Nghiên cứu khả năng chịu nhiệt và chống cháy của màng phủ vô cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Thị Thịnh NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT VÀ CHỐNG CHÁY CỦA MÀNG PHỦ VÔ CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cơng nghệ hóa học Hà Nội, 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Thị Thịnh NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU NHIỆT VÀ CHỐNG CHÁY CỦA MÀNG PHỦ VƠ CƠ Chun ngành: Cơng nghệ hóa học NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: La Thế Vinh Hà Nội, 2008 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỞ ĐẦU DANH MỤC CÁC BẢNG CÓ TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC HÌNH CÓ TRONG LUẬN VĂN PHẦN I: TỔNG QUAN 10 1.1 Cháy nguyên nhân gây cháy .10 1.2 Các biện pháp chống cháy cho vật liệu 15 PHẦN II: VẬT LIỆU MÀNG PHỦ VÔ CƠ CHỊU NHIỆT VÀ CHỐNG CHÁY 18 2.1 GIỚI THIỆU VỀ POLYME VÔ CƠ VÀ ỨNG DỤNG .18 2.1.1 Khái niệm Polyme vô cơ: .18 2.1.2 Cấu trúc polyme vô cơ: 19 2.1.3 Tính chất đặc trưng polyme vô cơ: 19 1.4 Các ứng dụng polyme vô cơ: 20 2.2 MÀNG PHỦ VÔ CƠ CHỊU NHIỆT VÀ CHỐNG CHÁY 21 2.2.1 Giới thiệu màng phủ vô chịu nhiệt chống cháy 21 2.2.2 Các phương pháp tạo màng phủ .36 2.3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA MÀNG PHỦ VÔ CƠ TRONG LĨNH VỰC CHỐNG CHÁY 37 2.3.1 Chống cháy cho vật liệu kim loại 37 2.3.2 Chống cháy cho vật liệu phi kim loại (Gỗ) 38 PHẦN III: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM .40 3.1.CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA MÀNG PHỦ 40 3.1.1.Nghiên cứu độ bám dính 40 3.1.2 Nghiên cứu thời gian khô .40 3.1.3 Nghiên cứu độ bền uốn 42 3.1.4 Nghiên cứu độ bền va đập 42 3.1.5 Nghiên cứu khả chịu nhiệt .42 3.1.6 Phương pháp xác định tính chống cháy 42 3.2 PHƯƠNG PHÁP PHỔ NHIỄU XẠ TIA X (XRD) 50 3.3 PHƯƠNG PHÁP PHỔ HỒNG NGOẠI (IR) 51 3.3.1 Cơ sở phương pháp 51 3.3.2 Điều kiện hấp thụ xạ hồng ngoại .52 3.5 PHƯƠNG PHÁP PHỔ TG,DTA 53 3.6 CHỐNG CHÁY CHO VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ PHI KIM LOẠI BẰNG MÀNG PHỦ VÔ CƠ 54 3.6.1.Vật liệu kim loại 54 3.6.2 Vật liệu gỗ 55 PHẦN IV: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN .56 4.1 Nghiên cứu khả chịu nhiệt chống cháy cho vật liệu kim loại 57 4.2 Nghiên cứu khả chịu nhiệt chống cháy cho vật liệu phi kim loại .66 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 71 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS La Thế Vinh nhóm cán nghiên cứu thực Dự án sản xuất thử nghiệm cấp Bộ, mã số B2008-01-01DA tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu đề tài Tơi trân trọng cảm ơn tập thể thầy cô Bộ môn Công nghệ chất vô - Khoa Cơng nghệ hố học - Trường đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện cho trình học tập thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn tập thể thầy cô Viện Đào tạo Sau đại học - Trường Đại học Bách khoa - Hà Nội Xin cảm ơn sâu sắc tới đồng