›

Khóa luận Nghiên cứu khả năng chống cháy và độ bền cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA có sử dụng nhựa HDPE tái sinh và một số phụ gia

pdf 54 trang thiennha21 15/04/2022 9091
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu khả năng chống cháy và độ bền cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA có sử dụng nhựa HDPE tái sinh và một số phụ gia", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfnghien_cuu_kha_nang_chong_chay_va_do_ben_co_hoc_cua_vat_lieu.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu khả năng chống cháy và độ bền cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA có sử dụng nhựa HDPE tái sinh và một số phụ gia

  1. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  NGUYỄN THỊ CHINH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHÁY VÀ ĐỘ BỀN CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP HDPE/EVA CÓ SỬ DỤNG NHỰA HDPE TÁI SINH VÀ MỘT SỐ PHỤ GIA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ HÀ NỘI – 2018
  2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  NGUYỄN THỊ CHINH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHÁY VÀ ĐỘ BỀN CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP HDPE/EVA CÓ SỬ DỤNG NHỰA HDPE TÁI SINH VÀ MỘT SỐ PHỤ GIA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ Cán bộ hƣớng dẫn TS. Nguyễn Vũ Giang HÀ NỘI – 2018
  3. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Vũ Giang thầy đã định hướng cho em trong tư duy khoa học, tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian thực hiện khóa luận. Em xin chân thành cám ơn các anh chị đang công tác tại Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại, Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và hỗ trợ em rất nhiều trong thời gian nghiên cứu khoa học tại đây. Cuối cùng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh ủng hộ và là chỗ dựa tinh thần cho em trong suốt thời gian qua. Trong quá trình thực hiện khoá luận mặc dù đã hết sức cố gắng, nhưng chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót.Vì vậy em rất mong nhận được góp ý của thầy cô để bài khóa luận của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày . tháng 5 năm 2018 SINH VIÊN Nguyễn Thị Chinh
  4. CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT EBS Ethylene bis stearamide EVA Etylen-vinylaxetat HDPE High-density polyethylene (Polyetylen tỷ trọng cao) HEgsB HDPE nguyên sinh+ HDPE tái sinh/EVA gypsum biến tính có sử dụng các chất phụ gia. HEgsP HDPE nguyên sinh+ HDPE tái sinh/EVA gypsum và các chất phụ gia. HEsgO HDPE nguyên sinh+ HDPE tái sinh/EVA gypsum. IR Phổ hồng ngoại. PC Polyme compozit.
  5. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Một số sản phẩn nhựa HDPE được dùng tái chế 8 Hình 1.2: Một số sản phẩm được làm từ HDPE tái sinh 9 Hình 1.3: Phản ứng đồng trùng hợp tạo EVA 9 Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của EBS 11 Hình 1.5: Cá tại các kênh đầm sát bãi thải của DAP chết nổi trắng 17 Hình 2.1: Mẫu do tính chất cơ học 26 Hình 2.2: Mẫu được cắt và đánh dấu theo tiêu chuẩn UL-94HB 27 Hình 3.1: Phổ IR của gypsum và gypsum BT bởi 4% EBS 29 Hình 3.2: Giản đồ momen xoắn của các mẫu compozit HEgsB, HEgsP và HEgsO tại 7 %kl gypsum 30 Hình 3.3: Độ bền kéo đứt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum tại các hàm lượng gypsum khác nhau 32 Hình 3.4: Độ cứng của mẫu HEgsB, HEgsP và HEgsO ở các hàm lượng gypsum khác nhau. 35 Hình 3.5: Đường TG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum 38 Hình 3.6: Đường DTG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum 40
  6. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hoá học của gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ - Hải Phòng 14 Bảng 1.2. Thành phần các kim loại của gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ- Hải Phòng 15 Bảng 2: Bảng tóm tắt thành phần vật liệu compozit, ký hiệu mẫu ở các hàm lượng gypsum và gypsum biến tính khác nhau 24 Bảng 3.1. Momen xoắn cân bằng của vật liệu compozit tại hàm lượng gypsum khác nhau 31 Bảng 3.2: Độ dãn dài khi đứt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum 33 Bảng 3.3: Mô đun đàn hồi của vật liệu HEgsB, HEgsP và HEgsO tại các hàm lượng gypsum khác nhau 34 Bảng 3.4. Khả năng chống cháy của vật liệu compozit HEgsO tại các hàm lượng gypsum khác nhau theo phương pháp cháy ngang UL-94 36 Bảng 3.5: Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng gypsum đến thời gian tắt cháy của vật liệu HEgsB và HEgsP theo phương pháp cháy đứng UL-94 37
  7. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Nội dung nghiên cứu 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 2 5. Điểm mới của đề tài 2 PHẦN 2: NỘI DUNG 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 4 1.1. Tìm hiểu về polyme compozit (PC) 4 1.1.1.Khái niệm 4 1.1.2.Thành phần 4 1.1.3.Phân loại 4 1.1.4.Tính chất 5 1.1.5.Chất độn (cốt) 6 1.1.6.Ứng dụng 6 1.2. Nhựa nền HDPE, EVA và tổ hợp HDPE/EVA 7 1.2.1. Tìm hiểu về nhựa HDPE 7 1.2.2. Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) 9 1.2.3. Vật liệu tổ hợp HDPE/EVA 10 1.3. Tìm hiểu về ethylene bis stearamide (EBS 11 1.3.1.Cấu tạo, hình thái cấu trúc của EBS 11 1.3.2.Ứng dụng của EBS 12 1.4. Tổng quan về gypsum 12 1.4.1. Gypsum tự nhiên 12 1.4.2.Gypsum phế thải 13
  8. 1.4.3.Thực trạng và tác động của gypsum phế thải đến môi trường 15 1.5. Nghiên cứu khả năng chống cháy của vật liệu 17 1.5.1. Nguyên lý ngăn cản quá trình chống cháy 18 1.5.2. Phân loại các hợp chất chống cháy cho nhựa 19 1.6. Tình hình nghiên cứu vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum 20 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 23 2.1. Nguyên liệu và hóa chất 23 2.2. Chế tạo vật liệu 23 2.2.1.Xử lý gypsum phế thải 23 2.2.2.Biến tính hạt gypsum bằng EBS 23 2.2.3.Chế tạo vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum 24 2.3. Phƣơng pháp và thiết bị nghiên cứu 25 2.3.1.Phương pháp lưu biến trạng thái nóng chảy 25 2.3.2.Phương pháp xác định tính chất cơ học 25 2.3.3.Phổ hồng ngoại phân tích chuỗi Fourri (FT-IR) 26 2.3.4.Xác định khả năng chống cháy 26 2.3.5. Tính chất nhiệt trọng lượng (TGA) 28 2.3.6. Độ cứng 28 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1. Phổ hồng ngoại(IR) 29 3.2. Khả năng chảy nhớt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum 30 3.3. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA/gypsum. 31 3.3.1. Độ bền kéo đứt 31 3.3.2. Độ dãn dài khi đứt 33 3.3.3. Mô đun đàn hồi 34 3.4. Độ cứng 35 3.5. Khả năng chống cháy của vật liệu compozitHDPE/EVA/gypsum 36
  9. 3.6. Tính chất nhiệt của vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum 38 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42
  10. MỞ ĐẦU 1.Lý do chọn đề tài Ngày nay, vật liệu composite được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực cả về khoa học và đời sống. Việc nghiên cứu và chế tạo thành công nhiều loại vật liệu tổ hợp với chất gia cường, với nhiều tính chất đang mở ra nhiều triển vọng mới trong lĩnh vực khoa học và công nghệ vật liệu. Để đáp ứng những yêu cầu ngày càng khắt khe của các ngành công nghiệp như công nghệ chế tạo máy, thiết bị, kỹ thuật điện, dầu khí đòi hỏi các nhà khoa học phải luôn nghiên cứu, tìm tòi, phát hiện các loại vật liệu mới với tính chất mới. Vật liệu composite đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới và trong nước. Polyme compozit (PC) là một loại nhựa nhiệt dẻo. Trong đó, HDPE có nhiều ưu điểm nổ bật như giá thành tương đối rẻ, không độc hại trong quá trình gia công. Đặc biệt HDPE là nhựa nhiệt dẻo nên có khả năng tái sinh, do đó rất thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, vật liệu này rất dễ cháy nên tôi nghiên cứu ảnh hưởng của HDPE tái sinh đến khả năng chống cháy và độ bền cơ học của HDPE/EVA có sử dụng một số chất phụ gia. Nhằm cải thiện độ bền, tính chất cơ học và khả năng chống cháy của HDPE/EVA cũng như giảm giá thành của sản phẩm khi ứng dụng trong một số lĩnh vực kỹ thuật. 1
