Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp kẽm borat, nhôm hydroxit và hydrotalcit dạng tấm nano ứng dụng chế tạo polyme compozit chống cháy

Vật liệu polyme đã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống nhờ những ưu điểm vượt trội về trọng lượng nhẹ, độ bền và khả năng gia công. Tuy nhiên, tính dễ cháy vốn có của chúng là một hạn chế nghiêm trọng, gây rủi ro an toàn và giới hạn ứng dụng trong các ngành yêu cầu cao về an toàn cháy nổ như xây dựng, điện tử và hàng không. Trong bối cảnh này, việc phát triển các vật liệu polyme chống cháy hiệu quả, an toàn và thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết. Mặc dù các phụ gia chống cháy truyền thống đã được sử dụng rộng rãi, chúng thường gặp phải các vấn đề như hiệu quả thấp, yêu cầu hàm lượng cao, hoặc chứa halogen gây độc hại. Nghiên cứu này tập trung vào giải pháp tiên tiến là tổng hợp và biến tính các vật liệu vô cơ dạng tấm nano như kẽm borat, nhôm hydroxit và hydrotalcit để khắc phục những hạn chế này, hướng tới chế tạo polyme compozit chống cháy với hiệu suất vượt trội.

Các nhà khoa học, kỹ sư và nghiên cứu viên trong lĩnh vực khoa học vật liệu, kỹ thuật hóa học, công nghệ polyme; các nhà sản xuất vật liệu chống cháy; và sinh viên, học viên quan tâm đến vật liệu nano và compozit.

Nghiên cứu này giải quyết thách thức về tính dễ cháy của vật liệu polyme bằng cách phát triển các phụ gia chống cháy vô cơ hiệu suất cao dựa trên cấu trúc nano. Công trình đã tiến hành tổng hợp thành công các vật liệu dạng tấm nano gồm kẽm borat (nZB), nhôm hydroxit (nATH) và hydrotalcit (nHT). Một phương pháp tiếp cận quan trọng là biến tính bề mặt các hạt nano này bằng các hợp chất hữu cơ nhằm cải thiện khả năng phân tán và tương hợp với nền polyme. Cụ thể, nATH được biến tính với axit oleic, Tween 80 và polyethylenimine, trong khi nHT được biến tính với DOPO để tăng cường tính năng chống cháy. Sau khi tổng hợp và biến tính, các vật liệu nano này được sử dụng làm phụ gia để chế tạo các polyme compozit chống cháy trên nền nhựa nhiệt dẻo polypropylen (PP) và nhựa nhiệt rắn epoxy (EP). Luận án đã nghiên cứu chi tiết hình thái, cấu trúc và tính chất của các hạt nano tổng hợp, đồng thời đánh giá khả năng phân tán, tính chất nhiệt, cơ học và đặc biệt là hiệu quả chống cháy của các nanocompozit thông qua các tiêu chuẩn như chỉ số oxy giới hạn (LOI) và thử nghiệm cháy đứng UL94-V. Các kết quả cho thấy, việc kết hợp các hạt nano đã biến tính không chỉ cải thiện đáng kể khả năng chống cháy (đạt tiêu chuẩn UL-94 V-0, LOI > 30% cho nền EP) mà còn giảm lượng phụ gia cần thiết và duy trì hoặc cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu. Nghiên cứu cũng làm rõ cơ chế chống cháy ở cả pha khí và pha rắn, chứng minh hiệu ứng hiệp đồng khi kết hợp các hạt nano với phụ gia khác. Giá trị ứng dụng của công trình là tạo ra các vật liệu polyme compozit chống cháy không chứa halogen, thân thiện với môi trường, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đòi hỏi vật liệu an toàn và bền vững, đồng thời cung cấp nền tảng khoa học vững chắc cho các nghiên cứu và phát triển tiếp theo trong lĩnh vực này.