nghiệp trường Đại học Phòng cháy chữa cháy bạn lớp CNHH 0810 sát cánh giúp đỡ suốt thời gian qua! Hà Nội, ngày 29 tháng 10 năm 2010 Trần Thị Thịnh LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài nghiên cứu thân tôi, số liệu kết đưa vào luân văn hoàn toàn trung thực đồng ý đồng tác giả Các kết luận văn không chép ở tài liệu khoa học Hà Nội, ngày 29 tháng 10 năm 2010 Trần Thị Thịnh MỞ ĐẦU Đất nước ta chuyển cơng hội nhập với kinh tế giới Nền kinh tế Việt Nam có nhiều bước tiến vượt bậc, nhiều ngành nghề phát triển Cơ sở hạ tầng không ngừng nâng cấp xây dựng để đáp ứng nhu cầu ngày cao kinh tế Nhiều cơng trình với qui mơ lớn, có giá trị kinh tế cao xây dựng Tuy nhiên, song song với việc phát triển sở vật chất, sở hạ tầng phục vụ đời sống, yêu cầu phải bảo vệ sở trước tác động ảnh hưởng xấu đến tính năng, mục đích cơng trình người cần coi trọng Một vấn đề cần quan tâm bảo vệ chống cháy cho cơng trình Như ta biết, cháy nguy gây nhiều thảm họa cho sống, cho người Hàng năm, nước ta giới, cháy gây thiệt hại trực tiếp gián tiếp vơ khủng khiếp Vì thiết phải có áp dụng biện pháp kỹ thuật, công nghệ, kiến trúc tổ chức cho cơng trình Có nhiều biện pháp chống cháy, chống cháy nhờ biện pháp bảo vệ bề mặt vật liệu màng phủ giới quan tâm Màng phủ vơ có khả chịu nhiệt chống cháy loại vật liệu quan trọng sử dụng cho mục đích Do việc nghiên cứu, sử dụng màng phủ vô để bảo vệ cho cấu kiện vật liệu khỏi nguy cháy, phục vụ trực tiếp cho lĩnh vực đời sống kỹ thuật vấn đề cần thiết Lý chọn đề tài: Trong loại màng phủ chống cháy, polime vơ ngồi khả chống cháy, cịn có độ bám dính tốt lơi quan tâm nhà khoa học, công ty sản xuất tổ chức liên quan khác Từ nhận định rõ ràng việc “Nghiên cứu khả chịu nhiệt chống cháy màng phủ vô cơ” sở polime vơ có ý nghĩa khoa học thực tiễn quan trọng Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu số tính chất vật liệu màng phủ vô cơ, đặc biệt màng phủ chống cháy - Khảo sát yếu tố như: độ bám dính, độ bền cơ, bền nhiệt khả chống cháy vật liệu - Nghiên cứu ứng dụng vật liệu màng phủ vô lĩnh vực phịng cháy Tóm tắt đọng luận điểm đóng góp tác giả Màng phủ chống cháy sử dụng phổ biến loại màng phủ gốc hữu Các loại màng phủ gốc hữu có nhiều nhược điểm, khả chịu nhiệt thấp, không thân thiện với mơi trường, với điều kiện đám cháy cao ngàn độ khả chịu nhiệt 350 - 4000C màng phủ hữu đảm bảo chống cháy cho vật liệu Màng phủ vơ khắc phục nhược điểm Màng phủ vô dựa sở polyme vô chịu nhiệt chất tạo mầu oxit kim loại chịu nhiệt độ cao, dung môi nước nên thân thiện với mơi trường, an tồn cháy nổ sản xuất sử dụng Trong luận văn rõ hệ polyme vô sở phốt - ôxi – nhôm, chất tạo màu oxit kim loại Fe, Cr, Ti, Cu, Zn, Zr… có khả chịu nhiệt, chống cháy Quá trình nghiên cứu tiến hành thử chống cháy cho loại vật liệu: kim loại (thép) phi kim loại (gỗ) Đối với vật liệu kim loại, sau sơn phủ phương pháp phun, tiến hành thử chống cháy Quan sát tượng kiểm tra