƣu để chế tạo vật

liệu chèn khe .................................................................................................................. 68

3.6.1 Chọn hàm mục tiêu………………………………………………………...69

3.6.2 Các yếu tố ảnh hƣởng………………………………………………………69

3.6.3 Thiết lập phƣơng trình……………………………………………………...69

3.6.4 Kết luận…………………………………………………………………….72

3.7 Nghiên cứu các tính chất của vật liệu chèn khe theo cấp phối tối ƣu ...................... 73

3.8 Phân tích hình thái cấu trúc và thành phần vật liệu bằng phƣơng pháp kính hiển vi

điện tử quét (SEM – EDX) ............................................................................................. 74

3.9 Khảo sát độ bền nhiệt của vật liệu bằng phƣơng pháp TGA và DTG ……………76

3.10 Khảo sát độ bền hóa của vật liệu chèn khe trong các môi trƣờng hóa chất khác

nhau theo thời gian ......................................................................................................... 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 82

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu và chữ viết tắt Thuật ngữ

Axit nitric HNO3

Ac CH3CO-

DOTP Dioctyl terephtalate

TEOS Ethylsilicate

Hydroxy terminated Polydimethyl siloxane SIL YF70C - 2M -TH

AK100 Hóa dẻo polydimetylsiloxan

SEM Kính hiển vi điện tử quét

RTV Lƣu hóa ở nhiệt độ phòng

Si-15 Mẫu sản phẩm chế tạo

Me Metyl

NaOH Natri hydroxit

Nhôm oxit Al2O3

TGA Phân tích nhiệt trọng lƣợng

PKL Phần khối lƣợng

IR Phổ hồng ngoại

Silic dioxit SiO2

DBTL Tin (di-butyl di-lauryl thiếc)

TB Tro bay

Vi Vinyl

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: So sánh tính chất của các loại chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng ........... 11

Bảng 1.2: Ảnh hƣởng của chất hóa dẻo ......................................................................... 38

Bảng 3. 1: Tính chất vật lý của các loại poyme silicon………………………………..51

Bảng 3. 2: Tính chất vật lý của các chất hóa dẻo ........................................................... 52

Bảng 3. 3: Tính chất vật lý của tro bay .......................................................................... 52

Bảng 3. 4: Tính chất vật lý của bột đá ........................................................................... 53

Bảng 3. 5: Tính chất cơ học của vật liệu chèn khe với các loại polyme silicon khác

nhau ................................................................................................................................ 54

Bảng 3. 6: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác DBTL đến thời gian không dính bề mặt

và sự lƣu hóa của silicon ................................................................................................ 55

Bảng 3. 7: Tính chất cơ học của vật liệu khi thay đổi tỷ lệ chất lƣu hóa ....................... 56

Bảng 3. 8: Tính chất cơ học của vật liệu với các loại chất hóa dẻo khác nhau.............. 61

Bảng 3. 9: Tính chất cơ học của vật liệu khi thay đổi tỷ lệ chất hóa dẻo ...................... 62

Bảng 3. 10: Tính chất cơ học của vật liệu chèn khe với các loại chất độn khác nhau ... 65

Bảng 3. 11: Tính chất cơ học của vật liệu khi thay đổi tỷ lệ chất độn ........................... 66

Bảng 3. 12: Cấp phối chế tạo mẫu vật liệu chèn khe ..................................................... 68

Bảng 3. 13: Ma trận kế hoạch bậc một toàn phần .......................................................... 70

Bảng 3. 14: Cấp phối chế tạo vật liệu chèn khe trong vùng thực nghiệm ..................... 73

Bảng 3. 15: Một số tính chất của vật liệu chèn khe theo ASTM D 5893–10 ................ 74

Bảng 3. 16: Sự thay đổi khối lƣợng của vật liệu trong các môi trƣờng hóa chất .......... 79

Bảng 3. 17: Sự thay đổi độ bền cơ học của vật liệu trong môi trƣờng hoá chất ............ 79

viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1. 1: Khe giãn nở đƣờng bê tông xi măng ............................................................... 6

Hình 1. 2: Khe co ngót đƣờng bê tông xi măng ............................................................... 6

Hình 1. 3: Các loại polyme silicon và phản ứng lƣu hóa ............................................... 27

Hình 1. 4: Cơ chế bám dính giữa silicon lƣu hóa và bề mặt nền ................................... 32

Hình 2. 1: Khuôn rót mẫu thử độ lƣu biến………………………………………… …45

Hình 2. 2: Mẫu đo độ bền kéo đứt ................................................................................. 46

Hình 2. 3: Máy đo độ bền cơ lý WDW - 50 ................................................................... 46

Hình 2. 4: Đồng hồ đo độ cứng SUNDOO .................................................................... 47

Hình 2. 5: Kính hiển vi điện tử quét (SEM - EDX) ....................................................... 48

Hình 2. 6: Thiết bị phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA - DTG) ...................................... 49

Hình 3. 1: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng TEOS tới độ bền kéo và độ dãn

dài khi đứt...........................................................................................................57

Hình 3. 2: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của TEOS tới độ nhớt và độ cứng Shore A. .... 57

Hình 3. 3: Đồ thị ứng suất của mẫu khảo sát ảnh hƣởng của TEOS ............................. 58

Hình 3. 4: Phổ hồng ngoại của mẫu YF70C .................................................................. 59

Hình 3. 5: Phổ hồng ngoại của mẫu M0 ........................................................................ 60

Hình 3. 6: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng AK100 tới độ bền kéo và độ dãn

dài khi đứt. ...................................................................................................................... 62

Hình 3. 7: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng AK100 tới độ nhớt và độ cứng

Shore A ........................................................................................................................... 63

Hình 3. 8: Đồ thị ứng suất của mẫu khảo sát ảnh hƣởng của AK 100 ........................... 63

Hình 3. 9: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng tro bay tới độ bền kéo và độ dãn

dài khi đứt ....................................................................................................................... 66

Hình 3. 10: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của hàm lƣợng tro bay tới độ nhớt và độ cứng

Shore A ........................................................................................................................... 67

Hình 3. 11: Đồ thị ứng suất của mẫu khảo sát ảnh hƣởng của tro bay .......................... 67

Hình 3. 12: Giản đồ EDX của mẫu Si-15 ...................................................................... 75

Hình 3. 13: Giản đồ EDX của mẫu M0 .......................................................................... 75

Hình 3. 14: Ảnh SEM bề mặt gẫy của mẫu M0 và mẫu Si-15 ...................................... 76

Hình 3. 15: Giản đồ TG và DTG mẫu M0 ..................................................................... 77

Hình 3. 16: Giản đồ TG và DTG mẫu Si -15 ................................................................. 77

MỞ ĐẦU

Ngày nay, mặt đƣờng bê tông xi măng vẫn luôn đƣợc các nhà nghiên cứu và các

nhà quản lý quan tâm trong việc hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn và công nghệ xây

dựng. Do có lợi thế về tuổi thọ và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển nên mặt

đƣờng bê tông xi măng đang đƣợc các nƣớc sử dụng nhiều cho các đƣờng cấp cao,

đƣờng cao tốc và đƣờng sân bay. Vì vậy, tỷ trọng nói chung về mặt đƣờng bê tông xi

măng so với mặt đƣờng các loại khác ngày càng tăng theo thời gian. Trong những năm

gần đây các dự án đƣờng giao thông lớn đã đƣợc xây dựng bằng đƣờng bê tông xi

măng nhƣ: tuyến đƣờng bộ nối cao tốc Hà Nội - Hải Phòng với cao tốc Cầu Giẽ - Ninh

Bình (thuộc tỉnh Hƣng Yên và Hà Nam); Tuyến đƣờng nối cao tốc Cầu Giẽ - Ninh

Bình với QL1A; QL8B (đoạn từ đƣờng vào cầu Bến Thủy đến QL1A, tỉnh Hà Tĩnh);

Dự án điều chỉnh QL32C, đoạn qua TP Việt Trì, tỉnh Phú Thọ; Khoảng 10km QL15A

khu vực Truông Bồn, tỉnh Nghệ An; và hầu hết các đƣờng sân bay nhƣ: Sao Vàng, Tân

Sơn Nhất, Nội Bài, Phú Bài, Cát Bi, Kép,… Khi thi công đƣờng bê tông, các dự án này

đều đã sử dụng các loại vật liệu chèn khe để chèn khe co giãn và mối nối nhƣ nhựa

đƣờng, mastic, polyurethane, vật liệu chèn khe gốc silicon.

Thị trƣờng vật liệu xây dựng Việt Nam từ trƣớc tới nay thƣờng sử dụng các loại vật

liệu chèn khe gốc bitum nhựa đƣờng, vật liệu này có nhiều nhƣợc điểm nhƣ phải thi công ở nhiệt độ cao từ 150 – 200 oC, dễ xảy ra hiện tƣợng quá nhiệt, bám dính kém nếu

khe nền thi công không khô, độc hại và gây ô nhiễm môi trƣờng khi thi công, không

bền trong môi trƣờng xăng dầu, và với yêu cầu thực tế hiện nay thì các khe co giãn và

mối nối có bề rộng chỉ khoảng từ 3 ÷ 8 mm nên loại vật liệu này thi công rất khó khăn.

Hiện nay, trên thế giới đã và đang sử dụng các loại vật liệu chèn khe một thành

phần hoặc hai thành phần gốc polyurethane, polysunfit, acrylic, silicon [14] có các tính

năng khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của vật liệu chèn khe gốc bitum nhƣ: khả

năng co giãn cao, đàn hồi, không tạo bọt khí, kháng hóa chất và độ bền cơ học tốt, kết

dính tốt với hầu hết các loại vật liệu xây dựng và đặc biệt là khả năng thi công ở nhiệt

độ thƣờng, thi công trên nền bê tông ẩm ƣớt, không độc hại. Tại Việt Nam, các loại vật

liệu chèn khe này chủ yếu đƣợc nhập khẩu từ các hãng nổi tiếng trên thế giới nhƣ Dow

Corning, DuPont, Sika,… và một số nguồn từ các nƣớc nhƣ Trung Quốc, Hàn Quốc,…

Trong số các loại vật liệu chèn khe hiện nay thì vật liệu đi từ gốc silicon là loại vật liệu

có nhiều ƣu điểm nổi bật là không độc hại, thân thiện với môi trƣờng, chịu đƣợc mọi

tác động của thời tiết và lão hóa, có khả năng kháng tốt các loại hóa chất nhƣ axit yếu,

kiềm, dung môi phân cực và các dung dịch muối và vẫn giữ đƣợc tính năng của nó khi

chịu tác động của dung môi nhƣ xăng dầu, tính chất đàn hồi đƣợc duy trì tốt ở nhiệt độ từ - 40 oC tới 100oC, có khả năng chịu nhiệt rất tốt, loại đặc biệt có khả năng chịu đƣợc tới nhiệt độ 250 oC, độ co giãn của vật liệu từ 20 – 25% tùy theo bề rộng của khe co

giãn. Vì vậy, để chủ động việc cung cấp sản phẩm cho các công trình xây dựng nhằm

thay thế sản phẩm nhập khẩu thì việc nghiên cứu chế tạo đƣợc loại vật liệu này trong

điều kiện hiện nay ở nƣớc ta là rất cần thiết.

* Mục đích nghiên cứu của luận văn

Nghiên cứu chế tạo đƣợc vật liệu chèn khe tự chảy trên cơ sở chất kết dính silicon

RTV hai thành phần ứng dụng chèn mối nối và khe co giãn cho mặt đƣờng bê tông xi

măng đạt đƣợc mức chỉ tiêu chất lƣợng dƣới đây:

+ Không dính bề mặt tại 300 ± 10 phút

+ Ảnh hƣởng của lão hóa nhiệt ≤ 10 %

+ Độ dãn dài khi đứt ≥ 600 %

+ Độ bền kéo tại độ dãn dài 150% ≤ 310 kPa

+ Độ cứng (Shore A) lớn hơn ≥ 30.

* Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:

Hiện nay trên thị trƣờng Việt Nam có một số công ty cung cấp các loại Silicon có cấu

trúc ngắt mạch khác nhau nhƣ Vinyl, hydrit, silanol,… Tuy nhiên, để chế tạo đƣợc vật

liệu chèn khe có khả năng tự chảy đƣợc và đóng rắn ở nhiệt độ thƣờng thì đề tài đã

định hƣớng sử dụng silicon có cấu trúc ngắt mạch silanol có khả năng đóng rắn ở nhiệt

độ phòng (RTV) kết hợp cùng một số tác nhân khâu mạch và chất hóa dẻo có độ nhớt

thấp để làm tăng khả năng dàn chảy của vật liệu. Đồng thời, để công nghệ chế tạo đơn

giản không quá phức tạp phù hợp với ứng dụng thực tiễn thì đề tài định hƣớng nghiên

cứu chế tạo sản phẩm là hệ hai thành phần không sử dụng chất ức chế nhƣ hệ một

thành phần.

* Tóm tắt các nội dung chính của luận văn

- Nghiên cứu ảnh hƣởng của chất xúc tác tới sự lƣu hóa và thời gian không dính bề

mặt.

- Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ chất lƣu hóa tới tính chất của vật liệu chèn khe.

- Nghiên cứu lựa chọn loại và ảnh hƣởng của tỷ lệ chất hóa dẻo tới tính chất của vật

liệu chèn khe.

- Nghiên cứu lựa chọn loại và ảnh hƣởng của tỷ lệ chất độn tới tính chất của vật liệu

chèn khe.

- Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ chất lƣu hóa, chất hóa dẻo, chất độn tối ƣu để chế tạo vật

liệu chèn khe.

- Nghiên cứu các tính chất của vật liệu chèn khe theo cấp phối tối ƣu bằng các thiết bị

thử cơ lý hóa và thiết bị phân tích.

* Ý nghĩa khoa học và kinh tế xã hội

Luận văn nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở silicon là một

hƣớng nghiên cứu mới có sử dụng nguyên liệu phế thải là tro bay, tạo ra sản phẩm có

tính năng cao, độ bền lâu cao, thân thiện môi trƣờng để thay thế vật liệu chèn khe gốc

bitum truyền thống gây ô nhiễm môi trƣờng. Sản phẩm của luận văn là vật liệu chèn

khe tự san phẳng có thể thay thế các sản phẩm nhập ngoại do sử dụng nguồn nguyên

liệu sẵn có trong nƣớc.

* Phƣơng pháp nghiên cứu

Phương pháp tiêu chuẩn:

- Phƣơng pháp đánh giá lƣu hóa, phƣơng pháp đánh giá tính chất lƣu biến, phƣơng

pháp đánh giá thời gian không dính bề mặt theo tiêu chuẩn ASTM D 5893 – 10.

- Phƣơng pháp xác định độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu theo tiêu

chuẩn ASTM D 412 – 98.

- Phƣơng pháp xác định độ cứng của vật liệu theo tiêu chuẩn ASTM D 661 – 98.

Phương pháp phi tiêu chuẩn:

- Phƣơng pháp khảo sát cấu trúc hình thái bề mặt và thành phần vật liệu bằng kính hiển

vi điện tử quét (SEM - EDX).

- Phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA - DTG).

- Phƣơng pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR).

- Phƣơng pháp xác định sự thay đổi khối lƣợng trong môi trƣờng hoá chất.

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng

1.1.1 Nguyên nhân hình thành các khe nối trên đƣờng bê tông xi măng

Mặt đƣờng bê tông xi măng, cũng nhƣ tất cả các kết cấu bê tông đều có xu

hƣớng dịch chuyển theo thời gian. Sự co khô và cacbonat hóa tạo ra sự co ngót của mặt

đƣờng. Chu kỳ giãn nở và co ngót đồng thời gây ra bởi sự thay đổi khí hậu và chuyển

động theo chiều dọc của mặt đƣờng do tải trọng giao thông và biến đổi khí hậu.

Các khe nối đƣợc đặt trong hệ thống mặt đƣờng cho phép các tấm bê tông giảm

bớt ứng suất do dịch chuyển theo chiều ngang và chiều dọc. Các khe nối đƣợc chèn kín

bằng vật liệu có mô đun đàn hồi thấp hơn nhiều so với bê tông. Các khe co dãn trên

mặt đƣờng bê tông xi măng đƣợc chèn kín để ngăn chặn sự xâm nhập của nƣớc và tác

động không chịu nén vào hệ thống mặt đƣờng [1]. Nƣớc và tác động không chịu nén sẽ

làm ảnh hƣởng đến mặt đƣờng bởi vì sự tác động của chúng sẽ làm cho hệ thống

đƣờng bị hƣ hại. Độ bền kéo thấp của bê tông làm cho tất cả các kết cấu bê tông có xu

hƣớng cần phải co lại, bao gồm cả mặt đƣờng. Trong thực tế, đƣờng bê tông cốt thép

và các tấm mặt đƣờng bê tông dài nối liên tục đều có xu hƣớng nứt [7]. Những vết nứt

sẽ dẫn đến cùng một loại hƣ hại nhƣ các khe nối hở. Đƣờng bê tông liên tục có khe co

giãn với chiều dài ngắn (từ 3m đến 6m) đƣợc định hƣớng giữ cho tấm tránh nứt.

Năm 1903, khe co giãn bê tông lần đầu tiên đƣợc sử dụng làm hệ thống đƣờng

tại Hoa Kỳ. Kể từ đó, gỗ, nhựa, cao su, chất đàn hồi vô cơ, và nhiều vật liệu khác đã

đƣợc sử dụng để chèn các khe co giãn. Hiện nay đã có hàng trăm chất chèn khe có sẵn

cho các nhà thiết kế đƣờng lựa chọn.

1.1.2 Các loại khe nối của đƣờng bê tông xi măng

1.1.2.1 Khe nối ngang

Khe nối ngang [1] của mặt đƣờng bê tông xi măng đƣợc thiết kế phù hợp với

chuyển động dọc và ngang của mặt đƣờng để các tấm nứt đƣợc kiểm soát. Khe nối có

thể vuông góc với hƣớng làn đƣờng hoặc lệch một chút để giữ trọng lƣợng của cả hai

bánh xe của trục xe tác động đến các tấm cùng một lúc. Các khe có thể đƣợc đặt cách

nhau theo chu kỳ để làm giảm tiếng ồn và chống rung. Có hai loại khe nối chính của

khe nối ngang là khe giãn nở và khe co ngót.

- Khe giãn nở

Hình 1.1: Khe giãn nở đường bê tông xi măng

Khe co giãn kéo dài qua toàn bộ chiều sâu của tấm. Khe rộng khoảng 2 cm đến

5 cm. Những khe đƣợc thiết kế để cho phép toàn bộ các tấm mặt đƣờng có thể giãn nở.

- Khe co ngót

Khe co ngót đƣợc thiết kế để kiểm soát các vết nứt ngẫu nhiên của mặt đƣờng

do ứng suất nhiệt, co ngót, và tải trọng ứng suất bằng cách cung cấp một khe nối kín,

làm giảm mặt phẳng mà tại đó mặt đƣờng có thể nứt.

Hình 1.2: Khe co ngót đường bê tông xi măng

1.1.2.2 Khe nối dọc

Khe dọc [1] thực hiện các chức năng tƣơng tự nhƣ khe ngang. Khe dọc nằm

giữa làn đƣờng và ở mép mặt đƣờng, giữa một làn đƣờng và dải phân cách. Khe dọc

bình thƣờng không có các chuyển động lớn nhƣ các khe ngang, do đó các khe thƣờng

hẹp hơn. Khe theo chiều dọc đƣợc gắn bằng cách kết hợp các thanh vào mặt đƣờng trên

các khe. Các thanh tà vẹt giữ các tấm bê tông lại với nhau và giữ chúng trong cùng mặt

phẳng thẳng đứng, do đó vật liệu chèn khe chịu ứng suất rất nhỏ.

1.1.3 Lịch sử phát triển và tình hình nghiên cứu, ứng dụng của vật liệu chèn khe

cho đƣờng xi măng bê tông trên thế giới

Ngƣời tiền sử đã sử dụng vật liệu chèn khe tự nhiên nhƣ đất sét, cỏ, rơm trộn lẫn

với nhau để bảo vệ ngôi nhà của họ trƣớc thời tiết.

Ngƣời Neandethal đã sử dụng nhựa cây bạch dƣơng để kết dính công cụ sản

xuất của họ từ 80.000 năm trƣớc [15]. Sau đó, vào khoảng 40.000 năm trƣớc ngƣời

Syria đã sử dụng bitum đƣợc xử lý ở nhiệt độ cao để nối tay cầm của các công cụ. Một

ví dụ vẫn còn tồn tại đƣợc tìm thấy tại tàn tích của Babylon tại thời điểm 1500 TCN,

đó là một minh chứng cho việc sử dụng nguyên liệu độn trong bitum đƣợc dùng để kết

dính và chèn khe gạch đất sét đỏ.

