Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.Nghiên cứu tổng hợp amoni polyphotphat (APP), APPDiatomit, APPBentonit và khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN THỊ THỊNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP AMONI POLYPHOTPHAT (APP), APP/DIATOMIT, APP/BENTONIT VÀ KHẢO SÁT ỨNG DỤNG LÀM CHẤT CHỐNG CHÁY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN THỊ THỊNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP AMONI POLYPHOTPHAT (APP), APP/DIATOMIT, APP/BENTONIT VÀ KHẢO SÁT ỨNG DỤNG LÀM CHẤT CHỐNG CHÁY Ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 9520301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS LA THẾ VINH TS NGUYỄN QUANG BẮC Hà Nội – 2023 LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành hướng dẫn tận tình đầy nhiệt tâm PGS TS La Thế Vinh TS Nguyễn Quang Bắc Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy gia đình Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ chất vơ cơViện Kỹ thuật hóa học – Đại học Bách khoa tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu trường Đại học Phịng cháy chữa cháy - Bộ Cơng an, quý anh/chị/em đồng nghiệp gần xa tận tình giúp đỡ, động viên suốt thời gian học tập nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin dành tình cảm đặc biệt đến gia đình, người thân người ln mong mỏi, động viên tiếp sức để tơi hoàn thành luận án Hà Nội, tháng 10/2023 Tác giả luận án Trần Thị Thịnh i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS TS La Thế Vinh TS Nguyễn Quang Bắc Các số liệu trích dẫn có nguồn gốc từ cơng trình, tạp chí uy tín, kết luận án trung thực chưa công bố luận án khác Hà Nội, tháng 10/2023 Giáo viên hướng dẫn PGS TS La Thế Vinh Tác giả luận án TS Nguyễn Quang Bắc ii Trần Thị Thịnh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ x M ĐẦ xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHÁY VÀ CHẤT CHỐNG CHÁY 1 Tổng quan cháy 1 1 Khái niệm cháy 1 Những yếu tố điều kiện cần thiết cho cháy 1 Các yếu tố cần thiết cho cháy 1 2 Điều kiện cần thiết cho cháy 1 Cơ chế bắt cháy 1 Cơ chế nhiệt 1 Cơ chế chuỗi 1 Sự phân hủy nhiệt bắt cháy chất cháy rắn 1 Sự phân huỷ nhiệt chất cháy rắn 1 Sự bắt cháy cháy chất rắn 1 Một số vật liệu cần bảo vệ điều kiện cháy 1 Gỗ [1] 1 Giấy 1 Thép 1 Sơn 1 Các biện pháp phòng ngừa hạn chế cháy 11 Tổng quan chất chống cháy 14 Giới thiệu chất chống cháy 14 2 Vai trò chất chống cháy vật liệu 15 Các chế chống cháy 15 Cơ chế vật lý 16 iii Cơ chế hóa học 17 Phân loại chất phụ gia chống cháy 18 Hợp chất halogen hữu 18 Hợp chất chậm cháy chứa phospho hữu 20 Hợp chất chống cháy chứa nitơ 21 4 Các chất chống cháy hệ vô 22 Tổng quan amoni polyphotphat, diatomit, bentonit 24 Amoni polyphotphat (APP) 24 1 Giới thiệu APP 24 Các phương pháp điều chế APP 27 3 Ứng dụng APP 28 Diatomit 28 Giới thiệu Diatomit 28 2 Ứng dụng 29 3 Bentonit 29 3 Giới thiệu Bentonit 29 3 Ứng dụng 30 Một số nghiên cứu APP, APP/phụ gia khảo sát ứng dụng làm chất chống cháy 31 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 Hóa chất 34 2 Phương pháp tổng hợp vật liệu 35 2 Tổng hợp APP 35 2 Tổng hợp phụ gia APP/Diatomit 35 2 Tổng hợp phụ gia APP/Bentonit 36 2 Phương pháp chế tạo giấy có độn APP, APP/phụ gia 37 2.5 Phương pháp chế tạo giấy ngâm tẩm APP, APP/phụ gia 38 2 Phương pháp chế tạo sơn chứa phụ gia, hỗn hợp phụ gia 39 Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu 39 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction: XRD) 39 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 40 3 Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR) 41 iv Phương pháp phân tích nhiệt (TG) 42 Phương pháp thử cháy vật liệu 42 Thử cháy cho giấy 42 Thử cháy cho sơn bề mặt gỗ, thép 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 Nghiên cứu tổng hợp phụ gia APP 44 1 Ảnh hưởng tỷ lệ axit photphoric : Ure tới độ tan APP 44 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất tạo APP 45 3 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến màu sắc hiệu suất tạo APP 46 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy tới hiệu suất sản phẩm 47 Khảo sát số tính chất sản phẩm APP 49 Xác định đặc trưng liên kết phổ hồng ngoại FTIR 49 Nghiên cứu khả bền nhiệt sản phẩm APP tổng hợp 49 Khảo sát cấu trúc tinh thể sản phẩm APP tổng hợp 50 Tổng hợp hệ phụ gia APP/Bentonit khảo sát đặc trưng tính chất 51 Chế tạo mẫu AB1 51 1 Ảnh hưởng tỷ lệ mol Bentonit: APP đến độ tan sản phẩm 51 2 Ảnh hưởng nhiệt độ hấp phụ tới độ tan sản phẩm 52 3 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến hiệu suất tạo sản phẩm 53 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy tới hiệu suất tạo AB1 54 2 Chế tạo mẫu AB2 55 1 Ảnh hưởng tỷ lệ mol Bentonit: APP đến độ tan sản phẩm 55 2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất tạo AB2 56 3 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy tới hiệu suất tạo AB2 56 3 Phân tích đặc trưng liên kết phổ hồng ngoại FTIR 57 3 Bentonit 57 3 Sản phẩm AB1 58 3 Sản phẩm AB2 58 Xác định độ bền nhiệt APP/Bentonit 60 Bentonit 60 Sản phẩm AB1 60 v Sản phẩm AB2 61 Khảo sát cấu trúc tinh thể AB1 AB2 63 Khảo sát hình thái học bề mặt 64 3 Khảo sát tính chất hệ phụ gia APP/Diatomit 64 3 Chế tạo mẫu AD1 64 3 1 Ảnh hưởng tỷ lệ mol Diatomit: APP đến độ tan sản phẩm 64 3 Ảnh hưởng nhiệt độ hấp phụ tới độ tan sản phẩm 65 3 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến hiệu suất tạo sản phẩm 66 3 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy tới hiệu suất tạo AD1 67 3 Chế tạo mẫu AD2 68 3 1 Ảnh hưởng tỷ lệ mol Diatomit : APP đến độ tan sản phẩm 68 2 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy tới hiệu suất tạo AD2 69 2 Ảnh hưởng thời gian sấy tới hiệu suất tạo AD2 70 3 Phân tích đặc trưng liên kết APP Diatomit phổ hồng ngoại FTIR 71 3 Xác định độ bền nhiệt APP/Diatomit 73 3 Khảo sát hình thái học bề mặt 75 Nghiên cứu số tính chất vật liệu chứa phụ gia hỗn hợp phụ gia 76 Giấy chứa APP; APP/Diatomit; APP/Bentonit 76 1 Giấy độn phụ gia 76 Giấy phủ APP lên bề mặt 81 Chế tạo hệ sơn chống cháy khảo sát số tính chất 83 Thành phần hệ sơn chứa phụ gia APP, AB2 83 2 Khảo sát bề mặt lớp sơn phủ gỗ sau đốt 83 Khảo sát bề mặt lớp sơn phủ thép trước sau đốt 87 Xác định độ bền nhiệt số mẫu sơn 89 Mẫu sơn không sử dụng phụ gia chống cháy (Mẫu 1) 89 Mẫu sơn chứa phụ gia AB2 (Mẫu 2b) 90 4 Khảo sát hình thái học bề mặt mẫu sơn thép sau đốt 91 4 Mẫu sơn không sử dụng phụ gia chống cháy (Mẫu 1) 91 Mẫu sơn chứa phụ gia AB2 (Mẫu 3.2b) 91 KẾT LUẬN 93 vi NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 94 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 PHỤ LỤC 104 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT APP Amoni polyphotphat DE Diatomit CCR Chất