độ phá huỷ màng, cấu trúc màng Kết từ ảnh SEM, phổ hồng ngoại, phổ TG, DTA phổ nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy màng sơn không bị phá huỷ, đảm bảo khả chống cháy cho vật liệu kim loại Đối với vật liệu gỗ, sau sơn phủ lớp mỏng bề mặt, tiến hành thử chống cháy Quan sát tượng thấy màng sơn không bị phá huỷ gỗ bắt cháy, nguyên nhân tác dụng nhiệt độ cao gỗ bị cong vênh làm lớp màng phủ bị rạn nứt, tạo khe hở nên oxy tiếp xúc với gỗ gây cháy Để khắc phục nhược điểm trên, tiến hành gia cường cho gỗ lớp lưới kim loại mỏng, sử dụng lớp vữa chịu nhiệt có độ dày khoảng 0.5 - mm, để khơ tự nhiên sau tiến hành sơn phủ thử tính chống cháy Quan sát tượng thấy màng sơn không bị phá huỷ, gỗ không bắt cháy Kết từ ảnh SEM, phổ hồng ngoại XRD cho thấy màng sơn không bị phá huỷ, đảm bảo khả chống cháy cho vật liệu phi kim loại Phương pháp nghiên cứu: - Thực nghiệm xác định thơng số độ bám dính, độ bền uốn, độ bền va đập, khả chịu nhiệt - Thực nghiêm xác định khả chống cháy màng phủ vơ DANH MỤC CÁC BẢNG CĨ TRONG LUẬN VĂN STT Bảng Nội dung Trang Số liệu thống kê số vụ cháy thiệt hại Việt Bảng 1.1 Bảng 2.1 Một số đặc điểm chất màu vô 35 Bảng 3.1 Sơ đồ nghiên cứu độ bám dính 40 Bảng 3.2 Các phương pháp tạo mẫu thí nghiệm 45 Bảng 3.3 Tên phận Bộ máy thí nghiệm 49 Bảng 3.4 Mối quan hệ tốc độ lưu lượng oxi nitơ 14 Nam năm gần 49 với nồng độ oxi Bảng 4.1 Các tiêu sơn vô chịu nhiệt 56 chống cháy DANH MỤC CÁC HÌNH CĨ TRONG LUẬN VĂN STT Hình Nội dung Hình 1.1 Tam giác cháy 10 Hình 2.1 Cấu trúc polyme phơt phát nhơm 23 Hình 2.2 Sự biến đổi mạch sở thuỷ phân 26 Hình 2.3 Hình 2.4 Các kiểu mở rộng mạch pơlyme từ hình 2.2 29 Hình 2.5 Các dạng khác phát triển mạch 30 Hình 2.6 Quá trình tạo cấu trúc màng AlPO -5 32 Hình 2.7 Hình 2.8 10 Hình 2.9 Bước trình thuỷ phân biến đổi mạch sở Q trình ngưng tụ mắt xích để tạo cấu trúc dạng khung Quá trình hình thành cấu trúc dạng khung với vòng tám cạnh bị soắn từ dạng mạch hở Cấu trúc AlPO Trang 28 33 34 35 - Chuẩn bị kiểm tra mẫu thử theo TCVN 5669 : 2007 - Tấm chuẩn để thử theo TCVN 5670 : 2007 Sơn vecni – Tấm chuẩn để thử - Mầu sắc xác định theo TCVN 2102 – 1993 - Độ bám dính xác định theo TCVN 2097 - 1993 - Độ khô xác định theo theo TCVN 2094 - 1993 - Độ nhớt xác định phễu BZ4 25 oC ± 0,5 oC - Độ bền uốn màng xác định theo TCVN 2099 : 2007 Sơn vecni – Phép thử uốn (trục hình trụ) - Độ bền va đập xác định theo TCVN 2100 – : 2007 Sơn vecni – Phép thử biến dạng nhanh - Độ bền nhiệt màng sơn xác định theo phương pháp phân tích nhiệt vi sai TG-DTA (Thermo Gravimetric - Differential Thermalgravimetric Analysis) - Sử dụng phương pháp số Oxi để xác định tính dễ cháy vật liệu theo tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản JIS Luận văn tập trung nghiên cứu khả chịu nhiệt chống cháy cho vật liệu, phần trọng đến việc giải thích kết nghiên cứu hai tính chất màng phủ 4.1 Nghiên cứu khả chịu nhiệt chống cháy cho vật