Chế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilicaChế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilicaChế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilicaChế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilicaChế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilicaChế tạo, nghiên cứu tính chất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM VIỆN MƠI TRƯỜNG THÚT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP LDPE/EVA/NANOSILICA Chủ nhiệm đề tài: TS VŨ MINH TRỌNG Hải Phòng, tháng 5/2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu, kết cấu cơng trình nghiên cứu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 1.1 Nanosilica 1.1.1 Thành phần, hình thái cấu trúc nanosilica 1.1.2 Các phương pháp chế tạo nanosilica 1.1.3 Tính chất, ứng dụng nanosilica 11 1.2 Copolime etylen vinyl axetat polyetylen 12 1.2.1 Cấu tạo, hình thái cấu trúc, tính chất, copolyme etylen vinyl axetat 12 1.2.2 Cấu tạo, hình thái cấu trúc, tính chất, polyetylen 13 1.3 Vật liệu tổ hợp sở PE EVA 16 1.3.1 Vật liệu polyme blend LDPE/EVA 16 1.3.2 Vật liệu tổ hợp sở polyme blend LDPE/EVA/phụ gia vơ 16 1.3.3 Vật liệu tổ hợp sở polyme EVA, PE tro bay 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 20 2.1 Ngun liệu hố chất 20 2.2 Chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 21 2.3 Phương pháp thiết bị nghiên cứu 21 2.3.1 Phương pháp hiển vi điện tử qt 21 2.3.2 Phương pháp phổ hồng ngoại 22 2.3.3 Xác định khả chảy nhớt 22 2.3.4 Xác định tính chất học 22 2.3.4.1 Độ bền kéo đứt 23 2.3.4.2 Độ giãn dài đứt 23 2.3.5 Xác định khả chống cháy 23 2.3.6 Xác định tính chất lưu biến 24 2.3.7 Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng 25 2.3.8 Xác định độ bền xạ tử ngoại nhiệt ẩm 25 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26 3.1 Phổ hồng ngoại (IR) 26 3.1.1 Phổ hồng ngoại nanosilica 26 3.1.2 Phổ hồng ngoại vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 26 3.2 Hình thái cấu trúc nanosilica, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 28 3.2.1 Hình thái cấu trúc nanosilica 28 3.2.2 Hình thái cấu trúc vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 29 3.3 Khả chảy nhớt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(silica silica-MAHgEVA) q trình trộn nóng chảy 30 3.4 Tính chất học vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 32 3.4.1 Độ bền kéo đứt 32 3.4.2 Độ giãn dài đứt 34 3.5 Tính chất lưu biến vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 36 3.6 Độ bền oxi hóa nhiệt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 40 3.7 Độ bền thời tiết vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 42 3.8 Khả chống cháy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 45 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Độ bền kéo đứt, độ giãn dài đứt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) trước sau chu kì thử nghiệm xạ tử ngoại nhiệt ẩm 41 Bảng 3.2 Độ bền kéo đứt, độ giãn dài đứt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) trước sau 24 chu kì thử nghiệm xạ tử ngoại nhiệt ẩm 41 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc vơ định hình (A) tinh thể (B) silica Hình 1.2 Cấu trúc hóa học phân tử PE 12 Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể hình cầu cấu trúc phiến mỏng PE 13 Hình 1.4 Cấu trúc loại PE 14 Hình 1.5 Ảnh SEM vật liệu tổ hợp EVA/OFA (a) EVA/MFA (biến tính GPTMS) (b), hàm lượng tro bay: 20 % 17 Hình 2.1 Thiết bị trộn nội Polylab System Haake (Đức) 20 Hình 2.2 Mẫu cắt đánh dấu theo tiêu chuẩn UL-94HB 21 Hình 2.3 Mẫu đặt nằm ngang theo tiêu chuẩn UL-94HB 22 Hình 3.1 Phổ hồng ngoại nanosilica 24 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 25 Hình 3.3 Ảnh SEM silica 26 Hình 3.4 Mơ hình liên kết hydro nhóm OH bề mặt silica 27 Hình 3.5 Ảnh SEM vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 27 Hình 3.6 Giản đồ mơ men xoắn polyme blend LDPE/EVA vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/silica 28 Hình 3.7 Giản đồ mơ men xoắn vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/silica-MAHgEVA 29 Hình 3.8 Độ bền kéo đứt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(silica silicaMAHgEVA) 30 Hình 3.9 Mơ hình giả thiết q trình đứt bên vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica 31 Hình 3.10 Độ giãn dài đứt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) 32 Hình 3.11 Sự biến đổi G’ polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) theo tần số tác động 34 Hình 3.12 Sự biến đổi G’’ polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA MFA) theo tần số 35 Hình 3.13 Sự biến đổi G’ polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) theo nhiệt độ 36 Hình 3.14 Sự biến thiên G’’ vật liệu polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) theo nhiệt độ 36 Hình 3.15.Giản đồ TG vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilicaMAHgEVA), polyme blend LDPE/EVA 38 Hình 3.16 Tốc độ cháy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilicaMAHgEVA) 43 DANH SÁCH THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ATH: Nhơm hydroxit EVA: Etylen-vinylaxetat HDPE (High density polyethylene): Polyetylen tỷ trọng cao LDPE (Low density polyethylene ): Polyetylen tỷ trọng thấp LOI (Limiting oxygen index): Chỉ số giới hạn oxy MAHgEVA : Anhydrit maleic ghép EVA MDPE (Medium density polyethylene): Polyetylen tỷ trọng trung bình PE : Polyetylen PET: Polyetylen terephtalat Pkl: Phần khối lượng PP: Polypropylen PVA: Polyvinyl axetat Si-69: Bis-[3-(tri-etoxysilyn)propyl] tetrasulphit MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Trong năm gần đây, sản phẩm sản xuất từ vật liệu tổ hợp ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống Việc nghiên cứu chế tạo thành cơng nhiều loại vật liệu tổ hợp với chất gia cường có kích thước nanomet mang nhiều tính chất trội mở nhiều triển vọng lĩnh vực khoa học cơng nghệ vật liệu Để đáp ứng u cầu ngày khắt khe ngành cơng nghiệp xây dựng, đóng tàu, cơng nghệ hàng khơng, qn sự, cơng nghệ chế tạo máy, thiết bị, kỹ thuật điện, dầu khí…đòi hỏi nhà khoa học phải ln nghiên cứu, tìm tòi, phát loại vật liệu với tính chất Một vật liệu tổ hợp nghiên cứu sản xuất thành cơng nước tiên tiến giới vật liệu compozit với chất gia cường nanosilica (SiO2) Nanosilica có nhiều tính chất bật bền nhiệt, bền học, hệ số giãn nở nhỏ Vật liệu compozit/nanosilica thu hút quan tâm nhà khoa học giới nước [25] Do khác cấu trúc chất hố học nên nanosilica polyme khó phân tán, tương hợp với dẫn đến tách pha Vì vậy, để tăng cường khả tương tác, bám dính trộn lẫn nanosilica với polyme, cần phải sử dụng chất tương hợp thích hợp [7, 25] Một chất tương hợp sử dụng phổ biến anhydrit maleic (MAH) ghép EVA (MAHgEVA) [28] Trong đề tài này, sử dụng polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) phối trộn với copolyme etylen vinyl axetat (EVA) để kết hợp tính chất tốt EVA LDPE độ mềm dẻo, đàn hồi, khả phối trộn với lượng lớn chất phụ gia EVA độ dai, độ bền kéo đứt cao độ bền va đập nhiệt độ thấp, phân cực, tính chất điện mơi tốt, độ thẩm thấu nước thấp, độ bền hóa chất tốt LDPE Đưa nanosilica vào polyme blend LDPE/EVA nhằm cải thiện độ bền thời tiết, tính chất học, khả chống cháy polyme blend LDPE/EVA giảm giá thành sản phẩm ứng dụng số lĩnh vực kỹ thuật Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Vật liệu tổ hợp polyme/vật liệu nano nhiều tác giả giới nước nghiên cứu như: vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/SiO [29], vật liệu compozit EVA/nanosilica [13], vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay [32], Tuy nhiên, kết nghiên cứu đưa silica vào hỗn hợp polyme có độ phân cực khác vật liệu blend LDPE/EVA đến chưa nghiên cứu đầy đủ Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Xuất phát từ u cầu cấp thiết nêu trên, mục tiêu đề tài tạo loại vật liệu tổ hợp có tính chất, ưu điểm trội, khắc phục nhược điểm vật liệu compozit trước Để đạt mục tiêu này, đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề sau: Chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica khơng có có chất tương hợp MAHgEVA phương pháp trộn nóng chảy Nghiên cứu hình thái cấu trúc, tính chất lý, tính chất lưu biến, tính chất nhiệt, độ bền thời tiết khả chống cháy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica khơng có có chất tương hợp MAHgEVA Lựa chọn vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica/MAHgEVA định hướng ứng dụng số lĩnh vực Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của cơng trình nghiên cứu + Phương pháp nghiên cứu: Đề tài sử dụng phương pháp đại như: - Phương pháp hiển vi điện tử qt - Phương pháp phổ hồng ngoại - Phương pháp xác định khả chống cháy - Phương pháp xác định khả chảy nhớt - Phương pháp xác định tính chất học - Phương pháp xác định tính chất lưu biến - Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng - Phương pháp xác định độ bền xạ tử ngoại nhiệt ẩm + Kết cấu của cơng trình nghiên cứu: Đề tài bao gồm 43 trang Phần mở đầu: trang; Chương Tổng quan: 11 trang; Chương Thực nghiệm: trang; Chương Kết thảo luận: 20 trang; Phần kết luận: trang; Tài liệu tham khảo: trang với 32 tài liệu Kết đạt của đề tài - Đã chế tạo thành cơng vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica ghép MAHgEVA - Đã nghiên cứu, khảo sát tính chất vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica-MAHgEVA như: Nghiên cứu hình thái cấu trúc, tính chất lý, tính chất lưu biến, tính chất nhiệt, độ bền thời tiết khả chống cháy, từ lựa chọn vật liệu tổ hợp với hàm lượng nanosilica MAHgEVA thích hợp để chế tạo vật liệu tổ hợp CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Nanosilica 1.1.1 Thành phần, hình thái cấu trúc của nanosilica Silic đioxit hay gọi silica có cơng thức phân tử SiO2, chúng khơng tồn dạng đơn lẻ mà liên kết lại với thành phân tử lớn Ở điều kiện thường, silica có dạng thù hình thạch anh, tridimit cristobalit Ngồi silica tồn nhiều dạng với nhiều loại cấu trúc vi tinh thể tinh thể Silica tổng hợp khơng tồn dạng tinh thể thường dạng bột mịn Silica có hai dạng cấu trúc dạng tinh thể vơ định hình Ở dạng tinh thể, silica có cấu trúc đơn vị dạng tứ diện SiO4 với tâm ngun tử