  11. 2.Mục đích nghiên cứu Chế tạo vật liệu tổ hợp HDPE + HDPE tái sinh/EVA có mặt gypsum và một số chất phụ gia chống cháy ứng dụng trong một số lĩnh vực kỹ thuật. 3.Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng HDPE tái sinh đến độ bền cơ học của tổ hợp vật liệu HDPE/EVA. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia đến tính chất đến tính chất cơ học và khả năng chống cháy của vật liệu. Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA có s ử dụng HDPE tái sinh và gypsum biến tính và không biến tính. 4.Phƣơng pháp nghiên cứu Xác định tính chất cơ học của vật liệu trên thiết bị kéo đa năng Zwick (Cộng hòa LB Đức) theo tiêu chuẩn ASTM D638 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới. Xác định cấu trúc của vật liệu bằng phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier (FT-IR) và ảnh hiển vi điện tử quét (SEM). Xác định khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn UL-94 Mỹ trên thiết bị chống cháy tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới. Xác định ảnh hưởng của gypsum và phụ gia tới mô men xoắn nóng chảy của vật liệu. 5.Điểm mới của đề tài Điểm mới của đề tài là sử dụng HDPE tái sinh và gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ (Hải Phòng) để chế tạo vật liệu tổ hợp HDPE+ HDPE tái sinh/EVA/gypsum có mặt phụ gia chông cháy ứng dụng trong một số lĩnh vực kỹ thuật. Bên cạnh đó, để cải 2
  12. thiện khả năng phân tán trong nhựa nền, gypsum được biến tính bởi chất hoạt động bề mặt ethylene bis stearamide (EBS). 3
  13. PHẦN 2: NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tìm hiểu về polyme compozit (PC) 1.1.1.Khái niệm Vật liệu PC là loại vật liệu tổ hợp được tạo nên bởi hai hay nhiều cấu tử khác nhau nhằm tạo ra một vật liệu mới có tính chất đặc biệt mà cấu tử ban đầu không có [10,11]. 1.1.2.Thành phần Vật liệu PC phổ biến gồm 2 thành phần chính: polyme nền (pha liên tục) và chất gia cường (pha gián đoạn hay chất độn). 1.1.3.Phân loại 1.1.3.1.Polyme nền Polyme nền có vai trò liên kết các vật liệu gia cường ở trạng thái phân tán rời rạc trong pha nền (ở dạng liên tục). Bảo vệ chất gia cường khỏi sự tấn công của môi trường, hóa chất  Nền nhựa nhiệt rắn Có cấu trúc mạch thẳng hoặc rắn, thường ở dạng lỏng. Sản phẩm khi đóng rắn chuyển sang cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều có tính chất bất thuận nghịch không nóng chảy không hòa tan. Nền polyme nhựa nhiệt rắn có tính chất ổn định hóa học và khả năng chống cháy dung môi tốt. Một số loại nhựa nhiệt rắn phổ biến nhất: polyeste không no, nhựa epoxy, nhựa phenolic, nhựa vinyl, nhựa polyuretan, nhựa polyimit [10,21].  Nền nhựa nhiệt dẻo Có cấu trúc mạch thẳng hoặc mạch nhánh và tồn tại ở trạng thái tinh thể, bán tinh thể hoặc vô định hình. Có một số ưu điểm 4
  14. như: tính chất cơ lý của vật liệu nền tốt hơn, không cần qua giai đoạn đóng rắn, dễ gia công và tạo hình tạo khối sản phẩm. Ngoài ra do nhựa nhiệt dẻo có tính chất thuận nghịch nên có thể tái sử dụng. Tuy nhiên thì khả năng chịu dung môi, khả năng chịu nhiệt của nhựa nhiệt dẻo lại không tốt bằng nhựa nhiệt rắn. Để khắc phục cần cho thêm chất độn hoặc phụ gia. Một số loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng như: polyetylen (PE), polypropylen (PP), polyamit (PA), polystyren (PS) [17]. 1.1.3.2. Chất gia cường Chất gia cường có vai trò: chịu tải trọng (như chịu ma sát mài mòn, chịu va đập), tạo độ cứng, độ bền, ổn định nhiệt [2] Dựa vào hình dạng của chất gia cường mà được phân loại như sau:  Vật liệu dạng hạt: được dùng để cải thiện một số tính chất của vật liệu PC như: giảm sự co ngót của vật liệu, làm vật liệu có khả năng chịu nhiệt và chịu mài mòn tốt hơn. Một số loại vật liệu dạng hạt thường hay được sử dụng: than đen kỹ thuật, than đen hoạt tính, BaSO 4, CaSO4, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại, silica, đất sét, cao lanh, bột gỗ  Vật liệu dạng sợi Có tính năng cơ lý cao hơn dạng hạt. Một số loại vật liệu gia cường dạng hạt thông dụng như: sợi tự nhiên (sơ dừa, xơ tre, bông, sợi lanh ) hoặc sợi nhân tạo (sợi vải, sợi polyamit, sợi thủy tinh, sợi cacbon ) [12,17]. 1.1.4.Tính chất Vật liệu PC gồm có những tính chất chung như: độ bền cơ học cao, bền ở nhiệt độ cao, chịu lạnh tốt, cách điện và cách nhiệt 5
  15. tốt, có khối lượng riêng tương đối nhỏ, khả năng chịu tác động từ môi trường, hóa chất cao, thời gian sử dụng lâu, gia công dễ dàng, dễ tạo hình tạo khối Tuy nhiên dễ rạn nứt và chịu hóa chất kém, ở nhiệt độ cao bị bay hơi, khả năng phối trộn với các loại nhựa khác kém, độ bóng kém. Nhưng nếu phối trộn với các loại nhựa khác hay bổ sung thêm chất độn có thể đạt tính năng ưu việt hơn [11-13]. 1.1.5.Chất độn (cốt) Chất độn có vai trò chịu ứng suất tập trung vì chất độn thường có tính cơ lý cao hơn nhựa. Là chất được cho thêm vào vật liệu PC để làm tăng đặc tính của vật liệu như: Tăng tính cơ học, khả năng kết dính, chịu dung môi, hóa chất, chống oxi hóa, chống lão hóa tốt hơn, và các tác động từ ngoại cảnh Phân tán vào nhựa tốt. Dễ tạo đúc khuân, tạo hình, tạo khối. Cải thiện tính năng bề mặt vật liệu (giảm bọt khí do nhựa có độ nhớt cao). Tiết kiệm chi phí sản xuất. Tăng khả năng chịu va đập, chịu nhiệt và chịu mài mòn. Tùy theo mục đích của sản phẩm mà chất độn đươc thêm vào có thể là dạng hạt hay dạng sợi [13]. 1.1.6.Ứng dụng Vật liệu PC có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ có tính trội của nó nhờ độ bền cơ học và tính cách điện tốt. Nó được sử dụng trong công nghiệp điện tử để làm vật liệu cách điện như: sản xuất công tắc cầu chì của tivi, tụ điện, thân lõi 6
  16. cuộn dây biến thế, dùng làm các bộ phận của máy điện thoại, chế tạo thân máy, giá đỡ Nhờ có tính quang học tốt, độ bền nhiệt cao nó được dùng để chế tạo đèn chiếu sáng, ống chiếu sang, gương phản xạ, gương lồi, đĩa quang, đĩa CD Và một số đồ dùng trong y tế như cốc, chén, đĩa, khay thiết bị bảo quản dược phẩm, máy móc phẫu thuật là những vật liệu cần được khử trùng ở nhiệt độ cao hay trong dung dịch sát trùng [12,19]. 1.2.Nhựa nền HDPE, EVA và tổ hợp HDPE/EVA 1.2.1. Tìm hiểu về nhựa HDPE 1.2.1.1. Hình thái cấu trúc của HDPE HDPE (polyetylen tỷ trọng cao): HDPE có dạng mạch thẳng dài với hàm lượng kết tinh (74-95%) và độ bền kéo cao. HDPE là sản phẩm của quá trình trùng hợp phân etylen có mặt các chất xúc tác như: crom/ silica, chất xúc tác Ziengler-Natta hoặc chất xúc tác metallocene tùy thuộc vào chất xúc tác và điều kiện phản ứng. Nhựa nhiệt dẻo này có nhiệt độ nóng chảy: 130-135oC, tỷ trọng: 0,941-0,965g/cm3 [31]. 1.2.1.2. Tính chất Nhựa HDPE là loại nhựa có độ bền kháng hóa chất cao, không bị ăn mòn, không bị rỉ sét. Có khả năng chịu va đập và áp lực tốt. Dễ uốn dẻo và chịu biến dạng dưới loại tải cao. Không phản ứng với các dung dịch như: axit đậm đặc, kiềm muối, kể cả mưa axit 7
