Với những lý do trên chúng em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu và chế tạo chấtkết dính chịu nhiệt từ các nguyên liệu sẵn có trong nước - Ứng dụng sản xuấtnhững vật liệu làm việc trong môi trư
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 11
Chất kết dính hệ Al-O-P 11
Nhu cầu về vật liệu chịu lửa không định hình ngày càng cao do sự phát triển của thiết bị công nghiệp nhiệt độ cao Chất kết dính vô cơ, đặc biệt là chất kết dính hệ Al-O-P, vượt trội hơn chất kết dính hữu cơ nhờ khả năng chịu nhiệt độ cao (400–1800°C+), độ bền liên kết mạnh, hệ số giãn nở nhiệt thấp và khả năng chống sốc nhiệt tốt, ứng dụng rộng rãi trong kết dính vật liệu chịu lửa, gốm sứ Chất kết dính hữu cơ chỉ chịu được nhiệt độ dưới 220°C.
Hình 1 Chất kết dính Al-O-P
Hình 2 Trước và sau khi sơn “Sơn chịu nhiệt”
Chất kết dính vô cơ, thường ở dạng bột, tạo hồ dẻo khi trộn với nước, tự đông cứng thành đá Ứng dụng chính là liên kết vật liệu rời rạc (cát, đá, sỏi) thành khối thống nhất trong bê tông, vữa, gạch silicat, vật liệu đá nhân tạo không nung và sản phẩm xi măng amiăng.
Có loại chất kết dính vô cơ không tồn tại ở dạng bột như vôi cục, thủy tinh lỏng.
Chất kết dính magie đông cứng chậm khi trộn với nước, nhưng quá trình này diễn ra nhanh hơn và cho cường độ cao hơn khi sử dụng dung dịch MgCl2 hoặc MgSO4 làm chất hoạt hóa.
Chất kết dính vô cơ, dựa trên môi trường đông cứng, được chia thành ba loại chính: đông cứng trong không khí, đông cứng trong nước và đông cứng trong lò hấp (autoclave).
- Chất kết dính vô cơ rắn trong không khí
Chất kết dính vô cơ rắn chắc và bền vững chỉ khi được sử dụng trong môi trường không khí.
Ví dụ: Vôi không khí, thạch cao, thủy tinh lỏng, chất kết dính magie
- Chất kết dính vô cơ rắn trong nước
Chất kết dính vô cơ rắn trong nước sở hữu khả năng đông cứng và duy trì cường độ cao, bền vững trong cả môi trường không khí và môi trường nước.
Ví dụ: Vôi thủy, các loại xi măng, chất kết dính rắn trong Ôtôcla
Chất kết dính tự cứng chịu áp suất và nhiệt độ cao (175-200°C, 8-12 atm) tạo thành "đá xi măng" gồm chủ yếu CaO và SiO2 Chỉ CaO đóng vai trò kết dính ở điều kiện thường, nhưng trong điều kiện ôtôcla, CaO phản ứng với SiO2 sinh ra khoáng mới bền nước, chịu lực tốt Các chất kết dính phổ biến gồm vôi silic, vôi tro, vôi xỉ.
Tình hình phát triển chất kết dính hệ Al-O-P tại Việt Nam 1 4 III.THỰC NGHIỆM 1 8 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 1 8 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ 1 9 3.3 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy 2 2 IV KẾ HOẠCH VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU 2 3 4.1 Xây dựng kế hoạch 2 3 4.2 Phương pháp tiến hành nghiên cứu 2 5 V KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2 7 5.1 Kết quả nghiên cứu chế tạo chất kết dính hệ Al-O-P 2 7 5.2 Kết quả nghiên cứu chế tạo sơn chịu nhiệt độ cao 2 8 VI KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3 3
Một số nghiên cứu vật liệu được làm từ chất kết dính hệ Al-O-P đã được thực hiện:
Năm 2014, TS Nguyễn Khánh Sơn và cộng sự nghiên cứu ứng dụng chất kết dính manhezi photphat (MPB) làm vật liệu chống cháy bị động cho cửa ngăn cháy Nghiên cứu chứng minh hiệu quả cách nhiệt và độ bền nhiệt của MPB.
Hình 5 Tấm MPB-GF trước (trái) và sau (phải) thử nghiệm ở 1200 o C
Hình 6 Tấm MPB-FA trước (trái) và sau (phải) thử nghiệm ở 1200 o C
Nghiên cứu về sơn chịu nhiệt sử dụng chất kết dính hệ phốt phát, điển hình là nghiên cứu "Ảnh hưởng của một số phụ gia đến tính chất của sơn từ dung dịch Aluminum Phosphate" của TS La Thị Thái Hà và cộng sự [14], đã được thực hiện.