liệu kim loại Các kim loại bị cháy phá huỷ nhiệt độ cao Như ra, nhiệt độ nóng chảy mềm thép 800oC nghiên cứu khả chịu nhiệt chống cháy cho sắt thép tập trung khoảng nhiệt độ 8000C Màng phủ vô chịu nhiệt luận án tạo nên từ hệ polyme phôt phát nhôm oxit kim loại Để cho hệ màng phủ có khả bền nhịêt 8000C hệ polyme phơt phát nhơm chất màu cần có khả bền nhiệt cao Trước tiên nghiên cứu khả bền nhiệt màng polyme phôt phát nhôm Màng polyme phốt phát nhôm tạo thành cách phủ lên bề mặt miếng thép CT3 có kích thước 20x50 mm, chiều dầy mm Trước tiến hành 57 phủ mẫu làm giấy ráp mịn, rửa nước lau cồn 900 Quá trình phủ mẫu tiến hành điều kiện thường khoảng thời gian phút Mẫu sau phủ để khô tự nhiên thời gian sau đưa vào sấy khơ 1150C Các kết nhận mẫu sau phủ sấy khơ sau (hình 4.1 v 4.2) a) b) Hình 4.1: Bề mặt lớp màng phủ trước biến tính a) Phủ xong để khô tự nhiên b) Phủ xong sấy khô 1150C Hình 4.2: Bề mặt lớp màng phủ trước biến tính nung C Quan sát bề mặt mẫu phủ hình 4.2 ta nhận thấy có thay đổi lớn, toàn bề mặt phủ polyme xuất vết bong, lỗ xốp Điều chứng tỏ 200oC nhiệt độ ảnh hưởng tới cấu trúc hệ polyme Sự xuất vết bong giải thích bay nước nhanh bề mặt polyme, trình bay nước làm phá hủy cấu trúc lớp bề mặt màng phủ 58 Phổ TG mẫu polyme trước biến tính (hình 4.3) cho thấy có hai pic rõ rệt 132,6oC 169,4oC Pic nhiệt độ 132,6oC giải thích bay nước vật lý bề mặt màng polyme, trình bay nước chưa dẫn đến phá hủy lớp màng Pic 169,4oC giải thích bay nước hóa học, nước hóa học làm phá vỡ hệ liên kết cấu trúc polyme Điều giải thích màng bị phá hủy 200oC Figure: Crucible:PT 100 µl Experiment:Polime Atmosphere:Air 05/11/2006 Procedure: 30 > 800C (10 C.min-1) (Zone 2) Labsys TG Mass (mg): 9.57 TG/% d TG/% /min HeatFlow/µV Exo 60 15 -5 40 -10 20 Peak :132.6472 °C Peak :169.4394 °C -15 -5 Mass variation: -18.453 % -20 -20 Mass variation: -20.534 % -15 -25 -40 100 200 300 400 500 600 700 Furnace temperature /°C H×nh 4.3 : Phỉ TG mÉu polyme tr­íc biÕn Thành phần phụ gia biến tính Phụ gia biến tính có vai trị tăng tính, tăng khả chịu nhiệt, đóng rắn màng polyme tạo mầu cho lớp màng sơn Các phụ gia biến tính chọn oxit kim loại như: TiO , Cr O , Fe O , Fe O , ZrO , SiO v.v Trong báo cáo chọn phụ gia biến tính Fe O hãng Merck (Đức) làm ví dụ Thành phần phụ gia sau: Fe O : 98,5% Ẩm: 1,45% Tạp chất: 0,05% Kích thước hạt: ≤ 10 µm 59 Biến tính hệ polyme sở bổ sung chất phụ gia Với mục đích thay đổi kiểu cấu trúc phân tử polyme phốt phát nhôm cách tạo nên số liên kết dạng M-O-P (M nguyên tử kim loại phụ gia biến tính) cấu trúc 2D 3D nhằm mục tiêu tạo lớp màng phủ polyme phốt phát bền nhiệt, đáp ứng yêu cầu làm chất phủ bảo vệ cho bề mặt cơng trình kim loại làm việc nhiệt độ cao Trong nghiên cứu chọn kim loại Fe Fe O làm phụ gia biến tính Các kết nghiên cứu cho thấy với tỷ lệ chất phụ gia polyme khác chất lượng lớp màng phủ khác Trong trình nghiên cứu biến tính với hệ polyme chúng tơi