Vào khoảng thế kỷ 17, chất chèn khe đầu tiên đƣợc làm từ dầu hạt lanh dùng để

chèn khe vào khe của cửa sổ các nhà thờ. Bắt đầu từ thế kỷ 20, một số lƣợng nhỏ các

công ty đã bắt đầu sản xuất dầu hạt lanh theo quy mô công nghiệp. Cùng với sự phát

triển của công nghệ xây dựng và sự gia tăng của việc sử dụng kính đã làm tăng tốc độ

phát triển của vật liệu này.

Trƣớc năm 1920, toàn bộ chất chèn có nguồn gốc từ thực vật, động vật, khoáng

sản. Sự phát triển của vật liệu chèn khe gốc polyme phù hợp với sự phát triển của

ngành công nghiệp polyme, bắt đầu từ giữa những năm 1920 ÷ 1930. Trong khoảng

thời gian ngắn 20 năm, nhựa tổng hợp chính là chìa khóa để vật liệu chèn khe hiện đại

phát triển và trở thành quy mô công nghiệp.

Nhựa Acrylic, cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, là một trong những loại

nhựa tổng hợp lâu đời nhất. Acrylic este đƣợc biết đến từ những năm 1890 và đƣợc

thƣơng mại hóa vào năm 1929. Tiếp đến là cao su butyl là một polyme khá phổ biến

đƣợc phát minh bởi Thomas và Spark vào năm 1930. Năm 1937, Otto Bayer đã có

bằng sáng chế cho phản ứng giữa polyisocyanat và polyol để tạo thành sản phẩm

polyurethan khối lƣợng phân tử cao. Năm 1940, Patrick và Ferguson đã đặt nền tảng

cho sản phẩm công nghiệp polysunfit với việc tìm ra quá trình giảm độ ẩm. Cũng vào

khoảng thời gian đó, Rochow và Muller phát triển quá trình tổng hợp silan để tạo thành

polyme silicon.

Từ những năm 1960 khi tốc độ xây dựng đƣờng bê tông phát triển mạnh và đã

vấp phải những vấn đề của bê tông nhƣ co ngót giãn nở bởi khí hậu khiến cho mặt

đƣờng xuất hiện nhiều vết nứt, từ những vấn đề đó hãng Dow corning đã cho ra đời sản

phẩm vật liệu chèn khe silicon cho đƣờng bê tông xi măng để giải quyết những vấn đề

trên.

Đến những năm 1990 thì vật liệu silicon sử dụng cho đƣờng bê tông xi măng

đƣợc sử dụng rộng rãi để xử lý bê tông cũ và thi công trên đƣờng bê tông mới.

Năm 1986, Alexander và các cộng sự [1] đã tiến hành thử nghiệm so sánh tính

chất và sử dụng tại điều kiện thực tế của các loại vật liệu chèn khe khác nhau cho

đƣờng bê tông.

Năm 1991, John W. Dean [12] đã tiến hành nghiên cứu và đƣa ra cấp phối chế

tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng cho đƣờng bê tông xi măng sử dụng polydimetyl

siloxan ngắt mạch silanol và chất độn silicafum.

Năm 2002, Dae-Jun Kim và các nhà khoa học Hàn Quốc [8] đã tiến hành nghiên

cứu tính chất cơ lý của vật liệu chèn khe silicon loại alkoxy trên các loại polyme

silicon ngắt mạch alkoxy có độ nhớt khác nhau.

Năm 2011, Mohamad và các cộng sự [17] đã tiến hành nghiên cứu khảo sát

mạng lƣới không gian của polydimetyl siloxan bằng phổ hồng ngoại và NMR. Kết quả

thu đƣợc cho thấy tính chất nhiệt và độ cứng của vật liệu tăng lên khi mật độ liên kết

ngang tăng.

1.1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông

xi măng tại Việt Nam

Tại Việt Nam, vật liệu chèn khe đƣợc sử dụng từ những năm 1990 khi đƣờng bê

tông xi măng bắt đầu xuất hiện tại nƣớc ta. Ban đầu các khe nối của đƣờng bê tông xi

măng đƣợc chèn kín bằng loại nhựa đƣờng thông thƣờng có nguồn gốc từ dầu mỏ có nhiệt độ chảy mềm khoảng 40oC, tuy nhiên điều này làm cho vật liệu chèn khe khi tiếp

xúc với nhiệt độ thời tiết cao đã nóng chảy và bám dính vào các phƣơng tiện tham gia

giao thông và làm hở khe co giãn. Trƣớc những vấn đề đó, Viện Vật liệu xây dựng –

Bộ Xây dựng đã chế tạo thành công vật liệu matit bitum MTBC-95 chèn khe cho

đƣờng bê tông xi măng đáp ứng đƣợc các yêu cầu của vật liệu này. Cũng trong thời

gian đó, Học viện Kỹ thuật quân sự cũng đã chế tạo thành công vật liệu chèn khe TK-

01 đƣợc sản xuất vào những năm 1990 đảm bảo đƣợc những chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản

nhƣng trong thành phần có sử dụng một loại nguyên liệu là bột amiang nên sau này

không tiếp tục sản xuất. Đến năm 2015, nhóm cán bộ kỹ thuật của Học viện Kỹ thuật

Quân sự (KTQS) đã tiếp tục nghiên cứu, cải tiến, sử dụng loại nguyên liệu có gốc từ

bột xenlulô để thay thế cho bột amiăng và chế tạo thành công Mastic ĐMT-03. Loại

Mastic mới (ĐMT-03) khi sử dụng bột Genicel (có gốc từ bột xenlulô) thay cho bột

amiang có những tính chất hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cơ bản và phù hợp

với điều kiện khí hậu Việt Nam. Cho đến nay tại Việt Nam cũng chƣa có công trình

nào nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe đi từ nguồn gốc silicon sử dụng cho đƣờng bê

tông xi măng.

1.1.5 Các tính chất của vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng [1]

+ Chống thấm nƣớc - Các chất chèn khe không đƣợc phép cho nƣớc xâm nhập vào khe

nối.

+ Độ dẻo dai - Các chất chèn khe nên có khả năng chống tác động không chịu nén.

+ Cƣờng độ bám dính (cƣờng độ dính kết) - Các chất chèn khe phải có đủ cƣờng độ

dính kết để chống lại lực kéo dãn khi khe nối mở.

+ Cƣờng độ bám dính nội – Xé rách không đƣợc hình thành trong bản thân của chất

chèn khe.

+ Thời tiết - Các chất chèn khe có thể chịu đƣợc điều kiện khí hậu khắc nghiệt trong

nhiều năm.

+ Tính đàn hồi - Các chất chèn khe phải có khả năng lấy lại hình dạng ban đầu sau khi

giãn nở và co ngót trong khoảng thời gian dài lặp đi lặp lại.

+ Độ ổn định nhiệt độ - Modun đàn hồi của các chất chèn khe và hiệu suất không nên thay đổi khi nhiệt độ dao động hàng năm từ nhiệt độ thấp đến khoảng trên 40oC.

+ Không ảnh hƣởng với các phƣơng pháp chuẩn bị - Các chất chèn khe lý tƣởng sẽ

không bị ảnh hƣởng bởi các bề mặt bẩn hoặc ẩm ƣớt để làm đơn giản việc chuẩn bị và

thi công.

1.1.6 Phân loại vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng [1]

1.1.6.1 Vật liệu chèn khe polysunfit

Là loại chèn khe đàn hồi dạng thi công nguội đƣợc sử dụng đầu tiên trên đƣờng

cao tốc. Vật liệu chèn khe Polysunfit lần đầu tiên đƣợc giới thiệu với các ngành công

nghiệp xây dựng vào năm 1952 và đã ngay lập tức đƣợc chấp nhận bởi nhiều quốc gia.

Tuy nhiên, việc thi công ban đầu đã thất bại trong nhiều năm. Các nghiên cứu và ứng

dụng sau đó đã tiếp tục hoàn thiện và đƣợc chấp nhận cho đến ngày nay.

Vật liệu chèn khe polysunfit gồm chất nền là polyme đƣợc bổ sung thêm tác

nhân lƣu hóa, chất độn, và trong một số trƣờng hợp có thêm chất hóa dẻo. Chất độn gia

cƣờng đƣợc thêm vào nhằm gia tăng cƣờng độ hỗn hợp. Chất độn thƣờng đƣợc sử

dụng bao gồm cacbon đen, titan dioxit, canxi cacbonat, và nhôm hydrat. Axit có xu

hƣớng làm chậm quá trình lƣu hóa của chất chèn khe polysunfit.

Vật liệu chèn khe polysunfit đƣợc cung cấp bao gồm cả hai hệ một thành phần

và hai thành phần. Hệ hai thành phần bao gồm một thành phần có chứa polyme, chất

độn, các chất hóa dẻo và một thành phần dạng past trong đó có dioxit chì, đóng vai trò

nhƣ tác nhân lƣu hóa và phần còn lại của chất hóa dẻo. Hai thành phần đƣợc trộn ngay

lập tức trƣớc khi thi công. Thời gian sống thƣờng là khoảng 3 giờ, nhƣng có thể đƣợc

rút ngắn xuống còn 10 phút. Vật liệu chèn khe polysunfit không lƣu hóa tốt ở nhiệt độ

thấp và do đó không nên thi công ở nhiệt độ thấp hơn 4 °C.

Bảng 1.1: So sánh tính chất của các loại chèn khe cho đường bê tông xi măng

Polyurethan 2 Polysunfit 2 Silicon 1 Nhựa đƣờng Vật liệu thành phần (Shore thành phân thành phần cao su hóa Tính chất A: 40÷60)

Độ bền kéo (psi) 60 ÷ 125 60 ÷ 150 250 ÷ 600 -

Độ giãn dài khi đứt 75 ÷ 150 ≥ 800 200 ÷ 350 600 (%)

Modun tại độ giãn 50 ÷ 150 10 ÷ 30 100 ÷ 150 5 ÷ 30 dài 100% (psi)

Độ cứng Shore A 35 ÷ 50 15 ÷ 20 40 ÷ 60 15 ÷ 20

Độ hồi phục sau khi 50 83 75 ÷ 82 80 ÷ 90 giãn dài 100%

(-30) ÷ (-65) ÷ (-40) ÷ (-30) ÷

(+ 100) (+ 200) (+ 135) (+ 65) Khoảng nhiệt độ làm việc (oC)

Tốt Rất tốt Rất tốt Không Kháng dung môi

Tốt Rất tốt Rất tốt Tốt Thuộc tính lão hóa

Khuyến khích sử

dụng với độ dịch ± 25 % ± 50 % ± 25 % ± 12,5 %

chuyển khe co giãn

Việc sản xuất vật liệu polysunfit một thành phần là khá khó khăn và đắt hơn so với

hệ hai thành phần. Quá trình lƣu hóa của hệ một thành phần đƣợc thực hiện bằng việc

hấp thu nƣớc từ không khí. Một màng nhƣ cao su cứng tạo thành ở bề mặt của các chất

chèn, điều này làm chậm tốc độ lƣu hóa cho khối lƣợng phần còn lại của chất chèn khe.

+ Tính chất:

- Mùi: Trong trạng thái chƣa lƣu hóa chất chèn khe polysunfit phát tán mùi rất khó

chịu. Vì vậy, khi thi công vật liệu này cần thiết phải có thông gió. Tuy nhiên, sau khi

lƣu hóa chất chèn khe sẽ không có mùi.

- Kháng dung môi: Một trong những điểm mạnh của vật liệu chèn khe polysunfit là khả

năng kháng dung môi. Chèn khe polysunfit bền khi ngâm trong nƣớc và cũng kháng tốt

với một số dung môi hữu cơ, dầu, và một loạt các hóa chất.

- Độc tính: Vật liệu chèn khe polysunfit đã đƣợc thử nghiệm và chứng minh là không

độc hại và không gây dị ứng.

- Độ cứng: Bằng cách thay đổi các loại và số lƣợng chất độn, độ cứng của chất chèn

khe polysunfit có thể đƣợc thay đổi từ giá trị Shore A từ 0 đến giá trị vƣợt quá 50. Các

polyme polysunfit lỏng bao gồm toàn bộ họ polyme và lƣợng liên kết ngang trong

polyme ảnh hƣởng lớn đến độ cứng của keo. Độ cứng của chất chèn khe polysunfit

cũng thay đổi theo nhiệt độ và có xu hƣớng cứng hơn ở nhiệt độ lạnh. Polysunfit chèn

cho đƣờng cao tốc thƣờng có giá trị độ cứng từ 20 đến 40 đơn vị Shore A.

- Lão hóa và thời tiết: Các chất chèn khe polysunfit tốt thể hiện khả năng kháng tốt với

lão hóa và thời tiết. Polysunfit đầu tiên cho thấy vết nứt trên bề mặt hoặc trạng thái

aligato sau khi tiếp xúc với bụi bẩn đƣờng, giao thông, và muối trên đƣờng cao tốc.

Tuy nhiên, hiện tại polysunfit đã thành công với việc tiếp xúc nhiều hơn 1000 giờ trong

máy gia tốc thời tiết. Mở rộng tiếp xúc với bức xạ tia cực tím sẽ gây ra một số vết nứt

trên bề mặt nhƣng trong polysunfit cấp cao hơn, các lỗi này không mở rộng nhiều dƣới

bề mặt. Một số nhà sản xuất báo cáo ví dụ về chất chèn khe polysunfit hoạt động tốt,

đặc biệt là ở các khe nối theo chiều dọc trong hơn 5 năm.

- Độ giãn dài tới hạn: Cũng nhƣ độ cứng, độ giãn dài tới hạn của chất chèn khe

polysunfit có thể thay đổi trong một phạm vi rộng bằng cách thay đổi các polyme, chất

độn, và các chất hóa dẻo. Mẫu thử trong phòng thí nghiệm của polysunfit đã đƣợc trộn

hợp có giá trị độ giãn dài hơn 1000 %. Tuy nhiên, các vật liệu này hầu nhƣ không có sự

phục hồi hình dạng khi biến dạng tới hạn, các vật liệu sẵn có thƣờng giới hạn độ giãn

dài khoảng 50 phần trăm hoặc thấp hơn.

- Độ dão và giảm ứng suất dƣ: Vật liệu chèn khe polysunfit khi biến dạng thêm 50 %

sẽ chảy bên trong và dẫn đến giảm ứng suất tới 1/3 trong 20 phút đầu tiên. Việc giảm

ứng suất là một hạn chế vì đi kèm với khả năng phục hồi tƣơng ứng. Giá trị phục hồi

chung của chèn khe polysunfit là khoảng (70 ÷ 80) %.

1.1.6.2 Chèn khe Silicon

Silicon đƣợc coi là chất chèn khe chất lƣợng cao [6] và có thể có giá cao hơn so

với chất chèn khe khác thƣờng đƣợc sử dụng trong ngành công nghiệp xây dựng.

Silicon đƣợc ghi nhận cho khả năng chịu đựng tốt khi tiếp xúc với một môi trƣờng thay

đổi liên tục và duy trì tính chất vật lý ban đầu trong nhiều năm.

Chất chèn khe silicon đầu tiên đƣợc giới thiệu với các ngành công nghiệp xây

dựng vào năm 1960. Các chất chèn khe silicon đầu tiên sử dụng axit axetic để lƣu hóa.

Loại axit này phản ứng với canxi của bê tông và dẫn đến khả năng bám dính chắc chắn

giữa vật liệu chèn khe và nền. Tuy nhiên, ngay từ những ngày đầu phát triển, một số

chất chèn khe silicon đã đƣợc phát triển theo hƣớng tạo sản phẩm trung tính, chẳng hạn

nhƣ rƣợu, amit, hoặc amin, mà không phản ứng với bê tông.

Trong trạng thái chƣa lƣu hóa vật liệu chèn khe silicon có ba thành phần cơ bản:

chuỗi dài polyme silicon, chất lƣu hóa và chất độn. Các polyme silicon đƣợc hình

thành bởi biến đổi cát silica. Chất độn thƣờng đƣợc sử dụng bao gồm canxi cacbonat,

đất sét và silica. Các chất chèn khe ở trạng thái chƣa lƣu hóa khá hoạt động và mềm.

Do đó, không cần thiết sử dụng dung môi và kết quả là gần nhƣ 100 phần trăm vật liệu

chèn khe lƣu hóa. Sự co ngót của vật liệu sau khi thi công là hầu nhƣ không đáng kể và

thời hạn sử dụng phần nào tốt hơn so với các vật liệu một thành phần khác.

Trong trạng thái lƣu hóa, cấu trúc polyme bao gồm silic và oxy nguyên tử sắp

xếp luân phiên. Liên kết polyme này là tƣơng tự nhƣ của thủy tinh và thạch anh. Do đó,

vật liệu chèn khe silicon là trong suốt với tia cực tím và hầu nhƣ không bị ảnh hƣởng

bởi thời tiết.

Chèn khe silicon thƣờng đƣợc cung cấp dạng một thành phần có chứa vật liệu

chèn khe silicon lỏng mà khi lƣu hóa tạo thành dạng cao su đàn hồi. Quá trình lƣu hóa,

thƣờng đƣợc gọi là lƣu hóa nhiệt độ phòng xảy ra khi tiếp xúc chất chèn khe với độ ẩm

không khí. Trong quá trình lƣu hóa, tác nhân lƣu hóa hay còn gọi là khâu mạch phản

ứng với các polyme silicon tạo thành một mạng lƣới Si-O-Si liên tục.

+ Tính chất:

- Mùi: Các sản phẩm phụ giải phóng trong thời gian lƣu hóa của chất chèn khe silicon

có thể là axit hoặc trung tính. Tính axit của sản phẩm (axit acetic) tỏa ra một mùi dấm

mạnh, trong khi sản phẩm trung tính, chẳng hạn nhƣ rƣợu, amit và amin phát ra một

mùi mốc.

- Độ cứng: Trong trạng thái lƣu hóa chất chèn khe silicon thể hiện độ cứng đặc biệt ổn

định trong phạm vi nhiệt độ rộng. Chất chèn khe sẽ duy trì tính chất nhƣ cao su trong

nhiệt độ thấp và cao hơn so với các chất chèn khe hữu cơ. Độ cứng của chèn khe

silicon hiếm khi thay đổi hơn năm điểm theo thang Shore A trong phạm vi nhiệt độ từ

-40 °C đến +80 °C ngay cả sau khi tiếp xúc trong thời gian dài. Độ cứng điển hình cho

vật liệu chèn khe silicon mô đun cao là 35. Silicon mô đun thấp sẽ có độ cứng khoảng

15 Shore A.

- Độ bền mài mòn và độ bền xé rách: Do một phần cho hồi phục cao, các vật liệu chèn

khe silicon mô đun cao đƣợc đặc trƣng bởi khả năng kháng mài mòn và xé rách thấp.

Chèn khe silicon có giá trị kháng xé rách điển hình là 40 lb/in so với giá trị 70-80 lb/in

của vật liệu chèn khe polysunfit và polymercaptan. Tuy nhiên, silicon modun thấp

kháng xé rách tƣơng tự hoặc cao hơn polysunfit và polyurethan. Silicon cũng có khả

năng kháng mài mòn thấp. Vì lý do này, vật liệu chèn khe silicon đƣợc khuyến cáo

chèn âm dƣới mặt đƣờng từ 0,6 cm đến 1,3 cm để giảm thiểu hoặc loại trừ khả năng

nứt vỡ của các mép khe đƣợc tiếp xúc.

- Lão hóa và thời tiết: Các chất chèn khe silicon thể hiện khả năng kháng thời tiết tuyệt

vời. Chúng có thể chịu đƣợc nhiều lần tối thiểu 1.000 giờ trong máy gia tốc thời tiết mà

không có bất kỳ sự thay đổi đáng kể trong tính chất vật lý. Điều này một phần là do

khả năng kháng tia cực tím tuyệt vời của vật liệu này.

- Độ giãn dài tới hạn: Silicon modun thấp thể hiện độ giãn dài tới hạn 1200 %. Chúng

đƣợc khuyến khích sử dụng, tuy nhiên, các vật liệu đƣợc thiết kế có độ giãn dài tối đa

là 50 % vì hình dạng của mẫu thử và các yếu tố lĩnh vực khác.