  17. Không bị lão hóa dưới tác động của tia cực tím từ ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu vào. Khi bị tác dụng dưới ngọn lửa, khó bắt lửa, nó chỉ mềm đi và biến dạng. Chịu uốn lệch rất tốt và có sức chịu biến dạng dưới loại tải cao. Nhiệt độ bắt lửa của nhựa HDPE là 327 oC [31]. HDPE tái sinh: là hạt nhựa được tái chế từ các sản phẩm nhựa HDPE như: can nhựa, đồ dùng gia dụng, ống phục vụ cho ngành bưu điện cáp quang, ống thoát nước, vv [17]. Hình 1.1: Một số sản phẩn nhựa HDPE được dùng tái chế Hạt nhựa HDPE sau khi tái sinh được dùng sản xuất túi, bao bì, can nhựa và các sản phẩm từ môi trường. Các sản phẩm của hạt nhựa tái sinh HDPE vẫn giữ được những đặc tính của nhựa HDPE như có tuổi thọ cao, không bị gỉ và không bị ăn mòn bởi các loại muối và axit. Nó vừa giúp các doanh nghiệp giảm giá thành cho sản phẩm mà không làm mất đi tính chất của vật liệu vừa có tác dụng giúp bảo vệ môi trường [22]. 8
  18. Hình 1.2: Một số sản phẩm được làm từ HDPE tái sinh 1.2.2. Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) 1.2.2.1. Cấu tạo, hình thái cấu trúc của copolyme etylen vinyl axetat Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) là sản phẩm của phản ứng đồng trùng hợp vinyl axetat và các monome etylen, được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp khối hoặc trùng hợp trong dung dịch. Ở nhiệt độ 50-80 oC, áp suất 2-8 Mpa, hàm lượng vinyl axetat từ 9-42% về khối lượng. Phân tử EVA có các mắt xích vinyl axetat được phân bố ngẫu nhiên theo chiều dài của các mắt xích etylen. Hình 1.3: Phản ứng đồng trùng hợp tạo EVA EVA mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, trong suốt, không thấm nước, khả năng chống vết nứt cao, nóng chảy dính và khả năng chống 9
  19. bức xạ của tia cực tím. Ngoài ra, EVA còn có khả năng phối trộn với một lượng lớn các chất độn EVA có một số tính chất tương tự như nhựa cao su và nhựa vinyl. Nó cạnh tranh hai loại nhựa này trong nhiều ứng dụng điện [20,21]. 1.2.2.2. Tính chất EVA Khoảng nhiệt độ làm việc tốt nhất của EVA là từ -60oC đến 65oC. Nhiệt độ bảo quản 218oC, lớn hơn nhiệt độ này có thể xảy ra sự đứt đại mạch phân tử. EVA tan trong một số dung môi hữu cơ như: xilen, toluen, decanlin, tetrahydrofuran EVA có tỷ trọng khoảng 0,93-0.96g/cm3 phụ thuộc vào hàm lượng nhóm VA trong phân tử. Độ dãn dài khi đứt trong khoảng 700-1300% và độ bền kéo trong khoảng 6-29 MPa. EVA thường bền với các chất như: ozon, nước lạnh, nước nóng, dung dịch axit loãng, kiểm, rượu, chất béo, chất tẩy rửa. Kém bền với dầu diezen, dầu máy và không bền trong các dung dịch clorua, hidrocacbon thơm, silicon, axeton, xăng, axit vô cơ đặc. Độ thẩm thấu của EVA với các chất khí N 2, O2, CO2, hơi ẩm tăng khi hàm lượng VA [21]. 1.2.3. Vật liệu tổ hợp HDPE/EVA Trong tất cả các loại PE, HDPE có nhiều tính chất phù hợp có thể tương hộ tốt với EVA như: có khả năng trộn với nhiều phụ gia, mềm dẻo, bền với thời tiết, nhiệt độ nóng chảy tương đối cao khó bắt lửa Do vậy, HDPE kết hợp với EVA có thể khắc phục được hạn chế của mỗi polyme thành phần, tăng khả năng gia công do hiệu ứng giảm độ nhớt nóng chảy, góp phần làm tăng tính chất cơ học như tăng độ mềm dẻo, độ dai và khả năng chống cháy, 10
  20. chống lão hóa, cũng như chống nứt và các tác động bên ngoài của môi trường. Vật liệu tổ hợp HDPE/EVA đã được ứng dụng rộng rãi trong khá nhiều lĩnh vực khác nhau như giao thông vận tải, nuôi trồng thủy hải sản công nghiệp, nông nghiệp, khai thác mỏ, hóa dầu, môi trường vệ sinh kỹ thuật Trong lĩnh vực chế tạo vật liệu polyme compozit sử dụng một số chất độn, EVA có độ phân cực cao HDPE sẽ hỗ trợ phân tán của chất độn vào vật liệu tốt hơn mà không làm mất đi tính chất của nó. Do vậy khi chế tạo các vật liệu polyme compozit thường sử dụng thêm chất độn để cải thiện một số tính chất của nó [18]. 1.3.Tìm hiểu về ethylene bis stearamide (EBS) 1.3.1.Cấu tạo, hình thái cấu trúc của EBS EBS là một hợp chất hữu cơ có công thức hóa học: C38H76N2O2 .Chất rắn màu trắng và có độc tính thấp. Hợp chất này là sản phẩm của phản ứng ethylenediamine và axit stearic. Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của EBS 11
  21. 1.3.2.Ứng dụng của EBS EBS được sử dụng rộng rãi trong chế biến nhựa như là chất bôi trơn, nhờ có khả năng tương thích tốt đối với hầu hết các loại nhựa: Giảm các vết nứt, cải thiện độ sáng bóng của sản phẩm. Chống dính bề mặt, chống tĩnh điện tốt. Hỗ trợ phân tán đồng đều hơn các thành phần phụ gia khác như: màu, chất độn vào nhựa. Giảm ma sát dòng chảy, giúp bảo vệ các thiết bị khỏi ăn mòn, và cải thiện năng suất. Chống chịu thời tiết, và cải thiện khả năng chịu nhiệt của sợi polyamide, polyester [29,30]. 1.4.Tổng quan về gypsum 1.4.1. Gypsum tự nhiên Gypsum tự nhiên hay còn có tên gọi canxi sunfat (thạch cao) là một hợp chất vô cơ, có công thức hóa học CaSO4.2H2O. Chất rắn màu trắng, xám hoặc hung, không tan trong nước. Tồn tại ở dạng muối kết tủa bền, được tìm thấy trong đá vôi và có mặt hầu hết trên trái đất [14]. Thạch cao tự nhiên được khai thác từ mỏ dưới dạng các tảng như đá vôi. Rồi được đem nung trong lò giống như nung vôi. Tuy nhiên, thì cấu trúc canxisunfat không bị phân hủy mà chỉ có phản ứng loại bỏ nước kết tinh [17]. CaSO4.2H2O → CaSO4.1/2H2O + 3/2 H2O. Quá trình đóng rắn của thạch cao chính là quá trình Hidrat hóa, tạo tinh thể Hydrat Một số đặc tính của gypsum: 12
  22. Khối lượng riêng: 2,31-2,33 g/cm3. Độ cứng Mohs 1,5-2. Chiết suất 1,522. Tan ít trong nước. Khó tan trong axit loãng nhưng độ tan lại tăng trong axit đặc do có khả năng tạo phức chất. Một số các tác dụng của gypsum tự nhiên: thạch cao được sử dụng rộng rãi trong đời sống và sự phát triển của con người như: Trong y tế; dùng làm thực phẩm, thuốc trong y học, sử dụng làm vật liệu bó bột định hình Trong nông nghiệp: sử dụng để cải tạo đất bùn nhão Trong vật liệu xây dựng nhờ đặc tính cách nhiệt, chịu tiếng ồn, chịu nước, bền, đẹp, rẻ được xem là vật liệu truyền thống thân thiện con người. Trong công nghiệp nhựa: Nó được dùng phổ biến trong nhựa nhiệt dẻo do có các đặc tính như: màu trắng, độ bền chịu hóa chất, bền chịu nhiệt đặc biệt do có tỷ khối lớn nên gypsum được ứng dụng trong chế tạo vật liệu polyme compozit để làm giảm độ co ngót, chịu va dập, cải thiện độ bóng cho sản phẩm [10,14]. 1.4.2.Gypsum phế thải Gypsum phế thải là sản phẩn phụ của quá trình sản xuất phân lân. Ở nước ta, sản xuất phân lân theo quy trình hòa tan quặng apatit được làm giàu trong dung dịch axit sunfuric dư theo phản ứng hóa học như sau [18]: Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 3H3PO4 + 5CaCO4.2H2O + HF 13
  23. Theo quy trình này, gypsum phế thải được tạo ở dạng kết tủa, sau đó được lọc tách và chuyển ra bãi thải. Qua phân tích thành phần gypsum cho thấy có tới 75% CaSO4.2H2O, ngoài ra là H2O, H2SO4, SiO2, Al2O3, P2O5 và các chất khác chiếm 25%. Được xác định bằng phương pháp ASS tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam (bảng 1.2). Thành phần hóa học của gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ được xác định bằng phương pháp ICP tại trường Khoa học tự nhiên - ĐHQG Hà Nội, kết quả được trình bày trên bảng 1.1. Bảng 1.1. Thành phần hoá học của gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ- Hải Phòng Hợp chất với Hàm lƣợng oxy (%kl) -2 SO4 45 – 50 CaO 35 – 40 CO2 0,8 – 1 Al2O3 0,5 – 1 Fe2O3 1,2 – 1,5 MgO 0,98 – 1,1 SiO2 8 – 15 MnO 0,4 – 0,5 P2O5 0,15 – 1 Chất đen 2 – 5 14
