NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCOMPOZIT TRÊN NỀN POLYURETHANE (PU) CÓ KHẢ NĂNG CHỐNG CHÁY NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCOMPOZIT TRÊN NỀN POLYURETHANE (PU) CÓ KHẢ NĂNG CHỐNG CHÁY Sau quá trình tổng hợp compozit APP PU và nanocompozit clayAPP PU và nghiên cứu các tính chất của các vật liệu bằng các phương pháp như XRD, TEM, kiểm tra khả năng chống cháy theo phương pháp đo cháy đứng (UL94V) và cháy ngang (UL94V), đo giá trị LOI và độ bền nén của các vật liệu em đã rút ra một số kết luận sau: APP có khả năng cải thiện khả năng chống cháy của bọt xốp PU, compozit chứa 5% APP đã đạt chống cháy UL94HB. Tuy nhiên, sự có mặt của APP trong polyme PU làm giảm cơ tính của vật liệu do sự phá vỡ thành lỗ xốp của xốp PU. Nanoclay hữu cơ được khảo sát với các hàm lượng khác nhau khi đưa vào compozit APPPU. Kết quả kiểm tra cháy chỉ ra rằng, khi thêm nanoclay ở hàm lượng thấp ( 75 mm/phút Không Đạt 5% APP/ RPUF 74 20 Tắt cháy V1 V2 Đạt 1%clay-5%APP/RPUF 75 - Ngọn lựa tắt cháy trước V1 Cách V1 – mm Đạt 2%clay-5%APP RPUF - 75 - Ngọn lựa tắt cháy trước V1 Cách V1 – 6mm Đạt 3%clay-5%APP/RPUF - 75 - Ngọn lựa tắt cháy trước V1 Cách V1 – mm Đạt 4%clay-5%APP/RPUF - 75 - Ngọn lựa tắt cháy trước V1 Cách V1 – mm Đạt 38 5%clay-5%APP/RPUF - 75 Ngọn lựa tắt cháy trước V1 Cách V1 – mm Đạt - Kết đo cháy thêm nanoclay vào compozit APP/ PU hàm lượng thấp (1% 2% khối lượng) khả chống cháy nanocompozit tăng đáng kể so với mẫu PU tinh khiết PU chứa APP Tuy nhiên, hàm lượng nanoclay hữu tiếp tục tăng lên (> 3% khối lượng) khả chống cháy nanocompozit lại giảm so với nanocompozit chứa lượng clay thấp Khi hàm lượng thấp (< 3%), nanoclay phân tán tốt trong polyme Sự phân tán tốt hạt nano dẫn đến tính chất tính chất lý, ổn định nhiệt khả chống cháy nanocompozit cải thiện [31] Hơn nữa, clay vật liệu không phân tán hữu cơ, vậy, muốn clay có khả phân tán polyme trước clay phải biến tính hợp chất hữu cơ, mà phổ biến muối ammonium Đây hợp chất dễ cháy, đó, sử dụng lượng lớn nanoclay hữu cơ, đồng nghĩa với việc sử dụng lượng lớn hợp chất hữu dễ cháy Từ dẫn tới tác dụng ngược lại, khơng mong muốn Vì vậy, để đảm bảo khả phân tán nanoclay hữu cơ, nhằm đem lại tác dụng mong muốn clay hàm lượng 2% khối lượng clay lựa chọn để tổng hợp nanocompozit clay/ APP/ RPUF (1) (2) (3) (4) 39 (5) (6) (7) Hình 3.3 Các mẫu nanocompozit clay/ APP/ RPUF sau đo cháy ngang Neat RPUF (1), 5% APP/ RPUF (2), 1% clay-5% APP/ RPUF (3), 2% clay-5% APP RPUF (4), 3% clay-5% APP/ RPUF (5), 4% clay-5% APP/ RPUF (6), 5% clay-5% APP/ RPUF (7) 3.3 Tính chất cháy vật liệu nanocompozit clay/ APP/ RPUF Khả chống cháy mẫu nanocompozit clay/APP/PU xác định theo phương pháp