- Độ dão và giảm ứng suất dƣ: Một phần tính chất của vật liệu chèn khe silicon hơn hẳn

các vật liệu chèn khe khác là khả năng hồi phục cao. Silicon thƣờng thể hiện giá trị

phục hồi từ 90 đến 100 % sau khi nén. Mẫu thử nén và cố định trong một năm có thể

thể hiện giá trị hồi phục nhiều tới 98 % khi di chuyển tải. Vì lý do hồi phục cao, silicon

thực hiện tốt khi thử nghiệm nén và kéo theo chu kỳ.

1.1.6.3 Chèn khe polyurethan

Polyurethan đƣợc xem là sản phẩm chất lƣợng cao và là chất chèn khe có giá

cạnh tranh với các đặc điểm nhƣ độ hồi phục cao, khả năng làm việc tốt, và độ bám

dính tốt. Các tính chất của polyurethan nằm ở khoảng giữa polysunfit và silicon. Tuy

nhiên, một sự khác biệt lớn giữa silicon và polyurethan là silicon không thể hiện giảm

ứng suất dƣ tuyệt vời, do đó ít có khả năng chống đâm thủng và xé rách.

Một trong những vấn đề kinh nghiệm với các polyurethan đầu tiên là tính nhạy

nƣớc. Khi vật liệu chèn khe urethan đƣợc tiếp xúc với hơi ẩm trƣớc khi lƣu hóa hoàn

thành, bong bóng sẽ hình thành bên trong vật liệu, do đó gây tính không đồng đều hoặc

khoảng trống lớn trong mặt cắt ngang. Thế hệ polyurethan mới hơn đã tránh những lỗi

này. Tuy nhiên, vấn đề này vẫn còn ảnh hƣởng xấu đến tính chất của vật liệu chèn khe.

Chèn khe polyurethan có thể đƣợc hình thành theo nhiều cách khác nhau. Thành

phần hữu cơ khác nhau có thể đƣợc sử dụng để chuẩn bị theo polyme urethan cơ bản.

Các polyurethan cũng có thể đƣợc chuẩn bị nhƣ một sự kết hợp của các chất chèn khe

nhƣ acrylic polyurethan hoặc polyurethan epoxy. Một cách thứ ba đòi hỏi phải trộn hợp

và biến đổi urethan với chất độn và chất hóa dẻo, nhƣ đƣợc thực hiện với các vật liệu

đàn hồi khác. Với khả năng của ba phƣơng pháp trộn hợp, urethan cung cấp tính chất

của vật liệu chèn khe trong phạm vi rộng nhất có thể.

Sự hình thành chất chèn khe polyurethan là kết quả từ sự kết hợp của thành

phần isocyanat và hydroxyl. Các thành phần này thƣờng là chất lỏng nhớt nên trộn hợp

tƣơng đối dễ dàng. Tuy nhiên, quá trình trộn hợp là rất quan trọng vì không có khuếch

tán lƣu hóa trong urethan nên các thành phần phải đƣợc trộn đều và đồng nhất.

+ Tính chất:

- Mùi: Chèn khe polyurethan chƣa đƣợc biết là gây ra bất kỳ vấn đề mùi đáng kể nào.

- Kháng dung môi: Polyurethan kháng dầu rất tốt. Tuy nhiên, cũng chỉ bằng với khả

năng kháng nƣớc. Vì lý do này, urethan, đặc biệt là hệ một thành phần phải đƣợc thi

công trên nền khô.

- Độc tính: Chèn khe polyurethan không có tính độc, không gây dị ứng.

- Độ cứng: Chèn khe polyurethan có thể đƣợc hình thành với độ cứng cần thiết cho khe

đƣờng chịu lực. Sự thay đổi của độ cứng theo nhiệt độ của chèn khe polyurethan là

giữa silicon và polysunfit.

- Độ bền mài mòn và bền xé rách: Do đặc tính độ cứng của vật liệu, chất chèn khe

polyurethane có độ chống mài mòn rất tốt. Khả năng kháng xé rách ở tầm trung bình

trong các vật liệu chèn khe.

- Lão hóa và thời tiết: Loại urethane tốt hơn thƣờng đƣợc coi là chất chèn khe chịu thời

tiết tốt. Chèn khe polyurethan có thể chịu hơn 1000 giờ trong máy gia tốc thời tiết.

- Độ giãn dài tới hạn: Độ giãn dài tới hạn của chất chèn khe urethan có thể thay đổi

trong một phạm vi rộng hơn so với bất kỳ các loại chèn khe khác. Chèn khe

polyurethan đã đƣợc chứng minh có thể giãn dài tới 400 phần trăm cùng với các khối

bê tông xi măng trƣớc khi bám dính bị phá hủy.

- Độ dão và giảm ứng suất dƣ: Chèn khe polyurethan rất ít bị dão hoặc chảy và giá trị

hồi phục cao tới 70-90 %, mặc dù không cao nhƣ của silicon. Tuy nhiên, khi sự hồi

phục gần nhƣ tỷ lệ nghịch với độ bền xé, cƣờng độ xé rách của urethan là tốt hơn so

với các silicon mô đun cao hoặc mô đun thấp nhƣng không tốt bằng polysunfit.

Urethan có thể chịu đƣợc biến dạng theo chu kỳ lên đến 50 phần trăm trong thời gian

dài mà không phá hủy.

1.1.6.4 Chèn khe nhựa đường cao su hóa

Vật liệu chèn khe bitum thi công nóng đƣợc sử dụng thƣờng xuyên để chèn khe

hơn bất kỳ vật liệu nào khác. Ban đầu nhựa đƣờng đƣợc dùng trực tiếp để chèn khe, tuy

nhiên chúng không bền. Cao su tái chế từ lốp đã đƣợc thêm vào và trở thành nhựa

đƣờng cao su hóa. Ngày nay, nhựa đƣờng cao su hóa chất lƣợng trung bình và thấp vẫn

đang đƣợc làm từ cao su, nhựa đƣờng, chất hóa dẻo và chất độn. Tuy nhiên, nhựa

đƣờng cao su hóa chất lƣợng cao làm bằng cao su tổng hợp nguyên chất, chẳng hạn

nhƣ neopren.

Nhựa đƣờng cao su hoá là chất chèn khe rót nóng và yêu cầu kiểm soát chặt chẽ

quá trình thi công. Ví dụ, nếu nhựa đƣờng cao su hóa đƣợc đun nóng đến 200°C sau đó

nó nên đƣợc giữ ở nhiệt độ đó trong khi thi công. Khi tăng tới nhiệt độ 230°C sẽ làm

cho vật liệu không sử dụng đƣợc. Ngoài ra, nhựa đƣờng cao su hóa có thể không đƣợc

làm lạnh sau khi sử dụng và sau đó vẫn đƣợc gia nhiệt rất lâu.

+ Tính chất:

- Mùi: Trong trạng thái chƣa gia nhiệt, nhựa đƣờng cao su hóa không có mùi. Khi đun

nóng phát tán mùi giống nhƣ bất kỳ hợp chất bitum khác.

- Độc tính: Nhựa đƣờng cao su hóa là vật liệu không độc hại.

- Độ cứng: Tại 25 °C, hầu hết nhựa đƣờng cao su hóa có giá trị Shore A có thể so sánh

với các vật liệu chèn khe co giãn khác đƣợc sử dụng trên đƣờng cao tốc. Tuy nhiên, vật

liệu này trở nên cứng hơn ở nhiệt độ thấp và rất mềm ở nhiệt độ gần 65 °C.

- Độ hồi phục: Ở nhiệt độ phòng, nhựa đƣờng cao su hóa có khả năng hồi phục từ 80

đến 90 %. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao hơn, vật liệu có xu hƣớng chảy và không hồi phục

cũng nhƣ hầu hết các vật liệu chèn khe khác.

1.2 Silicon

1.2.1 Lịch sử phát triển

Tên gọi "silicon" đã đƣợc đƣa ra vào năm 1901 bởi Kipping để mô tả các hợp

chất mới của công thức R2SiO. Hợp chất này nhanh chóng đƣợc xác định là polyme và

thực tế tƣơng ứng với các polydialkylsiloxan [2], với công thức:

Tên silicon đã đƣợc áp dụng bởi ngành công nghiệp và thƣờng dùng để chỉ

chiều dài polyme vị trí R = ME hay polydimetylsiloxan (PDMS):

Các nhóm methyl dọc theo chuỗi có thể đƣợc thay thế bởi nhiều nhóm khác (ví

dụ phenyl, vinyl hoặc trifluoropropyl). Sự có mặt đồng thời của các nhóm "hữu cơ"

gắn liền với một xƣơng sống "vô cơ" đã tạo cho silicon có một sự kết hợp của tính chất

độc đáo và cho phép sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau nhƣ hàng không vũ trụ

(hiệu suất nhiệt độ thấp và cao), điện tử (cách điện), chăm sóc sức khỏe (tính tƣơng

hợp sinh học tốt) hoặc trong các ngành công nghiệp xây dựng (bền thời tiết).

Silic đƣợc phát hiện bởi Berzelius vào năm 1824 từ phản ứng giữa kali

fluorosilicat với kali:

Phản ứng silic với clo tạo thành hợp chất dễ bay hơi sau đó đã đƣợc xác định là

tetraclosilan (SiCl4)

Bƣớc tiếp theo đƣợc thực hiện bởi Friedel và Craft với sự tổng hợp các hợp chất

hữu cơ silic đầu tiên vào năm 1863, tetrametylsilan

Năm 1871, Ladenburg quan sát thấy rằng, khi có mặt axit loãng, các

dimetyldiethoxysilan, (C2H5)2 Si (OC2H5) 2 tạo thành loại dầu mà chỉ bị phân hủy ở

"nhiệt độ rất cao."

Kipping đặt nền móng của hóa học organosilicon với việc chế tạo các silan khác

nhau bằng các phƣơng pháp của phản ứng Grignard và thủy phân closilan để tạo ra

"các phân tử lớn." Bản chất polyme của silicon đã đƣợc xác nhận bởi các nghiên cứu

của Stock.

Trong những năm 1940, silicon đã trở thành vật liệu thƣơng mại sau khi Hyde

của Dow Corning đã chứng minh sự ổn định nhiệt và điện trở cao của nhựa silicon, và

Rochow của General Electric phát minh ra một phƣơng pháp trực tiếp để chế tạo

silicon từ Si và MeCl.

1.2.2 Phƣơng pháp chế tạo silicon

1.2.2.1 Polyme silicon

Polyme silicon thu đƣợc bằng sự tổng hợp qua ba bƣớc:

• Tổng hợp closilan

• Thủy phân closilan

• Polyme hóa và ngƣng tụ

+ Tổng hợp closilan: Ngày nay, silicon đang đƣợc thƣơng mại hóa (± 850.000 tấn/năm)

từ closilan tạo thành trực tiếp sau quá trình Rochow và sử dụng silic kim loại thu đƣợc

từ phản ứng của cát với C ở nhiệt độ cao.

và metyl clorua thu đƣợc bằng cách ngƣng tụ của methanol với axit clohiđric:

Phản ứng tạo closilan diễn ra trong một tầng sôi khi bột kim loại silic chảy một dòng

methylchorua ở nhiệt độ 250-350 °C và áp suất 1- 5 bar. Một hỗn hợp các Silan khác

nhau thu đƣợc bao gồm chủ yếu là các dimetyldiclosilan, Me2SiCl2

Phản ứng này tỏa nhiệt và sử dụng xúc tác đồng có hiệu suất từ 85 đến 90%. Cơ chế

phản ứng không thể nắm rõ hoàn toàn. Hiện tƣợng hấp phụ hoạt động trên bề mặt

dƣờng nhƣ ƣa thích với cơ chế gốc tự do. Các silan khác nhau đƣợc tách bằng cách

chƣng cất: do nhiệt độ sôi gần nhau nên cột chƣng cất cao luôn nhìn thấy ở các nhà

máy silicon. Các dimetyldiclosilan đƣợc tách ra và trở thành monome cho phản ứng

bằng cách thủy phân polydimetylsiloxan. Etyl và phenyl closilan cũng có thể thu đƣợc

thông qua các phản ứng tƣơng tự nhƣ quá trình trực tiếp mô tả ở trên. Phenyl closilan

cũng có thể đƣợc điều chế thông qua phản ứng Grignard:

Closilan khác đƣợc chế tạo từ một silane hiện có, ví dụ, methylvinyl diclosilan thu

đƣợc bằng việc bổ sung các metyl diclosilan trên axetylen sử dụng phức Pt nhƣ chất

xúc tác:

Cũng có thể thay thế nhóm clo bằng các hợp chất rƣợu:

Bằng cách này, Các silan khác nhau với các chức năng khác nhau có thể đƣợc

tạo thành (ví dụ, alkoxy và vinyl). Điều này cho phép các phản ứng liên kết sẽ diễn ra

giữa các bề mặt vô cơ và polyme trong sản xuất compozit.

+ Thủy phân Closilan: Polydimetylsiloxan thu đƣợc bằng cách thủy phân

dimetyldiclosilan khi có mặt của nƣớc tuân theo:

Phản ứng này không đồng nhất và tỏa nhiệt sẽ tạo một disilanol "Me2Si(OH)2" dễ

ngƣng tụ, với HCl đóng vai trò nhƣ một chất xúc tác, để tạo ra một hỗn hợp của

oligome thẳng hoặc mạch vòng bằng cách ngƣng tụ nội phân tử. Hỗn hợp này tách ra

khỏi pha dung dịch axit, tỷ lệ giữa hai oligome tùy thuộc vào các điều kiện thủy phân

(nồng độ, pH, dung môi).

+ Polyme hóa và ngƣng tụ: Các oligome mạch thẳng và vòng thu đƣợc từ quá trình

thủy phân của dimetyldiclosilan là một chuỗi quá ngắn đối với hầu hết các ứng dụng.

Chúng phải đƣợc ngƣng tụ (mạch thẳng) hoặc polyme hóa (mạch vòng) để tạo ra các

đại phân tử có đủ chiều dài.

- Vòng (R2SiO)m, có thể đƣợc mở và polyme hóa để tạo thành chuỗi mạch thẳng, phản

ứng đƣợc xúc tác bởi nhiều hợp chất axit hoặc bazơ và tạo ở trạng thái cân bằng một

hỗn hợp của oligome vòng cộng với phân bố của các polyme. Tỷ lệ vòng phụ thuộc

vào các nhóm thế dọc theo chuỗi, nhiệt độ và sự có mặt của dung môi. Chiều dài chuỗi

polyme phụ thuộc vào sự có mặt của các chất có khả năng cho chuỗi kết thúc.

Loại bỏ chất xúc tác (hoặc trung hòa) luôn là một bƣớc quan trọng trong việc

tạo silicon. Hầu hết các chất xúc tác sử dụng để tạo ra silicon cũng có thể xúc tác

depolyme hóa (tấn công dọc theo chuỗi), đặc biệt là sự có mặt của một ít nƣớc ở nhiệt

độ cao.

Để có lợi càng nhiều càng tốt từ sự ổn định nhiệt của silicon, do đó điều cần

thiết là loại bỏ tất cả các dấu tích còn lại của chất xúc tác. Chất xúc tác không ổn định

đã đƣợc phát triển, phân hủy hoặc đƣợc làm cho bay hơi ở trên nhiệt độ polyme hóa tối

ƣu.

- Mạch thẳng có thể đƣợc ngƣng tụ, phản ứng đƣợc xúc tác bởi nhiều axit hoặc bazơ để

tạo cho chuỗi dài bằng cách ngƣng tụ giữa các phân tử của SiOH đầu cuối. Một số chất

xúc tác có thể gây ra sự phân phối lại bằng cách tấn công các chuỗi polyme với sự hình

thành của các mạch vòng. Điều này rất quan trọng khi ngƣng tụ một hỗn hợp của

oligome mạch thẳng nhƣ dimetyl và metylphenyl-polysiloxan. Polyme mạch nhánh

hoặc nhựa có thể đƣợc tạo ra trong quá trình thủy phân. Điều này có thể đƣợc mô tả khi

xem xét quá trình thủy phân của metyltriclosilan khi có mặt của trimetylclosilan:

1.2.2.2 Cao su silicon

Polyme silicon có thể dễ dàng chuyển đổi thành mạng lƣới không gian ba chiều

và đàn hồi thông qua phản ứng tạo liên kết ngang cho phép hình thành các liên kết hóa

học giữa các chuỗi liền kề. Điều này đạt đƣợc theo một trong các phản ứng sau.

+ Liên kết ngang với các gốc tự do: Liên kết ngang bền với các gốc chỉ đạt đƣợc khi

một số nhóm vinyl có mặt trên các chuỗi polyme. Các cơ chế đƣa ra sau đây để tạo liên

kết ngang đƣợc tạo bởi các gốc phát sinh từ một peroxit hữu cơ:

= đại diện cho hai nhóm methyl và phần còn lại của chuỗi polyme.

Phản ứng này đƣợc sử dụng cho cao su silicon có tính đồng nhất cao (HCRs) sử

dụng trong đúc đùn hoặc đúc phun và tạo đƣợc liên kết ngang ở nhiệt độ cao. Các

peroxit đƣợc thêm trƣớc khi sử dụng. Trong thời gian lƣu hóa, một số biện pháp đề

phòng là cần thiết để tránh sự hình thành của các lỗ rỗng do lƣợng dƣ của các peroxit

dễ bay hơi.

+ Liên kết ngang bằng cách ngƣng tụ: Những sản phẩm đã sẵn sàng để sử dụng và

không cần pha trộn. Liên kết ngang bắt đầu hình thành khi sản phẩm đùn ra từ các ống

và tiếp xúc với độ ẩm. Chúng hình thành từ một loại polyme đƣợc tạo thành từ phản

ứng polydimetylsiloxan và lƣợng dƣ metyltriacetoxysilan.

Do một lƣợng dƣ lớn silan đƣợc sử dụng nên xác suất của hai chuỗi khác nhau

phản ứng với cùng phân tử silan là rất nhỏ và tất cả các chuỗi đƣợc khóa với hai chức

(- OAc). Các sản phẩm tạo ra ở trạng thái lỏng và đƣợc lƣu trong hộp kín. Khi mở và

tiếp xúc với độ ẩm của không khí, các nhóm acetoxy đƣợc thủy phân để tạo ra các

silanol có thể cho phép ngƣng tụ tiếp tục xảy ra.

Bằng cách này, hai chuỗi đã đƣợc liên kết với nhau, và phản ứng tiếp tục từ các nhóm

acetoxy còn lại. Thƣờng sử dụng chất xúc tác cơ kim thiếc. Liên kết ngang này yêu cầu

độ ẩm khuếch tán trong các sản phẩm và lƣu hóa tiến hành từ bề mặt bên ngoài hƣớng

vào bên trong. Những vật liệu chèn khe này đƣợc gọi là vật liệu chèn khe một thành

phần RTV (lƣu hóa ở nhiệt độ phòng) [3,4] nhƣng thực ra cần phải có độ ẩm là một

thành phần thứ hai. Sản phẩm phụ của phản ứng là axit axetic và có thể xảy ra ăn mòn

trên các nền nhƣ bê tông, với sự hình thành của một muối tan trong nƣớc tại mặt phân

cách (mất độ bám dính khi tiếp xúc nƣớc mƣa). Để khắc phục điều này, các hệ sản

phẩm khác đã đƣợc phát triển. Chúng bao gồm các chất chèn khe một thành phần, phát

tán các sản phẩm phụ ít ăn mòn hoặc không ăn mòn; ví dụ, oxime sử dụng oximosilan

RSi(ON=CR'2)3 hoặc rƣợu sử dụng alkoxysilan RSi(OR’)3 thay cho acetoxysilan ở

trên.

Lƣu hóa ngƣng tụ cũng đƣợc sử dụng trong các hệ hai phần và liên kết ngang

bắt đầu hình thành khi trộn hai thành phần; Ví dụ, polyme hydroxy và alkoxysilan nhƣ

tetra n-propoxysilan:

Phản ứng này không cần thiết có độ ẩm không khí và thƣờng sử dụng muối hữu

cơ làm chất xúc tác nhƣng vật liệu đàn hồi có sự hạn chế độ ổn định ở nhiệt độ cao.

Sản phẩm phụ của quá trình lƣu hóa là rƣợu nên dẫn đến sự co ngót một phần nhỏ.

Điều này ngăn cản việc chế tạo chính xác vật liệu (co ngót từ 0,5% ÷ 1%).

+ Liên kết ngang bằng phản ứng cộng: Vấn đề co ngót ở trên có thể đƣợc loại bỏ khi sử

dụng phản ứng cộng để tạo ra liên kết ngang. Ở đây, liên kết ngang đƣợc hình thành

bằng polyme vinyl và phản ứng chúng với nhóm SiH trên một oligome. Một vài

polyme có thể đƣợc liên kết với oligome này:

= đại diện cho các liên kết còn lại của Si.