  24. Bảng 1.2. Thành phần các kim loại của gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ- Hải Phòng Hàm lƣợng Nguyên tố (ppm) Ca 245410,256 Al 490,382 Si 917,183 P 672,523 Ni 174,336 Mn 315,750 Fe 4106,025 Mg 619,738 Từ kết quả trên cho thấy quá trình sản xuất phân lân đã thải ra môi trường nhiều tạp chất có chứa kim loại nặng và nồng độ axit cao gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và môi trường [17]. 1.4.3.Thực trạng và tác động của gypsum phế thải đến môi trường 1.4.2.1.Thực trạng gypsum phế thải Theo báo cáo của ngành phân bón Việt Nam. Hiện tại phân DAP được sản xuất trong nước tại 2 nhà máy DAP Đình Vũ và DAP Lào Cai với công suất của mỗi đơn vị đạt 330 nghìn tấn/năm, đưa tổng công suất cả nước đạt 660 nghìn tấn/ năm. Đối với sản phẩm là phân lân, sản lượng Supe lân mỗi năm các doanh nghiệp sản xuất đạt 950 nghìn tấn, đảm cho mức tiêu thị hàng năm khoảng 900 nghìn tấn. Trong khi đó, đối với phân nung chảy, lượng sản xuất tiêu thụ hàng năm vào khoảng 900 nghìn tấn. Hiện 15
  25. nay, một số nhà máy sản xuất phân bón như: Lâm Thao,Văn Điển, Ninh Bình, Hải Phòng, Long Thành đang sử dụng nguyên liệu là quặng apatit Lào Cai. Tuy chưa có số liệu thống kê đầy đủ nhưng lượng gypsum phế thải phát sinh cũng tương đương, do vậy cần một diện tích lớn các bãi chứa, đất ruộng, gây ảnh hưởng đến môi trường, thủy vực và các khu vực lân cận [28]. 1.4.3.2.Ảnh hưởng của gypsum phế thải đến môi trường xung quanh Ngày nay, các vấn đề về bảo vệ môi trường luôn được đặt lên hàng đầu, vì vậy việc thải gypsum ra sông, hồ rất hạn chế. Các bãi thải gypsum phế thải phải được tập kết lại và phải được quy hoạch và chống thấm tốt. Để thu hồi lượng axit dư thừa và các chất khác. Bãi thải chứa hàm lượng axit dư trong bã thạch cao nếu không được sử lý triệt để nó sẽ bị rò rỉ ra môi trường gây ảnh hưởng đến: Hệ thống kênh, đầm, hồ làm thay đổi độ pH trong nước. Làm pH của đất, nước giảm gần với pH của axit làm thủy hải sản, thực vật chết. Làm ô nhiễm môi trường không khí nếu bãi không được tập kết và che chắn khi có gió sẽ phát tán ra ngoài môi trường 16
  26. Hình 1.5: Cá tại các kênh đầm sát bãi thải của DAP chết nổi trắng Gypsum phế thải gây ô nhiễm môi trường, làm ảnh hưởng tới các hệ sinh thái xung quanh nó. Việc tận dụng gypsum phế thải từ các nhà máy để sản xuất ra một số vật liệu có ý nghĩa lớn trong việc bảo vệ môi trường và cải thiện một số tính chất của vật liệu compozit [14,18]. Xuất phát từ thực tế trên, nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp của HDPE + HDPE tái chế/EVA/gypsum và phụ gia chống cháy sẽ góp phần mở rộng các ứng dụng của vật liệu trong một số lĩnh vực như: chế tạo ống xoắn bảo vệ cáp điện, vỏ dây điện Nhằm phục vụ trong các nhà máy, khu công nghiệp và cơ sở hạ tầng khác 1.5. Nghiên cứu khả năng chống cháy của vật liệu Quá trình cháy của nhựa: được hiểu là quá trình trì hoãn và chống cháy cho nhựa. Có thể thấy ba yếu tố chính trong quá trình cháy gồm: Oxy: là thành phần đóng vai trò không thể thiếu trong phản ứng cháy. Oxy luôn có trong môi trường xung quanh. Nhiệt độ: là yếu tó thúc đẩy phản ứng oxy hóa diễn ra nhanh hơn. Nó cũng là yếu tố làm gãy mạch các hợp chất hữu cơ, tạo thành những hợp chất thấp phân tử dễ bắt cháy. 17
  27. Vật thể cháy: là thành phần tham gia vào phản ứng oxy hóa. Tùy thuộc vào cấu trúc hóa học của vật thể mà: Nhiệt lượng sinh ra cho quá trình cháy cao thấp khác nhau. Cấu trúc dễ hay không dễ phân hủy nhiệt để tạo ra những hợp chất dễ cháy. Riêng đối với vật liệu nhựa thì có thể thể thấy đây là vật liệu có thành phần chính là hữu cơ, có những đặc điểm cháy:  Nhiệt độ bắt cháy tương đối thấp.  Nhiệt lượng cháy sinh ra cao.  Dễ bị phân hủy nhiệt, tạo ra các thành phần hữu cơ thấp phân tử có tính cháy cao. 1.5.1. Nguyên lý ngăn cản quá trình chống cháy Từ việc phân tính về quá trình cháy của vật liệu nhựa, người ta đã thấy có một số nguyên lý nhằm trì hoãn, ngăn chặn và dập tắt quá trình cháy của nhựa, như sau: Nguyên lý 1: Thành phần có đặc tính cướp oxy trong quá trình cháy: Đây là thành phần rất nhạy phản ứng với oxy; đòi hỏi lượng oxy cao và ít sinh ra nhiệt lượng khi cháy. Nguyên lý 2: Tạo thành lớp ngăn cản sự tiếp xúc oxy và cách nhiệt: Là thành phần sau khi cháy hình thành hợp chất có tính liên kết, tạo thành một lớp trơ với nhiệt bao quanh vật thể cháy (gọi là lớp xỉ trơ), nên giúp ngăn chặn việc tiếp xúc của oxy vào bên trong vật thể cháy. Nguyên lý 3: Làm suy giảm nhiệt năng của quá trình phản ứng cháy. Đây chủ yếu là các hợp chất khi phân hủy nhiệt hình thành ra các hợp chất có tính thu nhiệt cao, thường thấy nhất là sinh ra hơi nước. Nguyên lý 4: Dùng thành phần trơ để đẩy oxy khỏi vật cháy: Một số hợp chất khi cháy, sinh ra một số khí trơ lớn nên tạo ra xu hướng đẩy xa oxy của môi trường ra xa khỏi vật thể cháy. 18
  28. 1.5.2. Phân loại các hợp chất chống cháy cho nhựa Để tăng khả năng chống cháy cho sản phẩm nhựa, người ta thường dùng một số hợp chất như: Hợp chất chứa nhiều phân tử halogen (Cl, Br, ): Những hợp chất này ngăn quá trình cháy theo nguyên lý đầu tiên. Chúng có tác dụng làm suy yếu quá trình cháy, do cướp nhiều oxy và không sinh ra nhiều nhiệt lượng, nên làm suy yếu quy trình cháy. Hợp chất này đóng vai trò rất quan trong trong việc ngăn chạy quá trình cháy ngay điểm bắt đầu (ngay thời điểm nhiệt lượng xung quanh còn nhỏ, chưa đủ cao). Hợp chất phosphorus: Hợp chất phosphorous khi cháy sẽ sinh ra acid phosphoric, là thành phần giúp hình thành lớp sỉ cứng trơ nhiệt xung quanh vật thể cháy, giúp ngăn cản việc tiếp xúc của oxy vào bên trong. Thành phần acid phophoric và lớp xỉ trơ còn ngăn cản quá trình phân hủy nhiệt và việc thoát các hợp chất hữu cơ hình thành do quá trình phân hủy nhiệt ra bên ngoài. Hợp chất phosphorus này thường được dùng cho các vật liệu xốp, có diện tích tiếp xúc oxy lớn, dễ cháy như: vật liệu xốp polyurethane (nệm), thảm, sản phẩm trang trí nội thất; sản phẩm cao su trong nhà, . Hợp chất này hoạt động chủ yếu theo nguyên lý chống cháy thứ 2. Hợp chất Nitrogen: Hợp chất nitrogen này hoạt động chống cháy theo nhiều hướng. Chúng tham gia vào quá trình hình thành ra lớp xỉ trơ, giúp ngăn cản oxy (như nguyên lý thứ 2). Khi chúng cháy cũng sinh ra một lượng khí trơ (NO2) đẩy xa oxy ra khỏi vật thể cháy (như nguyên lý chống cháy thứ 4). Người ta nhận thấy rằng việc kết hợp những hợp chất Nitrogen và Phosphorus tạo thành hiệu ứng liên hợp giúp ngăn chặn quá trình cháy một các rất hiệu quả. Hợp chất vô cơ: Đa phần hợp chất vô cơ có tính chịu nhiệt cao, sản phẩm sau cháy nếu có là những hợp chất rắn trơ, nên giúp hình thành bộ 19