nhận thấy tỷ lệ thích hợp Polyme/Fe O = 1/1 theo khối lượng Độ bền nhiệt màng phủ xác định nhờ phổ TG, DTA mẫu tiến hành gia nhiệt từ nhiệt độ thường đến 1200oC khơng khí với tốc độ nâng nhiệt 10o/phút Kết hình 4.4 TG /% DTA /(uV/mg) exo  Mass Change: -2.38 % 100 Peak: 215.8 °C Peak: 156.2 °C [1] -0.5 95 Mass Change: -10.00 % -1.0 90 Mass Change: -1.91 % Mass Change: -2.32 % -1.5 85 Mass Change: -0.14 % Mass Change: -2.41 % [1] -2.0 Peak: 1211.6 °C 200 200 400 400 600 600 800 Temperature /°C 800 1000 1000 1200 1200 Hình 4.4: Phổ TG, DTA mẫu màng phủ vô Trong giai đoạn đầu nâng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng lên 2000C khối lượng mẫu giảm tương đối nhanh Điều giải thích nước vật lý hóa học thành phần màng phủ Từ 2000C đến 6000C độ giảm khối lượng chậm hơn, khoảng nhiệt độ tạp chất hữu vơ có độ bền 60 nhiệt thấp bị bay trình tương tác thành phần polyme chất phụ gia bắt đầu xuất hiện, điều quan sát thấy nhờ phổ DTA có xuất vài vị trí có điểm gồ lên Từ 6000C đến 10000C mẫu không thay đổi khối lượng Do nhiệt mẫu hợp chất vô bền với nhiệt, không bị bay hay phá hủy Đây hợp chất vô tạo nên khả chịu nhiệt vượt trội màng phủ vô so với màng phủ hệ hữu Phổ DTA khoảng nhiệt độ trình tương tác pha rắn tiếp tục xảy ra, điểm nhô lên phổ DTA trình biến đổi nhiệt hình thành pha tinh thể nhiệt độ cao Từ 10000C đến 13500C khối lượng mẫu giảm đột ngột, nhiệt độ lớn 10000C hợp chất vô màng phủ bị phá hủy bay Đây nhiệt độ làm việc tối đa màng phủ Để lý giải độ bền vật liệu phủ nhiệt độ cao trình hình thành pha tinh thể nhiệt độ cao, tiến hành nghiên cứu thành phần pha tạo thành sau màng phủ nung nhiệt 900oC Kết phổ XRD cho hình 4.5 400 d=3.446 AlPO4-8 d=1.4193 d=1.4852 d=1.5981 d=1.4533 AlPO4-8 d=1.6933 d=2.3600 AlPO4-8 d=1.8404 FePO4 100 AlPO4-8 d=2.2060 d=2.6984 AlPO4-8 d=3.682 d=4.112 d=4.359 200 d=5.371 Lin (Cps) FePO4 d=2.5174 300 15 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Vinh-DHBK-(Al-Fe-P-O).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.5 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 11/07/06 19:38:26 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 51.65 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 29-0715 (*) - Iron Phosphate - FePO4 - Y: 75.48 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 46-0551 (C) - Aluminum Phosphate AlPO4-8 - Al36P36O144 - Y: 58.28 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 H×nh 4.5: XRD mÉu polyme sau biÕn tÝnh b»ng Fe2O3 vµ nung ë 900oC sau 61 Từ hình 4.5 nhận thấy thành phần lớp màng phủ có tồn pha Fe O , FePO AlPO -8 (Al 36 P 36 O 114 ) Pha Fe O chất phụ gia biến tính chưa phản ứng hết, pha AlPO -8 cấu trúc tinh thể polyme phốt phát nhơm cịn pha FePO pha hình thành tương tác chất phụ gia biến tính với hệ polyme nhiệt độ cao Sự hình thành pha AlPO FePO có cấu trúc dạng khống phốt phát sắt nhơm cho thấy khả bền nhiệt đặc biệt vật liệu phủ loại Hình 4.6 