Quá trình cộng hợp chủ yếu xảy ra trên các carbon đầu cuối và đƣợc xúc tác bởi

phức kim loại Pt hoặc Rh, tốt nhất là sử dụng hợp chất cơ kim để tăng cƣờng khả năng

tƣơng thích. Cơ chế sau đây đã đƣợc đƣa ra (Cộng oxy hóa = SIH trên Pt, chuyển H

vào các liên kết đôi và loại bỏ các chất khử của sản phẩm):

Phản ứng này không có sản phẩm phụ, và khuôn đúc để tạo sản phẩm từ cơ chế

Lƣu hóa này là rất chính xác (không co ngót). Tuy nhiên, hệ sản phẩm này gồm hai

phần (tức là polyme và xúc tác Pt trong một thành phần, oligome SiH trong thành phần

khác) đòi hỏi một số lƣu ý. Các phức Pt có thể dễ dàng liên kết với electron cho tặng

của các hợp chất amin hoặc organosunphua để tạo thành phức ổn định với các chất độc,

làm cho chất xúc tác không hoạt động (ức chế).

1.2.3 Các loại silicon nhóm chức và cơ chế lƣu hóa

Một số silicon nhóm chức và loại phản ứng lƣu hóa:

Hình 1.3: Các loại polyme silicon và phản ứng lưu hóa

1.2.3.1 Polyme nhóm chức vinyl

Cơ chế phản ứng của silicon chức vinyl phản ứng theo hai cơ chế chính. Ngắt

mạch silicon vinyl bằng phản ứng cộng, sử dụng xúc tác plantin:

Copolyme vinylmethylsiloxan với dung dịch vinylsiloxan đóng rắn bằng

peroxit. Cơ chế phản ứng gốc tự do liên kết nhóm vinyl và nhóm methyl.

Hệ xúc tác plantin có tác dụng cải thiện tính dẻo thƣờng đƣợc sử dụng trong

công thức silicon đàn hồi. Đặc điểm cơ bản của hệ xúc tác này là không có sản phẩm

phụ đƣợc tạo thành, cho phép chế tạo các bộ phận của khuôn với độ ổn định kích thƣớc cao. Hệ xúc tác này có thể lƣu hóa ở nhiệt độ dƣới 50oC, lƣu hóa ở nhiệt độ phòng (RTV), lƣu hóa ở nhiệt độ 50o-130o, lƣu hóa ở nhiệt độ thấp, lƣu hóa ở nhiệt độ trên 130o, và lƣu hóa ở nhiệt độ cao. Polydimethyl siloxan ngắt mạch vinyl có độ nhớt 200

cSt thƣờng có dƣới 1% chất bay hơi và hình thành các polyme nền cho những hệ này.

Thông thƣờng các polyme nền có độ nhớt từ 1000 đến 60.000 cSt, tác nhân khâu mạch

thƣờng là copolyme methylhydrosiloxan – dimethylsiloxan. Chất xúc tác hệ thƣờng là

phức chất của Platin trong rƣợu, xylen, divinylsiloxan hoặc vinylsiloxan vòng. Hệ này

thƣờng ở dạng 2 thành phần.

1.2.3.2 Polyme hydrit

Nhóm siloxan hydrit chủ yếu tham gia 3 loại phản ứng: hydrosilicon hóa,

dehydro hóa và chuyển hydrit.

Hydrosilicon hóa

Phản ứng hydrosilicon hóa nhóm chức Vinyl siloxan với nhóm chức hydrit

siloxan là loại phản ứng cơ sở cho đóng rắn silicon 2 thành phần ở nhiệt độ phòng và

nhiệt độ thấp. Vật liệu sử dụng rộng rãi nhất là copolyme methylhydro siloxan –

Dimethyl siloxan có khả năng điều khiển phản ứng dễ dàng hơn homopolyme và tạo

polymer dai hơn với mật độ tạo cầu nối thấp. Xúc tác tốt nhất cho loại phản ứng này là

phức bạch kim nhƣ: Platinum–divinyltetramethyldisiloxan, Platinum - Cyclomethyl

siloxan. Theo lý thuyết, phản ứng giữa nhóm chức hydrit siloxan và nhóm chức vinyl

siloxan theo tỷ lệ 1:1. Khi sử dụng bột độn, tỷ lệ hydrit và vinyl cao hơn nhiều, thông

thƣờng từ 1,3:1 đến 4,5:1. Tỷ lệ lƣu hóa tối ƣu đƣợc xác định bằng cách đo độ cứng

của cao su đóng rắn ở các tỷ lệ khác nhau. Phenyl thay thế hydrosiloxan đƣợc sử dụng

để tạo cầu nối liên kết phenylsiloxan bởi vì khả năng hòa tan tốt hơn của chúng.

Dehydro hóa

Nhóm hydroxyl phản ứng với nhóm hydrit siloxan với sự có mặt của xúc tác

bis(2-ethyl-hexanoat) thiếc, dibutyldilauryl thiếc, kẽm octoat, sắt octoat hoặc các xúc

tác muối kim loại khác. Phản ứng với nhóm hydroxylic bề mặt đƣợc áp dụng rộng rãi

để tạo màng cản nƣớc cho thủy tinh, da, giấy, bề mặt vải và bột. Màng thƣờng đóng rắn ở nhiệt độ 110-150oC. Polymethyl hydrosiloxan là polyme thông dụng nhất sử dụng

cho các áp dụng này. Tuy nhiên polyethyl hydrosiloxan có tính tƣơng thích với hợp

chất hữu cơ hơn nhiều.

Polydimethyl siloxan ngắt mạch bằng silanol phản ứng với nhóm hydrit siloxan

tạo thành vật liệu xốp silicon.

Chuyển hydrit

Polymethylhydrosiloxan là tác nhân chuyển hydrit giá thành thấp. Nó có đƣơng

lƣợng khối lƣợng hydrit là 60. Xúc tác phản ứng là Pd hoặc dibutyl thiếc oxit.

1.2.3.3 Polyme nhóm chức silanol

Polyme ngắt mạch bằng silanol sẽ làm cho polydimethylsiloxan dễ bị ngƣng tụ

trong môi trƣờng axit và bazơ. Chúng là sản phẩm trung gian của hầu hết silicon lƣu

hóa ở nhiệt độ phòng (RTV). Những silanol lỏng có khối lƣợng phân tử thấp đƣợc sản

xuất bằng cách điều khiển sự thủy phân của clorosilan. Những silanol lỏng có khối

lƣợng phân tử cao hơn có thể đƣợc tạo ra bằng cách trung ngƣng cân bằng theo chu kỳ

với nƣớc dƣới áp suất hoặc sử dụng phƣơng pháp trùng hợp với tác nhân nhƣ nhóm

methoxy.

Lƣu hóa ngƣng tụ: những hệ silicon lƣu hóa ở nhiệt độ phòng (RTV) một thành

phần và hai thành phần từ polyme ngắt mạch bằng silanol với khối lƣợng phân tử từ

15,000 tới 150,000. Hệ một thành phần đƣợc sử dụng rộng rãi hơn cả. Hệ này đƣợc

khâu mạch bằng silan đa chức nhạy ẩm với hai giai đoạn phản ứng. Ở giai đoạn đầu,

sau khi trộn hợp với bột độn, silanol đƣợc phản ứng với một lƣợng dƣ silan đa chức

năng nhƣ nhóm chức acetoxy.

Silicon bây giờ có hai nhóm chức ở mỗi đầu mạch rất dễ thủy phân. Silicon đƣợc

lƣu kho ở trạng thái này và tránh tiếp xúc với ẩm trƣớc khi đƣợc sử dụng. Ở giai đoạn

thứ hai khi nhóm chức cuối mạch tiếp xúc với ẩm, quá trình khâu mạch nhanh chóng

đƣợc diễn ra. Những hệ silicon đóng rắn ẩm thông dụng hiện nay nhƣ:

Phản ứng khâu mạch của hệ alkoxy đƣợc xúc tác bởi muối titan, thông thƣờng

có sự kết hợp với những hợp chất của thiếc và các muối hữu cơ kim loại khác. Hệ một

thành phần acetoxy sử dụng duy nhất xúc tác thiếc. Hàm lƣợng thiếc trong hệ một

thành phần RTV tối thiểu 50 ppm với tỷ lệ ~2500:1 cho Si-OR với Sn, công thức thông

thƣờng có thể lên tới 10 lần giá trị tối thiểu. Những hệ khâu mạch khác bao gồm

benzamid đƣợc trộn với alkoxyamino. Những hợp chất hữu cơ không có khả năng thủy

phân thƣờng ảnh hƣởng đến tốc độ lƣu hóa.

Hệ silanol lƣu hóa ngƣng tụ hai thành phần dùng ethylsilicat (polydiethoxy siloxan)

làm chất khâu mạch và dialkyl tin cacboxylat làm chất tăng tốc. Hàm lƣợng thiếc xúc

tác trong hệ này tối thiểu 500 ppm, tuy nhiên thực tế có thể lên tới 10 lần tối thiểu. Hệ

hai thành phần thƣờng rẻ, thiết bị yêu cầu không phức tạp và không cần chất ức chế.

1.2.4 Cơ chế tƣơng tác giữa silicon và bề mặt nền xi măng bê tông

Các silicon khi lƣu hóa có khả năng tạo thành một liên kết bền vững giữa vật

liệu hữu cơ và vô cơ.

Hình 1. 4: Cơ chế bám dính giữa silicon lưu hóa và bề mặt nền

Khi polyme silicon đang tiến hành khâu mạch bằng các hợp chất alkoxy

(etylsilicat) sẽ tạo thành vật liệu có mạng không gian còn chứa các nhóm alkoxy tự do

(-OCH3). Các nhóm này sẽ tham gia liên kết với bề mặt nền có chứa các liên kết Si –

OH hoạt động của bề mặt bê tông xi măng. Sự tƣơng tác giữa hai nhóm diễn ra và loại

trừ CH3OH để tạo thành liên kết giữa silicon đang lƣu hóa và bề mặt nền làm cho vật

liệu có thể bám dính tốt vào bề mặt nền.

1.2.5 Tính chất của cao su silicon

Cao su silicon có cả những tính chất của một vật liệu vô cơ lẫn vật liệu hữu cơ,

bên cạnh đó còn có những tính chất hết sức khác biệt mà không loại cao su hữu cơ nào

có đƣợc. Cao su silicon có độ ổn định hóa học và tính chịu lửa cao, khả năng chịu nhiệt

độ cao và nhiệt độ thấp rất tốt. Do vậy, chúng đƣợc dùng rất nhiều trong các lĩnh vực

công nghiệp để cải thiện tính chất và chức năng của các sản phẩm bao gồm các thiết bị

điện – điện tử, các thiết bị tự động trong văn phòng, xe hơi, các sản phẩm thực phẩm,

các vật dụng gia đình và nhiều sản phẩm khác.

1.2.5.1 Tính chất chung

Liên kết siloxan – Si – O – Si – tạo nên mạch chính của cao su silicon có độ ổn

định cao với năng lƣợng liên kết vào khoảng 433 kJ/mol, cao hơn năng lƣợng liên kết

vào khoảng 355 kJ/mol của liên kết cacbon – C – C - . Do đó so sánh với các hợp chất

polyme hữu cơ nói chung, cao su silicon có khả năng chịu nhiệt và ổn định hóa học cao

hơn, khả năng chống cháy tốt hơn, khả năng chống chịu thời tiết cũng nhƣ bức xạ tốt

hơn và các tính chất điện vƣợt trội hơn.

Bên cạnh đó, lực liên kết giữa các phân tử cao su silicon khá thấp, các phân tử

có xu hƣớng hình thành những cấu trúc xoắn cuộn, do vậy cao su silicon có tính co

giãn cao, khả năng chịu nén tốt và khả năng chống chịu tốt với nhiệt độ thấp. Ngoài ra

các nhóm metyl nằm bên ngoài cấu trúc xoắn cuộn có khả năng quay tự do tạo cho cao

su silicon tính kỵ nƣớc và khả năng chống bám dính tốt.

1.2.5.2 Khả năng chịu nhiệt

Cao su silicon có khả năng chịu nhiệt độ cao tốt hơn nhiều so với loại cao su

hữu cơ. Cao su silicon có thể đƣợc sử dụng trong thời gian rất dài ở điều kiện nhiệt độ lên tới 150 oC mà gần nhƣ không bị suy giảm tính chất. Một số sản phẩm cao su silicon có thể chịu đƣợc nhiệt độ trên 350 oC trong những khoảng thời gian ngắn. Bên cạnh đó,

cao su silicon còn có khả năng chống chịu tuyệt vời đối với nhiệt độ thấp, một tính chất

mà các loại cao su hữu cơ không có đƣợc. Điểm hóa giòn của các cao su hữu cơ thông

thƣờng là khoảng -20oC đến -30oC, trong khi đó các cao su silicon có điểm hóa giòn có thể thấp tới -60oC đến -70oC. Tại vùng nhiệt độ mà cao su hữu cơ đã trở nên giòn thì

cao su silicon vẫn duy trì đƣợc tính mềm dẻo. Một vài sản phẩm cao su silicon đặc biệt có thể chịu nhiệt độ xuống tới – 100oC và thấp hơn nữa. Về cơ bản, cao su silicon trở

nên cứng hơn khi gia nhiệt trong không khí, cùng với đó là sự suy giảm khả năng dãn

dài, tuy nhiên nếu đƣợc gia nhiệt trong môi trƣờng kín khí thì cao su silicon lại trở nên

mềm đi, làm giảm tuổi thọ sử dụng của vật liệu. Cả hai vấn đề này đều do sự phá hủy

cấu trúc polyme dƣới tác dụng của nhiệt độ cao gây ra.

1.2.5.3 Khả năng chịu thời tiết

Cao su silicon có khả năng chịu thời tiết tuyệt vời. Khí ozon sinh ra bởi hồ

quang điện nhanh chóng làm suy giảm nghiêm trọng tính chất của hầu hết các loại cao

su hữu cơ trong khi hầu nhƣ không gây ra bất cứ ảnh hƣởng đáng kể nào lên cao su

silicon. Ngoài ra, cao su silicon có thể tiếp xúc với các điều kiện thời tiết nhƣ gió, mƣa

và tia UV trong một khoảng thời gian dài mà gần nhƣ không bị suy giảm các tính chất

cơ lý.

1.2.5.4 Khả năng chống chịu nước và hơi nước

Cao su silicon có thể ngâm trong nƣớc (nƣớc lạnh, nƣớc ấm hay nƣớc sôi) trong

một thời gian dài với độ hấp thụ nƣớc khoảng 1%, các tính chất cơ lý và tính chất điện

của vật liệu hầu nhƣ không bị ảnh hƣởng. Thông thƣờng, dƣới áp suất khí quyển, hơi

nƣớc hầu nhƣ không gây suy giảm tính chất của cao su silicon, tuy nhiên ảnh hƣởng

của hơi nƣớc lên tính chất của cao su silicon lại tăng theo áp suất. Hơi nƣớc ở áp suất cao và nhiệt độ cao (trên 150oC) có thể gây phá vỡ mạch polyme siloxan và làm suy

giảm tính chất của cao su silicon.

1.2.5.5 Khả năng chịu dầu, dung môi và các hóa chất khác

Cao su silicon có khả năng chịu dầu vƣợt trội ở điều kiện nhiệt độ cao. Trong số

các loại cao su hữu cơ, cao su nitril và cao su clopren có khả năng chịu dầu tốt hơn cao su silicon trong khoảng nhiệt độ dƣới 100oC, nhƣng ở khoảng nhiệt độ cao hơn 100oC

khả năng chịu dầu của cao su silicon cao hơn rất nhiều so với hai loại cao su đó. Cao su

silicon có khả năng chống chịu tuyệt vời đối với dung môi và các hóa chất khác, gần

nhƣ không chịu ảnh hƣởng bởi các hợp chất hữu cơ có cực nhƣ alinin hay ancol cũng

nhƣ các dung dịch axit, bazo nồng độ thấp 10 – 15%. Tuy nhiên, silicon bị trƣơng nở

trong các hợp chất hữu cơ không cực nhƣ benzen, toluen và dầu hỏa, không giống nhƣ

cao su hữu cơ, cao su silicon không bị phân hủy hoặc hòa tan và có thể quay trở lại

trạng thái ban đầu khi dung môi đƣợc tách ra. Bên cạnh đó, cao su silicon cũng bị ảnh

hƣởng bởi các dung dịch axit và bazo mạnh, gây ra sự mềm hóa và giảm độ bền của vật

liệu, do vậy không nên sử dụng cao su silicon trong các môi trƣờng có tính axit hay

bazo mạnh.

1.2.5.6 Tính chất điện

Cao su silicon có tính cách điện tuyệt vời, tính chất này ổn định trong khoảng

nhiệt dộ và tần số rộng, hầu nhƣ không bị suy giảm ngay cả khi vật liệu bị ngâm trong

nƣớc. Ngoài ra, cao su silicon còn có khả năng chống dòng điện phóng và dòng hồ

quang điện ngay cả ở nhiệt độ cao. Vì vậy, cao su silicon đƣợc dùng rất nhiều nhƣ là

một bộ phận cách điện trong các ứng dụng sử dụng điện áp cao. Tuy vậy, khi đƣợc bổ

sung chất độn than đen, cao su silicon lại có khả năng dẫn điện tốt, loại vật liệu này

đƣợc ứng dụng trong các bộ phận của máy sƣởi, tấm lót chạm trong bàn phím máy vi

tính hay bộ phận chống tĩnh điện trong nhiều loại máy móc.

1.2.5.7 Khả năng chống cháy

Nếu để cao su silicon gần lửa, nó sẽ không dễ dàng bắt cháy, nhƣng sẽ bốc cháy

nếu đƣợc tiếp tục đốt nóng. Ngƣời ta có thể tăng khả năng chống bắt cháy hoặc tự dập

tắt ngọn lửa của cao su silicon bằng cách cho thêm một lƣợng nhỏ chất chống cháy vào

hỗn hợp cao su nguyên liệu. Cao su silicon hầu nhƣ không sinh ra khói đen, khí độc

trong suốt quá trình cháy bởi chúng không chứa các hợp chất halogen hữu cơ điển hình

mà ta dễ dàng bắt gặp trong các loại cao su hữu cơ.

1.2.5.8 Khả năng dẫn nhiệt

Hệ số dẫn nhiệt của cao su silicon có giá trị khoảng 0,2 W/mΩ.K, giá trị này cao

hơn so với các loại cao su hữu cơ nói chung. Một vài loại cao su silicon có tỷ lệ các

chất độn vô cơ đặc biệt cao có thể có hệ số dẫn nhiệt lên tới khoảng 1,3 W/mΩ.K,

những loại vật liệu này đƣợc sử dụng trong các tấm tiếp xúc nhiệt và ống gia nhiệt.

1.2.5.9 Độ bền kéo và độ bền xé

Độ bền xé của cao su silicon thƣờng rơi vào khoảng 9,8 kN/m. Đối với những

loại cao su silicon chịu lực, giá trị độ bền xé có thể đạt tới 29,4 – 49 kN/m thông qua

biến tính polyme hoặc lựa chọn chính xác chất độn và chất Lƣu hóa. Những loại cao su

silicon này rất thích hợp cho sản xuất các sản phẩm đúc lớn, các sản phẩm đúc có hình

dạng phức tạp hoặc yêu cầu độ bền xé cao.

1.2.5.10 Tính thấm khí

So với các màng hữu cơ hay các loại màng nhựa, màng cao su silicon mỏng có

khả năng thấm khí và hơi nƣớc tốt hơn, đồng thời sự thấm khí này có tính chọn lọc cao.

Một trong số ứng dụng đang đƣợc nghiên cứu của cao su silicon là màng tách khí và

nƣớc trong hệ thống làm giàu oxy.

1.2.5.11 Biến dạng khi nén

Khi sử dụng vật liệu làm đai giữ trong môi trƣờng nhiệt độ cao, khả năng hồi

phục biến dạng nén của vật liệu là một tính chất quan trọng. Biến dạng nén của cao su

silicon có tính ổn định cao trong khoảng nhiệt độ làm việc. Trong khoảng nhiệt độ 0 – 5oC, biến dạng nén của cao su silicon tƣơng đƣơng các loại cao su hữu cơ thông thƣờng, tuy nhiên trong khoảng nhiệt độ trên 50 oC thì cao su silicon có biến dạng nén

thấp hơn nhiều các loại cao su hữu cơ và tính chất này của cao su silicon có thể đƣợc

cải thiện thông qua xử lý tại chỗ bề mặt chất độn.