  29. khung của lớp xỉ trơ (theo nguyên lý 1). Một số hợp chất có tính phân hủy nhiệt và sinh ra nước (như: hợp chất alluminium hydroxide, magnesium hydroxide, ) là một nhân tố làm suy giảm nhiệt độ của vật thể cháy (theo nguyên lý 3). Các hơi nước cũng tăng thể tích nhanh ở nhiệt độ cao, tạo ra việc đuổi oxy khỏi vật đang cháy (theo nguyên lý 4). Người ta nhận thấy rằng kết hợp giữa những hợp chất vô cơ trên với các hợp chất Phophorus, Nitrogen, Halogen sẽ tạo nên việc chống cháy tổng hợp và rất hiệu quả cho nhựa. Một nhược điểm cần phải quan tâm khi sử dụng những hợp chất vô cơ trên vào trong nhựa ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ lý của sản phẩm. 1.6.Tình hình nghiên cứu vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum Trên thế giới, các nhà khoa học nghiên cứu và sử dụng gypsum làm chất độn trong nhựa nhiệt dẻo đã được nhiều tác giả quan tâm. Nhóm tác giả Marius Murariu [7] đã chế tạo thành công hệ vật liệu polylactic axit (PLA)/gypsum có sử dụng tác nhân hóa dẻo. Sự có mặt tác nhân hóa dẻo đã cải thiện khả năng gia công, tăng cường độ bền cơ học và khả năng phân tán của gypsum trên nền PLA. Cũng liên quan đến chất độn gypsum, tác giả Cong Zhu [8] đã so sánh ảnh hưởng của gysum đến tính chất của vật liệu trên nền poyvinyl ancol (PVA) và polypropylen (PP). Kết quả nghiên cứu cho thấy, gypsum đã cải thiện độ cứng và độ bền uốn trên nền PVA tốt hơn so với nền PP. Một nghiên cứu khác của tác giả F. Ramos [4] đã sử dụng gypsum với các hàm lượng 50 %kl, 60 %kl, và 70% được trộn nóng chảy với HDPE. Kết quả nghiên cứu cho thấy gypsum đã cải thiện độ bền nhiệt của vật liệu thông qua phân tích TGA (nhiệt độ bắt đầu phân hủy). Đặc biệt với hàm lượng 70% kl gypsum lớn đưa vào đã làm cho vật liệu có tốc độ 20
  30. cháy chậm hơn 3 lần so với HDPE. Điều này chứng tỏ gypsum có thể đóng vai trò làm chất chống cháy cho nhựa HDPE. Với các ưu điểm của gypsum như độ bền nhiệt cao, khả năng chống cháy, chịu mài mòn và bền thời tiết, các nghiên cứu sử dụng gypsum như một chất độn vô cơ thông thường để tăng tính chịu uốn, cải thiện độ bền nhiệt của pha nền. So với các loại chất độn và các chất gia cường nhập ngoại, gypsum có nguồn gốc trong nước có giá thành hạ hơn, chỉ bằng 50 – 75 % giá thành, góp phần tiết kiệm chi phí sản xuất và giảm tỉ lệ nhập khẩu nguyên vật liệu. Do bản chất hóa học của gypsum và các polyme nền hoàn toàn khác nhau nên khi sử dụng gypsum làm chất độn dẫn đến hiện tượng tách pha, không tương hợp. Đặc biệt với việc sử dụng hàm lượng chất độn lớn thì vật liệu compozit thu được có tính chất cơ học, tính chất điện giảm nhiều so với polyme nền. Để tăng khả năng tương tác pha, cải thiện sự phân tán và liên kết của gypsum với polyme nền các nhà nghiên cứu thường biến tính gypsum bằng axit béo thông qua phản ứng của oxit CaO (trong gypsum) với axit để tạo thành lớp phủ hữu cơ bền trên bề mặt gypsum . Trong công trình của nhóm tác giả GS.TS Thái Hoàng và cộng sự [19,21] đã nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp EVA/LDPE/GS. So với hỗn hợp polyme EVA/LDPE, vật liệu tổ hợp chứa gypsum có và không biến tính axit stearic có độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt nhỏ hơn và mô đun oung lớn hơn. Gypsum biến tính 4 % axit stearic đã cải thiện độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của hỗn hợp polyme EVA/LDPE so với gypsum không biến tính. Vậy chúng ta có thể thấy rằng việc sử dụng gypsum làm chất độn cho vật liệu compozit đã cải thiện được dáng kể tính chất 21
  31. như: tăng độ bền cơ học, độ bền kéo đứt và sản phẩm của nó đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, việc nghiên cứu và sử dụng gypsum vào các vật liệu compozit chưa nhiều. Nên trong nghiên cứu này, gypsum được biến tính bởi EBS để nâng cao khả năng tương hợp và hàm lượng gypsum đưa vào vào hỗn hợp vật liệu HDPE (nguyên sinh, tái sinh)/EVA mà không làm suy giảm nhiều tính chất của nhựa nền ban đầu. 22
  32. CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1.Nguyên liệu và hóa chất Nhựa polyetylen tỷ trọng cao (HDPE) nguyên sinh với khối lượng 3 riêng 0,94-0,96g/cm do công ty Honam (Hàn Quốc ) sản xuất. HDPE tái sinh lần 1 do công ty An Đạt Phát sản suất cón tỷ trọng 0,88 g/cm3. Copolyme etylen-vinyl axetat (EVA) có hàm lượng 18% EVA khối lượng riêng 0,86g/cm3 công ty Honam (Hàn Quốc). Hạt gypsum phế thải được cung cấp bởi công ty DAP Vinachem Việt Nam, Hải Phòng. Ethylene bis stearamide (EBS) siêu mịn có nhiệt độ nóng chảy 160 oC, có độ tinh khiết 98 % (Trung Quốc). Phụ gia chống cháy: amoni polyphotphat (AP), độ tinh khiết 97 % và Zn-stearat (Trung Quốc). 2.2.Chế tạo vật liệu 2.2.1.Xử lý gypsum phế thải Guysum phế thải được lấy trực tiếp từ nhà máy DAP Đình Vũ. Ban đầu, gypsum được sàng lọc để loại bỏ các tạp chất. Sau đó, rửa sạch gypsum phế thải bằng nước cất nhiều lần, rồi trung hòa axit dư bằng dung dịch nước vôi trong. Sau đó, lọc gypsum trong bình chân không và sấy khô trong 24h ở nhiệt độ 80oC. Gypsum sau khi sấy khô được tiến hành nghiền nhỏ để các hạt có kích thước dưới 0,0125 mm và được bảo quản trong bình hút ẩm để biến tính [17]. 2.2.2.Biến tính hạt gypsum bằng EBS Hạt gypsum sau khi xử lý trộn nóng chảy với 4% EBS (tính theo khối lượng gypsum) ở 180 oC trong vòng 30 phút. Cách 10 phút lại đem ra trộn lại cho đều thu được hạt gypsum biến tính [18]. 23
  33. 2.2.3.Chế tạo vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum Một hỗn hợp ban đầu gồm: HDPE + HDPE tái chế (tỉ lệ khối lượng 90/10) và EVA nguyên sinh (chiếm 5 % khối lượng hỗn hợp HDPE + HDPE tái chế/EVA) được phối trộn với gypsum biến tính hoặc không biến tính tại hàm lượng khác nhau (2, 5, 7, 10, 15% về tổng khối lượng). Phụ gia chống cháy được đưa vào theo tỉ lệ khối lượng không đổi (amoni polyphotphat chiếm 5 % và kẽm stearate chiếm 3 % tổng khối lượng). Vật liệu compozit được chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy trên thiết bị trộn Haake( Đức) trong 10 phút, với tốc độ 50 vòng/phút, ở 180 oC. Mẫu dạng nóng chảy sau đó lấy ra và ép phẳng trên máy ép thủy lực TO OSEIKI ở 190oC trong thời gian 3 phút. Mẫu ép được để nguội ở nhiệt độ phòng, và được bảo quản ít nhất 24 giờ trước khi đem đi xác định các tính chất và hình thái cấu trúc. Bảng 2: Bảng tóm tắt thành phần vật liệu compozit, ký hiệu mẫu ở các hàm lượng gypsum và gypsum biến tính khác nhau Hàm lƣợng Hàm lƣợng Hàm Hàm lƣợng gypsum Phụ gia lƣợng Kí hiệu TT HDPE/EVA biến tính chống cháy gypsum mẫu (%kl) EBS (%kl) (%kl) (%kl) 1 92 8 - - HEgsB-0 2 90 8 - 2 HEgsB-2 3 87 8 5 HEgsB-5 4 85 8 7 HEgsB-7 5 82 8 10 HEgsB-10 6 77 8 15 HEgsB-15 24
  34. 7 92 8 - - HEgsP-0 8 90 8 2 - HEgsP-2 9 87 8 5 - HEgsP-5 10 85 8 7 - HEgsP-7 11 82 8 10 - HEgsP-10 12 77 8 15 - HEgsP-15 13 100 - 0 - HEgsO-0 14 98 - 2 - HEgsO-2 15 95 - 5 - HEgsO-5 16 93 - 7 - HEgsO-7 17 90 - 10 - HEgsO-10 18 85 - 15 - HEgsO-15 2.3.Phƣơng pháp và thiết bị nghiên cứu 2.3.1.Phương pháp lưu biến trạng thái nóng chảy Được tiến hành trên máy đo lưu biến trạng thái nóng chảy của thiết bị trộn Haake (Đức), buồng trộn kín, sử dụng 2 trục trộn và làm nóng chảy vật liệu compozit theo tiêu chuẩn ASTM D 2538, tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2.3.2.Phương pháp xác định tính chất cơ học Để xác định tính chất cơ học mẫu được cắt theo tiêu chuẩn (hình 2.1). Qúa trình xác định tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA có sử dụng thêm một số chất phụ gia được thực hiện trên thiết bị đa năng Zwick Z2.5(Đức) tại Viện Kỹ Thuật nhiệt đới theo tiêu chuẩn ASTM DIN 53503, tốc độ kéo 50 mm/phút ở nhiệt 25