kiểu cấu trúc dạng khung khống FePO Hình 4.6: Cấu trúc khống FePO4 Khi nghiên cứu tính chất màng phủ sở polyme phốt phát nhôm hỗn hợp phụ gia TiO , SiO tinh khiết với hàm lượng phụ gia biến tính khoảng 30% TiO , 5÷8% SiO khối lượng hỗn hợp Hỗn hợp ngâm ủ 24 sau nghiền mịn máy nghiền bi ướt (bi sứ, đường kính 1,5÷2 cm), tốc độ vịng quay 80 vòng/phút Để nghiên cứu trạng thái bề mặt khả bền nhiệt màng phủ, hỗn hợp sau nghiền mịn tiến hành tạo lớp màng phủ theo tiêu chẩn JIS 8703 bề mặt thép CT3 vi b dy 30ữ40 àm theo phng phỏp phun, mẫu thép sau sơn để khô tự nhiên sau 24 Để nghiên cứu độ chịu nhiệt màng phủ tiến hành tạo lớp màng phủ tm kớnh vi b dy 30ữ40 àm sau ú sy khơ 115oC vịng Sau sấy khơ, lớp màng phủ 62 bóc tách khỏi bề mặt kính đem đo phổ TG, DTA Trạng thái bề mặt mẫu màng phủ trước sau đốt lửa đèn cồn 800oC thời gian 30 phút nghiên cứu qua ảnh hiển vi điện tử quét (hình 4.7) Mẫu màng phủ sau đốt lau nhiều lần bơng tẩm cồn 90o Từ hình 4.7a nhận thấy trước đốt bề mặt lớp màng tương đối phẳng nhẵn, điều thành phần chất tạo màng (polyme phốt phát nhơm) cịn có chứa lượng nước, tạp chất hấp phụ bề mặt a) b) AlPO4 Hình 4.7: Ảnh SEM màng phủ trước (a) sau (b) đốt 800oC 30 phút Sau đốt (hình 4.7b) bề mặt lớp màng phủ thô hơn, điều bề mặt lớp màng phủ thành phần chịu nhiệt độ cao Polyme phốt phát nhôm trạng thái dung dịch ban đầu chất kết dính hạt ơxit TiO SiO , sau đốt nóng nhiệt độ cao hệ polyme bị nước tạo thành tinh thể AlPO có khả bền nhiệt đồng thời chất liên kết hạt ôxit TiO SiO tạo lớp màng phủ Để thấy rõ điều này, nghiên cứu phổ nhiễu xạ tia X (XRD) lớp màng phủ sau đốt 800oC 30 phút cho thấy bề mặt lớp màng phủ tồn pha tinh thể TiO , Fe O , SiO Pic Fe O kim loại tạo nên pic TiO SiO phụ gia đưa vào (hình 4.8) 63 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau co p2 dot d=3.515 500 400 d=2.532 Lin (Cps) 300 d=1.363 d=1.351 d=1.427 d=1.407 d=1.484 d=1.537 d=1.617 d=1.594 d=1.667 d=1.646 d=1.858 d=1.701 d=1.891 d=2.101 d=2.059 d=2.031 d=2.159 d=2.116 d=2.378 d=2.329 d=2.279 d=2.240 d=2.211 d=2.481 d=2.424 d=2.734 d=2.656 d=2.607 d=2.832 d=3.105 d=2.966 d=3.899 d=4.346 100 d=3.324 d=3.587 d=4.130 d=3.442 200 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Thinh PCCC mau co P2 dot.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° 01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 41.84 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) 01-082-1533 (C) - Magnetite, syn - Fe3O4 - Y: 30.03 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 8.39700 - b 8.39700 - c 8.39700 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m (227) - 01-076-0934 (C) - Cristobalite high - SiO2 - Y: 16.84 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 7.16600 - b 7.16600 - c 7.16600 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m (227) - - Hình 4.8 Phổ XRD mẫu màng phủ sau đốt 800oC 30 phút Nghiên cứu thành phần bề mặt lớp màng