1.2.5.12 Tính trong và tính màu

Hầu hết các loại cao su hữu cơ đều có màu đen do chúng có chứa hàm lƣợng lớn

chất độn than đen. Trái ngƣợc với điều đó, cao su silicon có tính trong cao vì sử dụng

chủ yếu là chất độn silica, chất độn này không làm mất đi tính trong tự nhiên của cao

su silicon. Tính trong cao giúp cao su silicon dễ dàng đƣợc tạo màu với các loại bột

màu, giúp các nhà sản xuất cho ra đời những sản phẩm silicon nhiều màu sắc.

1.2.5.13 Khả năng chịu các loại tia bức xạ

Nhìn chung, khả năng chịu các loại tia bức xạ của cao su silicon không cao hơn

so với các loại cao su hữu cơ. Khi tiếp xúc với tia gamma hoặc chùm tia electron, cao

su silicon trở nên giòn do diễn ra các phản ứng khâu mạch, điều này có thể đƣợc khắc

phục bằng cách bổ sung nhóm phenyl vào mạch cao su silicon.

1.2.6 Ứng dụng của cao su silicon

+ Các ứng dụng chăm sóc sức khỏe

- Bộ phận nẹp nhƣ ống nghiệm, mặt nạ hô hấp, các thiết bị chuyển thuốc …

- Vật liệu khuôn đúc răng

+ Chèn khe dùng trong xây dựng

- Silicon RTV một thành phần: chủ yếu đƣợc sử dụng trong ngành công nghiệp xây

dựng cho chất chèn khe xung quanh cửa sổ và cửa ra vào, trong phòng tắm, khe co giãn

giữa vật liệu khác nhau.

- Silicon RTV hai thành phần: chủ yếu đƣợc sử dụng để chèn kín của các thành phần

điện tử và kính.

- Bên cạnh chất chèn khe silicon tinh khiết: một số chất chèn khe lai tạo khác nhau,

trong đó siloxan đƣợc pha trộn với các polyme khác nhƣ polyurethan, acrylic và

isobutylene.

+ Một số ứng dụng khác:

- Thiết bị trong nhà nhƣ đệm, điện tử, chèn khe và chậu

- Hàng tiêu dùng nhƣ mặt nạ bảo vệ, hộp bánh, sản phẩm tiêu dùng đóng gói và các sản

phẩm mềm cảm ứng…

1.3 Chất hóa dẻo

Mặc dù các chất hóa dẻo đại diện cho một nhóm vật liệu riêng biệt, nhƣng

chúng cũng có thể đƣợc coi nhƣ là các phụ gia trợ gia công [8]. Chúng không chỉ biến

đổi tính chất vật lý của hỗn hợp và lƣu hóa mà có có thể cải thiện quá trình gia công

nhƣ đƣợc chỉ ra trong bảng 1.3.

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của chất hóa dẻo

Tính chất vật lý Quá trình gia công

- Làm giảm độ cứng - Giảm độ nhớt

- Tăng độ giãn dài - Phân tán chất độn nhanh hơn

- Cải thiện tính linh động - Dễ dàng phân tán

- Cải thiện khả năng làm việc ở nhiệt độ thấp - Giảm nhu cầu năng lƣợng và giảm

- Có xu hƣớng trƣơng lƣợng nhiệt sinh ra trong quá trình gia

- Khả năng chống cháy công

- Khả năng giảm tĩnh điện - Khả năng chảy tốt hơn

- Tăng khả năng kết dính

Là một chất biến đổi tính chất trong hỗn hợp cao su, các chất hóa dẻo có thể làm

giảm nhiệt độ hóa thủy tinh và mô đun đàn hồi. Kết quả là tính linh động nhiệt độ thấp

đƣợc cải thiện. Modul tĩnh điện và độ dãn dài bị giảm trong hầu hết trƣờng hợp, dẫn

đến kết quả là độ dãn dài khi đứt cao hơn. Các chất hóa dẻo đặc biệt có thể cải thiện

khả năng chống cháy, tính năng chống tính điện, khả năng kết dính hoặc độ bền lâu.

Ảnh hƣởng mềm hóa của các chất hóa dẻo dễn đến hầu hết làm cải thiện quá

trình gia công bằng cách tƣơng hợp và phân tán chất độn, làm giảm nhiệt độ gia công

và tăng tính chất chảy.

Chất hóa dẻo ảnh hƣởng đến các chất đàn hồi thông qua khả năng làm trƣơng nở

hoặc hòa tan. Chúng có thể đƣợc chia thành hai nhóm: chất sơ cấp hoặc chất hóa dẻo

thực có khả năng hòa tan và chất hóa dẻo thứ cấp hoặc phần mở rộng không có khả

năng hòa tan và hoạt động nhƣ chất pha loãng.

Thông thƣờng chia chất hóa dẻo thành dầu khoáng và chất hóa dẻo tổng hợp.

Dầu khoáng, sản phẩm phụ của công nghiệp dầu mỏ, có thị trƣờng lớn nhất và là chất

hóa dẻo tƣơng đối rẻ có thể sử dụng lƣợng lớn trong hỗn hợp lốp xe và hàng hóa cao su

thông dụng để giảm giá thành. Với hàm lƣợng lớn chúng có thể cho phép sử dụng

lƣợng chất độn lớn hơn. Dầu khoáng có thể đƣợc chia thành các loại parafin,

naphthenic và aromatic. Tất cả chúng đều cho thấy khả năng tƣơng hợp cao với cao su

có độ phân cực thấp hoặc không phân cực.

Khả năng tƣơng hợp của các chất hóa dẻo với chất đàn hồi là yếu tố quan trọng

cho những ảnh hƣởng tối ƣu của chúng. Đã xác định đƣợc độ phân cực tƣơng đối của

cả polyme và chất hóa dẻo. Hỗn hợp đồng nhất và ổn định của chất hóa dẻo và

elastome nhận đƣợc khi độ phân cực của chúng gần nhau. Trong mọi trƣờng hợp, khả

năng tƣơng hợp đƣợc yêu cầu để thi đƣợc khả năng gia công và tính chất vật lý mong

đợi mà không có vấn đề phân chia pha quan sát đƣợc trong quá trình gia công.

1.4 Chất độn

Chất độn trong cao su silicon [10] đóng vai trò quan trọng phụ thuộc vào yêu

cầu của sản phẩm. Chất độn có thể là chất vô cơ hoặc hữu cơ, phụ thuộc vào ảnh hƣởng

của chất độn đến tính chất cơ lý của sản phẩm, chất độn đƣợc chia làm hai loại là chất

độn hoạt tính và chất độn trộn trơ. Chất độn hoạt tính là chất độn có thể tăng cƣờng

tính chất cho cao su còn chất độn trơ là chất độn không có khả năng tăng cƣờng tính

chất nhƣng có thể tăng khả năng chịu môi trƣờng và sử dụng trong cao su để giảm giá

thành của sản phẩm.

1.4.1 Tro bay

Tro bay [19] là những hạt tro rất nhỏ bị cuốn theo khí từ ống khói của các nhà

máy nhiệt điện do đốt nhiên liệu than. Chúng là vật liệu phế thải, nếu không đƣợc thu

gom, tận dụng sẽ gây ô nhiễm môi trƣờng. Chính vì vậy, các chuyên gia trên thế giới

cũng nhƣ ở Việt Nam đang tập trung nghiên cứu để tận dụng loại phế thải sẵn có này

nhằm tạo ra các sản phẩm mới đáp ứng các yêu cầu chất lƣợng và hạn chế ô nhiễm môi

trƣờng. Với thành phần hóa học chính là SiO2 cùng với những ƣu điểm nhƣ tỷ trọng

thấp, tính chất cơ học cao, bền nhiệt, chống co ngót kích thƣớc,... tro bay có thể là chất

độn gia cƣờng có hiệu quả cho các vật liệu cao su và chất dẻo. Tro bay có thể thay thế

các chất độn gia cƣờng truyền thống nhƣ canxi cacbonat, oxit silic,… hoặc phối hợp

với than đen trong hợp phần cao su. Việc sử dụng tro bay làm chất độn gia cƣờng cho

cao su góp phần giảm giá thành sản phẩm (vì tro bay có giá rất thấp) mà vẫn đảm bảo

đƣợc tính chất của vật liệu.

Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá

trình phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá. Thông thƣờng, tro ở

đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng lƣợng tro thải ra. Hầu hết

các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại nhƣ SiO2, Al2O3,

Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,…với hàm lƣợng than chƣa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so

với tổng hàm lƣợng tro, ngoài ra còn có một số kim loại nặng nhƣ Cd, Ba, Pb, Cu,

Zn,...Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử

dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện.

1.4.2 Bột đá

Cacbonat canxi hay còn gọi là bột đá là một hợp chất hóa học với công thức hóa

học là CaCO3. Ƣớc tính, khoảng 5% vỏ Trái Đất là một dạng nào đó của canxi

cacbonat, chất này thƣờng đƣợc tìm thấy dƣới dạng đá (đá vôi, đá phấn, đá cẩm thạch

…) ở khắp nơi trên thế giới, là thành phần chính trong mai/vỏ của các loài sò, ốc hoặc

vỏ của ốc. Nó là nguyên nhân chính gây ra hiện tƣợng nƣớc cứng.

Canxi cacbonat có rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống và trong sản xuất do

tính phổ biến và rẻ tiền của nó.

Bột đá CaCO3 đƣợc sử dụng chủ yếu trong công nghiệp xây dựng nhƣ đá xây

dựng, cẩm thạch hoặc là thành phần cấu thành của xi măng hoặc từ nó sản xuất ra vôi.

Trong bột đá vôi thƣờng có cả cacbonat magiê.

Bột đá đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành sơn, canxi cacbonat đƣợc xem nhƣ

chất độn chính. Độ mịn và phân bố kích thƣớc hạt canxi cacbonat ảnh hƣởng đến độ

chắn sáng của quá trình sơn phủ. Thêm vào đó canxi cacbonat có độ sáng cao, độ hấp

thu dầu thấp, độ phân tán tốt, bền trong môi trƣờng, khả năng mài mòn thấp, độ pH ổn

định, nâng cao tính năng chống ăn mòn môi trƣờng và cải thiện độ nhớt sản phẩm.

Canxi cacbonat đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhựa PVC cứng và đƣợc ứng dụng nhiều

nhất trong sản xuất ống nhựa và tấm trần.Sử dụng sản phẩm canxi cacbonat làm gia

tăng độ bền sản phẩm, độ phân tán trong hóa chất nhựa tốt hơn, độ bóng sản phẩm đạt

đƣợc tối ƣu, cải tiến quá trình sản xuất. Vì vậy, Canxi cacbonat là một loại nguyên liệu

không thể thiếu.

Bột đá cũng đƣợc sử dụng rộng rãi trong một loạt các công việc và các chất kết

dính tự chế, chất chèn kín và các chất độn trang trí. Các keo dán ngói bằng gốm thƣờng

chứa khoảng 70-80% bột đá vôi. Nó cũng đƣợc trộn lẫn với mát tít để lắp các cửa sổ

kính biến màu, cũng nhƣ chất cản màu để ngăn không cho thủy tinh bị dính vào các

ngăn trong lò khi nung các đồ tráng men hay vẽ bằng thuốc màu ở nhiệt độ cao.

* Nhận xét chung:

Qua toàn bộ phần tổng quan có thể thấy đƣợc vật liệu chèn khe silicon sử dụng cho

đƣờng bê tông xi măng là chất chèn khe có chất lƣợng cao hơn so với các chất chèn

khe khác thƣờng đƣợc sử dụng trong ngành công nghiệp xây dựng với các tính năng

vƣợt trội nhƣ không độc hại, thân thiện với môi trƣờng, chịu đƣợc mọi tác động của

thời tiết và lão hóa, có khả năng kháng tốt các loại hóa chất nhƣ axit yếu, kiềm, dung

môi phân cực và các dung dịch muối và vẫn giữ đƣợc tính năng của nó khi thỉnh thoảng bị xăng dầu đổ lên, tính chất đàn hồi đƣợc duy trì tốt từ - 40 oC tới 100 oC.

Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu là chế tạo đƣợc sản phẩm silicon chèn khe tự san

phẳng thi công ở điều kiện thƣờng, luận văn sẽ lựa chọn loại polydimetyl siloxan ngắt

mạch silanol sử dụng chất xúc tác DBTL và chất lƣu hóa etylsilicat để tiến hành nghiên

cứu chế tạo vật liệu chèn khe 2 thành phần có tính năng đóng rắn ẩm ở nhiệt độ phòng.

Mặt khác polydimetyl siloxan ngắt mạch silanol cũng là loại đƣợc sử dụng khá phổ

biến để chế tạo các loại vật liệu chèn khe với khả năng bám dính tốt với các loại bề mặt

nền khác nhau.

Trên cơ sở đó, đề tài đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu chính sau: Nghiên cứu lựa chọn tỷ

lệ chất xúc tác, chất lƣu hóa, lựa chọn tỷ lệ nhựa nền, chất hóa dẻo và chất gia cƣờng

thích hợp sao cho vật liệu silicon chèn khe có độ nhớt phù hợp với khả năng tự san

phẳng, lƣu hóa ở nhiệt độ phòng, bám dính tốt với nền bê tông cũng nhƣ một số tính

chất yêu cầu của vật liệu này. Sử dụng các thiết bị thử nghiêm cơ lý hóa và thiết bị

phân tích để làm rõ hơn mối liên hệ giữa các thành phần, tính chất, hình thái cấu trúc

và trạng thái của vật liệu chèn khe chế tạo đƣợc.

CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu và hóa chất

- Hydroxy terminated Polydimethyl siloxane các loại YF70C - 2M –TH; YF70C -5000;

F70C-5M 100% của Momentive (Thái Lan).

- Xúc tác lƣu hóa: Tin (di-butyl di-lauryl thiếc) (DBTL) 98 % (Trung Quốc).

- Chất lƣu hóa: Ethylsilicate 98% (TEOS) (Hàn Quốc).

- Chất hóa dẻo: WACKER® AK 100 99% (Đức); Dioctyl terephtalat (DOTP) 98%

(Hàn Quốc).

- Chất độn: Tro bay Sông đà Cao Cƣờng (Việt Nam); bột đá Quỳ Hợp (Nghệ An).

2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu

2.2.1 Các phƣơng pháp xác định tính chất nguyên liệu

2.2.1.1 Phương pháp xác định tỷ trọng

Tỷ trọng của chất lỏng đƣợc xác định theo tiêu chuẩn DIN 53217 trên dụng cụ tỷ trọng kế (pycnomet) ERICHSEN model 290/ II có thể tích 30 cm3. Thƣờng tỷ trọng đƣợc xác định ở 25oC.

Quá trình xác định: Sau khi ổn định ở 25oC, cân tỷ trọng kế (a) và điền đầy mẫu

thử cũng ở 25oC sao cho không có bọt khí. Cân tỷ trọng kế chứa mẫu (b).

Hiệu số về khối lƣợng: (b – a) chia cho thể tích (V) của tỷ trọng kế chính là tỷ trọng

mẫu.

2.2.1.2 Phương pháp xác định độ nhớt Brookfield

Cơ sở phƣơng pháp:

Độ nhớt Brookfield đƣợc xác định theo tiêu chuẩn DIN 53018 trên nhớt kế Brookfield

RV. Độ nhớt thu đƣợc khi cho một trục quay có gắn đĩa trong mẫu cần đo làm xuất

hiện momen xoắn cần thiết để thắng trở lực nhớt.

Cách tiến hành:

- Chuẩn bị nhớt kế Brookfield dạng RV, MỸ.

- Trƣớc khi xác định phải đặt chất lỏng trong phòng ở nhiệt độ 250C qua 24h. Chất

lỏng đƣợc rót vào 2/3 cốc thuỷ tinh rồi dìm ngập phần gắn đĩa của trục quay vào mẫu

sao cho không xuất hiện bọt khí. Gắn trục quay nhớt kế và điều chỉnh mặt chất lỏng

trùng với rắc khía trên trục quay. Điều chỉnh tốc độ và chọn trục quay để sao cho số

đọc nằm trên.

2.2.2 Quy trình chế tạo mẫu vật liệu chèn khe silicon

Thành phần A đƣợc chế tạo bằng cách lấy một lƣợng silicon xác định, cân chính

xác đến 0,01g cho vào cốc thuỷ tinh. Tiếp đó, cho chất hóa dẻo theo khối lƣợng xác

định vào và đặt cốc thuỷ tinh lên máy khuấy có khả năng duy trì tốc độ khuấy với tốc

độ 1000 vòng/phút trong vòng 10 phút để chất hóa dẻo tƣơng hợp với nhựa nền. Tiếp

tục cho chất độn tro bay vào hỗn hợp trên và khuấy tiếp 60 phút ở tốc độ 1000vòng/phút. Cốc thủy tinh liên tục đƣợc duy trì ở nhiệt độ khoảng 25oC bằng cách

cố định cốc thủy tinh trong khay nƣớc mát để giảm nhiệt độ của mẫu trong quá trình

khuấy.

Thành phần B đƣợc chế tạo bằng cách lấy một lƣợng chất lƣu hóa xác định, cân

chính xác đến 0,01g cho vào cốc thuỷ tinh. Tiếp theo, cho chất xúc tác với hàm lƣợng

xác định vào cốc thủy tinh và đặt cốc thủy tinh lên máy khuấy từ với tốc độ

1000vòng/phút trong vòng 5 phút để chất xúc tác tƣơng hợp với chất lƣu hóa.

Sau cùng, lấy thành phần B đổ từ từ vào thành phần A và khuấy đều liên tục với

tốc độ 500 vòng/phút trong vòng 15 phút rồi đƣa hỗn hợp vật liệu này đi đổ khuôn để

xác định các tính chất.

2.2.3 Các phƣơng pháp xác định tính chất vật liệu chèn khe

2.2.3.1 Phương pháp đánh giá lưu hóa

Đánh giá độ lƣu hóa theo tiêu chuẩn ASTM D 5893 [21] trong vòng 21 ngày

sau khi rót vật liệu chèn khe vào khuôn (12,7 x 12,7 x 50,8) mm. Sau 21 ngày kể từ

ngày lƣu hóa, trong vòng 64h, loại bỏ tất cả các miếng đệm và các bề mặt không dính

khác từ vật liệu. Tháo vật liệu từ các bề mặt bê tông bằng cách dùng dao cắt sạch dọc

theo mỗi bề mặt kết dính với bê tông. Sau 21 ngày ± 4 h bảo dƣỡng, vật liệu chèn khe

sẽ không có sự hiện diện của bất kỳ sự chƣa lƣu hóa nào, biểu hiện bằng sự không thay

đổi từ dạng rắn sang dạng lỏng.

2.2.3.2 Phương pháp đánh giá tính chất lưu biến

Khi kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM D 5893, vật liệu chèn khe sau khi rót sẽ thể

hiện một bề mặt phẳng mịn và không có dấu hiệu của bọt khí trên bề mặt.

Hình 2.1: Khuôn rót mẫu thử độ lưu biến

Trƣớc khi thử nghiệm, ổn định hợp chất từ 16 đến 24 giờ trong tủ lạnh và giữ ở

nhiệt độ (4,4 ± 2) °C. Sau thời gian ổn định mẫu đổ hợp chất vào khuôn rót đƣợc giữ

theo chiều ngang và duy trì mẫu thử ở nhiệt độ này trong 4 giờ, kiểm tra tính chất dòng

chảy cho hợp chất đó.

2.2.3.3 Phương pháp đánh giá thời gian không dính bề mặt

Khi kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM D 5893, vật liệu chèn khe không dính vào

tấm polyetylen tại thời điểm 5h ± 10 phút sau khi rót mẫu vào khuôn. Thử nghiệm bao

gồm một miếng polyethylene đƣợc đặt trên bề mặt của vật liệu chèn khe với một khối

lƣợng 30 g đƣợc đặt trên màng. Đặt trọng lƣợng trong vòng 30 giây, sau đó gỡ bỏ

miếng polyethylene và kiểm tra chất chèn khe có bám vào màng hay không. Khoảng

thời gian từ khi vật liệu chèn khe đƣợc đƣợc đƣa vào khuôn mẫu cho đến khi vật liệu

chèn khe không bị dính trên màng đƣợc gọi là thời gian không dính.

2.2.3.4 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt của vật liệu

Độ bền kéo đứt là ứng suất kéo ghi đƣợc tại thời điểm mẫu đứt. Độ bền kéo đứt

của mẫu vật liệu chèn khe đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM D 412 sử dụng khuôn

C. Mẫu đo độ bền kéo đứt đƣợc chế tạo theo dạng mái chèo nhƣ trên hình 2.2:

Hình 2.2: Mẫu đo độ bền kéo đứt

Độ bền kéo đứt đƣợc đo trên máy WDW-50 50kN (Trung Quốc). Tốc độ kéo mẫu 500

mm/phút.