cháy rắn DAP Diamoni hydrogen photphat ATH Nhôm trihydrat PE Polyethylene PP Polypropylene PMMA Poly Methyl Methacrylate MAP Monoamoniphotphat MPP Melaminepolyphotphat CP Clorinated parafin PER Pentaerithriol AD1 Sản phẩm APP/Diatomit chế tạo theo phương pháp trộn học AD2 Sản phẩm APP/Diatomit chế tạo theo phương pháp trùng hợp chỗ AB1 Sản phẩm APP/Bentonit chế tạo theo phương pháp trộn học AB2 Sản phẩm APP/Bentonit chế tạo theo phương pháp trùng hợp chỗ MMT Montmorillonite PS polystyrene PA6 nylon NN Nguồn nhiệt CC Chất cháy viii 57 Camino, G , Costa, L , and Trossarelli, L (1985), “Study of the mechanism of intumescence in fire retardant polymers: Part V—Mechanism of formation of gaseous products in the thermal degradation of ammonium polyphosphate”, Polymer Degradation and Stability 12(3), 203-211 58 Liu, L X , Tao, W L , and Li, L F (2009), “Study on synthesis and flame retardation of ammonium polyphosphate”, Guizhou Chemical Industry 34(1), 1-3, 59 Weilie Zhou, Robert P Apkarian, Zhong Lin Wang and David Joy,“ Fundamentals of Scanning Electron Microscopy” 60 Du huaiming et al (2014), “Study on the Preparation and Properties of APP by Non-P2O5 of Polyphotphoric Acid”, Applied Mechanics and Materials, volume 687-691, 4260 – 4264 61 Kien-Sin Lim, Soo-Tueen Bee, Lee Tin Sin, Tiam-Ting Tee, C T Ratnam, David Hui, A R Rahmat(2016), “A review of application of ammonium polyphosphate as intumescent flame retardant in thermoplastic composites”, Composites Part B 84, 155 – 174 62 G Camino, L Costa & G Martinasso (1988) “Intumescent Fire-retardant Systems”, Polymer Degradation and Stability 23, 359-376 63 A R Horrocks and D Price, “Fire Retardant Materials”, CRC Press LLC, 2000 64 M Jimenez, S Duquensne, S Bourbigot (2006), “Intumescent fire protective coating: Toward a better understanding of their mechanism of action”, Thermochimica Acta, 449, 16-26 65 PGS TS Lê Quang Diễn, TS Phan Huy Hoàng, TS Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2015), “Các phương pháp đại sản xuất vật liệu sơ xợi cho ngành công nghiệp giấy” Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội 66 Azimi Pirsaraei Seyed Reza, Asilian Mahabadi Hasan, Jonidi Jafari Ahmad, Farahmandkia ohreh, Taran Jafar (2015), “The Effect of Acid and Thermal Treatment on a Natural Diatomit”, Chemistry Journal Vol 1, No 4, 2015, pp 144-150 67 Gu, J W , Zhang, G C, Dong, S L, Zhang, Q Y , and Kong, J (200 ), “Study on preparation and fire-retardant mechanism analysis of intumescent flameretardant coatings”, Surface & Coatings Technology 201(18), 7835-7841 101 68 Liu, G S , Liu, X C , and Yu, J G (2010), “Ammonium polyphosphate with crystalline form V by ammonium dihydrogen phosphate process”, Industrial & Engineering Chemistry Research 49(12), 5523-5529 69 David Hui, A R Rahmat, “A review of application of ammonium polyphosphate as intumescent flame retardant in thermoplastic composites”, Composites Part B 84 (2016) 155 – 174 70 Gousheng Liu, Wenyan Chen, Xinchun Liu, Jianguo Yu (2010), “Controllable synthesis and characterization of ammonium polyphosphate with crystalline form V by photphoric acid process”, Polymer Degradation and Stability 95, 1834 – 1841 71 Bettina Dittrich, Karen-Alessa Wartig, Rolf Mülhaupt and Bernhard Schartel (2014), “Flame-Retardancy Properties of Intumescent Ammonium Poly(Phosphate) and