  35. độ phòng. Mỗi loại mẫu được xác định 3 lần để lấy giá trị trung bình. Hình 2.1: Mẫu do tính chất cơ học Độ giãn dài khi đứt của vật liệu compozit được xác định theo công thức sau: = .100 Trong đó: : % giãn dài của mẫu. chiều dài vùng eo tiêu chuẩn của mẫu trước khi kéo (cm). : chiều dài của mẫu tại thời điểm mẫu bị đứt (cm). Độ bền kéo đứt được xác định theo công thức sau : = Trong đó: : ứng suất kéo đứt(Pa). F: lực kéo khi đứt(N). S: tiết diện ngang ban đầu của mẫu(m 2). 2.3.3.Phổ hồng ngoại phân tích chuỗi Fourri (FT-IR) Phổ hồng ngoại của các mẫu nghiên cứu được ghi trên máy phổ hồng ngoại Fourier Nexus 670 (Mỹ), trong dải sóng từ 4000 – 400 cm-1, độ phân giải 4 cm-1, số lần quét 16 lần ở điều kiện chuẩn. Mẫu gypsum và gypsum biến tính bằng EBS được ép ở dạng viên với KBr. Rồi được tiến hành do phổ hồng ngoại. 2.3.4.Xác định khả năng chống cháy Khả năng chống cháy của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA có sử dụng HDPE tái sinh và một số chất phụ gia được đánh giá theo 26
  36. tiêu chuẩn UL-94 (Underwriters Laboratories Inc) của Mỹ (phương pháp xác định thời gian cháy theo phương thẳng đứng và phương ngang). Mẫu để xác định khả năng chống cháy được cắt theo tiêu chuẩn như sau: chiều dài 125 mm, chiều rộng 13 mm, được đánh dấu vạch theo tiêu chuẩn UL-94HB như hình 2.3: 25mm 75mm 25mm Hình2.2: Mẫu được cắt và đánh dấu theo tiêu chuẩn UL-94HB Ngọn lửa mồi tiêu chuẩn có chiều dài 2,5-3 cm Sau khi chuẩn bị mẫu và ngọn lửa với tiêu chuẩn trên tiến hành xác định thời gian cháy đứng của mẫu như sau 2.3.3.1.Xác định khả năng chống cháy của vật liệu theo phương pháp cháy ngang Theo tiêu chuẩn UL-94HB (cháy ngang), một vật liệu đạt được tiêu chuẩn HB khi thỏa mãn một trong những điều kiện sau: Tốc độ cháy không vượt quá 40 mm/phút trong vùng 75 mm và có bề dày từ 3,0-13 mm. Tốc độ cháy không vượt quá 75mm/phút trong vùng 75 mm và có bề dày nhỏ hơn 3,0 mm. Cháy ngang : tiến hành gắn mẫu vào bộ kẹp của thiết bị,đưa ngọn lửa mồi vào để đốt cháy mẫu (30 giây) sau đó tách ngọn lửa mồi ra. Theo dõi mẫu cháy cho đến khi mãu bắt đầu cháy đến vạch 27
  37. thứ 2 thì ngừng. Như vậy, chiều dài từ vạch thứ nhất đến vạch thứ 2 là 75 mm. Từ thời gian đo tính được tốc độ cháy của mẫu [21]. 2.3.3.2.Xác định khả năng chống cháy của vật liệu theo phương pháp cháy đứng Theo tiêu chuẩn UL-V2 (cháy dứng), vật liệu đạt tiêu chuẩn khi thỏa mãn một trong những yêu cầu sau: Mẫu vật này không được cháy với quá trình đốt cháy trong hơn 30 giây sau khi áp dụng mẫu thử lửa. Thời gian đốt cháy tổng cộng không được quá 250 giây đối với 5 mẫu. Các mẫu vật không được cháy với sự cháy hoặc phát sáng lên đến kẹp giữ. Các mẫu vật có thể nhỏ giọt các hạt cháy cháy làm cháy các bông phẫu thuật sấy khô nằm dưới mẫu thử nghiệm 300 mm. Gắn mẫu nghiên cứu vào bộ kẹp của thiết bị đo, đưa ngọn lửa mồi vào trung tâm để đốt cháy mẫu (trong 10 giây) sau đó tách ngọn lửa mồi ra tính thời gian cháy t 1. Ngọn lửa tắt tiếp tục mồi trong 10 giây và do thời gian cháy t 2 [21]. 2.3.5. Tính chất nhiệt trọng lượng (TGA) Quá trình phân tích mẫu TGA được thực hiện trên máy TGA 209F1 của hãng Shimazu (Nhật Bản) tại phòng Thiết bị dùng chung (Viện Kỹ thuật nhiệt đới), tốc độ gia nhiệt 10 oC/phút, môi trường khí nitơ, nhiệt độ từ 25 – 650 oC [32]. 2.3.6. Độ cứng Độ cứng của vật liệu được đo trên thiết bị Durometer (Đức), shore D theo tiêu chuẩn ASTM D785-08. Mỗi mẫu được đo 5 lần để lấy giá trị trung bình. 28
  38. CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Phổ hồng ngoại(IR) Hình 3.1 là phổ hồng ngoại FT-IR của gypsum và gypsum biến tính bằng 4% EBS. Trên phổ hồng ngoại mẫu gypsum ban đầu -1 cho thấy, pic có số sóng 3300-3600 cm đặc trưng cho dao động của nước ẩm có trong gypsum. Dao động tại 1121 cm-1 đặc trưng 2- cho dao động hóa trị của SO 4 trong CaSO4.2H2O. Bên cạnh đó, dao động tại 1687 cm-1 và 1623 cm-1 được cho là dao động biến dạng của HOH trong gypsum. Sau khi biến tính gypsum bằng EBS thấy xuất hiện các pic mới, pic tại số sóng 2919 cm-1 là dao động đối xứng của nhóm –CH-, trong khi dao động tại 2861cm-1 dao động hóa trị của -CH- có trong mạch hydrocacbon có trong EBS. Ngoài ra, trên phổ hồng ngoại IR còn có pic với tần số tại 3608 cm-1 do sự góp mặt của liên kết N-H (bậc 1). Dải pic từ 1142,24 cm-1 và 1008,05 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=O của xeton có trong EBS. Hình 3.1: Phổ IR của gypsum và gypsum BT bởi 4% EBS Đặc biệt dao động biến dạng của HOH có sự dịch chuyển về phía bước lớn từ 1623 cm-1 đến 1629 cm-1, điều này có thể do 29
  39. tương tác của nước trong gypsum với nhóm C-N trong EBS. Kết quả này chứng tỏ gypsum được bao phủ bởi EBS trên bề mặt [33]. 3.2. Khả năng chảy nhớt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum Một trong những ưu điểm của thiết bị trộn nội Haake là có thể xác định được mô men xoắn tức thời của trục vít được ghi lại theo thời gian, thông số này có liên quan đến ma sát nội của dòng chảy vật liệu trong buồng trộn. Theo hình 3.2, ban đầu các nguyên liệu được nạp vào buồng trộn, sau khi đóng buồng trộn, mô men xoắn của trục quay là lớn nhất do ma sát lớn giữa các hạt nguyên liệu ở trạng thái rắn. Khi các nguyên liệu nhận được nhiệt từ buồng trộn và sự quay của roto, polyme mềm dần và nóng chảy, quá trình này làm cho mô men xoắn giảm dần và đạt giá trị khá ổn định khi polyme nóng chảy hoàn toàn. Mô men xoắn ổn định đặc trưng cho độ nhớt chảy tương đối của dòng polyme nóng chảy. 40 HDPE/EVA 35 HEgsB HEgsP 30 HEgsO 25 20 15 10 Mo menxoanMo(Nm) 5 0 -5 0 2 4 6 8 10 Thoi gian tron (phut) Hình 3.2: Giản đồ momen xoắn của các mẫu compozit HEgsB, HEgsP và HEgsO tại 7 %kl gypsum Từ hình 3.2 có thể thấy khi tăng hàm lượng gypsum lên mô men xoắn cân bằng của vật liệu có xu hướng tăng. Nguyên nhân là 30
  40. do khi tăng hàm lượng gypsum, khả năng phân tán vào nền giảm, lượng gypsum nhiều sẽ làm tăng ma sát nội trong quá trình nóng chảy, dẫn đến mô men xoắn của vật liệu tăng. Khi sử dụng gypsum biến tính, khả năng phân tán đều vào nhựa nền hơn, đồng thời EBS đóng vai trò là trợ gia công làm giảm ma sát của vật liệu với trục quay, từ đó làm giảm ma sát nội trong quá trình nóng chảy, vật liệu dễ gia công hơn. So sánh các mô men xoắn cân bằng tại các tỉ lệ gypsum khác nhau cho thấy, các mẫu HEgsB đều có giá trị thấp hơn mẫu HEgsP tại cùng tỉ lệ gypsum. Trong khi các mẫu HEgsO có giá trị mô men xoắn thấp do hàm lượng độn đưa vào thấp hơn hai mẫu còn lại (do không có phụ gia chống cháy). Bảng 3.1. Momen xoắn cân bằng của vật liệu compozit tại hàm lượng gypsum khác nhau Gypsum HEgsB HEgsP HEgsO (%) (Nm) (Nm) (Nm) 0 8,02 8,02 7,60 2 10,12 10,17 7,90 5 10,25 10,52 8,40 7 10,30 10,93 10,17 10 10,82 10,93 10,93 15 11,49 11,49 10,94 3.3. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA/gypsum. 3.3.1. Độ bền kéo đứt Hình 3.3 trình bày sự phụ thuộc độ bền kéo dứt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum theo các hàm lượng gypsum khác nhau. 31
  41. 22 HEgsB 21 HEgsP 20 HEgsO 19 18 17 16 15 14 Do ben keo dut (MPa)Doben dut keo 13 12 11 10 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Ham luong gypsum (% kl) Hình 3.3: Độ bền kéo đứt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum tại các hàm lượng gypsum khác nhau Từ hình 3.3 cho thấy, độ bền kéo đứt của blend HDPE/EVA ban đầu là 21 MPa. Đối với mẫu HEgsO, độ bền kéo đứt có xu hướng giảm nhẹ trước khi tăng trong khoảng từ 0-5% gypsum, trong khi các mẫu HEgsB và HEgsP có xu hướng tăng dần khi hàm lượng gypsum tăng. Tại 5% gypsum, các mẫu HEgsP, HEgsO có độ bền kéo đứt lớn nhất và đạt giá trị lần lượt là 21,6 MPa và 18,4 MPa. Sự vượt trội về độ bền kéo đứt của các mẫu HEgsO có thể được giải thích là do hàm lượng chất độn có trong mẫu ít hơn (do không có phụ gia chống cháy) nhờ đó khả sự phân tán của gypsum trong mẫu tốt hơn. Tuy nhiên, giá trị độ bền kéo đứt của các mẫu này giảm nhanh khi hàm lượng gypsum đưa vào lớn hơn 7%kl. Trái ngược với xu hướng trên, các mẫu HEgsB có độ bền kéo đứt tiếp tục tăng và đạt giá trị cực đại là 19,2 MPa tại 7%kl gypsum. Rõ ràng ở hàm lượng gypsum lớn (> 7%kl), vật liệu compozit sử dụng gypsum biến tính bằng EBS có độ bền kéo đứt lớn hơn so 32