Si đỉnh ngun tử oxy nằm đỉnh tứ diện Ở dạng vơ định hình, ngun tử Si bao quanh ngun tử oxy chúng xếp hỗn độn Nanosilica có kích cỡ nhỏ 100 nanomet Trên bề mặt silica có nhóm sinanol (Si-OH) nên silica có khả hút ẩm dễ bị kết tụ với điều kiện thường Silica kết tụ với dẫn đến kích thước chúng lớn hơn, kích cỡ micromet Hình (1.1) hai dạng cấu trúc silica Hình 1.1 Cấu trúc vơ định hình (A) tinh thể (B) silica 1.1.2 Các phương pháp chế tạo nanosilica + Phương pháp phun khói G'' (Pa) 1e+5 1e+4 1e-1 LDPE/EVA/silica-MAHgEVA LDPE/EVA/silica LDPE/EVA 1e+0 1e+1 1e+2 Tần số (Hz) Hình 3.12 Sự biến đổi G’’ polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/( nanosilica nanosilica-MAHgEVA) theo tần số Mođun trữ động học G’, mơ đun tổn hao G’’ polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) theo nhiệt độ tần số cố định Hz trình bày hình 3.13, 3.14 Có thể thấy tăng nhiệt độ, giá trị G’ G’’ của, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) polyme blend LDPE/EVA giảm 38 1e+7 LDPE/EVA/silica-MAHgEVA LDPE/EVA/silica LDPE/EVA G' (Pa) 1e+6 1e+5 1e+4 80 100 120 140 Nhiệt độ ( C) o Hình 3.13 Sự biến đổi G’ polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) theo nhiệt độ 1e+6 G'' (Pa) LDPE/EVA/silica-MAHgEVA LDPE/EVA/silica LDPE/EVA 1e+5 1e+4 80 100 120 140 Nhiệt độ ( C) o Hình 3.14 Sự biến thiên G’’ vật liệu polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) theo nhiệt độ Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt vật liệu blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica giảm giảm mạnh khoảng nhiệt độ từ 95 oC đến 115 oC dẫn đến giá trị G’ G’’ giảm mạnh, ngun nhân khoảng nhiệt độ từ 95 oC đến 115 oC khoảng nhiệt độ chảy mềm EVA LDPE bên vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica39 MAHgEVA) Trong khoảng nhiệt độ này, phần tinh thể vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) bắt đầu chảy dần ra, dẫn đến giá trị G’ G’’ polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) giảm mạnh [32] Trong khoảng nhiệt độ ≥ 95 oC, giá trị G’ G’’ vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) lớn so với polyme blend LDPE/EVA Điều hạt nanosilica có khả hấp thụ nhiệt, làm chậm q trình chảy mềm polyme Các giá trị G’ G’’ vật liệu tổ hợp chứa nanosilica tăng nhẹ, vật liệu tổ hợp chứa nanosilica-MAHgEVA có giá trị G’ G’’ lớn rõ rệt Điều chứng tỏ nanosilica phân tán vào polyme khơng đồng đều, hạt nanosilica có tượng kết tụ, kết đám với tạo khuyết tật vật liệu, liên kết bề mặt nanosilica với polyme blend LDPE/EVA chặt chẽ Sự tương tác bám dính tốt nanosilica-MAHgEVA với polyme blend LDPE/EVA giúp cải thiện đáng kể tính chất lưu biến vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilicaMAHgEVA 3.6 Độ bền oxi hóa nhiệt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica Hình 3.15 giản đồ phân tích nhiệt khối lượng (TGA) polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) 40 120 100 Khối lượn g (% ) 80 60 40 - LDPE / EVA 2- LDPE / EVA /silica 3- LDPE / EVA / silica-MAHgEVA 20 0 100 200 300 400 500 600 Nhiệt độ (oC) Hình 3.15.Giản đồ TG vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilicaMAHgEVA), polyme blend LDPE/EVA Quan sát hình 3.15 thấy blend LDPE/EVA phân hủy nhiệt theo giai đoạn ứng với giá trị nhiệt độ tốc độ phân hủy mẫu lớn (Tmax) Giai đoạn thứ ứng với Tmax 342,2 oC nhiệt độ tương ứng với tốc độ tách axit axetic khỏi