Hình 2.3: Máy đo độ bền cơ lý WDW - 50

Độ bền kéo đứt của mẫu đƣợc tính theo công thức:

Trong đó:

TSb: độ bền kéo đứt, MPa

Fb: lực kéo đứt mẫu, N Wt: tiết diện ngang của mẫu thử, mm2

Kết quả đƣợc tính trung bình của 3 lần đo.

2.2.3.5 Phương pháp xác định độ dãn dài khi đứt của vật liệu

Độ dãn dài khi đứt là độ dãn khi kéo trên chiều dài thử tại điểm đứt. Các tiêu

chuẩn về mẫu đo và phép đo giống nhƣ phƣơng pháp xác định độ bền kéo đứt (theo

ASTM D 412) trên máy đo cơ lý vạn năng WDW-50 50kN (Trung Quốc). Độ dãn dài

khi đứt đƣợc tính theo công thức sau:

Trong đó:

Eb: độ dãn dài khi đứt, %

l0: là độ dài giữa hai điểm đƣợc đánh dấu trên mẫu trƣớc khi kéo, mm

l1: chiều dài giữa hai điểm đánh dấu trên mẫu ngay khi đứt, mm

Kết quả đƣợc tính trung bình từ 3 mẫu đo.

2.2.3.6 Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu

Hình 2.4: Đồng hồ đo độ cứng SUNDOO

Độ cứng (Shore A) của vật liệu cao su đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM C

661–98, hoặc tiêu chuẩn ISO 7619-1:2004. Nguyên tắc của phép đo là đo chiều sâu của

mũi ấn khi ấn vào vật liệu trong điều kiện xác định. Phép đo đƣợc thực hiện trên đồng

hồ đo độ cứng (Shore A) SUNDOO của Trung Quốc. Mẫu thử hình khối chữ nhật kích

thƣớc của mẫu phải cho phép đo ở 5 điểm. Chỉ số đo độ cứng đƣợc đọc trên thang chia

độ sau 3 giây kể từ lúc tác dụng lên mẫu. Đối với những mẫu sau 3 giây vẫn thấy kim

ép tiếp tục ấn sâu vào mẫu, chỉ số đo độ cứng đƣợc xác định sau 15 giây.

Kết quả đƣợc tính trung bình của 5 giá trị đo.

2.2.3.7 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại IR

Phổ hồng ngoại (hay còn gọi là phổ dao động) đóng vai trò quan trọng trong

việc nghiên cứu vật chất. Phổ hồng ngoại có thể ứng dụng cho quá trình đồng nhất các

chất, xác định cấu trúc phân tử một cách định tính, phân tích định lƣợng, nghiên cứu

động học phản ứng... Phổ hồng ngoại đƣợc tiến hành thử nghiệm trên máy Perkin

Elmer Spectrum 100 của Mỹ.

2.2.3.8 Phương pháp khảo sát cấu trúc hình thái (SEM – EDX)

Hình 2.5: Kính hiển vi điện tử quét (SEM - EDX)

Cấu trúc hình thái vật liệu đƣợc khảo sát thông qua ảnh SEM và hàm lƣợng các

nguyên tố đƣợc biểu diễn thông qua đồ thị EDX.

Chuẩn bị mẫu: mẫu đƣợc ngâm trong nitơ lỏng, sau đó tạo bề mặt phá huỷ giòn.

Mẫu đƣợc gắn lên hệ thống gá định vị và phủ platin để chụp SEM.

Ảnh SEM đƣợc chụp trên kính hiển vi điện tử quét (SEM), JSM-6360LV (Nhật Bản).

2.2.3.9 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA - DTG)

Hình 2.6: Thiết bị phân tích nhiệt trọng lượng (TGA - DTG)

Phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA - DTG) là một phƣơng pháp phân tích sự thay

đổi liên tục về khối lƣợng của mẫu theo sự tăng nhiệt độ. Phƣơng pháp này cho thấy

đƣợc các thông tin về nhiệt độ bắt đầu phân hủy, tốc độ phân hủy và phần trăm mất

khối lƣợng của của vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau. Xác định trên máy phân tích

nhiệt vi sai model STA 409 PC/PG của hãng NETZSCH.

Các điều kiện phân tích nhiệt trọng lƣợng nhƣ sau:

- Môi trƣờng: N2 - Tốc độ tăng nhiệt: 100C/ phút - Khoảng nhiệt độ nghiên cứu: từ 300C đến 6000C

2.2.3.10 Phương pháp xác định sự thay đổi khối lượng trong môi trường hoá chất

Cách tiến hành:

Mẫu đƣợc sấy khô đến khối lƣợng không đổi, để nguội trong bình hút ẩm và cân

chính xác đến 0,1 mg. Ngâm mẫu trong môi trƣờng hoá chất, sau từng khoảng thời

gian xác định lấy mẫu ra, dùng giấy lọc thấm khô bề mặt và cân lại.

Độ thay đổi khối lƣợng của mẫu vật liệu chèn khe đƣợc tính theo công thức:

m2 – m1 T = x 100 , %

m1 Trong đó:

T : Độ thay đổi khối lƣợng, %

m1 : Khối lƣợng mẫu ban đầu, g

m2 : Khối lƣợng mẫu sau một khoảng thời gian xác định, g

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Phân tích nguyên liệu đầu

3.1.1 Đặc tính của nguyên liệu đầu

3.1.1.1 Polyme silicon

Đã sử dụng Hydroxy terminated Polydimethyl siloxane YF70C - 2M, YF70C -

5000, YF70C-5M của Momentive (Thái Lan) có công thức:

Qua các kết quả phân tích đã xác định đƣợc tính chất vật lý của các polyme silicon

trình bày trong bảng 3.1 nhƣ sau:

Bảng 3.1: Tính chất vật lý của các loại poyme silicon

TT Tính chất Đơn vị YF70C -5000 YF70C -2M YF70C-5M

1 cP 4800 19100 47300 Độ nhớt (trục 4, tốc độ 4 rpm,

ở 25 oC) Tỷ trọng 2 - 0,98 1,01 1,03 ở 25 oC

3.1.1.2 Chất hóa dẻo

Đã sử dụng hóa chất WACKER® AK 100 (Đức) và DOTP (Dioctyl terephtalat)

98% (Hàn Quốc) làm chất hóa dẻo cho vật liệu chèn khe. Chất hóa dẻo WACKER®

AK 100 là polydimetyl siloxan có độ nhớt thấp có công thức

Qua các kết quả phân tích đã xác định đƣợc các tính chất vật lý của hai loại chất hóa

dẻo trình bày trong bảng 3.2 nhƣ sau:

Bảng 3. 2: Tính chất vật lý của các chất hóa dẻo

TT Tính chất Đơn vị DOTP WACKER® AK 100

Độ nhớt 1 cP 98 63 (trục 4, tốc độ 4 rpm, ở 25 oC)

Tỷ trọng 2 - 0,95 0,98 ở 25 oC

3.1.1.3 Chất độn

Qua các kết quả phân tích xác định đƣợc các tính chất vật lý của tro bay và bột

đá đƣợc trình bày trong bảng 3.3 và 3.4 nhƣ sau:

Bảng 3.3: Tính chất vật lý của tro bay

TT Tính chất Đơn vị Giá trị

1 Độ mịn phần còn lại trên sàng 45µm % 30,30

2 Mất khi nung % 5,42

3 Độ ẩm % 0,2

4 % 57,00 Hàm lƣợng SiO2

5 % 6,06 Hàm lƣợng Fe2O3

6 % 23,58 Hàm lƣợng Al2O3

7 % 0,12 Hàm lƣợng SO3

Bảng 3.4: Tính chất vật lý của bột đá

TT Tính chất Đơn vị Giá trị

1 Độ mịn phần còn lại trên sàng 80 µm % 5,0

2 Khối lƣợng riêng g/cm3 2,75

3 Độ ẩm % 1,2

4 % 0,16 Hàm lƣợng SiO2

5 Hàm lƣợng CaO % 55,05

6 Hàm lƣợng MgO % 1,20

3.1.2 Nghiên cứu lựa chọn loại polyme silicon phù hợp

Để vật liệu chế tạo ra có khả năng dễ thi công và có khả năng tự san phẳng theo

mục đích chế tạo của sản phẩm, đã lựa chọn ba loại polyme silicon với các độ nhớt

khác nhau để tiến hành khảo sát các tính chất cơ học của vật liệu thông qua các tiêu chí

nhƣ độ bền kéo, độ dãn dài khi đứt, độ cứng và đặc biệt là tính lƣu biến quyết định đến

khả năng tự san phẳng của vật liệu. Sau khi nghiên cứu một số tài liệu [14,15] và làm

thí nghiệm thăm dò, đã chế tạo vật liệu với hàm lƣợng chất xúc tác DBTL – Loại chất

xúc tác phản ứng ngƣng tụ các chuỗi polysiloxan là 0,1 PKL và chất khâu mạch TEOS

với tỷ lệ 2 PKL so với silicon. Quá trình khảo sát đƣợc thực hiện ngay tại nhiệt độ phòng ở 25oC. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của các loại polyme silicon khác nhau

đến các tính chất cơ học và tính lƣu biến của silicon đƣợc trình bày trong bảng 3.5.

Bảng 3.5: Tính chất cơ học của vật liệu chèn khe với các loại polyme silicon khác nhau

TT Tính chất YF70C -5000 YF70C -2M YF70C-5M

1 Độ bền kéo, MPa 1,65 1,38 1,52

2 Độ dãn dài khi đứt, % 315 710 542

3 Độ cứng, Shore A 27 24 27

4 Độ nhớt, cP 4.200 43.500 17.200

5 Tính lƣu biến Không có bọt khí Không có bọt khí Có bọt khí

Qua các kết quả thu đƣợc trong bảng 3.5 có thể thấy rằng khi độ nhớt tăng thì độ

dãn dài của vật liệu chế tạo tăng dần, tuy nhiên tính lƣu biến của vật liệu có chiều

hƣớng giảm dần và với độ nhớt của mẫu YF70C-5M thì mẫu không có khả năng tự san

phẳng, bề mặt mẫu xuất hiện bọt khí. Với yêu cầu của mẫu vật liệu chế tạo ra có độ dãn

dài khi đứt lớn hơn 600% và độ cứng Shore A lớn hơn 30, đã lựa chọn polyme silicon

loại YF70C -2M để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo kết hợp với chất hóa dẻo để chế

tạo vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng.

3.1.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng của xúc tác tới sự lƣu hóa và thời gian không dính bề

mặt.

Đối với quá trình chế tạo vật liệu chèn khe silicon, hai thông số quan trọng phải

xác định là sự lƣu hóa và thời gian không dính bề mặt. Sự lƣu hóa và thời gian không

dính bề mặt đại diện cho khả năng lƣu hóa của cao su silicon và khả năng thi công của

vật liệu này. Sau khi nghiên cứu một số tài liệu và làm thí nghiệm thăm dò, đã sử dụng

chất xúc tác DBTL – Loại chất xúc tác phản ứng ngƣng tụ các chuỗi polysiloxan với

các tỷ lệ thay đổi từ 0,02 đến 0,14 PKL và chất khâu mạch TEOS với tỷ lệ 2 PKL so với silicon. Quá trình khảo sát đƣợc thực hiện ngay tại nhiệt độ phòng ở 25oC. Kết quả

nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác DBTL đến thời gian không dính bề mặt

và sự lƣu hóa của silicon đƣợc trình bày trong bảng 3.6.

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác DBTL đến thời gian không dính bề mặt

và sự lưu hóa của silicon

Hàm lƣợng DBTL Thời gian không dính bề mặt STT Sự lƣu hóa (PKL) (phút)

1 0,02 Có chất lỏng 670

2 0,04 Rắn hoàn toàn 450

3 0,06 Rắn hoàn toàn 290

4 0,08 Rắn hoàn toàn 170

6 0,10 Rắn hoàn toàn 80

7 0,12 Rắn hoàn toàn 40

8 0,14 Rắn hoàn toàn 20

Dựa vào kết quả khảo sát thu đƣợc qua số liệu bảng 3.3 cho thấy: Khi tăng hàm

lƣợng chất xúc tác DBTL thì quá trình lƣu hóa silicon diễn ra nhanh hơn dẫn đến thời

gian không dính bề mặt của vật liệu giảm dần. Silicon – YF70C - 2M –TH có độ lƣu

hóa cao và thời gian không dính bề mặt phù hợp với quá trình gia công vật liệu chèn

khe bằng phƣơng pháp thủ công. Từ đó, đã lựa chọn ra chế độ lƣu hóa thích hợp nhất

cho loại silicon này nhƣ sau: Hàm lƣợng chất xúc tác DBTL tối ƣu cần dùng cho việc

chế tạo vật liệu là 0,06 PKL ứng với thời gian không dính bề mặt là 290 phút để đáp

ứng đƣợc yêu cầu của ASTM D 5893.

3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ chất lƣu hóa tới tính chất vật liệu chèn khe

Hàm lƣợng chất lƣu hóa TEOS có ảnh hƣởng không nhỏ đến độ dãn dài, độ

nhớt và độ cứng của vật liệu chèn khe. Do đó, việc khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ TEOS

là rất cần thiết.

Sau khi nghiên cứu một số tài liệu và làm thí nghiệm thăm dò đã chế tạo vật liệu chèn

khe với hàm lƣợng chất xúc tác DBTL 0,06 PKL so với khối lƣợng silicon, hàm lƣợng

TEOS thay đổi theo các tỷ lệ 2, 4, 6, 8, 10, 14 PKL để khảo sát ảnh hƣởng của hàm

lƣợng TEOS đến tính chất cơ học của vật liệu chèn khe.

Ảnh hƣởng của tỷ lệ TEOS đến tính chất cơ học của vật liệu đƣợc thể hiện qua bảng

3.7 và hình 3.1, 3.2 và 3.3 dƣới đây:

Bảng 3.7: Tính chất cơ học của vật liệu khi thay đổi tỷ lệ chất lưu hóa

Tính chất cơ lý Thành phần (PKL)

Mẫu DBTL TEOS Độ bền kéo, MPa Độ dãn dài khi đứt, % Độ cứng, ShoreA Tính lƣu biến Độ nhớt cp

M0 0,06 2 1,56 28 17300 552 Không có bọt khí

M1 0,06 4 1,71 30 15300 516 Không có bọt khí

M2 0,06 6 1,85 34 13600 484 Không có bọt khí

M3 0,06 8 1,95 36 12200 461 Không có bọt khí

M4 0,06 10 2,05 37 10800 439 Không có bọt khí

M5 0,06 12 2,13 38 7200 418 Không có bọt khí

Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng TEOS tới độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt.

Hình 3.2: Ảnh hưởng của TEOS tới độ nhớt và độ cứng.

Hình 3.3: Ứng suất của mẫu khảo sát ảnh hưởng của TEOS

Từ các kết quả ở Bảng 3.7 và các hình (3.1, 3.2, 3.3) có thể thấy rằng: khi tăng

hàm lƣợng TEOS thì độ bền kéo và độ cứng Shore A tăng lên, độ dãn dài khi đứt và độ

nhớt hỗn hợp giảm đều. Điều này có thể là do khi hàm lƣợng TEOS tăng lên dẫn đến

mật độ mạng lƣới khâu mạch của vật liệu tăng làm cho vật liệu có tính cứng hơn và độ

dãn dài giảm. Độ nhớt của hỗn hợp chƣa lƣu hóa giảm đều khi tăng hàm lƣợng TEOS

chứng tỏ TEOS có độ nhớt thấp đã tƣơng hợp tốt với nhựa nền tại điều kiện khuấy trộn

khi gia công vật liệu. Qua đồ thị ứng suất có thể thấy rằng đƣờng cong ứng suất khá

dốc chứng tỏ vật liệu chế tạo ra có tính cứng, độ dãn dài chƣa cao. Khi rót vật liệu thử

độ lƣu biến không thấy xuất hiện bọt khí trên bề mặt tại tất cả các mẫu khảo sát cho

thấy với độ nhớt nhỏ hơn 17.300 cP có thể đảm bảo tính lƣu biến của vật liệu. Với các

yêu cầu đặt ra cho vật liệu chèn khe, đã chọn khoảng tỷ lệ TEOS từ 4 đến 8 PKL để

tiến hành thiết lập phƣơng trình thực nghiệm.

3.3 Phân tích cấu trúc phân tử của vật liệu chèn khe qua phổ hồng ngoại IR

Đã tiến hành phân tích cấu trúc phân tử của mẫu silicon ban đầu và mẫu silicon

sau khi đã khâu mạch M0 (mẫu có hàm lƣợng DBTL 0,06 PKL và TEOS 2 PKL) để có

thể thấy đƣợc sự thay đổi cấu trúc trong phân tử sau khi mẫu lƣu hóa hoàn toàn.

Hình 3.4 thể hiện phổ hồng ngoại của mẫu YF70C - 2M -TH và có thể thấy

đƣợc sự xuất hiện của nhóm (– CH3) thể hiện thông qua các dao động hóa trị và biến dạng với các đỉnh có tần số 2962 cm-1 và 1412 cm-1, liên kết (Si – C) biểu diễn thông qua dao động biến dạng có tần số 1257 cm-1 và liên kết (- Si – CH3) biểu diễn qua dao động có tần số 786 cm-1, liên kết (- Si – O – Si -) biểu diễn thông qua các dao động hóa trị có tần số 1079 cm-1 và 1009 cm-1 [13], liên kết (- Si – OH -) biểu diễn thông qua dao động hóa trị có tần số 3627 cm-1. Nhƣ vậy thông qua các tần số dao động ta có thể thấy

rõ đƣợc cấu trúc phân tử của YF70C - 2M –TH nhƣ mẫu dự kiến ban đầu.

Hình 3.4: Phổ hồng ngoại của mẫu YF70C

Hình 3.5 thể hiện phổ hồng ngoại của mẫu Mo và có thể thấy đƣợc sự xuất hiện

của nhóm (– CH3), liên kết (Si – C), (- Si – CH3), (- Si – O – Si -) thông qua các dao

động có tần số giống với mẫu YF70C, tuy nhiên mẫu M0 có xuất hiện thêm hai đỉnh

peak có tần số 2916 cm-1 và 2848 cm-1 đặc trƣng cho liên kết (- CH2 -). Nhƣ vậy thông

qua các tần số dao động ta có thể thấy đƣợc khi đƣa TEOS vào đã xảy ra quá trình

khâu mạch YF70C và xuất hiện thêm các nhóm (- CH2CH3) có trong cấu tạo của

TEOS. Dao động liên kết (- Si – OH -) không xuất hiện trong mẫu đã khâu mạch chứng

tỏ các nhóm OH đã tham gia tiến hành khâu mạch tạo mạng không gian trong mẫu chế

tạo.

Hình 3.5: Phổ hồng ngoại của mẫu M0

3.4 Nghiên cứu lựa chọn loại và ảnh hƣởng của tỷ lệ chất hóa dẻo tới tính chất của

vật liệu chèn khe

3.4.1 Khảo sát lựa chọn loại chất hóa dẻo phù hợp

Hàm lƣợng chất hóa dẻo có ảnh hƣởng lớn đến độ dãn dài, độ nhớt và độ cứng

của vật liệu chèn khe. Để có thể đạt đƣợc mức yêu cầu của vật liệu chèn khe cần phải

bổ sung lƣợng chất hóa dẻo cho phù hợp. Do đó, việc khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ chất

hóa dẻo là rất cần thiết.

Đã sử dụng hai loại chất hóa dẻo có thể đƣợc sử dụng để làm chất hóa dẻo cho

polyme silicon theo một số tài liệu tham khảo để tiến hành khảo sát lựa chọn loại chất

hóa dẻo phù hợp cho quá trình chế tạo vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng là

WACKER® AK 100 và DOTP.

Đã chế tạo vật liệu chèn khe với hàm lƣợng chất xúc tác DBTL 0,06 PKL so với

khối lƣợng silicon, hàm lƣợng chất khâu mạch TEOS 2PKL, hàm lƣợng WACKER®

AK 100 và DOTP đều là 4 PKL để khảo sát ảnh hƣởng của loại chất hóa dẻo đến tính

chất cơ học của vật liệu chèn khe.

