NGE c3~1

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TRO BAY (FLY ASH) ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU POLYMER COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ TỔ HỢP NHỰA NỀN EPOXY BISPHENOL A + EPOXY BISPHENOL F ĐÓNG RẮN BẰNG CHẤT ĐÓNG RẮN AMIN BIẾN TÍNH (KINGCURE K11) Phạm Đức Trình Trinh.PDCB190113@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Hóa học Giảng viên hƣớng dẫn: PGS TS Bạch Trọng Phúc Viện: Kỹ thuật Hóa Học Chữ ký GVHD ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay (fly ash) đến đặc tính vật liệu polyme compozit sở tổ hợp nhựa epoxy bisphenol A+epoxy bisphenol F đóng rắn chất đóng rắn amin biến tính (Kingcure K11)) Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : PHẠM ĐỨC TRÌNH Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay (fly ash) đến đặc tính vật liệu polyme compozit sở tổ hợp nhựa epoxy bisphenol A+epoxy bisphenol F đóng rắn chất đóng rắn amin biến tính (Kingcure K11)) Chuyên ngành: Kỹ Thuật Polymer Mã số SV : CB190113 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 26 tháng năm 2021 với nội dung sau: - Sửa lỗi tả, đánh máy, sửa lỗi dạng số thập phân - Bổ sung thông tin trục đồ thị độ nhớt, khối lượng riêng hỗn hợp nhựa mẫu tro bay - Bổ sung tài liệu tham khảo vào bảng biểu, hình ảnh khơng phải tác giả tự vẽ ……………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………… ………………………………………………………………………… … ……………………… Ngày 19 tháng năm 2021 Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc chân thành em xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Bạch Trọng Phúc hướng dẫn, giúp đỡ tận tình động viên thực thành công luận văn thạc sỹ Em xin trân trọng cảm ơn tới Ban Lãnh đạo nhà trường, Ban Lãnh đạo Viện Kỹ thuật Hóa học, Lãnh đạo phận Defect Control phận đào tạo công ty Samsung Display Việt Nam bạn đồng nghiệp ủng hộ tạo điều kiện thuận lợi cho em thời gian học hoàn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn nhiều tới anh, chị bạn sinh viên Trung tâm Công nghệ Polyme - compozit Giấy chia sẻ khó khăn hỗ trợ em suốt q trình thực cơng trình khoa học Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới thành viên gia đình ln bên cạnh, cảm thơng, chia sẻ khuyến khích nhiều công việc, tinh thần để em tự tin thực tốt luận văn Thạc sỹ TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay (fly ash) đến đặc tính vật liệu polyme compozit sở tổ hợp nhựa epoxy bisphenol A+ epoxy bisphenol F đóng rắn chất đóng rắn amin biến tính (Kingcure K11)) Tác giả luận văn: Phạm Đức Trình Khóa: 2019B Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Bạch Trọng Phúc Từ khóa (Keyword): epoxy bisphenol A, epoxy bisphenol F, xử lý tro bay, polyme compozit, tổ hợp nhựa Nội dung tóm tắt: a, Lý chọn đề tài Tro bay biết đến sản phẩm phế thải từ nhà máy nhiệt điện trình đốt than nhiên liệu Tro bay tồn trạng thái rắn có kích thước hạt nhỏ, tro bay bay tự khơng khí gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe đời sống sinh hoạt người dân Ngoài ra, tro bay gây thiệt hại kinh tế đáng kể phải sử dụng diện tích lớn ao hồ, đất canh tác nơng