Bài viết này so sánh khả năng ăn mòn điện hóa của thép Fe.27-Zn.3, Fe.23-Zn.7 với sơn chống rỉ alkyd thương mại (HC-A).
Chỉ có sự tham gia của ZnO và Fe2O3.
Mật độ dòng ăn mòn mẫu Fe.27-Zn.3: icorr (Fe.27-Zn.3) = 4x10 -6 (A/cm 2 )
Mật độ dòng ăn mòn mẫu Fe.23-Zn.7: icorr (Fe.23-Zn.7) = 6x10 -6 (A/cm 2 )
Hình 7 Kết quả đo điện hóa của mẫu Fe.27-Zn.3 và Fe.23-Zn.7
Có sự tham gia của cả ZnO và TiO2 với Fe2O3 [14].
Mẫu Fe.20-Zn.3-Ti.7 cho mật độ dòng ăn mòn icorr là 4x10⁻³ mA/cm², trong khi mẫu Fe.20-Zn.5-Ti.5 có icorr là 8x10⁻³ mA/cm².
Hình 8 Kết quả đo điện hóa của mẫu Fe.20-Zn.3-Ti.7 và Fe.20-Zn.4-Ti5
Mật độ dòng ăn mòn của mẫu HC-A: icorr(HC-A) = 8x10 -6 (A/cm 2 )
Mật độ dòng ăn mòn của mẫu trắng: icorr(mẫu trắng)=3x10 -5 (A/cm 2 )
Hình 9 Kết quả đo điện hóa của mẫu HC-A và mẫu trắng
Chất kết dính có khả năng chịu nhiệt và kết dính vượt trội, nhưng ứng dụng làm vật liệu chống cháy và nghiên cứu chế tạo tại Việt Nam còn hạn chế Do đó, đề tài nghiên cứu tập trung vào quá trình điều chế và ứng dụng chất kết dính trong hóa học vật liệu.
PHẦN 3 THỰC NGHIỆM 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Tiến hành khảo sát chế tạo polyme vô cơ với hàm lượng Al2O3 là 5% với nhiệt độ thay đổi từ 60-90 o C, tốc độ quay 800 vòng/phút.
Mẫu polyme ở 60-70°C cho kết quả tối ưu với độ nhớt 600-650 mPa.s và độ bám dính 100% Nhiệt độ 80-90°C rút ngắn thời gian tạo polyme nhưng gây đóng rắn, ảnh hưởng độ nhớt và độ chính xác Do đó, nghiên cứu tiếp tục tập trung vào phạm vi nhiệt độ 60-70°C.
Hình 10 Quá trình chế tạo polyme
Bảng 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chế tạo polyme
Nhiệt độ ( o C) Giá trị độ nhớt
(mPa.s) Độ bám dính Tỷ trọng (g/cm 3 )
Giá trị độ nhớt (mPa.s) Độ bám dính (%)
Hình 11 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chế tạo polyme
3.2 Ảnh hưởng của nồng độ
3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ Al 3+
Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Al2O3 (5-30%) đến quá trình tổng hợp polyme, duy trì nhiệt độ 60°C và tốc độ quay 800 vòng/phút ở các mẫu thử nghiệm.
Nồng độ tối ưu 30% Al2O3 tạo polyme có độ nhớt 800 mPa.s và độ bám dính 100% Hàm lượng Al2O3 cao hơn 30% làm tăng độ nhớt, cản trở ứng dụng; hàm lượng thấp hơn 30% gây polyme không đồng đều và giảm độ nhớt.
Bảng 2: Ảnh hưởng của nồng độ Al 3+ đến quá trình chế tạo polyme
Tỷ lệ Al 3+ (%) Giá trị độ nhớt
(mPa.s) Độ bám dính Tỷ trọng (g/cm 3 )
Giá trị độ nhớt (mPa.s) Độ bám dính (%)
Hình 12: Ảnh hưởng của nồng độ Al 3+ đến quá trình chế tạo polyme
3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ PO 4 3-
Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng PO43- (65-90%) đến quá trình tổng hợp polyme, duy trì nhiệt độ 60°C và tốc độ khuấy 800 vòng/phút.
Nồng độ PO4 3- tối ưu đạt 70% tạo polyme có độ nhớt 800 mPa.s và độ bám dính 100% Hàm lượng PO4 3- cao hơn 70% gây phá vỡ cấu trúc polyme do tăng độ axit, trong khi hàm lượng thấp hơn 70% thì không tạo thành mạch polyme.
Bảng 3: Ảnh hưởng của nồng độ PO 4 3- đến quá trình chế tạo polyme
Giá trị độ nhớt (mPa.s) Độ bám dính (%)
Giá trị độ nhớt (mPa.s) Độ bám dính (%)
Hình 13: Ảnh hưởng của nồng độ PO 4 3- đến quá trình chế tạo polyme
3.3 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy.