Bảng 3.8: Tính chất cơ học của vật liệu chèn khe với các loại chất hóa dẻo khác nhau

TT Tính chất WACKER® AK 100 DOTP

1 Độ bền kéo, MPa 1,64 1,48

2 Độ dãn dài khi đứt, % 606 684

3 Độ cứng Shore A 20 18

4 Độ nhớt, cP 13.600 14.700

5 Tính lƣu biến Không có bọt khí Không có bọt khí

Qua kết quả thử nghiệm trong Bảng 3.8 nhận thấy, cả hai loại chất hóa dẻo đều

có tác dụng làm tăng độ dãn dài của vật liệu và độ nhớt giảm đáp ứng đƣợc yêu cầu

tính lƣu biến của vật liệu, tuy nhiên độ cứng của vật liệu lại giảm. Vật liệu chế tạo bằng

chất hóa dẻo WACKER® AK 100 có độ tăng độ dãn dài cao hơn chất hóa dẻo DOTP

trong khi các chỉ tiêu khác thấp hơn không nhiều, điều này có thể là do WACKER®

AK 100 có sự tƣơng đồng về bản chất hóa học nên có sự tƣơng hợp tốt hơn DOTP, dẫn

đến độ dãn dài tăng nhiều hơn khi sử dụng cùng tỷ lệ. Do đó, đã lựa chọn chất hóa dẻo

WACKER® AK 100 để tiếp tục tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

3.4.2 Ảnh hƣởng của tỷ lệ chất hóa dẻo tới tính chất của vật liệu chèn khe

Tiếp tục chế tạo vật liệu chèn khe với hàm lƣợng chất xúc tác DBTL 0,06 PKL

so với khối lƣợng silicon, hàm lƣợng chất khâu mạch TEOS 2PKL, hàm lƣợng

WACKER® AK 100 thay đổi theo các tỷ lệ 2, 4, 6, 8, 10 PKL để khảo sát ảnh hƣởng

của hàm lƣợng chất hóa dẻo đến tính chất cơ học của vật liệu chèn khe.

Ảnh hƣởng của tỷ lệ chất hóa dẻo đến tính chất cơ học của vật liệu đƣợc thể

hiện qua các bảng 3.9 và hình (3.6, 3.7, 3.8).

Bảng 3.9: Tính chất cơ học của vật liệu khi thay đổi tỷ lệ chất hóa dẻo

Thành phần (PKL) Tính chất cơ lý

Mẫu DBTL TEOS AK 100 Độ bền kéo, MPa Tính lƣu biến Độ nhớt cp Độ dãn dài khi đứt, % Độ cứng, ShoreA

M6 0,06 1,53 616 20 16.800 2 2 Không có bọt khí

4 2 M7 0,06 1,48 684 18 14.700 Không có bọt khí

6 2 M8 0,06 1,44 742 17 12.900 Không có bọt khí

8 2 M9 0,06 1,41 790 17 11.400 Không có bọt khí

2 M10 0,06 10 1,39 828 16 9.900 Không có bọt khí

Hình 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng AK100 tới độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt.

Hình 3.7: Ảnh hưởng của hàm lượng AK 100 tới độ nhớt và độ cứng

Hình 3.8: Ứng suất của mẫu khảo sát ảnh hưởng của AK 100

Từ các kết quả ở các bảng và các hình có thể thấy rằng: Khi khảo sát tăng hàm

lƣợng AK 100 thì độ bền kéo và độ cứng Shore A giảm, độ dãn dài khi đứt và độ nhớt

hỗn hợp giảm đều. Độ nhớt của hỗn hợp chƣa lƣu hóa giảm đều khi tăng hàm lƣợng

AK 100 chứng tỏ AK 100 có độ nhớt thấp đã tƣơng hợp tốt với nhựa nền tại điều kiện

khuấy trộn khi gia công vật liệu do khá tƣơng đồng về cấu tạo hóa học đã làm cho vật

liệu có tính linh động và mềm dẻo hơn. Quan sát đƣờng cong ứng suất nhận thấy đoạn

đầu độ biến dạng tăng nhiều tuy nhiên ứng suất tăng chậm chứng tỏ vật liệu chế tạo ra

có tính đàn hồi. Cũng giống với khảo sát hàm lƣợng TEOS thì khi rót vật liệu thử tính

lƣu biến không thấy xuất hiện bọt khí trên bề mặt do tất cả các mẫu khảo sát có độ nhớt

nhỏ hơn 16800 cP đã đảm bảo tính lƣu biến của vật liệu. Với các yêu cầu đặt ra với vật

liệu chèn khe, đã chọn khoảng tỷ lệ AK 100 từ 4 đến 8 PKL để tiến hành thiết lập

phƣơng trình thực nghiệm.

3.5 Nghiên cứu lựa chọn loại và ảnh hƣởng của tỷ lệ chất độn tới tính chất của vật

liệu chèn khe

3.5.1 Khảo sát lựa chọn loại chất độn phù hợp

Hàm lƣợng chất độn gây ảnh hƣởng đến độ dãn dài, tăng độ nhớt và độ cứng

của vật liệu chèn khe. Để có thể đạt đƣợc mức yêu cầu của vật liệu chèn khe cần phải

bổ sung lƣợng chất độn cho phù hợp. Do đó, việc khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ chất

độn là rất cần thiết.

Đã sử dụng hai loại chất độn để làm chất độn cho polyme silicon theo một số tài

liệu tham khảo để tiến hành khảo sát lựa chọn loại chất độn phù hợp cho quá trình chế

tạo vật liệu chèn khe cho đƣờng bê tông xi măng là tro bay và bột đá.

Đã chế tạo vật liệu chèn khe với hàm lƣợng chất xúc tác DBTL 0,06 PKL so với

khối lƣợng silicon, hàm lƣợng chất khâu mạch TEOS 2 PKL, hàm lƣợng tro bay và bột

đá đều là 4 PKL để khảo sát ảnh hƣởng của loại chất độn đến tính chất cơ học của vật

liệu chèn khe.

Bảng 3.10: Tính chất cơ học của vật liệu chèn khe với các loại chất độn khác nhau

TT Tính chất Tro bay Bột đá

1 Độ bền kéo, MPa 1,68 1,62

2 Độ dãn dài khi đứt, % 465 480

3 Độ cứng, Shore A 28 30

4 Độ nhớt, cP 17800 18200

5 Tính lƣu biến Không có bọt khí Không có bọt khí

Qua kết quả thử nghiệm trong Bảng 3.10 thấy đƣợc cả hai loại chất độn đều có

tác dụng làm tăng độ cứng và độ nhớt của vật liệu nhƣng vẫn đáp ứng đƣợc yêu cầu

tính lƣu biến của vật liệu, tuy nhiên độ dãn dài của vật liệu lại giảm. Vật liệu chế tạo

bằng chất độn tro bay có độ cứng và độ dãn dài cao hơn chất độn bột đá trong khi chỉ

tiêu độ bền kéo thấp hơn không nhiều, điều này có thể là do tro bay trong thành phần

có chứa lƣợng lớn SiO2 nên có sự tƣơng hợp tốt hơn bột đá, dẫn đến độ dãn dài và độ

cứng tăng nhiều hơn khi sử dụng cùng tỷ lệ. Do đó, đã lựa chọn chất độn tro bay để

tiếp tục tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

3.5.2 Ảnh hƣởng của tỷ lệ chất độn tới tính chất của vật liệu chèn khe

Đã chế tạo vật liệu chèn khe với hàm lƣợng chất xúc tác DBTL 0,06 PKL so với

silicon, hàm lƣợng chất khâu mạch TEOS 2 PKL, hàm lƣợng chất độn tro bay thay đổi

theo các tỷ lệ 4, 8, 12, 16, 20 PKL để khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất độn đến

tính chất cơ học của vật liệu chèn khe.

Ảnh hƣởng của tỷ lệ chất độn đến tính chất cơ học của vật liệu đƣợc thể hiện

qua các bảng 3.11 và hình (3.9, 3.10, 3.11).

Bảng 3.11: Tính chất cơ học của vật liệu khi thay đổi tỷ lệ chất độn

Thành phần (PKL) Tính chất cơ lý

Mẫu DBTL TEOS Tro bay Tính lƣu biến Độ nhớt cp Độ bền kéo, MPa Độ dãn dài khi đứt, % Độ cứng, ShoreA

M11 0,06 1,62 480 2 4 30 18200 Không có bọt khí

2 8 M12 0,06 1,65 448 32 19800 Không có bọt khí

2 12 M13 0,06 1,67 422 34 21400 Có bọt khí

2 16 M14 0,06 1,69 398 36 23100 Có bọt khí

2 20 M15 0,06 1,71 366 37 24800 Có bọt khí

Hình 3.9: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay tới độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt của

vật liệu

Hình 3. 10: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay tới độ nhớt của hỗn hợp và độ cứng của

vật liệu

Hình 3. 11: Ứng suất của mẫu khảo sát ảnh hưởng của tro bay

Từ các kết quả ở bảng 3.11 và hình (3.7, 3.8, 3.9) có thể thấy rằng: khi khảo sát tăng

hàm lƣợng tro bay thì độ bền kéo và độ cứng Shore A tăng, độ dãn dài khi đứt và độ

nhớt hỗn hợp giảm đều. Độ nhớt của hỗn hợp chƣa lƣu hóa tăng khi tăng hàm lƣợng tro

bay chứng tỏ thành phần chất độn đã gây cản trở độ chảy, làm giảm tính lƣu biến của

hỗn hợp. Qua đồ thị ứng suất trên hình có thể thấy rằng, đƣờng cong ứng suất khá dốc

chứng tỏ vật liệu chế tạo ra có tính cứng, độ dãn dài thấp. Với độ nhớt hỗn hợp lớn hơn

21400 cP khi rót đã xuất hiện bọt khí, tính lƣu biến của hỗn hợp không đáp ứng đƣợc

yêu cầu của vật liệu. Với các yêu cầu đặt ra cho vật liệu chèn khe, đã chọn khoảng tỷ lệ

tro bay từ 4 đến 12 PKL để tiến hành thiết lập phƣơng trình thực nghiệm.

3.6 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ chất lƣu hóa, chất hóa dẻo, chất độn tối ƣu để chế

tạo vật liệu chèn khe

Về cơ bản vật liệu chèn khe đƣợc chế tạo trên cơ sở Hydroxy terminated

Polydimethyl siloxane YF70C - 2M -TH (SIL), chất khâu mạch etylsilicat (TEOS),

chất xúc tác DBTL, chất hóa dẻo polydimetylsiloxan AK 100 và chất độn tro bay (TB).

Trên cơ sở các nghiên cứu sơ bộ ở các phần trƣớc, đã lựa chọn đƣợc cấp phối sơ bộ để

chế tạo vật liệu chèn khe nhƣ sau:

Bảng 3. 12: Cấp phối chế tạo mẫu vật liệu chèn khe

Nguyên liệu Ký hiệu Tỷ lệ (PKL) TT

Hydroxy terminated Polydimethyl siloxane 1 SIL 100 YF70C - 2M -TH

2 Etylsilicat TEOS 4

3 Tin (di-butyl di-lauryl thiếc) DBTL 0,06

4 Hóa dẻo polydimetylsiloxan AK100 AK100 4

5 Tro bay TB 4

Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm nhằm mục đích xây dựng mô hình toán

học biểu diễn sự ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ: lƣợng chất khâu mạch, lƣợng chất hóa

dẻo, lƣợng chất độn đến tính chất của vật liệu chèn khe.

3.6.1 Chọn hàm mục tiêu

Vật liệu chèn khe có rất nhiều tính chất đặc trƣng, tuy nhiên trong phạm vi

nghiên cứu và mục đích của đề tài đã lựa chọn tính chất độ dãn dài khi đứt của mẫu thử

làm hàm mục tiêu nghiên cứu của mô hình. Bên cạnh đó các chỉ tiêu khác nhƣ độ nhớt,

độ cứng, độ bền kéo của vật liệu cũng đƣợc kiểm tra, đánh giá. Trong quá trình nghiên

cứu, sử dụng cấp phối đã tính toán sơ bộ làm gốc để tiến hành quy hoạch bậc nhất

nhằm xác định vùng hoạt động tối ƣu.

3.6.2 Các yếu tố ảnh hƣởng

Các yếu tố ảnh hƣởng đến các tính chất của vật liệu chèn khe bao gồm: lƣợng

chất khâu mạch TEOS, lƣợng chất hóa dẻo AK100, lƣợng chất độn TB.

3.6.3 Thiết lập phƣơng trình

Để thực hiện kế hoạch thực nghiệm bậc nhất và nhằm giảm bớt số lƣợng thí

nghiệm, sau khi tiến hành các khảo sát thăm dò đề tài đã lựa chọn các biến thực, biến

mã và khoảng biến thiên của các biến thí nghiệm nhƣ sau:

- Tỷ lệ chất khâu mạch TEOS mã hóa là Z1 = 4 ÷ 8 (PKL)

- Tỷ lệ chất hóa dẻo AK100 mã hóa là Z2 = 4 ÷ 8 (PKL)

- Tỷ lệ chất độn TB mã hóa là Z3 = 4 ÷ 12 (PKL)

Mã hóa các biến theo công thức

Trong đó:

Z jmax và Z jmin là mức trên và mức dƣới của yếu tố ảnh hƣởng thứ j

1 = 6, Zo

2 = 6, Zo

3 = 8

Cụ thể: Zo

Trong hệ tọa độ không thứ nguyên, tọa độ mức trên là +1 và mức dƣới là -1, tâm là 0

và trùng với gốc hệ tọa độ. Trong bài toán này k =3. Số tổ hợp có thể N của 3 yếu tố với hai mức bằng N = 2k = 23 = 8 và 3 thí nghiệm tại tâm để kiểm tra tính có nghĩa của

các hệ số b. Kế hoạch tiến hành thí nghiệm (ma trận kế hoạch) cho trong bảng. Giá trị

của y nhận đƣợc khi hiện thực hóa kế hoạch ghi ở cột cuối.

Mô hình thống kê biểu diễn sự phụ thuộc độ dãn dài khi đứt của vật liệu vào các biến

mã hóa khi sử dụng bậc một toàn phần Box – Wilson [20] có dạng:

ŷ = bo + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 + b123x1x2x3

Trong đó: y là độ dãn dài khi đứt của vật liệu, giá trị trung bình thích hợp nằm trong

khoảng 600

x1, x2, x3 lần lƣợt là các biến mã hóa của chất khâu mạch, chất hóa dẻo và chất độn

Biến thực

Biến mã hóa

STT Z1 4 1

Z2 4

x0 +

x1 -

x2 -

x3 x1x2 x1x3 x2x3 x1x2x3 -

Z3 4

Số thí nghiệm trong phƣơng án 2k (k=3)

Số thí nghiệm ở tâm

Hàm mục tiêu Yj 625 512 678 543 604 485 645 506 605 570 530

Bảng 3.13: Ma trận kế hoạch bậc một toàn phần

Mỗi hệ số bất kỳ của phƣơng trình hồi quy đƣợc xác định bằng tính vô hƣớng của cột y

với cột tƣơng ứng xj, sau đó đem chia cho số thí nghiệm trong ma trận kế hoạch.

Theo công thức trên ta có:

bo = 574,75; b1 = -63,25;b2 = 110,14; b3 = -14,75; b12= -5,25; b13 = -1,25; b23 = -2,75;

b123 = 0,25

Độ lệch chuẩn của các hệ số b có chung một giá trị:

Giá trị của phƣơng sai lặp tính theo công thức:

– giá trị trung bình các thí nghiệm lặp tại tâm.

yoi – giá trị thí nghiệm thứ a tại tâm kế hoạch;

= 568,3; S11 = 37,528 và Sb = 13,268.

m – số thí nghiệm lặp lại tại tâm kế hoạch; yo Từ công thức trên ta có: yo

Để đánh giá tính có nghĩa của các hệ số b cần phải tính giá trị của chuẩn số Student:

to = 43,32; t1 = 4,77, t2 = 8,30; t3 = 1,11; t12 = 0,40; t13 = 0,09; t23 = 0,21; t123 = 0,02.

Với mức có nghĩa p = 0,05, bậc tự do lặp f2 = 3 -1 = 2 tra bảng ta có t0,05;2 = 4,303. Chỉ

có các hệ số bo, b1, b2 là có nghĩa (tb ≥ tpf2).

Sau khi loại bỏ hệ số không có nghĩa thì phƣơng trình hồi quy có dạng:

ŷ = 574,75 – 63,25x1 + 110,14x2

Mô hình tƣơng hợp nếu thỏa mãn điều kiện:

dƣ – phƣơng sai dƣ tính theo công thức:

Trong đó: S2

F – giá trị tính của chuẩn số Fisher;

FB – giá trị tra bảng của chuẩn số Fisher ở mức có nghĩa p;

Bậc tự do lặp f2 và bậc tự do dƣ f1 = N – l

L – số hệ số có nghĩa trong mô hình.

Để tính phƣơng sai dƣ ta tính lại các giá trị tại các điểm thí nghiệm và thu đƣợc:

ŷ1 = 527,86; ŷ2 = 401,36; ŷ3 = 748,14; ŷ4 = 621,64; ŷ5 = 527,86; ŷ6 = 401,36; ŷ7 =

dƣ = 25810,21

748,14; ŷ8 = 621,64. Nhƣ vậy: S2

Và giá trị của chuẩn số Fisher là F = 18,32

Chuẩn số Fisher tra bảng FB ở mức có nghĩa p = 0,05; bậc tự do lặp f2 = 2 và bậc tự do

dƣ f1 = 8 – 3 = 5 có giá trị 19,3. Rõ ràng là F = 18,32 < FB = 19,3, tức là mô hình tƣơng

hợp với bức tranh thực nghiệm.

Để xác định tỷ lệ các chất chế tạo vật liệu chèn khe cần đƣa thêm vào các điều kiện

biên là độ dãn dài khi đứt của vật liệu phải nằm trong giới hạn: 600 ≤ ŷ ≤ 700 tức là:

600 ≤ 574,75 – 63,25x1 + 110,14x2 ≤ 700

Từ đó ta rút ra đƣợc miền thích hợp nhất của x1 và x2 là:

0,54 ≤ x1 ≤ 1 tƣơng ứng với 7,1 PKL ≤ Z1 ≤ 8 PKL

0,54 ≤ x2 ≤ 1 tƣơng ứng với 7,1 PKL ≤ Z2 ≤ 8 PKL.

3.6.4 Kết luận

Từ phƣơng trình thực nghiệm và các lời giải của hệ bất phƣơng trình có thể kết

luận rằng:

- Trong miền thực nghiệm độ dãn dài khi đứt của vật liệu chèn khe phụ thuộc tuyến

tính vào tỷ lệ chất khâu mạch và chất hóa dẻo.

- Sự vắng mặt của biến x3 trong phƣơng trình chứng tỏ ở vùng thực nghiệm thì hàm

lƣợng chất độn không ảnh hƣởng đến độ dãn dài khi đứt, tức là hàm lƣợng đó đã ở

vùng dừng.

- Các thông số thích hợp để chế tạo vật liệu chèn khe trong vùng thực nghiệm là:

0,54 ≤ x1 ≤ 1 tƣơng ứng với 7,1 PKL ≤ Z1 ≤ 8 PKL

0,54 ≤ x2 ≤ 1 tƣơng ứng với 7,1 PKL ≤ Z2 ≤ 8 PKL.

3.7 Nghiên cứu các tính chất của vật liệu chèn khe theo cấp phối tối ƣu

Trên cơ sở phƣơng trình hồi qui đã thiết lập đƣợc, đã tiến hành lựa chọn cấp

phối chế tạo vật liệu chèn khe với tiêu chí tỷ lệ TEOS và AK 100 thấp nhất và tỷ lệ

chất độn tro bay lớn nhất trong vùng thực nghiệm thỏa mãn phƣơng trình hồi qui. Do

đó, đã lựa chọn cấp phối để chế tạo vật liệu chèn khe để khảo sát các tính chất tiếp theo

nhƣ bảng 3.14.

Bảng 3.14: Cấp phối chế tạo vật liệu chèn khe trong vùng thực nghiệm

Nguyên liệu Ký hiệu Tỷ lệ (PKL) TT

Hydroxy terminated Polydimethyl siloxane 1 SIL 100 YF70C - 2M -TH

2 Etylsilicat TEOS 7,1

DBTL 0,06 3 Tin (di-butyl di-lauryl thiếc)

AK100 7,1 4 Hóa dẻo polydimetylsiloxan AK100

TB 12 5 Tro bay

Đã tiến hành thử nghiệm song song các chỉ tiêu của vật liệu chèn khe chế tạo

đƣợc (Si-15) và so sánh với mẫu vật liệu Dow Corning® 890-SL chèn khe cho đƣờng

bê tông xi măng theo một số chỉ tiêu của tiêu chuẩn ASTM D 5893-10, kết quả các tính

chất thu đƣợc của hai mẫu vật liệu đƣợc trình bày trong bảng 3.15.