nghiệp để làm diện tích chứa lượng phế thải Vì việc nghiên cứu tro bay để làm chất gia cường mang ý nghĩa bảo vệ mơi trường đồng thời góp phần phát triển loại polyme compozit b, Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng tro tính tro bay chưa biến tính đến đặc tính vật liệu compozit sở tổ hợp nhưa epoxy bisphenol A epoxy bisphenol F đóng rắn amin biến tính Kingcure K11 Việc nghiên cứu cho thấy, biến tính bề mặt tro bay có tác dụng thay đổi tính vật liệu compozit theo hướng tốt đồng thời chọn tỷ lệ khối lượng phù hợp thực phan trộn chất gia cường tro bay để đạt hiệu cao q trình gia cơng thu kết độ bền học tốt c, Nội dung đóng góp tác giả Xử lý biến tính bề mặt tro bay với tác nhân khác Kiềm, Axit stearic, Silane Thực nghiệm đóng rắn hỗn hợp pha trộn loại tro tính chưa biến tính so sánh kết kiểm tra độ bền, hình ảnh cấu trúc bên vật liệu Với mẫu tro bay biến tính bề mặt nhận thấy độ bền học uốn, kéo, va đập tốt so với mẫu sử dụng chất độn tro bay chưa biến tính, đồng thời chọn tỷ lệ sử dụng tro bay tổ hợp nhựa 20% khối lượng để thuận lợi cho q trình gia cơng cho sản phẩm có tính tốt d, Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan nhựa epoxy, q trình đóng rắn, chất đóng rắn nhựa epoxy, chất độn gia cường cho vật liệu polyme compozit, phương pháp chế tạo vật liệu polyme compozit - Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay đến đặc tính tổ hợp nhựa epoxy bisphenol A + epoxy bisphenol F - Nghiên cứu ảnh hưởng tro tính bề mặt đến đặc tính tổ hợp nhựa epoxy bisphenol A + epoxy bisphenol F - Chế tạo vật liệu polyme compozit từ tổ hợp nhựa epoxy bisphenol A + epoxy bisphenol F với tro bay (lựa chọn phương án tối ưu từ kết nghiên cứu trên), đóng rắn Kingcure K11 nhiệt độ phòng e, Kết luận Sử dụng tro bay (biến tính khơng biến tính) làm chất gia cường cho vật liệu polyme compozit sở tổ hợp nhựa epoxy bisphenol A + epoxy bis phenol F đóng rắn nhiệt độ phịng Kingcure K11 làm đa dạng hóa phương án tận dụng tro bay phế thải từ nhà máy nhiệt điện, góp phần hạn chế nhiễm mơi trường, sử dụng nguồn nguyên liệu tái chế nghiên cứu đưa vật liệu với giá thành rẻ hơn, sử dụng phủ nhà xưởng công nghiệp, vách ngăn, chắn vv MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU 12 CHƢƠNG TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Vật liệu compozit sở nhựa polyme chất độn hạt vô 1.3 1.4 1.5 1.2.1 Giới thiệu vật liệu compozit 1.2.2 vô Vật liệu compozit sở nhựa polyme chất độn hạt ………………………………………………………………….4 1.2.3 compozit Các yếu tố ảnh hưởng đến tính vật liệu polyme ………………………………………………………………….6 Nhựa epoxy 1.3.1 Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy 1.3.2 Một số loại nhựa epoxy 1.3.3 Tính chất nhựa epoxy 10 1.3.4 Các chất đóng rắn chế đóng rắn nhựa epoxy 11 1.3.5 Ứng dụng nhựa epoxy 16 Tro bay ứng dụng thực tế khoa học, đời sống 16 1.4.1 Thành phần đặc điểm cấu trúc tro bay 16 1.4.2 Những ứng dụng thực tế khoa học, đời sống tro bay 19 Các phương pháp xử lý, biến tính bề mặt tro bay 24 1.5.1 Xử lý bề mặt tro bay hóa chất vơ 24 12 Biến tính bề mặt tro bay axit stearic 25 1.5.3 Biến tính bề mặt tro