EVA lớn Phản ứng tách axit axetic xảy sau [32]: H H C=C R - C - C - R' O H H R H O + HO - C - CH3 R' C=O CH3 Giai đoạn thứ hai ứng với Tmax 457,3 oC nhiệt độ tương ứng với tốc độ phân hủy lớn chuỗi hidrocacbon đại phân tử EVA LDPE 41 [32] Polyme blend LDPE/EVA bị phân hủy hồn tồn 554 oC khơng để lại cặn [32] Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) phân hủy nhiệt giai đoạn kết thúc q trình phân hủy để lại cặn rắn phần tro bay khơng bị phân hủy nhiệt muội than Khối lượng lại sau nhiệt độ 554 oC phần tro bay khơng bị phân hủy nhiệt muội than (khoảng %) Đường TGA vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilicaMAHgEVA dịch chuyển phía nhiệt độ lớn so với polyme blend LDPE/EVA vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica Điều chứng tỏ đưa nanosilica-MAHgEVA vào polyme blend, độ bền oxy hóa nhiệt vật liệu tổ hợp tăng đáng kể Ngun nhân nanosilica có khả che chắn, ngăn cản truyền nhiệt hạn chế xâm nhập oxy vào bên vật liệu, làm giảm phân huỷ oxy hóa nhiệt polyme blend, làm cho độ bền oxy hóa nhiệt vật liệu tăng lên [32] MAHgEVA nanosilica có vai trò chất liên kết nanosilica với polyme blend LDPE/EVA, giúp tăng cường khả phân tán tương tác nanosilica với polyme blend LDPE/EVA Do đó, làm hạn chế q trình tách axit axetic khỏi EVA nhờ liên kết hydro tương tác lưỡng cực dẫn đến độ bền nhiệt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilicaMAHgEVA cải thiện 3.7 Độ bền thời tiết của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica Độ bền thời tiết thử nghiệm trong tủ thử nghiệm xạ tử ngoại nhiệt ẩm (Hoa Kì) chu kỳ (96 giờ) 24 chu kỳ (288 giờ), chu kì gồm ngưng ẩm 50 oC chiếu xạ 60 oC Kết xác định độ bền thời tiết vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilicaMAHgEVA) trình bày bảng 3.1 3.2 Căn vào phần trăm độ bền kéo đứt lại (Hσ) độ giãn dài đứt lại (Hε) vật liệu thấy, độ bền kéo đứt độ giãn dài đứt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA), polyme blend LDPE/EVA sau chu kì 24 chu kì thử nghiệm giảm 42 Bảng 3.1 Độ bền kéo đứt, độ giãn dài đứt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) trước sau chu kì thử nghiệm xạ tử ngoại nhiệt ẩm Bảng 3.2 Độ bền kéo đứt, độ giãn dài đứt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) trước sau 24 chu kì thử nghiệm xạ tử ngoại nhiệt ẩm Dưới tác động tia tử ngoại, oxy khơng khí, nước nhiệt độ, gốc tự đại phân tử EVA, LDPE tạo thành xảy phản ứng phân hủy quang đại phân tử EVA, LDPE theo chế Norrish I, Norrish II, Norrish III thể sơ đồ 3.2 [32] Phản ứng phân hủy quang gây đứt mạch, làm giảm khối lượng phân tử polyme EVA LDPE dẫn tới làm 43 giảm tính chất học vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilicaMAHgEVA) Sơ đồ 3.2 Cơ chế phân huỷ polyme EVA LDPE tác động xạ tử ngoại nhiệt ẩm [32] Sau chu kì thử nghiệm xạ tử ngoại nhiệt ẩm, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica có hệ số độ bền thời tiết lớn so với polyme blend LDPE/EVA nhỏ so với vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilicaMAHgEVA Ngun nhân nanosilica có khả che chắn, hạn chế truyền nhiệt thâm nhập oxy vào bên vật liệu tổ hợp, làm giảm hình thành gốc tự dẫn tới giảm phân huỷ oxy hóa quang phân tử EVA LDPE Do vậy, độ bền thời tiết vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica lớn so với polyme blend LDPE/EVA hệ số độ bền thời tiết vật liệu tổ hợp đạt giá trị lớn hàm lượng