Bảng 3.15: Một số tính chất của vật liệu chèn khe theo ASTM D 5893–10

Kết quả TT Chỉ tiêu thử nghiệm Yêu cầu kỹ thuật Si-15 890-SL

1 Không dính Không dính Không dính Thời gian không dính bề mặt tại 300 ± 10 phút

2 Ảnh hƣởng của lão hóa nhiệt ≤ 10 % 1,85 1,56

3 Độ dãn dài khi đứt ≥ 600 % 626 815

4 Độ bền kéo tại độ dãn dài 150% ≤ 310 kPa 287 246

5 Độ cứng Shore A ≥ 30 35 32

Căn cứ vào các kết quả thu đƣợc từ bảng 3.15 có thể thấy rằng, các tính chất cơ

học của Si-15 và Dow Corning® 890-SL đều đáp ứng đƣợc các yêu cầu của ASTM

D5893–10 để có thể sử dụng làm vật liệu chèn khe loại tự san phẳng cho mặt đƣờng bê

tông xi măng. So sánh tính chất cơ học giữa hai loại vật liệu chèn khe có thể nhận xét

rằng cả hai loại đều có khả năng chịu nhiệt tốt, vật liệu Si-15 chế tạo đƣợc có tính cứng

hơn Dow Corning® 890-SL dẫn đến độ dãn dài khi đứt của Si-15 thấp hơn Dow

Corning® 890-SL và độ bền kéo của cả hai vật liệu tại độ dãn dài thấp (150%) đều đáp

ứng đƣợc yêu cầu đề ra.

3.8 Phân tích cấu trúc vật liệu bằng phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM

– EDX)

Đã tiến hành khảo sát cấu trúc các mẫu vật liệu M0 (mẫu đã lƣu hóa có hàm lƣợng

DBTL là 0,06 PKL và TEOS là 2 PKL) và Si-15 (mẫu vật liệu chèn khe chế tạo) để so

sánh cấu trúc giữa hai mẫu và xác định thành phần nguyên tố có trong mẫu vật liệu.

Qua Hình 3.12 có thể nhận thấy thành phần chủ yếu trong mẫu M0 là các nguyên tố C,

O, Si và một lƣợng nhỏ Sn là thành phần của DBTL làm xúc tác cho phản ứng lƣu hóa

cao su silicon. Khối lƣợng Si chiếm tỷ lệ % cao hơn C và O.

Hình 3.13 cho thấy mẫu Si -15 ngoài các thành phần chủ yếu là Si, C, O, Sn còn

có chứa hàm lƣợng đáng kể Al, điều này là do trong thành phần chất độn tro bay của

Si-15 ngoài thành phần chủ yếu là SiO2 (57%) còn có chứa hàm lƣợng Al2O3 lên tới

23%. Ngoài ra, có thể nhận thấy tỷ lệ hàm lƣợng Si, C và O có sự chênh lệch không

nhiều do trong thành phần của Si-15 khi chế tạo có thành phần của chất hóa dẻo, và

lƣợng lớn chất độn tro bay.

Hình 3.12: Giản đồ EDX của mẫu Si-15

Hình 3.13: Giản đồ EDX của mẫu M0

Hình 3.14 thể hiện bề mặt đứt gãy của hai mẫu M0 và Si-15, có thể nhận thấy

mẫu M0 có bề mặt mịn hơn mẫu Si-15 với cùng độ phân giải ở 20 µm. Trên hình của

mẫu Si-15 có thể dễ dàng nhận thấy kích cỡ các hạt độn khoảng 10 ÷ 15 µm và các hạt

chất độn liên kết khá tốt với nhựa nền, tại bề mặt đứt không có sự tách liên kết giữa

chất độn và bề mặt nhựa nền.

Hình 3.14: Ảnh SEM bề mặt gẫy của mẫu M0 và mẫu Si-15

3.9 Khảo sát độ bền nhiệt của vật liệu (TGA, DTG) so sánh mẫu đối chứng và

mẫu sản phẩm

Đã tiến hành khảo sát độ bền nhiệt của các mẫu vật liệu M0 (mẫu đã lƣu hóa có hàm

lƣợng DBTL là 0,06 PKL và TEOS là 2 PKL) và Si-15 (mẫu vật liệu chèn khe chế tạo)

để so sánh theo phƣơng pháp xác định khối lƣợng tổn hao do nhiệt (TGA) và phƣơng

pháp phân tích nhiệt (DTG), kết quả thu đƣợc thể hiện trên hình 3.15 và hình 3.16

Hình 3.15: Giản đồ TG và DTG mẫu M0

Hình 3.16: Giản đồ TG và DTG mẫu Si -15

Qua kết quả phân tích nhiệt trên Hình 3.15 có thể thấy mẫu M0 bắt đầu có sự giảm khối lƣợng ở 280 oC và khi tăng nhiệt độ tới khoảng 310,5 oC khối lƣợng mẫu giảm mạnh, khi tăng nhiệt độ đến 350 oC khối lƣợng mẫu giảm 8,22 %, đồ thị khác với

mẫu Si -15, điều này có thể là do trong mẫu M0 còn chứa lƣợng silicon chƣa lƣu hóa,

lƣợng silicon này chịu nhiệt kém hơn và đã bị phân hủy khi gia tăng nhiệt độ trên 300oC.

Ngoài ra, khi tăng nhiệt độ lên trên 450 oC thì cả hai mẫu vật liệu đều bắt đầu giảm khối lƣợng mạnh và khi gia nhiệt tới 500 oC thì cả hai mẫu đều phân hủy khoảng 25 % khối lƣợng mẫu. Tiếp tục tăng nhiệt độ trên 500 oC ta có thể nhận thấy khối

lƣợng cả hai mẫu tiếp tục giảm, tuy nhiên mẫu Si-15 có khả năng chịu nhiệt tốt hơn M0 (peak nhiệt của Si -15 là 546,2oC và M0 là 527,0oC). Khi tiếp tục tăng nhiệt độ tới 600oC khối lƣợng mẫu Si-15 phân hủy còn lại 34,18% và mẫu M0 còn lại 22,49%, sự

chênh lệch khối lƣợng này là do mẫu Si-15 có chứa 12 PKL độn tro bay so với mẫu

M0 ban đầu.

Qua các phân tích trên ta có thể nhận thấy mẫu Si-15 đã lƣu hóa gần nhƣ hoàn toàn và

mẫu có khả năng chịu nhiệt khá tốt. Nhiệt độ phân hủy của mẫu M0 thấp hơn mẫu Si-

15, tuy nhiên khoảng cách chênh lệch nhiệt độ chƣa cao.

3.10 Khảo sát độ bền hóa của vật liệu chèn khe trong các môi trƣờng hóa chất

khác nhau theo thời gian

Tiến hành gia công chế tạo vật liệu chèn khe với hàm lƣợng TEOS là 7,1 PKL,

chất hóa dẻo AK 100 là 7,1 PKL, chất độn tro bay là 12 PKL và chất xúc tác khâu

mạch DBTL là 0,06 PKL. Đã tiến hành khảo sát ngâm mẫu sau gia công trong các môi

trƣờng hóa chất (axít HNO3 10%, NaOH 10%, nƣớc cất, dầu điezen) đại diện cho các

điều kiện môi trƣờng làm việc của vật liệu chèn khe trong 28 ngày để xác định sự thay

đổi khối lƣợng rồi sau đó xác định các tính chất cơ học nhƣ kéo và độ cứng.

Kết quả thu đƣợc trình bày ở các bảng 3.16 và 3.17.

Bảng 3.16: Sự thay đổi khối lượng của vật liệu chèn khe trong các môi trường hóa chất

Sự thay đổi khối lƣợng (%) Thời gian TT (ngày) NaOH 10% Nƣớc cất Dầu điezen HNO3 10%

1 + 2,82 + 0,07 + 0,20 + 21,91 1

2 + 3,86 + 0,13 + 0,26 + 18,02 2

3 + 5,39 + 0,23 + 0,28 + 15,81 3

5 + 6,69 + 0,37 + 0,31 + 14,46 4

7 + 9,54 + 0,47 + 0,36 + 12,89 5

14 + 15,99 + 0,57 + 0,43 + 11,57 6

21 + 22,77 + 0,64 + 0,48 + 9,57 7

28 + 24,14 + 0,84 + 0,60 + 9,34 8

Bảng 3.17: Sự thay đổi độ bền cơ học của vật liệu chèn khe trong môi trường hoá chất

Môi trƣờng hóa chất TT Độ bền cơ học Nƣớc cất Dầu điezen HNO3 10% NaOH 10%

- 62,2 - 2,6 - 3,1 - 5,8 1 Sự thay đổi độ bền kéo (%)

- 46,4 - 2,9 - 1,5 - 4,5 2 Sự thay đổi độ dãn dài khi đứt (%)

- 21,3 - 2,1 - 2,1 - 2,1 3 Sự thay đổi độ cứng (%)

Căn cứ vào các kết quả trên có thể nhận thấy, vật liệu chèn khe silicon gia cƣờng bằng

chất độn tro bay có tính chất cơ học khá cao và có độ bền ổn định trong môi trƣờng hóa

chất đặc biệt trong 3 môi trƣờng: nƣớc, kiềm và dầu.

Trong môi trƣờng nƣớc và kiềm khối lƣợng mẫu thử thay đổi rất ít và các tính chất cơ

học của vật liệu cũng giảm không đáng kể.

Mẫu vật liệu chèn khe không bền trong môi trƣờng axit mạnh nhƣ HNO3 10%, trong

môi trƣờng này mẫu vật liệu tăng khối lƣợng tới 24,14 % sau 28 ngày ngâm mẫu và

các tính chất cơ học suy giảm mạnh, điều này có thể là do sự trƣơng nở của mẫu vật

liệu trong môi trƣờng axit đã làm liên kết giữa các thành phần cấu tạo vật liệu phá hủy

dẫn tới tính chất giảm mạnh.

Mẫu vật liệu chèn khe khá bền trong môi trƣờng dầu diezen, trong môi trƣờng này mẫu

vật liệu tăng khối lƣợng 21,91 % sau 1 ngày ngâm mẫu, tuy nhiên các ngày ngâm mẫu

tiếp theo khối lƣợng mẫu suy giảm và tới ngày 28 khối lƣợng mẫu chỉ tăng 9,34 % và

các tính chất cơ học của vật liệu suy giảm không đáng kể, điều này có thể là do vật liệu

silicon có khả năng kháng dầu tốt hơn các cao su mạch Hidro cacbon thông thƣờng,

ban đầu khi bắt đầu ngâm mẫu, tác nhân dầu đã xâm nhập vào trong mạch liên kết của

vật liệu làm cho mẫu bị trƣơng lên và khối lƣợng mẫu tăng mạnh. Tuy nhiên, khối

lƣợng mẫu thử ở các ngày tiếp theo suy giảm và cuối cùng sau 28 ngày khối lƣợng mẫu

chỉ tăng 9,34 %, điều này có thể là do dầu và vật liệu silicon không tƣơng thích về mặt

hóa học nên sau khi mẫu bị trƣơng nở, dầu diezen đã tách dần ra khỏi vật liệu, chúng

chỉ chèn vào khoảng trống bên trong vật liệu chế tạo nên khối lƣợng mẫu tăng thấp hơn

so với khối lƣợng mẫu ngâm sau 1 ngày.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

* Đã nghiên cứu và lựa chọn đƣợc cấp phối tối ƣu để chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở silicon RTV hai thành phần ở nhiệt độ 250C, với tốc độ khuấy trộn

1000 vòng/ phút, trong thời gian 60 phút, có tỷ lệ nhƣ sau:

+ Hàm lƣợng chất xúc tác Tin (di-butyl di-lauryl thiếc): 0,06 PKL so với Silicon;

+ Hàm lƣợng chất lƣu hóa Etylsilicat: 7,1 PKL so với Silicon;

+ Hàm lƣợng chất hóa dẻo AK 100: 7,1 PKL so với Silicon;

+ Hàm lƣợng chất độn tro bay: 12 PKL so với Silicon;

* Sản phẩm vật liệu chèn khe silicon chế tạo đƣợc có các tính chất sau:

Ảnh hƣởng của lão hóa nhiệt thông qua sự suy giảm khối lƣợng là 1,85 %; Độ dãn dài

khi đứt là: 626 %; Độ bền kéo tại độ dãn dài 150% là: 287 kPa; Độ cứng Shore A là:

35.

* Qua các kết quả phân tích phổ hồng ngoại, khảo sát cấu trúc hình thái bằng kính hiển

vi điện tử quét, phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng, phƣơng pháp xác định sự

thay đổi khối lƣợng trong môi trƣờng hoá chất nhận thấy: mẫu vật liệu chế tạo đã lƣu

hóa gần nhƣ hoàn toàn; mẫu có khả năng chịu nhiệt cao hơn mẫu trống so sánh; và hàm

lƣợng chất độn phân tán tƣơng hợp khá tốt với nhựa nền. Ngoài ra mẫu vật liệu chế tạo

đƣợc cũng có khả năng kháng kiềm, nƣớc và dầu diezen rất tốt, và các tính chất cơ lý

thay đổi không đáng kể sau 28 ngày ngâm mẫu trong các môi trƣờng này.

Từ những kết quả nghiên cứu của luận văn nhận thấy, cần phải tiếp tục nghiên

cứu hoàn thiện để cải thiện các tính chất của vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở

silicon RTV hai thành phần để có thể đáp ứng đƣợc toàn bộ các yêu cầu của vật liệu

chèn khe theo tiêu chuẩn ASTM D 5893–10, và tiêu chuẩn về mặt đƣờng bê tông sân

bay theo TCVN 10907:2015 [22]. Hơn nữa, cũng cần nghiên cứu thêm tính bền lâu về

hiệu quả sử dụng trên bề mặt các công trình đƣờng bê tông xi măng dƣới tác động trực

tiếp của thời tiết cũng nhƣ độ bền theo thời gian

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Alexander M. Collins, III, Wayne D. Mangum, David W. Fowler, Alvin H. Meyer,

and David P. Whitney (1986), Improved methods for sealing joints in portland

cement concrete pavements, pp. 1-25.

2. André Colas Dow Corning (2005), Silicones: Preparation, Properties and

Performance.

3. André Colas (1997), Silicone Chemistry Overview, Dow Corning Corporation

Midland, Michigan

4. A. Wolf, Dow Corning GmbH (2004), Silicones in the Construction Industry,

Wiesbaden (Germany).

5. Bilson shukla & Ravindra D.Kulkarni (2008), Silicone Polymers: History &

Chemistry.

6. Brown, Delmont D (1972), Effects of various sealing systems on portland cement

concrete joints, Highway Research Record Number 389, Highway Research Board,

Washington, D. C, pp 28-39.

7. Bugler, John H (1983), Problems and solutions in rigid pavement joint sealing,

Public Works, September, pp 93-97.

8. Dae Jun Kim, Young Yun Park (2002), Mechanical properties of alkoxy type silicon

sealants.

9. E.G. Rochow (1987), Silicon and silicones, Springler-Verlag

10. Francois de Buyl (2001), Silicone sealants and structural adhesives

11. George Wypych, Editor (2004), Handbook of Plasticizers, Toronto, New York.

12. John W. Dean, Melvin D. Beers (1991), Self – leveling silicon sealant compositions

and methods for making same.

13. Johanna Hofmann, Junior R&D Manager, IR Spectroscopic method for

determination of silicon cross-lingking, Forchheim, Germany.

14. K.W. Allen, A.R. Hutchinson and A. Pagliuca (1994), A study of the curing of

sealants used in building construction.

15. K.L.Mittal and A.Pizzi (2009), Handbook of Sealant Technology.

16. Klosowski JM (1989), Sealants in construction, New York and Basel:Marcel

Dekker, Inc.

17. Mohamad Riduwan Ramli, Muhammad Bisyrul Haﬁ Othman, Azlan Ariﬁn,

Zulkiﬂi Ahmad (2011), Cross-link network of polydimethylsiloxane via addition

and condensation (RTV) mechanisms. Part I: Synthesis and thermal properties.

18. Noll W (1968) Chemistry and technology of silicones, New York: Academic Press.

19. Lƣơng Nhƣ Hải (2015), Nghiên cứu ứng dụng tro bay làm chất độn gia cường

cho vật liệu cao su và cao su blend, Luận án tiến sỹ.

20. GS. TSKH Nguyễn Minh Tuyền (2005), Quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất bản

khoa học và kỹ thuật

21. ASTM D 5893 – 10, Standard specification for cold applied, single component,

chemically curing silicone joint sealant for portland cement concrete pavements.

22. TCVN 10907:2015, Sân bay dân dụng – Mặt đường sân bay - Yêu cầu thiết kế.

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu chèn khe tự san phẳng trên cơ sở silicon RTV hai thành phần sử dụng xảm kín khe co giãn đường bê tông xi măng

N

I

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

N

H

X

U

Â

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------------------------------

N

T

H

Ắ

N

G

NINH XUÂN THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CHÈN KHE TỰ SAN PHẲNG

TRÊN CƠ SỞ SILICON RTV HAI THÀNH PHẦN SỬ DỤNG XẢM

KÍN KHE CO GIÃN ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG

K

Ỹ

T

H

U

Ậ

T

H

Ó

A

H

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ọ

C

KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. BẠCH TRỌNG PHÚC

2. TS. TRỊNH MINH ĐẠT

K

H

Ó

A

2

0

1

5

B

Hà Nội – Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.2.3 Các loại silicon nhóm chức và cơ chế lƣu hóa

CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Có thể bạn quan tâm

Luận văn Thạc sĩ: Chế tạo và nghiên cứu tính chất điện, từ của vật liệu multiferroic Ba₀.₇Ca₀.₃TiO₃/ NiFe₂O₄

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu vật liệu biến hóa dạng chuỗi một chiều chế tạo từ kim loại đồng trên đế FR-4 hoạt động tại tần số MHz ứng dụng trong truyền năng lượng không dây

Luận văn Thạc sĩ: Đánh giá khả năng tác động tới môi trường biển của việc xả nước thải từ sự cố nhà máy điện hạt nhân Fukushima sử dụng công cụ ERICA

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng mô hình đầu dò nơtron và gamma sử dụng nhấp nháy EJ-276 ghép nối với mảng nhân quang silicon

Luận văn Thạc sĩ: Đánh giá khả năng ảnh hưởng của bức xạ ion hóa đến sức khỏe cư dân khu vực mỏ đất hiếm Đông Pao, xã Bản Hon, huyện Tam Đường, tỉnh Lai Châu

Luận văn Thạc sĩ: Sử dụng phương pháp nhiễu xạ neutron khảo sát cấu trúc tinh thể và pha trật tự từ trong vật liệu Pr2FeCrO6

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu phân lập, xác định cấu trúc và hoạt tính ức chế NO của các hợp chất thứ cấp từ chủng vi nấm biển Aspergillus sp. CL251

Luận văn Thạc sĩ: Phân tích một số hợp chất bisphenol thôi nhiễm từ bao bì nhựa lên một số mẫu thực phẩm nền tinh bột

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của loài hoa mộc (Osmanthus fragrans (Thunb.) Lour.) ở Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và đánh giá tác dụng kháng viêm của loài côi Turpinia montana (Blume) Kurz

Luận văn Thạc sĩ: Tổng hợp và đặc trưng tính chất vật liệu composite có cấu trúc nano chitosan–cyclodextrin/TiO₂–Ag

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát một số tính chất của màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy gốc nước và khung cơ kim - ZIF

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất napthoquinone chứa nguyên tố flo bằng phản ứng đa thành phần

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu điều chế vật liệu Bioglass và tổ hợp lai với polymer ALG-F127 định hướng ứng dụng trong điều trị nội nha

Luận văn Thạc sĩ: Khảo sát thành phần hóa học và hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase trên một số hợp chất phân lập từ thịt quả bình bát nước (Annona glabra L.).

Luận văn Thạc sĩ: Tổng hợp và đánh giá hoạt tính chống ung thư của hợp chất lai chứa khung tetrahydro-β-carboline và imidazo[1,5-a]pyridine

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất của benzazole

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu chiết tách lignin từ vỏ sầu riêng Ri6 (Durio zibethinus Murr.) và tổng hợp vật liệu biocomposite định hướng ứng dụng trong bảo quản sau thu hoạch

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc phủ acid hyaluronic mang doxorubicin định hướng ứng dụng trong điều trị ung thư

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và hoạt tính kháng viêm của loài rau dừa nước (Ludwigia adscendens)