đo cháy ngang UL94HB phương pháp đo cháy đứng UL94-V, kết thu được thể Bảng 3.3 Hình 3.4 đồng thời so sánh mẫu compozit APP/PU Bảng 3.3 Tổng hợp kết đo cháy mẫu nanocompozit clay / APP/ PU so sánh với mẫu compozit APP/ PU Mẫu Thời gian cháy Độ dài (s) (từ vị trí tắt – V2) (Từ V1-V2 lại (mm) Đánh giá theo UL94-HB Đánh giá theo UL94-V đến vị trí tắt) 10% APP/ RPUF 75 Ngọn lựa tắt cháy Mẫu cháy hết 14s trước V1 Cách V1 Không đạt – mm Đạt 2%clay-10%APP/ RPUF 75 Ngọn lựa tắt cháy Mẫu cháy hết 14s trước V1 Cách V1 Không đạt – 13 mm Đạt 15% APP/ RPUF 75 Ngọn lựa tắt cháy Mẫu cháy hết 15s trước V1 Cách V1 Không đạt – mm Đạt 2%clay-15% APP/ 75 Ngọn lựa tắt cháy Mẫu cháy hết 16s trước V1 Cách V1 Không đạt RPUF 40 – 15 mm Đạt 75 Ngọn lựa tắt cháy Mẫu cháy hết 17s trước V1 Cách V1 Không đạt – 11 mm Đạt 2%clay-20% APP/ 75 Ngọn lựa tắt cháy Mẫu cháy hết 19s trước V1 Cách V1 Không đạt – 17 mm Đạt 75 Ngọn lựa tắt cháy Mẫu cháy hết 19s trước V1 Cách V1 Không đạt – 15 mm Đạt 20% APP/ RPUF RPUF 25% APP/RPUF Ngọn lựa tắt cháy t1 + t2 = 4s < 10s trước V1 Cách V1 Đạt V0 – 18 mm Đạt 2%clay-25% APP/ RPUF Kết đo cháy thêm clay vào compozit APP/ PU khả chống cháy vật liệu tăng lên so với compozit APP/ PU hàm lượng APP Kết clay hoạt động chất chống cháy hoạt động pha rắn Các lớp silicate phân tán polyme hoạt động lớp rào cản, gây cản trở trình bay chất phân hủy dễ cháy vật liệu bên ngồi mơi trường, truyền nhiệt từ oxy bên vào bên compozit Hơn nữa, clay có tác dụng xúc tác cho trình hình thành than gia cường cho cấu trúc than [32-34] – lớp chống cháy hệ compozit clay/APP/PU 41 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) Cháy ngang Cháy đứng Hình 3.4 Các mẫu compozit APP/ PU nanocompozit clay / APP/ PU sau đo cháy: (1) 10% APP/ PU, (2) 2% clay-10% APP/ PU, (3) 15% APP/ PU, (4) 2% clay15% APP/ PU, (5) 20% APP/ PU, (6) 2% clay-20% APP/ PU, (7) 20% APP/ PU, (8) 2% clay-25% APP/ PU Ngồi ra, tính chất cháy nanocompozit clay/ APP/ RPUF xác định giá trị LOI (Hình 3.5) Từ hình 3.5 thấy giá trị LOI nanocompozit chứa 2% khối lượng nanoclay tăng nhẹ so với compozit hàm lượng APP, giá trị LOI compozit 25% APP/PU tăng từ 21,9% lên 22,1% nanocompozit 2% clay/ 25% APP/ RPUF Kết tương đồng với kết đo cháy ngang cháy dọc Bảng 3.3 Vậy kết hợp APP nanoclay thích hợp để làm phụ gia chống cháy cho polyme polyurethane 42 20 LOI (%) 15 10 Hình 3.5 Giá trị LOI compozit APP/RPUF nanocompozit clay/APP/RPUF 3.4 Độ bền tính vật liệu xốp polyurethane Tính chất học vật liệu nghiên cứu thông qua khảo sát độ bền nén Kết thể Bảng 3.4 Bảng 3.4 Độ bền nén vật liệu xốp PU Mẫu STT Độ bền nén (MPa) Pure RPUF 0,2498 5% APP/ RPUF 0,2465 10% APP/ RPUF 0,2417 2% clay-10% APP/ RPUF 0,2443 