bay hợp chất silan 26 CHƢƠNG : PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất 30 2.1.1 Tro bay 30 2.1.2 Nhựa epoxy 30 2.1.3 Chất đóng rắn amin biến tính Kingcure K11 30 2.1.4 Các hóa chất dùng để xử lý bề mặt tro bay 30 2.1.5 Dụng cụ 31 2.1.6 2.2 Thiết bị sử dụng thực nghiệm biến tính đóng rắn mẫu31 Thực nghiệm biến tính bề mặt tro bay 31 2.2.1 Xử lý bề mặt tro bay hóa chất vơ 31 2.2.2 Biến tính bề mặt tro bay hợp chất Silan 31 2.2.3 Biến tính bề mặt tro bay axit stearic 31 2.3 Đóng rắn hỗn hợp epoxy, tro bay amin biến tình Kingcure K11 32 2.4 Các phương pháp phân tích trình tiến hành thực nghiệm 34 2.4.1 Phương pháp xác định độ nhớt 34 2.4.2 Phương pháp xác định góc tiếp xúc hạt rắn 34 2.4.3 Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét 34 2.4.4 compozit Các phương pháp xác định tính chất học vật liệu polyme 35 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Nghiên cứu xử lý biến tính bề mặt tro bay tác nhân khác 38 3.1.1 Khối lượng riêng mẫu tro bay trước mẫu sau biến tính bề mặt 3.1.2 Góc tiếp xúc mẫu tro bay trước sau biến tính 38 3.1.3 Hình ảnh SEM bề mặt hạt tro bay trước sau biến tính 40 3.1.4 Tính chất vật lý hỗn hợp Epoxy – Tro bay 41 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tro tính tro bay ban đầu đến đặc tính học độ bền môi trường vật liệu polyme compozit sở tổ hợp nhựa bisphenol A bisphenol F sử dụng chất đóng rắn amin biến tính Kingcure K11 44 3.2.1 Độ bền uốn vật liệu mẫu polyme compozit điều kiện phối trộn khác tỷ lệ khối lượng, loại tro bay trước sau xử lý biến tính 44 3.2.2 Độ bền kéo vật liệu mẫu polyme compozit điều kiện phối trộn khác tỷ lệ khối lượng, loại tro bay trước sau xử lý biến tính 45 3.2.3 Độ bền va đập có khía khơng khía vật liệu mẫu polyme compozit điều kiện phối trộn khác tỷ lệ khối lượng, loại tro bay trước sau xử lý biến tính 46 3.2.4 Hình ảnh SEM bề mặt mẫu compozit trường hợp phân tán tro bay trước sau biến tính vào hỗn hợp epoxy 47 3.3 Độ bền môi trường mẫu compozit môi trường nước môi trường axit 48 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sự liên hệ góc tiếp xúc theta lượng bề mặt theo công thức Young Hình 1.2 Một số ứng dụng epoxy 16 Hình 1.3 Màu sắc hình thái cấu trúc tro bay 19 Hình 1.4 Sản lượng tiêu thụ tro bay qua năm Israel 21 Hình 1.5 Sản phẩm ứng dụng tro bay xây dựng 22 Hình 1.6 Một số sản phẩm ứng dụng tro bay vật liệu compozit 23 Hình 1.7 Ảnh SEM bề mặt hạt tro bay ban đầu tro bay sau xử lý 24 Hình 1.8 Cơ chế hình thành liên kết tro bay axit stearic 26 Hình 1.9 Cơ chế biến tính bề mặt tro bay hợp chất silan 27 Hình 1.10 Ảnh hưởng việc xử lý tro bay silan đến phân tán tro bay nhựa epoxy 28 Hình 1.11 Phản ứng hóa học tro bay silan Si69 29 Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm đóng rắn hỗn hợp nhựa pha trộn tro bay với chất đóng rắn amine biến tính Kingcure K11 33 Hình 2.2 Thiết bị đo góc tiếp xúc Drop Shape Analyzer DSA 100s 34 Hình 2.3 Thiết bị kính hiển vi điện tử SEM 35 Hình 2.4 Hình dạng mẫu đo độ bền kéo đứt 36 Hình 2.5 Thiết bị đo độ bền kéo 37 Hình 2.6 Thiết bị đo độ bền va đập 37 Hình 3.1 Góc tiếp xúc mẫu