Mineral Filler Magnesium Hydroxide in Combination with Graphene”, Polymers 2014, 6, 2875-2895 72 Haydn Murray (2006), “Chapter -Applied Clay Mineralogy ,volume 2Occurrences,Processing and Applications of Kaolin ,Bentonits,Palygorskite and Common Clays”, Elsevier Amsterdam 73 Hindersinn, R.R (1990), “Historical Aspects of Polymer Fire Retardance” Chapter 7, In: Gordon L Nelson, G (ed.) Fire and Polymers: Hazards Identification and Prevention, ACS Symposium Series, Vol 425, American Chemical Society, pp 87-9 74 Ai, L., Chen, S., Yang, L and Liu, P (2021), “Synergistic Flame Retardant Effect of Organic Boron Flame Retardant and Aluminum Hydroxide on Polyethylene” Fibers and Polymers, Vol.22, Issue.2, pp.354-365 75 Al-Mosawi, A.I et al (2010), “Performance Evaluation of Zinc Borate to improvement thermal properties of Antimony Trioxide at Elevated Temperatures” The Iraqi Journal for Mechanical and Material Engineering, Special Issue for 2nd scientific conference, engineering College, University of Babylon , Iraq, 24-25 March 76 Al-Mosawi, A.I., Ammash, H.K., Al-Maamori, M.H., and Hashim, A.A (2012), “Increasing flammability resistance for aircrafts tires by using magnesium hydroxide” Academic Research International, Vol.3, No.2, pp 11– 14 102 77 Levchik, S (2014), “Phosphorus‐Based FRs Chapter 2, In: Morgan, A and Wilkie Ch.(eds.), Non‐Halogenated Flame Retardant Handbook”, John Wiley and Sons, Inc., pp 17-74 78 Guerra, P et al (2011), “Introduction to Brominated Flame Retardants: Commercially Products, Applications, and Physicochemical Properties” chapter 1, In Eljarrat, E., Barceló, D., Brominated Flame Retardants The Handbook Of Environmental Chemistry, 1st Edition, Springer Berlin Heidelberg, Germany, pp.1-17 79 Horacek, H and Pieh, S (2000), “The Importance of Intumescent Systems for Fire Protection of Plastic Materials” Polymer International, Vol.49, Issue.10, pp 1114-1106 80 Klatt, M (2014), “Nitrogen‐Based Flame Retardants Chapter 4, In: Morgan, A and Wilkie Ch.(eds.), Non‐Halogenated Flame Retardant Handbook”, John Wiley and Sons, Inc., pp 143-168 81 Barhoumi, B et al (2020), “Halogenated Flame Retardants in Atmospheric Particles from a North African Coastal City (Bizerte, Tunisia): Pollution Characteristics and Human Exposure.” Atmospheric Pollution Research, Vol.11, Issue 4, pp.831-840 103 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Nhiễu xạ XRD mẫu APP có tỷ lệ H3PO4:ure 1:1,5 104 Phụ lục 2: Nhiễu xạ XRD mẫu APP có tỷ lệ H3PO4:ure 1:1,6 105 Phụ lục 3: Nhiễu xạ XRD mẫu APP có tỷ lệ H3PO4:ure 1:1,7 106 Phụ lục 4: Ảnh SEM mẫu APP có tỷ lệ H3PO4:ure 1:1,5 107 Phụ lục 5: Ảnh SEM mẫu APP có tỷ lệ H3PO4:ure 1:1,6 108 Phụ lục 6: Ảnh SEM mẫu APP có tỷ lệ H3PO4:ure 1:1,7 109 Phụ lục 7: Ảnh SEM mẫu giấy phủ AB2 pha loãng 10 g AB2 30 ml nước cất 110 Phụ lục 8: Ảnh SEM mẫu giấy phủ AB2 pha loãng 10 g AB2 90 ml nước cất 111 Phụ lục 9: Phổ IR mẫu giấy không phủ chống cháy 112 Phụ lục 10: Phổ IR mẫu giấy phủ AB2 pha loãng 10 g AB2 30 ml nước cất 113 Phụ lục 11: Phổ IR mẫu giấy phủ AB2 pha loãng 10 g AB2 90 ml nước cất 114 GiangBK GAB1 600 d=3.897 500 d=5.496 300 100 d=2.588 d=3.316 d=3.187 d=3.105 200 d=12.078 Lin (Cps) 400 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale GiangBK GAB1 - File: GiangBK GAB1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi 115 80