43 15% APP/ RPUF 0,2351 2% clay-15% APP/ RPUF 0,2412 20% APP/ RPUF 0,2305 2% clay-20% APP/ RPUF 0,2348 25% APP/ RPUF 0,2265 10 2% clay-25% APP/ RPUF 0,2321 Từ kết khảo sát độ bền nén vật liệu ta thấy việc sử dụng chất độn APP có xu hướng làm giảm nhẹ độ bền nén xốp PU Hàm lượng APP tăng độ bền nén compozit APP/ RPUF giảm, cụ thể compozit chứa 25% APP có độ bền nén giảm 9,4% so với vật liệu PU tinh khiết Điều hạt APP khơng phân bố khoảng trống cấu trúc xốp PU mà chúng nằm xem kẽ lỗ xốp, làm vỡ cấu trúc lỗ xốp vật liệu compozit Do đó, vật liệu compozit chứa APP dễ bị phá hủy so với vật liệu PU tinh khiết Quan sát Hình 3.6 thấy kích thước lỗ xốp vật liệu PU tinh khiết compozit APP/PU tương đương hay tỷ trọng vật liệu gần khơng đổi, loại bỏ yếu tố tỷ trọng gây ảnh hưởng đến tính chất lý vật liệu Trên Hình 3.6b quan sát vỡ thành lỗ xốp vật liệu compozit APP/ PU, nguyên nhân gây suy giảm độ bền nén vật liệu Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu Neat PU (a) mẫu compozit 25% APP/ PU (b) Khi thêm 2% nanoclay hữu vào compozit APP/PU làm tăng độ bền nén compozit Cụ thể, việc thêm 2% nanoclay làm tăng độ bền nén compozit 44 25% APP/ PU lên từ 0,2265 MPa lên 0,2321 MPa Độ bền tính phụ thuộc nhiều vào phân tán chất độn nano Khi hạt nano phân tán tốt polyme hạt nano có tác dụng chất gia cường cho polyme Nanoclay hữu có hình thức phân tán polyme tách lớp xen kẽ, hai hình thức kết hợp với [42] Quan sát Hình 3.7(a) thấy giản đồ nhiễu xạ tia X nanoclay xuất đỉnh nhiễu xạ góc 2θ = 2,8o, tương ứng với khoảng cách lớp clay 3,15nm theo tính tốn phương trình Bragg (2.1) Tuy nhiên, giản đồ XRD nanocompozit 2% clay/ 25% APP/ PU không thấy xuất đỉnh nhiễu xạ phạm vi góc hẹp Kết lớp clay phân tán tốt PU Ngoài ra, ảnh TEM nanocompozit 2% clay/ 25% APP/ PU (Hình 3.7(b)) cho thấy nanoclay phân tán theo hình thức tách lớp chiếm ưu phần phân tán theo hình thức xen kẽ Do đó, nanoclay làm tăng tính vật liệu compozit APP/ RPUF 800 (a) Clay pure PU 2% clay-25% APP o 2.8 (b) Intensity (CPS) 600 400 200 20nm 10 2degree) Hình 3.7 Giản đồ XRD vật liệu (a) Ảnh TEM nanocompozit 2% clay/ 25% APP/ PU (b) 45 KẾT LUẬN Sau trình tổng hợp compozit APP/ PU nanocompozit clay/APP/ PU nghiên cứu tính chất vật liệu phương pháp XRD, TEM, kiểm tra khả chống cháy theo phương pháp đo cháy đứng (UL94-V) cháy ngang (UL94-V), đo giá trị LOI độ bền nén vật liệu em rút số kết luận sau: APP có khả cải thiện khả chống cháy bọt xốp PU, compozit chứa 5% APP đạt chống cháy UL94-HB Tuy nhiên, có mặt APP polyme PU làm giảm tính vật liệu phá vỡ thành lỗ xốp xốp PU Nanoclay hữu khảo sát với hàm lượng khác đưa vào compozit APP/PU Kết kiểm tra cháy rằng, thêm nanoclay hàm lượng thấp (