  42. với mẫu còn lại. Điều này là do EBS phủ lên bề mặt gypsum nhờ đó gypsum dễ dàng phối trộn, bám dính và tương hợp tốt với các đại phân tử HDPE và EVA tốt hơn so với mẫu không biến tính. 3.3.2. Độ dãn dài khi đứt Bảng 3.2 trình bày độ giãn dài khi đứt của các mẫu compozit HEgsB, HEgsP và HEgsO tại các hàm lượng gypsum khác nhau. Bảng 3.2: Độ dãn dài khi đứt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum Gypsum Độ giãn dài khi đứt (%) (%kl) HEgsB HEgsP HEgsO 0 430 430 450 2 415 371 400 5 400 154 169 7 356 136 168 10 268 102 107 15 159 90 117 Từ bảng 3.2 cho thấy, HDPE/EVA ban đầu có độ dãn dài khi đứt lớn nhất đạt giá trị 450 %, khi bổ sung thêm gypsum đ ộ giãn dài khi đứt của vật liệu compozit giảm nhanh. Kết quả tại hàm lượng gypsum lớn nhất độ dãn dài khi đứt của mẫu HEgsO chỉ còn lại 117%. Đối với các mẫu HEgsP, sự suy giảm độ dãn dài xảy ra mạnh hơn. Các giá trị độ dãn dài khi đứt của mẫu HEgsP thấp hơn so với mẫu HEgsO do có hàm lượng độn lớn hơn. Ngược lại, các mẫu sử dụng gypsum biến tính EBS có độ dãn khi đứt cao hơn mẫu HEgsP và HEgsO. Điều này có thể do sự có mặt của EBS làm giảm khuyết tật hình thành trong mẫu, và làm giảm sự giải phóng 33
  43. H2O trong gypsum (đây là nguyên nhân gây ra sự tạo thành bọt khí và khuyết tật trong mẫu). 3.3.3. Mô đun đàn hồi Bảng 3.3 trình bày sự phụ thuộc của mô đun đàn hồi theo hàm lượng gypsum trong các mẫu compozit HDPE/EVA/gypsum có và không có phụ gia chống cháy. Mẫu HEgsO ban đầu có giá trị mô đun đàn hồi ban đầu là 100 MPa. Khi có mặt phụ gia chống cháy và gypsum, mô đun đàn hồi của mẫu compozit tăng. Nhìn chung, mô đun đàn hồi của mẫu HEgsB có giá trị cao hơn so với các mẫu HEgsP và HEgsO. Cụ thể, tại hàm lượng 15 %kl gypsum, giá trị mô đun đàn hồi của mẫu HEgsB đạt 905 MPa, trong khi hai mẫu HEgsP và HEgsO chỉ đạt giá trị 845 MPa và 374 MPa. Sự gia tăng giá trị mô đun đàn hồi khi sử dụng gypsum biến tính là do chúng có khả năng phân tán tốt vào giữa các lớp polyme dẫn tới khả năng cản trở chuyển động trượt của mạch polymer điều này làm gia tăng độ cứng của vật liệu. Bảng 3.3: Mô đun đàn hồi của vật liệu HEgsB, HEgsP và HEgsO tại các hàm lượng gypsum khác nhau Gypsum Mô đun đàn hồi (MPa) (%) HEgsB HEgsP HEgsO 0 229 229 100 2 386 392 124 5 142 333 181 7 404 410 250 10 470 413 205 15 905 845 374 34
  44. 3.4. Độ cứng Độ cứng shore là đơn vị đo của độ bền vật liệu chống lại lực ấn từ các mũi thử. Trị số càng cao thì độ bền càng cao. Trong phần này, độ cứng của các mẫu compozit HDPE/EVA/gypsum được xác định trong thang đo shore D và được thể hiện trên hình 3.4. 66 HEgsB HEgsP 64 HEgsO 62 60 58 56 54 Do cung - shoreDoD cung - 52 50 48 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Ham luong gypsum (% kl) Hình 3.4: Độ cứng của mẫu HEgsB, HEgsP và HEgsO ở các hàm lượng gypsum khác nhau. Từ kết quả thu được ở trên cho thấy, độ cứng của vật liệu tăng mạnh theo hàm lượng gypsum. Các mẫu HEgsB, HegsP ban đầu (chỉ có phụ gia chống cháy) có độ cứng là 52 cao hơn so với mẫu HEgsO ban đầu (chỉ có nhựa nền ban đầu) có giá trị là 50. Khi tăng hàm lượng gypsum, độ cứng của các mẫu HEgsO luôn thấp hơn so với các mẫu HEgsB, HEgsP do hàm lượng nhựa nền của các mẫu HEgsO luôn cao hơn hai seri còn tại cùng hàm lượng gypsum. So sánh với mẫu HEgsP,độ cứng của mẫu HEgsB luôn 35
  45. cao hơn. Kết quả này do các mẫu HEgsP sử dụng gypsum ban đầu có sự tương hợp với nhựa nền kém, tạo ra phân tách pha và xuất hiện các khuyết tật, bọt khí (một phần do nước trong CaSO 4.2H2O giải phóng ra trong quá trình gia công mẫu), kết quả này làm giảm độ cứng khi so sánh với mẫu HEgsP. Ví dụ, tại hàm lượng 7 % gypsum, mẫu HEgsB đạt giá trị là 61,5 trong khi mẫu HEgsP là 60,7. 3.5. Khả năng chống cháy của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum Khả năng chống cháy của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum có và không có phụ gia chống cháy được biểu diễn qua bảng 3.4 và bảng 3.5. Bảng 3.4. Khả năng chống cháy của vật liệu compozit HEgsO tại các hàm lượng gypsum khác nhau theo phương pháp cháy ngang UL-94 Gypsum Thời gian cháy Tốc độ cháy (%kl) (giây) (mm/phút) 0 161 28,13 2 190 23,68 5 159 28,30 7 167 26,95 10 173 26,01 15 180 25, 00 Khảo sát khả năng chống cháy của vật liệu compozit HEgsO cho thấy, khi hàm lượng gypsum tăng từ 0 đến 15 %kl thời gian cháy của vật liệu compozit có xu hướng tăng nhẹ từ 161 đến 180 giây. Kết quả này do hàm lượng nhựa trong mẫu giảm và hàm 36
  46. lượng gypsum tăng dần tạo ra một lớp barier ngăn nhiệt, do vậy kéo thời gian cháy của vật liệu. Tốc độ cháy được tính toán từ thời gian cháy của vật liệu, kết quả thu được cho thấy, các mẫu HEgsO có tốc độ cháy nhỏ hơn 29 mm/phút. Kết quả này chứng tỏ, các mẫu này đều đạt tiêu chuẩn UL-94 HB (có tốc độ cháy nhỏ 75 mm/phút với độ dày mẫu nhỏ hơn 3 mm). Bảng 3.5: Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng gypsum đến thời gian tắt cháy của vật liệu HEgsB và HEgsP theo phương pháp cháy đứng UL-94 Thời gian cháy (giây) Gypsum HEgsB HEgsP (%) (Tổng thời (Tổng thời Đánh giá Đánh giá gian tắt cháy gian tắt cháy t1 + t2) t1 + t2) 0 150 Đạt V-2 150 Đạt V-2 2 139 Đạt V-2 91 Đạt V-2 5 114 Đạt V-2 122 Đạt V-2 7 112 Đạt V-2 105 Đạt V-2 10 102 Đạt V-2 107 Đạt V-2 15 65 Đạt V-2 84 Đạt V-2 Khi có mặt phụ gia chống cháy amoni polyphotphat và Zn- stearat, vật liệu có khả năng tự dập tắt. Do vậy, để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng gypsum biến tính và không biến tính tới khả năng chống cháy của vật liệu, các mẫu HEgsB và HEgsP đo theo phương pháp cháy đứng UL-94, các kết quả được trình bày trên bảng 3.5. khi tăng hàm lượng gypsum, thì tổng thời gian tắt cháy 37
  47. (t1+t2) của các mẫu compozit có xu hướng giảm dần. Các mẫu sử dụng gypsum biến tính có tổng thời tắt cháy nhanh hơn so với mẫu sử dụng gypsum không biến tính. Điều đó có nghĩa các mẫu này có khả năng dập cháy nhanh hơn khi sử dụng gypsum biến tính. Ví dụ, ở hàm lượng 15% gypsum, tổng thời gian tắt cháy của mẫu HEgsB là 65 giây, trong khi mẫu HegsP là 85. Điều này chứng tỏ rằng, khi được biến tính, gypsum dễ dàng phân tán trong nền nhựa HDPE/EVA, nhờ đó, lớp gypsum bền nhiệt (nhiệt độ phân hủy gypsum > 1200oC) kết hợp với muối Zn-Stearat và amoni polyphotphat để tạo thành lớp sỉ bền nhiệt bao quanh lớp nhựa nền, ngăn chặn sự xâm nhập của oxy vào bên trong vật liệu. Đặc biệt sự bay hơi nước trong gypsum ở nhiệt độ cao góp phần làm giảm nhiệt năng của quá trình phản ứng cháy. Kết quả thu được cho thấy, các mẫu này đạt tiêu chuẩn chống cháy UL-94, cấp độ V-2 (có tổng thời gian cháy nhỏ hơn 250 giây). 3.6. Tính chất nhiệt của vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum 0 -20 -40 HEgsB -60 HE/EVA Khoiluong lai(%)con HEgsP -80 HEsgO -100 400 600 800 Nhiet do ( oC ) Hình 3.5: Đường TG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum 38