phủ sau đốt qua phổ EDS nhận thấy nguyên tố Al, P O, Ti cịn có Fe Si Ngun tố Fe thép tạo nên nguyên tố Si thành phần phụ gia SiO (hình 4.9) Hình 4.9: Phổ EDS mẫu màng phủ sau đốt 800oC 30 phút Với mẫu màng phủ có thành phần 30%TiO , 5%SiO 3%Cr O lại polyme phốt phát nhôm theo khối lượng hỗn hợp, chúng tơi tiến hành thí nghiệm đo phổ XRD với mẫu sơn phủ nhiệt độ thường (30oC) mẫu đốt nóng 64 thời gian 30 phút điều kiện khơng khí 800oC, 900oC 1000oC Kết phổ chồng XRD mẫu thu cho thấy hầu hết pha tinh thể xuất tất mẫu, điều có nghĩa khả bền nhiệt mẫu ta sử dụng sản phẩm để bảo vệ cho hầu hết công trình có nguy cháy từ nhiệt độ thường đến 1000oC (hình 4.10) 800 TiO2 700 600 FePO4 Cr2O3 FePO4 Lin (Cps) 500 Fe3O4 AlPO4 AlPO4 400 SiO2 FePO4 Fe3O4 Fe3O4 TiO2 300 200 100 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Thinh PCCC mau KP.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: File: Thinh PCCC mau ko P2 dot.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° File: Thinh PCCC mau co P2 son.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 17 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° File: Thinh PCCC mau co P2 dot.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° 01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 13.18 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) 01-082-1533 (C) - Magnetite, syn - Fe3O4 - Y: 7.11 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 8.39700 - b 8.39700 - c 8.39700 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fd-3m (227) - - Hình 4.10 Giản đồ chụp phổ XRD mẫu xếp chồng 65 4.2 Nghiên cứu khả chịu nhiệt chống cháy cho vật liệu phi kim loại Khi sơn trực tiếp lớp sơn mỏng lên vật liệu gỗ, tiến hành đốt lửa đèn cồn, quan sát thấy gỗ bắt cháy thành lửa Hình 4.11 Gỗ cháy thành lửa phủ trực tiếp màng phủ vô Sau cháy, quan sát thấy màng sơn chưa bị phá huỷ bong khỏi bề mặt gỗ Nguyên nhân tác dụng nhiệt độ cao, gỗ bị biến dạng cong vênh tạo thành khe hở, từ oxy khơng khí xâm nhập gây cháy Để bảo vệ, ta phải tiến hành loại trừ công vênh nhiệt Trước tiên ta tạo lưới lót lưới kim loại, trát lớp vữa chịu nhiệt chống cháy có thành phần cao lanh keo vơ có chiều dày 0,5mm, để khơ Tiến hành phủ mang phủ vô cơ, để khô thử chống cháy a) b) Hình 4.12 Gỗ gia cường lưới thép vữa chịu nhiệt trước đốt 66 b) a) d) c) Hình 4.13 Gỗ gia cường sau đốt Từ hình 4.13a ta thấy màng sơn khơng bị phá huỷ sau đốt, hình 4.13c cho thấy gỗ bị than hố mà khơng bắt cháy thành lửa Như phân tích trên, nhiệt độ bắt cháy gỗ thấp nên yêu cầu chống cháy cho gỗ làm tăng giới hạn chịu lửa ngăn chặn cháy lan Nghiên cứu thành phần bề mặt lớp màng phủ sau đốt qua phổ hồng ngoại nhận thấy dao động Cr-O (pic số sóng 1123,09 cm-1), P-O (pic số sóng 526,44 cm-1), Ti-O (pic số sóng 487,31 cm-1), Al-O (pic số sóng 450,14 cm-1) có thành phần màng phủ cịn có phổ dao động Fe-O (pic số sóng 796,40 cm-1) O-O (pic số sóng 