tro bay sử dụng giọt nước để xác định góc tiếp xúc 39 Hình 3.2 Góc tiếp xúc mẫu tro bay sử dụng giọt benzen để xác định góc tiếp xúc 40 Hình 3.3 Hình ảnh SEM trước sau biến tính bề mặt tro bay 41 Hình 3.4 Khối lượng riêng hỗn hợp epoxy – tro bay 43 Hình 3.5 Độ nhớt hỗn hợp tro bay epoxy, mẫu epoxy trống 44 Hình 3.6 Độ bền uốn module uốn vật liệu compozit tổ hợp nhựa epoxy đóng rắn Kingcure K11 trộn thêm loại tro bay trước sau biến tính 250C 45 Hình 3.7 Độ bền kéo module kéo compozit tổ hợp nhựa epoxy đóng rắn Kingcure K11 trộn thêm loại tro bay trước sau biến tính 250C 46 Hình 3.8 Độ bền va đập Izod có khía khơng khía mẫu vật liệu compozit tổ hợp nhựa epoxy đóng rắn Kingcure K11 trộn thêm loại tro bay trước sau biến tính 250C 47 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu xử lý biến tính bề mặt tro bay tác nhân khác 3.1.1 Khối lƣợng riêng mẫu tro bay trƣớc mẫu sau biến tính bề mặt Ở điều kiện 25oC, độ ẩm nhỏ 70%, chuẩn bị mẫu tro bay trước sau biến tính sấy khơ (ở điều kiện 100oC) xác định khối lượng riêng với lượng mẫu 100g, đo thể tích mẫu tro bay chưa biến tính, tro tính KOH 3M, tro tính Silan tro tính Axit stearic 2% cho kết bảng 3.1 Bảng 3.1 Khối lượng riếng mẫu tro bay trước sau biến tính STT Mẫu Khối lƣợng riêng (g/cm3) Tro bay thường, chưa biến tính 0,9666 Tro tính KOH 3M 0,8566 Tro tính Silan 0,9566 Tro tính Axit stearic 2% 0,9484 Từ bảng 3.1 thấy được, sau trình biến tính bề mặt, bề mặt tro bay bị tác động tác động hóa học dẫn đến biến đổi cấu trúc bề mặt Tro tính dung dịch KOH xảy ăn mịn bề mặt phản ứng hóa học xảy có thêm thành phần hyroxyl ion kiềm tồn lại bề mặt hạt tro bay có phản ứng oxit yếu với kiềm mạnh, làm cho khối lượng tro bay giảm bề mặt hạt tro bay trở nên thơ ráp hơn, tác nhân biến tính Silan hay axit Stearic 2%, trình hình thành gắn kết thêm nhóm lên bề mặt khối lượng riêng, hay độ xốp tro thay đổi theo xu hướng giảm dần 3.1.2 Góc tiếp xúc mẫu tro bay trƣớc sau biến tính Việc kiểm tra so sánh góc tiếp xúc mẫu tro bay chưa biến tính mẫu tro bay biến tính gián tiếp kiểm tra biến đổi cấu trúc thành phần hóa học bề mặt hạt tro bay Đối với biến đổi hóa học, việc gắn thêm nhóm liên kết bề mặt tro bay làm thay đổi tính chất bề mặt hạt tro bay làm tăng khả phân tán vào hỗn hợp nhựa 38 Hình 3.1 Góc tiếp xúc mẫu tro bay sử dụng giọt nước để xác định góc tiếp xúc a) b) c) d) Tro bay thường chưa biến tính (góc tiếp xúc = 58,5o) Tro tính Silan (Góc tiếp xúc = 22,3o) Tro bay thường biến tính dung dịch KOH 3M (góc tiếp xúc = 34,9o) Tro tính axit Stearic 2% (góc tiếp xúc = 127,1o) Từ hình 3.1, nhận thấy sử dụng nước để nhỏ giọt để đo góc tiếp xúc so với tro bay thơng thường, tro bay biến tính có thay đổi rõ rệt góc tiếp xúc Với mẫu tro tính Silan dung dịch KOH góc tiếp xúc nhỏ đi, chứng tỏ có gắn kết nhóm liên kết tác nhân biến tính tạo nên lên bề mặt tro bay làm bề mặt tro bay trở nên ưa nước mẫu biến tính axit stearic góc tiếp xúc lớn lên tồn rõ rệt tác nhân axit phân cực lên bề mặt hạt tro bay Các tác nhân có tác động hóa học lên bề mặt tro bay dẫn đến xuất đầu ưa nước bề mặt tro bay dẫn đến thay đổi lớn