  48. Để đánh giá độ bền nhiệt của vật liệu compzit HDPE/EVA/gypsum, các mẫu được phân tích bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng (TGA) từ nhiệt độ phòng đến 800oC trong môi trường khí nito. Từ hình 3.5 cho thấy, sự phân hủy nhiệt của các mẫu compozit và mẫu nhựa nền HDPE/EVA trải qua ba giai đoạn. Giai đoạn 1, từ nhiệt độ phòng đến 400oC sự mất khối lượng đạt xấp xỉ 10 %kl. Đối với HDPE/EVA và mẫu HEgsO, sự mất khối lượng trong giai đoạn này nhiều hơn do sự mất nước có trong gypsum và một phần sự phân hủy của EVA ban đầu (hàm lượng nhựa EVA trong hai mẫu này cao hơn so với mẫu HEgsP và HEgsB). Trong khi, đối với mẫu HEgsP, sự giảm khối lượng có thêm sự đóng góp của phụ gia chống cháy amoni polyphotphat (phân hủy sớm trong khoảng từ 240 – 350oC). Bên cạnh đó, mẫu HEgsB có sử dụng chất biến tính EBS (phân hủy trong khoảng 300 oC – 400oC), điều này dẫn tới sự phân hủy nhiệt tại các mẫu sử gypsum biến tính xảy ra sớm hơn và sự mất khối lượng trong giai đoạn này cao hơn so với mẫu không biến tính. Trong giai đoạn 2, sự mất khối lượng chủ yếu do sự phân hủy của nhựa HDPE và EVA trong khoảng nhiệt độ từ 400 oC đến 550 oC. Các mẫu có hàm lượng EVA và HDPE cao hơn thì sự mất khối lượng xảy ra lớn hơn. Trong giai đoạn 1 + giai đoạn 2, tổng khối lượng phân hủy của mẫu HDPE/EVA và HEgsO đạt giá trị lần lượt là 91,05 % và 84,26 %. Trong khi các mẫu HEgsB và HEgsP đạt giá trị thấp hơn là 81,52 % và 80,23 %. 39
  49. Trong giai đoạn 3, sự mất khối lượng xảy ra trong khoảng từ 550oC đến 800oC chủ yếu do sự hóa than của mẫu nhựa nền, trong khi gypsum không bị ảnh hưởng bởi nhiệt 0 HEsgO HEgsP -5 363 HE/EVA 367 HEgsB -10 DTG(%/min) -15 -20 400 600 Nhiet do ( oC ) Hình 3.6: Đường DTG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum Quan sát giản đồ DTG của các mẫu compozit cho thấy, mẫu HEgsB và HEgsP có hai píc đặc trung cho quá trình phân hủy cực đại. Ở píc đầu tiên, mẫu HEgsB xảy ra sớm hơn do sự phân hủy sớm của EBS tại 363 oC, trong khi mẫu không biến tính HEgsP xảy chậm hơn tại 367 oC. Điều này cho thấy, EBS không đóng vai trò cải thiện độ bền nhiệt do dễ bị phân hủy. Ở píc 2, quá trình mất khối lượng của mẫu chủ yếu do sự phân hủy của HDPE và EVA. Nhiệt độ phân hủy cực đại của các mẫu này không có sự khác biệt đáng kể. 40
  50. KẾT LUẬN Kết quả phân tích phổ IR cho thấy EBS đã được ghép thành công lên bề mặt của gypsum. Gypsum biến tính bằng EBS đã cải thiện độ bền kéo đứt, hạn chế sự suy giảm độ giãn dài khi đứt của vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum. Tại hàm lượng 7 % gypsum biến tính, mẫu HEgsB đạt độ bền kéo đứt cao nhất là 19,2 Mpa, độ dãn dài khi đứt là 356 %, mô đun đàn hồi là 404 Mpa. Hơn nữa, việc sử dụng gypsum biến tính làm tăng độ cứng của vật và khả năng chống cháy. Tuy nhiên, sự có EBS dẫn tới sự phân hủy nhiệt xảy ra sớm hơn so với mẫu không biến tính. 41
  51. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng anh [1]. Nicole M. Stark, Laurent M. Matuana (200), Surface chemistry changes of weathered HDPE/wood-flour composites studied by XPS and FTIR spectroscopy,Polymer Degradation and Stability, Volume 86,Issue 1, [1-9]. [2]. Robert E. Lee, Donald Hallenbeck, Jane Likens (2003), Stabilization of Flame-Retarded Polyprolene. [3]. Q.Fu, Y.Men, G.Strobl(2003), Understanding of the tensile deformation in HDPE/LDPE blends based on their crystal structurre and phase morphology, Page 1927-1933. [4]. T. Ramos, L.C. Mendes (2014), Recycled high-density polyethylenne/gypsum composites: evaluation of the microscopic, thermal, flammability, and mechanical properties, Vol.7, No. 2, 199-208. [5]. Sibele Piedage, Gerson Alberto Valencia Albitres, Luis C Mendes, Volker Altstadt, Jair Braga, Gabriel Carvalho Bertassone Avila, Ivan de Sousa dos Silveira (2017), Advanced properties of composites of recycled high-density polyethylene and microfibers of sugaecane bagasse. Journal of Composite Materials.Journal ò Composite Materials, Vol.53, Issue 7 [6]. Effect of gypsum modified by stearic acid on properties and morphology of HDPE/EVA/gypsum composites, Vietnam Journal of Science and Technology, Vol. 53 (4C), 149-159(2015). [7]. Marius Muariu, Lei Bonnaud, Paint Yoann, Gaelle Fontaine, Serge Bourbigot, Pholippe Dubois (2010), New trends in polylactide (PLA)-based materials: “Green” PLA- Calcium 42
  52. sulfate (nano) composites tailored with Flame retardant propreties. Polymer Degradation and Stability Volume 95, Issue3, papes 374-381. [8]. Cong Zhu, Jianxin Zhang, Jiahui Peng, Wenxiang Cao, Jiangsen Liu (2018), Physical and mechanical properties of gypsum-based composites reinforced with PVA and PP fibers, Construction and Building Materials, Pages 695-705. [9]. Tiếng Việt [10]. Vật liệu polyme blend (2011). Nhà xuất bản khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội. [11]. Vũ Mạnh Cường (2010), Nghiên cứu và chế tạo polyme-compozit nền polyeste không no có sử dụng vi sợi xenlulozo, luận văn thạc sỹ khoa học[13-21] [12]. Bùi Nam Kiên (2011), chế tạo vật liệu polyme compozit phân hủy sinh học trên cơ sở nhựa polypropylen (PP) gia cường bằng sợi dừa. Luận văn thạc sỹ khoa học [5-9]. [13]. Hoàng Thị Phương (2009), Đồ án nghiên cứu vật liệu polymer compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi sisal [14]. Khương Việt Hà, Lê Hải Đăng, Nguyễn Thị Mai, Trần Thị Mai, Trần Hữu Trung, Mai Đức Huynh, Thái Hoàng, Nguyễn Vũ Giang (2015), Nghiên cứu tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit polyetylen/compolyme etylen vinyl axetat/ gypsum biến tính natri dodecyl sunfat. Journal of Science and Technology 54,72-79. [15]. TS. Vũ Trọng Minh (2016), Chế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/NANOSILICA [12-17] 43
  53. [16]. Trần Thị Khánh, Nghiên cứu tính chất, cấu trúc và cách chế tạo hỗn hợp polyme PVC/EVA. [17]. Nguyễn Quang Minh (2013), Nghiên cứu ứng dụng hạt gypsum phế thải chế tạo vật liệu PP/GS polyme compozit, Luận văn thạc sĩ khoa học, 11-45. [18]. Nguyễn Thị Mai (2015), Nghiên cứu, chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa HDPE-EVA và hạt gypsum biến tính, luận văn thạc sĩ hóa học. [19]. Nghiên cứu chế tạo và khảo sát một số tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/gypsum (2013). Tạp chí Khoa học và Công nghệ,t.51 (3A), 327-333. [20]. Trần Thị Khánh(), Nghiên cứu tính chất, cấu trúc và cách chế tạo hỗn hợp polyme PVC/EVA. [21]. TS. Vũ Trọng Minh (2016), Chế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/NANOSILICA[12-17] [22]. am/posts/890157874355782 [23]. Nguyen Vu Giang and Myung Yul Kim (2006), Ảnh hưởng của lớp phủ ngoài axit stearic lên màng lọc chất thải – thạch cao trong hỗn hợp PVC/thạch cao phế thải, Hội nghị khoa học lần thứ 20, ĐHBK Hà Nội, số 12. 237-241. [24]. hai-cao-40-met-o-hai-phong-3453759.html [25]. san-pham- vnc/san_luong_phan_bon_trong_nuoc_du_nhu_cau_vao_nam_20 [26]. 44
  54. [27]. Vũ Minh Trọng (2015), Nghiên cứu, chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay biến tính ứng dụng làm vỏ dây cáp thông tin và cáp điện lực, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam,12-25. [28]. TS. Đỗ Thái Hưng(2017), Báo cáo Triển vọng của Ngành phân bón Việt Nam, 2-5. [29]. [30]. bisstearamide. [31]. density_polyethylene [32]. Mai Đức Huynh, Trần Hữu Trung, Nguyễn Vũ Giang Chế tạo vật liệu polyme compozit polyamit11/bột tre có sử dụng chất tương hợp polyvinyl ancol. [33]. Nguyễn Đình Hữu, Trần Thị Hà (1999), Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất bản giáo dục, 27-99. 45