Tiến hành khảo sát tốc độ quay từ 500-1000 vòng/phút, với hàm lượng Al2O3 là 5%, nhiệt độ 60 0 C.
Mẫu 700-800 v/p cho hiệu quả tối ưu với độ nhớt polymer khoảng 600 mPa.s và hàm lượng rắn 100% Số vòng quá ít sẽ (tiếp tục phần còn thiếu)
Tốc độ quay 500 v/phút gây hiện tượng polyme không tạo thành hoàn toàn do thủy tinh lỏng khó ngưng tụ Tốc độ cao hơn (900-1100 v/phút) làm tăng thời gian tạo polyme vì quay nhanh cản trở quá trình tạo màng.
Bảng 4: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình chế tạo polyme
Giá trị độ nhớt (mPa.s) Độ bám dính Tỷ trọng
Giá trị độ nhớt (mPa.s) Độ bám dính (%)
Hình 14: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình chế tạo polyme
PHẦN 4 KẾ HOẠCH VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU
Đám cháy ban đầu ở 87,7°C, nhanh chóng tăng lên 204,4°C khi gặp vật liệu dễ cháy, rồi lên tới 760°C gây hiện tượng flashover, thiêu rụi mọi thứ và dễ lan rộng Thép, vật liệu xây dựng phổ biến, biến dạng ở 450°C, trong khi vật liệu dễ cháy như xốp, nhựa trong xưởng bánh kẹo làm cháy bùng phát mạnh Vì vậy, cần chế tạo vật liệu chịu nhiệt 800°C để ngăn cháy lan.
Các quá trình nghiên cứu và thực nghiệm được chúng tôi thực hiện tại phòng thí nghiệm của trường Đại học Xây Dựng - Hà Nội.
4.2 Phương pháp tiến hành nghiên cứu
4.2.1 Hoá chất và thiết bị
Bài viết nghiên cứu các vật liệu: axit photphoric, muối photphat, nhôm hydroxit, tro bay, cát thạch anh mịn, silica fume, titan dioxide, chất màu, xi măng, bông gốm mịn, bari sunfat, cùng dung dịch KOH 0,1M, KCl 0,1M và HCl 0,1M.
Bước 1 Điều chế chất kết dính hệ AOP
Bước 2 Kiểm tra các tính chất của chất kết dính
Bước 3 Điều chế vật liệu chịu nhiệt từ chất kết dính hệ AOP
Bước 4Kiểm tra các tính chất cơ lý, tính chất chịu nhiệt của vật liệu chịu nhiệt
Bài viết giới thiệu các thiết bị và vật tư quan trọng trong sản xuất công nghiệp, bao gồm: cân phân tích điện tử, máy khuấy từ gia nhiệt, máy li tâm, tủ sấy, máy trộn (kín hai trục và vật liệu), máy nghiền (bi và hạt), tấm thép chuẩn TCVN và máy ép.
- Các dụng cụ thí nghiệm như cốc thủy tinh, đũa thủy tinh, bình cầu 3 cổ, phễu thủy tinh, bình tia…
4.2.2.1 Chế tạo chất kết dính hệ Al-O-P
Qui trình chế tạo chất kết dính hệ Al-O-P
Bước 1: Chuẩn bị dung dịch hệ PO 4 3- + H 2 O
Pha dung dịch chứa ion PO 4 3 để đạt được nồng mong muốn
Bước 2: Al(OH) 3 + H + + PO 4 3 = Polyme hệ AOP Cho lượng nhôm hydroxit tương ứng được thêm vào
Bước 4: Hỗn hợp thu được cần bảo quản trong ít nhất
24 giờ và làm nguội trước khi sử dụng
Bước 3: Hỗn hợp đun nóng ở 60 o C trong khi khuấy khoảng 10 phút đến khi lượng nhôm hydroxit hòa tan hết
4.2.2.2 Chế tạo sơn chịu nhiệt
Qui trình tạo mẫu sơn
4.2.3 Xác định hình thái, cấu trúc, tính chất của vật liệu
Vật liệu chịu nhiệt thu được được phân tích cấu trúc, hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét SEM, nhiễu xạ tia X, phương pháp
Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu gồm chất kết dính và hợp phần khô (gồm các chất chịu nhiệt và chất tạo màu)
Kết luận chung 3 3
- Sau một thời gian nghiên cứu, chúng em đã thu được những kết quả sau:
- Đã điều chế thành công chất kết dính hệ Al-O-P với độ dính cao, khả năng chịu nhiệt tuyệt vời
Tỷ lệ tối ưu Al2O3:PO43- là 30:70 tạo chất kết dính Al-O-P có độ nhớt cao và khả năng bám dính tốt khi phối hợp với polymer.