cấu trúc bề mặt thành phần bề mặt hạt tro bay Benzen tác nhân không cực, nhỏ giọt benzen lên bề mặt hạt tro bay đánh giá thêm mức độ phân cực bề mặt mẫu tro bay Dựa vào có đánh giá giải thích sâu q trình biến tính xảy 39 Hình 3.2 Góc tiếp xúc mẫu tro bay sử dụng giọt benzen để xác định góc tiếp xúc a) b) c) d) Tro bay thường chưa biến tính (góc tiếp xúc = 112,9o) Tro tính Silan (Góc tiếp xúc = 128,4o) Tro bay thường biến tính dung dịch KOH 3M (góc tiếp xúc = 131,2o) Tro tính axit Stearic 2% (góc tiếp xúc = 93,9o) Từ hình 3.2, thấy góc tiếp xúc với giọt benzen mẫu tro bay thường chưa biến tính (105,6o) nhỏ mẫu tro biến tính Silan (128,4o) mẫu tro tính dung dịch KOH (131,2o) bề mặt loại tro bay có thay đổi mặt tính chất so với tro bay thông thường bề mặt sau biến tính trở nên ưa nước nên góc tiếp xúc với giọt benzen ( phân cực lớn trường hợp tro bay chưa biến tính, trường hợp biến tính axit stearic 2% lại có xu hướng giảm góc tiếp xúc vơi giọt benzen axit stearic vốn thành phần kị nước, nhiên nhiệt độ thường axit stearic trạng thái rắn (khác pha so với benzen) nên tiếp xúc với giọt benzen góc tiếp xúc nhỏ với trường hợp biến tính silan KOH góc tiếp xúc cịn lớn (93,9o) 3.1.3 Hình ảnh SEM bề mặt hạt tro bay trƣớc sau biến tính Việc phân tích hình ảnh SEM bề mặt hạt tro bay phương pháp phân tích trực quan để đánh giá khả biến đổi cấu trúc bề mặt hạt tro bay Đồng thời liệu quan trọng để lý giải tính chất vật liệu compozit sau Bề mặt hạt tro sau biến tính làm cho diện tích bề mặt tăng lên đáng kể phân tán tốt hỗn hợp nhựa epoxy Hơn nữa, thiết bị SEM cho hình ảnh có độ phân giải cao, rõ nét nên việc quan sát, so sánh bề mặt hạt tro lại trở nên dễ dàng Dưới hình ảnh SEM mẫu tro bay thường chưa biến tính mẫu tro bay biến tính 40 a) b) c) d) Tro bay thường chưa biến tính Tro tính Silan Tro bay thường biến tính dung dịch KOH 3M Tro tính axit Stearic 2% Hình 3.3 Hình ảnh SEM trước sau biến tính bề mặt tro bay Nhận xét từ hình 3.3 sau biến tính, bề mặt hạt tro bay biến đổi, trường hợp biến tính KOH 3M, bề mặt hạt tro bay có chứa oxit khơng bền Al2O3, CaO, MgO… bị loại bỏ làm cho bề mặt trở nên nhám hơn, trường hợp lại bề mặt hạt tro bay trở nên nhám không rõ rệt trường hợp ăn mòn bề mặt tác nhân KOH, nhiên so với mẫu tro bay thường có thay đổi làm cho bề mặt nhám 3.1.4 Tính chất vật lý hỗn hợp Epoxy – Tro bay Các tính chất vật lý hỗn hợp epoxy - tro bay so sanh tương tác tro bay hỗn hợp nhựa epoxy bisphenol A epoxy bisphenol F mẫu tro tính chưa biến tính, mẫu tỷ lệ khối lượng khác khối lượng tro bay Đồng thời tính chất vật lý hỗn hợp ảnh hưởng nhiều đến q trình gia cơng vật liệu polyme compozit đặc biệt giá trị độ nhớt ảnh hưởng đến phân tán tro bay vào hỗn hợp mà độ nhớt ảnh hưởng đến trình phân tán chất đóng rắn Kingcure K11 đóng rắn 3.1.4.1 Khối lượng riêng hỗn hợp tro bay, epoxy sau phối trộn Chuẩn bị mẫu tro bay trước sau biến tính pha trộn 100g nhựa epoxy, sử dụng thiết bị khuấy phút sau hút chân không mẫu để ổn định 24h tiến hành đo khối lượng riêng thu kết bảng 3.2 41 Bảng 3.2 Khối lượng riêng hỗn hợp tro bay - epoxy sau trộn lẫn đo 