tro bay chưa biến tính biến tính VTMS % Khi tăng hàm lượng nanosilica, giảm độ bền kéo đứt độ giãn dài đứt vật liệu tổ hợp tăng Có thể giải thích tượng sau: tăng hàm lượng nanosilica, hạt nanosilica khó phân tán đồng vào polyme blend LDPE/EVA có xu hướng kết tụ với nhau, giảm khả che chắn nanosilica với polyme, cấu trúc vật liệu tổ hợp trở nên chặt chẽ, đại phân tử EVA LDPE dễ bị 44 phân huỷ oxy hóa quang tác động yếu tố xạ tử ngoại nhiệt ẩm Có thể thấy rõ cải thiện độ bền thời tiết nanosilica-MAHgEVA polyme blend LDPE/EVA vào độ bền kéo đứt lại Hσ (%) độ giãn dài đứt lại Hε (%) vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilicaMAHgEVA (bảng 3.11 3.12) Như vậy, hiệu tăng cường độ bền thời tiết vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica-MAHgEVA ưu điểm nanosilica ghép MAHgEVA 3.8 Khả chống cháy của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica Khả chống cháy vật liệu blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) biểu diễn hình 3.16 Với vật liệu polyme blend LDPE/EVA, q trình cháy có giọt cháy rơi liên tục cháy sát tới phần kẹp mẫu Các mẫu vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) có tốc độ cháy chậm so với vật liệu blend, giọt cháy rơi chậm lửa nhỏ dần, mức độ lửa nhỏ giọt giảm rõ rệt, khối lượng muội than tăng, đến gần sát vạch 25 mm tự tắt Tất mẫu vật liệu thử nghiệm cháy đạt tiêu chuẩn HB Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) có tốc độ cháy nhỏ so với polyme blend LDPE/EVA hạt nanosilica chất khơng cháy, có khả hấp thụ nhiệt lớn nên làm giảm nhiệt độ polyme blend q trình cháy, giảm khả lan truyền lửa polyme blend bị cháy Do đó, nanosilica có khả hạn chế q trình cháy polyme hữu 45 20.0 Hà m lượng silica (%) 19.5 LDPE/EVA/silica LDPE/EVA/silica-MAHgEVA 19.0 18.5 18.0 17.5 17.0 16.5 Hà m lượng silica (%) Hình 3.16 Tốc độ cháy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilica-MAHgEVA) Tốc độ cháy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica biến thiên khơng theo hàm lượng nanosilica Cụ thể, tăng hàm lượng nanosilica tới % khối lượng, tốc độ cháy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica giảm dần, sau tốc độ cháy lại tăng vật liệu tổ hợp chứa % khối lượng nanosilica Ngun nhân hàm lượng 1-5% khối lượng, hạt nanosilica phân tán tương đối đồng polyme blend LDPE/EVA, đó, cấu trúc vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica chặt chẽ hơn, hạt nanosilica dễ dàng phát huy vai trò che chắn, làm giảm thâm nhập oxy vào polyme blend, làm giảm tốc độ cháy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica Nhưng tăng hàm lượng nanosilica lớn % khối lượng, hạt nanosilica lại có kết tụ với nhau, phân tán khơng đồng hình thành khuyết tật polyme blend LDPE/EVA, làm cho cấu trúc vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica chặt chẽ Vì vậy, oxy khơng khí dễ dàng thâm nhập vào bên polyme blend Chính khuyết tật, lỗ trống bên polyme blend tâm bắt cháy, làm tăng khả cháy tốc độ cháy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica So sánh với vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica hàm lượng, vật liệu tổ hợp 46 LDPE/EVA/nanosilica-MAHgEVA có tốc độ cháy tăng nhẹ Sự tăng lớp MAHgEVA gắn vào bề mặt nanosilica có chất hữu nên dễ bị phân hủy oxy hóa nhiệt tham gia vào q trình cháy phân tử polyme 47 KẾT LUẬN Sau ghép MAHgEVA bề mặt nanosilica, hạt nanosilica xu