1078,10 cm-1) Phổ dao động Fe-O giải thích ảnh hưởng thành phần cốt sợi mạng lưới dây thép gia cường cho lớp vữa khỏi bị phá huỷ tác động nhiệt độ cao Phổ dao động O-O phân tử O hấp phụ lên bề mặt lớp màng (hình 4.14) 67 Ti-O Cr-O P-O Al-O O-O Fe-O Hình 4.14 Phổ hồng ngoại màng phủ sau đôt Khi tạo lưới thép lớp vữa, ta loại bỏ ảnh hưởng biến dạng, cong vênh gỗ, đảm bảo độ kín màng, bảo vệ chống cháy lan cho gỗ Theo giải pháp hiệu giá thành rẻ, dễ thi công đạt mục tiêu đề 68 KẾT LUẬN Đã tìm hiểu số tính chất polyme phốt phát nhôm màng phủ vô sở polyme phốt phát nhơm phụ gia biến tính Đã khảo sát khả chịu nhiệt chống cháy màng phủ polyme phốt phát nhôm trước biến tính sau biến tính phụ gia oxit kim loại Khảo sát ảnh hưởng phụ gia khả chịu nhiệt chống cháy màng phủ vô Đã khảo sát khả chịu nhiệt chống cháy màng phủ cho thép nhiệt độ 8000C Đã khảo sát khả chịu nhiệt chống cháy lan màng phủ cho vật liệu gỗ Đã đưa giải pháp sử dụng loại vật liệu ứng dụng cho lĩnh vực phòng cháy chữa cháy cho cấu kiện, cơng trình 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đinh Văn Nam, Hoàng Thanh Đức, Đinh Văn Kha, Dương Thị Hằng,(2009) "Nghiên cứu chế tạo sơn chịu nhiệt độ cao 500oC bền hóa chất", Tạp chí Hóa học ứng dụng số 3, Tr.45-48 La Thế Vinh, Nguyễn Thế Dương,(2008), Polyme phốt phát nhôm cấu trúc nó, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Trường Đại học Kỹ thuật số 68, Tr.83-86 La Thế Vinh, La Văn Bình,(2006), Quan hệ cấu trúc khả bền nhiệt vật liệu polyme phốt phát nhôm, Hội nghị khoa học lần thứ 20 - ĐHBK Hà Nội, Tr.103-105 La Thế Vinh, La Văn Bình,(2007), Cấu trúc polymer phốt phát AlPO FePO , Tạp chí Khoa học Công nghệ Trường Đại học Kỹ thuật số 62, Tr.60-62 Website: www.sonchiunhiet.vn Anderson,J.S Burg,B Erich Thilo and Adrrianov,K.A (1961), Inorganic polymenrs Levchik Sergei, and Weil Edward D,(2005), " Review Overview of recent developments in the flame retardancy of polycarbonates" , Polymer International 54 Oliver, A Kuperman, A Longh, G.A,( 1996), Inorganic chemistry Okoshi Masayuki and Nishizawa Hitoshi, (2004) , "Flame retardancy of nanocomposites" , FIRE AND MATERIALS 10 WichmanIndrek S , (2003), "Material flammability, combustion, toxicity and fire hazard in transportation", Progress in Energy and Combustion Science 29, 247–299 70 71 ... 2.2 MÀNG PHỦ VÔ CƠ CHỊU NHIỆT VÀ CHỐNG CHÁY 21 2.2.1 Giới thiệu màng phủ vô chịu nhiệt chống cháy 21 2.2.2 Các phương pháp tạo màng phủ .36 2.3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA MÀNG PHỦ VÔ CƠ... nhiều ưu điểm hạn chế nhược điểm 20 2.2 MÀNG PHỦ VÔ CƠ CHỊU NHIỆT VÀ CHỐNG CHÁY 2.2.1 Giới thiệu màng phủ vô chịu nhiệt chống cháy Hiện thị trường màng phủ, sơn hữu chiếm tỷ trọng đáng kể, ưu... liệu màng phủ vô so với vật liệu màng phủ hữu cơ, việc nghiên cứu tính chất ứng dụng đời sống mối quan tâm nhà khoa học vật liệu Đặc biệt hướng nghiên cứu khả chịu nhiệt chống cháy màng phủ vô