25o STT Tên mẫu Khối lƣợng riêng (25oC) (g/ml) Bisphenol F 1,2131 Bisphenol A 1,1925 10 11 12 13 14 15 Hỗn hợp bisphenol A/ F= 20:80 (phần khối lượng) Hỗn hợp A/F = 2:8 + 10% tro bay thường chưa biến tính Hỗn hợp A/F = 2:8 + 10% tro tính KOH 3M Hỗn hợp A/F = 2:8 + 10% tro tính Silan Hỗn hợp A/F = 2:8 + 10% tro tính axit stearic 2% Hỗn hợp A/F 2:8 + 20% tro bay thường chưa biến tính Hỗn hợp A/F 2:8 + 20% tro tính KOH 3M Hỗn hợp A/F 2:8 + 20% tro tính Silan Hỗn hợp A/F 2:8 + 20% tro tính axit Stearic 2% Hỗn hợp A/F 2:8 + 30% tro bay thường chưa biến tính Hỗn hợp A/F 2:8 + 30% tro tính KOH 3M Hỗn hợp A/F 2:8 + 30% tro tính Silan Hỗn hợp A/F 2:8 + 30% tro tính axit Stearic 2% 42 1,2077 1,2826 13247 1,2579 1,1940 1,3066 1,3442 1,3669 1,2346 1,3301 1,4556 1,3854 1,2556 Hình 3.4 Khối lượng riêng hỗn hợp epoxy – tro bay Từ hình 3.4 thấy khối lượng riêng hỗn hợp tro bay biến tính cao khối lượng riêng hỗn hợp pha trộn hỗn hợp epoxy tro bay chưa biến tính, điều cho thấy phân tán tốt epoxy rõ rệt tro bay biến tính Ở mẫu biến tính KOH 3M Silan, phân tán tro bay vào hỗn hợp thấy khối lượng riêng tăng lên đáng kể so với tro bay thường, nhiên mẫu tro tính axit stearic 2% khối lượng riêng nhỏ so với mẫu tro bay thường 3.1.4.2 Độ nhớt của hỗn hợp epoxy- tro bay 25oC Độ nhớt tính chất vật lý quan trọng q trình gia cơng vật liệu compozit, độ nhớt hỗn hợp cao dẫn đến trình đảo trộn, phân tán chất đóng rắn trở nên khơng đồng chất lượng đóng rắn khơng đồng đều, việc khảo sát độ nhớt cần thiết Hơn thông qua việc khảo sát độ nhớt hỗn hợp ta đánh giá thêm mức độ liên kết phần tử hỗn hợp, liên kết tốt dẫn đến độ nhớt tốt Ở nhiệt độ 25 oC, mẫu chuẩn bị với định lượng khoảng 250ml cốc thủy tinh 250ml (các mẫu hút chân không để ổn định 24h), chọn chế độ đo phù hợp thông qua khảo sát ban đầu tốc độ đo khác nhau, tiến hành đo cá mẫu ta thu kết hình 3.5 43 Hình 3.5 Độ nhớt hỗn hợp tro bay epoxy, mẫu epoxy trống Nhận xét: so với tro bay thơng thường chưa biến tính, trộn loại tro bay biến tính với epoxy kết cho độ nhớt cao mẫu hỗn hợp epoxy tro bay thơng thường chưa biến tính phần trăm khối lượng, thấy liên kết hỗn hợp epoxy loại tro biến tính tốt với tro thường chưa biến tính Nhưng vấn đề cần lưu ý q trình gia cơng chế tạo vật liệu compozit đặc biệt với trường hợp tro tính axit stearic 2% có độ nhớt cao, cao mẫu tro tính chưa biến tính 3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng tro tính tro bay ban đầu đến đặc tính học độ bền môi trƣờng vật liệu polyme compozit sở tổ hợp nhựa bi phenol A bisphenol F sử dụng chất đóng rắn amin biến tính Kingcure K11 Hỗn hợp nhựa epoxy bisphenol A (GELR 128), ký hiệu nhựa A nhựa epoxy bisphenol F (EPOTEC YDF 170LV) pha trộn loại tro bay 10%, 20%, 30% khối lượng tiến hành đóng rắn amin biến tính Kingcure K11 nhiệt độ 250C theo sơ đồ thực nghiệm cho kết Thứ tự mẫu đánh số thứ tự đặt tên theo bảng 3.2 3.2.1 Độ bền uốn vật liệu mẫu polyme compozit điều kiện phối trộn khác tỷ lệ khối lƣợng, loại tro bay trƣớc sau xử lý biến tính Các mẫu compozit chế tạo theo tiêu chuẩn sau ngày đóng rắn ổn định mẫu, đem mẫu phân tích độ bền uốn mẫu vật liệu compozit thu kết đồ thị hình vẽ đây: 44 Hình 3.6 Độ bền uốn biến dạng uốn vật liệu compozit tổ hợp nhựa epoxy đóng rắn Kingcure K11 trộn thêm loại tro bay trước sau biến tính 250C Qua kết nhận thấy hình 3.6 độ bền uốn mẫu compozit pha trộn tro bay so với độ bên uốn mẫu không pha trộn tro bay giảm, nhiên so sánh độ bền uốn mẫu epoxy - tro bay chưa biến tính mẫu epoxy kết hợp với tro bay biến tính mẫu epoxy tro bay biến tính có độ bền uốn cao hẳn tỷ lệ 10% 20% khối lượng, đặc biệt mẫu epoxy pha trộn 10% tro tính Silan có độ bền uốn 70,2 MPa, mẫu epoxy pha trộn 20% tro tính KOH 3M có độ bền uốn 80,6 MPa , mẫu epoxy không pha trộn tro bay sau đóng rắn đạt độ bền 84,8 MPa Modul uốn đạt cao mẫu (Hỗn hợp A/F = 2:8 + 20% tro tính KOH 3M), rõ ràng trường hợp tro tính KOH 3M có hiệu định mặt phân tán tro bay nhựa (diện tích bề mặt) hiệu liên kết với nhựa mặt liên kết hóa học tỷ lệ 20% mặt khối lượng 3.2.2 Độ bền kéo vật liệu mẫu polyme compozit điều kiện phối trộn khác tỷ lệ khối lƣợng, loại tro bay trƣớc sau xử lý biến tính Các mẫu compozit chế tạo theo tiêu chuẩn sau ngày đóng rắn amin biến tính Kingcure K11 ổn định mẫu, đem mẫu phân tích độ kéo thiết bị Instron thu độ kéo mẫu vật liệu compozit thu kết đồ thị hình vẽ đây: 45 Hình 3.7 Độ bền kéo độ giãn dài compozit tổ hợp nhựa epoxy đóng rắn Kingcure K11 trộn thêm loại tro bay trước sau biến tính 250C Qua kết nhận hình 3.7 nhận thấy độ bền kéo mẫu compozit có pha trộn tro bay thấp độ bền mẫu không pha trộn tro bay so với mẫu tro bay thơng thường mẫu tro bay biến tính có độ bền kéo module kéo tốt tỷ lệ phối trộn 20% đặc biệt trường hợp tro tính dung dịch KOH 3M đạt độ bền kéo 39,97 MPa (cao mẫu tro tính tỷ lệ tro bay 20% khối lượng 3.2.3 Độ bền va đập có khía khơng khía vật liệu mẫu polyme compozit điều kiện phối trộn khác tỷ lệ khối lƣợng, loại tro bay trƣớc sau xử lý biến tính Đối với mẫu phân tích độ bền va đập cần xử lý tương tự độ bền uốn độ bền kéo, nhiên phân tích cần thực trường hợp va đập có khía khơng khía kết thu 46 Hình 3.8 .Độ bền va đập Izod có khía khơng khía mẫu vật liệu compozit tổ hợp nhựa epoxy đóng rắn Kingcure K11 trộn thêm loại tro bay trước sau biến tính 250C Từ hình 3.8 kết đo độ bền va đập mẫu compozit pha trộn với tro tính khoảng 10-20% khối lượng có độ bền va đập cao so với độ bền va đập mẫu compozit pha trộn với tro bay thường chưa biến tính Ở mẫu compozit có thành phần 10% 20% khối lượng mẫu compozit chứa tro tính KOH độ bền va đập khơng khía tương ứng đạt 11,27 KJ/m2, 9,49 KJ/m2 3.2.4 Hình ảnh SEM bề mặt mẫu compozit trƣờng hợp phân tán tro bay trƣớc sau biến tính vào hỗn hợp epoxy Mẫu sau trình kiểm tra độ bền kéo giữ lại để tiếp tục phân tích bề mặt đứt gãy phương pháp phân tích hình ảnh SEM, Các mẫu phân tích hình ảnh SEM chuẩn bị theo tiêu chuẩn chống tĩnh điện bề mặt mẫu phương pháp lắng đọng Pt bề mặt mẫu, lựa chọn điều kiện dịng electron thích hợp thu kết 47 a) Tro bay thường chưa biến tính phân tán epoxy đóng rắn b) Tro bay thường biến tính Silan phân tán epoxy đóng rắn (đã kiểm chứng thơng qua xác nhận thành phần hóa học) c) Tro