- Yếu tố nhiệt độ, tốc độ khuấy có thể làm thay đổi tính chất của polymer, gây ảnh hưởng đến quá trình chế tạo chất kết dính
- Ứng dụng chất kết dính hệ Al-O-P để điều chế gạch không nung chịu nhiệt độ cao có thể lên đến 1000 o C.
- Ứng dụng chất kết dính hệ Al-O-P để điều chế sơn chịu nhiệt lên đến 1200 o C, có thể hoạt động tốt trong môi trường kiềm, axit và muối.
- Điều chế thành công nhiều công trình chịu nhiệt cao, trong đó có thể kể đến lò nung kim loại có thể hoạt động ở 1700 o C.
Nghiên cứu ứng dụng chất kết dính chịu nhiệt độ cao nhằm tạo ra vật liệu và công trình chịu nhiệt tốt hơn, ứng dụng trong các môi trường nhiệt độ cao liên tục và kho bãi chống cháy.
Nghiên cứu chất phụ gia sẽ giúp cải thiện tính chất vật liệu và giảm giá thành sản phẩm.
DANH SÁCH TÀI LIỆU THAM KHẢO
[2] A Sturiale, A Vázquez, A Cisilino, L B Manfredi, Int J Adhes Adhes 2007, 27, 156.
[3] P S Achary, R Ramaswamy, J Appl Polym Sci 2015, 69, 1187.
[4] D Chen, L He, S Shang, Mat Sci Eng A-Struct 2003, 348, 29.
[5] M Vippola, J Kerọnen, X Zou, S Hovmửller, T Lepistử, T Mọntylọ, J Am Ceram Soc.
[6] L Y Hong, H J Han, H Ha, J Y Lee, D P Kim, Compos Sci Technol 2007, 67, 1195.
[7] S Luo, Spec Casting Nonferrous Alloys 2005, 25, 620
[8] I Izdebska-Szanda, A Balinski, M Angrecki, A Palma, Arch Metall Mater 2014, 59,
[9] F Cassagnabère, G Escadeillas, M Mouret, Construct Build Mater 2009, 23, 775.
Bài báo [10] của Trần Văn Quy và cộng sự nghiên cứu chế tạo và ứng dụng tinh bột phốt phát như chất kết dính trong sản xuất sắt xốp, được công bố trên tạp chí khoa học ĐHQGHN.
Phosphogyps, một sản phẩm phụ của ngành công nghiệp sản xuất phân bón, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất vật liệu xây dựng Việc sử dụng phosphogyps giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tận dụng nguồn tài nguyên tái chế Bài viết này trình bày các ứng dụng của phosphogyps trong chế tạo vật liệu xây dựng, góp phần phát triển bền vững ngành xây dựng.
Nghiên cứu của Spiegel và cộng sự (2007) cho thấy magiê carbonate là một chất kết dính phosphate hiệu quả cho bệnh nhân chạy thận nhân tạo mãn tính Kết quả này được công bố trên Tạp chí Dinh dưỡng thận (Journal of Renal Nutrition), năm 2007, với mã số PMID 17971314.
Năm 2014, TS Nguyễn Khánh Sơn nghiên cứu ứng dụng chất kết dính Manhezi phốt phát làm vật liệu chống cháy bị động, công trình được công bố tại IBST.
[14] (Ảnh hưởng của một số phụ gia đến tính chất của sơn từ dung dịch Aluminum Phosphate) của TS La Thị Thái Hà https://www.bing.com/ck/a?!
&&p7c434bd179b9cJmltdHM9MTcwMzM3NjAwMCZpZ3VpZD0xYjI1NDI1Yi0xODNh LTZiYWQtM2I4MS01MTMyMTk1YzZhNDImaW5zaWQ9NTIwNQ&ptn=3&ver=2&hsh=3& fclid25425b-183a-6bad-3b81-5132195c6a42&psq=%e2%80%9c%e1%ba%a2nh+h
%c6%b0%e1%bb%9fng+c%e1%bb%a7a+m%e1%bb%99t+s%e1%bb%91+ph%e1%bb
%a5+gia+%c4%91%e1%ba%bfn+t%c3%adnh+ch%e1%ba%a5t+c%e1%bb%a7a+s%c6%a1n+t
%e1%bb%ab+dung+d%e1%bb%8bch+Aluminum+Phosphate%e2%80%9d+c%e1%bb
%a7a+TS.+La+Th%e1%bb%8b+Th%c3%a1i+H
%c3%a0&uaHR0cHM6Ly90YWlsaWV1LnR2L3RhaS1saWV1L2FuaC1odW9uZy1jdWEtb