hướng tách rời dẫn đến kích thước hạt giảm Momen xoắn vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(nanosilica nanosilicaMAHgEVA) tăng theo hàm lượng nanosilica Tương tác nanosilica-MAHgEVA với phân tử LDPE, EVA polyme blend tương tác lưỡng cực liên kết hydro NanosilicaMAHgEVA phân tán polyme blend LDPE/EVA đồng hơn, với kích thước nhỏ so với nanosilica nanosilica phân tán tốt polyme blend LDPE/EVA hàm lượng khơng lớn 5% Độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica-MAHgEVA lớn so với vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/nanosilica đạt giá trị lớn hàm lượng % nanosilica Nanosilica-MAHgEVA làm tăng khả chống cháy, độ bền oxy hố nhiệt, độ bền xạ tử ngoại nhiệt ẩm, mơ đun trữ động học (G’) mơ đun tổn hao (G’’) polyme blend LDPE/EVA 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO A.R.R.Menon, T.A Sonia, J D Sudha (2006), Studies on fly ash filled natural rubber modified with cardanol derivatives: Processability, mechanical properties, fracture morphology, and thermal decomposition characteristics, Journal of Applied Polymer Science, 102(5), 4801-4808 American Coal Ash Association, Coal ash recycling rates remain stalled as regulatory uncertainty continues, http://www.acaa-usa.org Ana Ares, Santiago G Pardo, María J Abad, Jesús Cano, Luis Barral (2010), Effect of aminomethoxy silane and olefin block copolymer on rheomechanical and morphological behavior of fly ash-filled polypropylene composites, Rheologica Acta, 49 (6), 607–618 Azizi, J Barzin, J Morshedian (2007), Silane crosslinking of polyethylene: the effects of EVA, ATH and Sb2O3 on properties of the production in continuous grafting of LDPE, eXPRESS Polymer Letters, 1(6), 378–384 B Arkles (1977), Tailoring surfaces with silanes, Chemtech, 7, 766-778 Behjat Tajeddin (2009), Thermal properties of low density polyethylene filled kenaf cellulose composites, European Journal of Scientific Research, 32(2), 223-230 Bikiaris D N., Vassiliou A., Pavlidou E., Karayannidis G P (2005), Compatibilisation effect of PP-g-MA copolymer on iPP/SiO2 nanocomposites prepared by melt mixing, European Polymer Journal, 41(9), 1965-1978 C Alkan, M Arslan, M Cici, M Kaya, M Aksoy (1995), A study on the production of a new material from fly ash and polyethylene, Resources, Conservation and Recycling, 13 (3-4), 147-154 C Berryman, J Zhu, W Jensen, M Tadros (2005), High-percentage replacement of cement with fly ash for reinforced concrete pipe, Cement and Concrete Research, 35(8), 1088-1091 10 Coal fly ash-material description, http://www.tfhrc.gov/hrc20/recycle/ waste 49 11 Deepti Jain, Manish Mishra, Ashu Rani (2012), Synthesis and characterization of novel aminopropylated fly ash catalyst and its beneficial application in base catalyzed Knoevenagel condensation reaction, Fuel Processing Technology, 95, 119–126 12 Degussa AG Group (1997), Precipitated silicas and silicates for the rubber Industry, Frankfurt, Germany 13 Đỗ Quang Thẩm (2014), Chế tạo, nghiên cứu tính chất hình thái cấu trúc vật liệu compozit sở copolyme etylen-vinyl axetat (EVA) nanosilica, luận án tiến sỹ hóa học, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Hà Nội 14 Elena, V Fomenko, natalia N anshits, Marina V pankova, Leonid A.Solovyov and Alexander G Anshits (2011), Fly ash cenospheres: composition, morphology, structure, and helium permeability, World and Coal Ash (VOCA) Conferences 15 E.P Plueddemann (1970), Adhesion through silane coupling agents, Jounal of Adhesion, (3), 184 16 G Takidis, D N Bikiaris, G Z Papageorgiou, D S Achilias, I Sideridou (2003), Compatibility of Low-Density Polyethylene/Poly(ethyleneco-vinylacetate) Binary Blends Prepared by Melt Mixing, Journal of Applied Polymer Science, 90, 841– 852 17 GCC plastics industry indicators 2013, http://www.gpca.org.ae/adminpanel/pdf/plasticsi.pdf 18 H K D H Bhadeshia (2002), Thermal analysis techniques, University of Cambridge, Materials Science & Metallurgy 19 http://www.gpca.org.ae/adminpanel/pdf/plasticsi pdf 20 Iftekhar Ahmad, Prakash A Mahanwar (2010), Mechanical properties of fly ash filled high density polyethylene, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, 9, No.3, 183-198 21 Jain S., Goossens H, Picchioni F., Magusin P., Mezari B., van Duin M (2005), Synthetic aspects and characterization of polypropylene–silica nanocomposites prepared via solid-state modification and sol –gel reactions, Polymer, 46(17), 6666-6681 50 22 Jang J., Park H (2002), Formation and structure of polyacrylamide–silica nanocomposites by sol–gel process, Journal of Applied Polymer Science, 83(8),1817-1823 23 Mehmet Copuroglu, Murat Sen (2004), A comparative study of thermal ageing characteristics of poly(ethylene-co-vinyl acetate) and poly(ethylene-co-vinyl acetate)/carbon black mixture, Polymers for Advanced Technologies, 15, 393–399 24 Phạm Huy Khang, Tro bay ứng dụng xây dựng đường ơtơ sân bay điều kiện Việt Nam, http://www.licogi166.vn 25 Regina Jeziórska, Barbara Świerz-Motysia, Maria Zielecka, Agnieszka Szadkowska, Maciej Studziński (2012), Structure and mechanical properties of low-density polyethylene/spherical silica nanocomposites prepared by melt mixing: The joint action of silica's size, functionality, and compatibilizer, Journal of Applied Polymer Science, 125(6), 4326 26 Renjanadevi B (2008), Modification of polypropylene and Polystyrene using nanosilica, Thesis of philosophy doctor, Cochin University of Scienee and Technology, India 27 Rothon R N (2003), Particulate-Filled Polymer Composites, Rapra Technology Limited, Shrewsbury, UK 28 Seon-Jun Kim, Bong-Sub Shin, Jeong-Lag Hong, Won-Jei Cho, ChangSik Ha (2001), Reactive compatibilization of the PBT/EVA blend by maleic anhydride, Polymer, 42(9), 4073-4080 29 Shalmali Hui, Tapan K Chaki, Santanu Chattopadhyay (2011), Dynamic and Capillary Rheology of LDPE-EVA-Based Thermoplastic Elastomer: Effect of Silica Nanofille, Polymer Composites, 31, 3, 377 30 Tạ Ngọc Đơn, Võ Thị Liên (2005), Zeolit từ tro bay: Tổng hợp, đặc trưng ứng dụng II Nghiên cứu chuyển hố tro bay thành sản phẩm chứa zeolit P1, Tạp chí Hố học ứng dụng, số 3, 24-27 31 Thái Hồng, Vũ Minh Đức, Nguyễn Vũ Giang, Đỗ Quang Thẩm, Vũ Minh Trọng (2009), Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit sở EVA tro bay trạng thái nóng chảy, Tạp chí Hóa học, 47(4), 402-407 51 32 Vũ Minh Trọng (2015), Nghiên cứu tính chất hóa lý hình thái cấu trúc vật liệu tổ hợp PE/EVA/tro tính hữu cơ, luận án tiến sỹ hóa học, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Hà Nội 33 Vũ Minh Trọng (2015), Nghiên cứu, chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro tính ứng dụng làm vỏ dây cáp thơng tin cáp điện lực, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 52