bay thường biến tính KOH 3M phân tán epoxy đóng rắn d) Tro bay thường biến tính axit stearic phân tán epoxy đóng rắn Hình 3.9 Hình ảnh SEM bề mặt mẫu compozit trường hợp phân tán tro bay trước sau biến tính vào hỗn hợp epoxy Dựa vào hình ảnh mẫu chụp SEM bề mặt đứt sau trình kiểm tra độ bền kéo thấy được, với mẫu tro bay thường chưa biến tính hạt tro bay nhựa epoxy thiếu liên kết dẫn đến tạo khoảng hở hạt tro bay vào nhựa epoxy trình đóng rắn Tuy nhiên mẫu tro bay thường biến tính có khác biệt rõ rệt Bề mặt đứt gãy mẫu không thấy rõ hạt tro bay có bị phủ lớp nhựa, không phát khoảng hở tro bay tổ hợp nhựa epoxy, chứng tỏ sau biến tính, bề mặt hạt tro bay thay đổi trở nên liên kết tốt với tổ hợp nhựa epoxy dẫn đến kết q trình kéo khơng phân tách bề mặt hạt tro bay mà đứt cách ngẫu nhiên lịng nhựa epoxy 3.3 Độ bền mơi trƣờng mẫu compozit môi trƣờng nƣớc môi trƣờng axit Vật liệu compozit chế tạo độ bền học cần kiểm tra thêm độ bền mơi trường để nhận biết mơi trường vật liệu làm việc tốt hay khơng tốt, từ sử dụng vật liệu compozit cách hiệu công nghiệp Chọn môi trường nước dung dịch axit H2SO4 5% để kiểm tra độ bền môi trường cho kết đồ thị đây: 48 Chuẩn bị mẫu theo thứ tự bảng 3.2 Lấy mẫu có khối lượng kích thước xấp xỉ tiến hành ngâm mẫu compozit điều kiện nhiệt độ 25oC môi trường nước môi trường axit H2SO4 5% để kiểm tra trương nở môi trường Sau khoảng thời gian cố định 10 ngày, 20 ngày, 30 ngày lấy mẫu cân tính tốn % khối lượng thay đổi mẫu đưa đồ thị hình vẽ a, Sự thay đổi tỷ lệ khối lượng ngâm mẫu môi trường nước b, thay đổi tỷ lệ khối lượng ngâm mẫu môi trường axit Hình 3.10 Sự thay đổi tỷ lệ khối lượng ngâm mẫu môi trường khác 25oC Từ hình 3.10, thấy phần lớn mẫu ngâm mơi trường nước có độ bền tốt môi trường axit sau 30 ngày tiến hành thí nghiệm Các mẫu chứa hàm lượng tro tính cao độ bền mơi trường thấp Điều thấy, phân tán tro bay vào nhựa nền, đặc biệt tro bay biến tính bề mặt, hạt tro mang gốc ưa nước dẫn đến môi trường xung quanh có nước làm gia tăng tốc độ trương nở mẫu vật liệu, đồng thời môi trường axit có trương nở nhanh thành phần vô tro bay tham gia phản ứng với axit làm cho trương nở môi trường axit trở nên nhanh so với môi trường nước thông thường Như trình sử dụng vật liệu compozit cần ý đến độ bền mơi trường để lựa chọn điều kiện làm việc tối ưu cho vật liệu, chọn vật liệu phù hợp cho mục đích sử dụng 49 KẾT LUẬN Tro bay sau biến tính có dấu hiệu biến đổi hình thái bề mặt tính chất vật lý, hóa học dẫn đến khác biệt tính chất vật lý phối trộn hỗn hợp trước đóng rắn Dựa vào kết đo góc tiếp xúc thấy việc biến tính trở nên hiệu làm cho mẫu tro bay có thêm thành phần ưa nước, tạo điều kiện cho việc hình thành liên kết với epoxy trình phối trộn Độ nhớt hỗn hợp tro bay biến tính cao so với hỗn hợp trộn lẫn epoxy tro bay chưa biến tính Ở 250C phối trộn với hỗn hợp nhựa epoxy bisphenol A (GELR 128) nhựa epoxy bisphenol F (EPOTEC YDF 170LV) với mẫu tro bay đem đóng rắn 250C kết cho thấy compozit tạo hỗn hợp nhựa tro bay biến tính bề mặt có độ bền học cao mẫu compozit tạo thành từ hỗn hợp nhựa tro bay chưa biến tính Độ bền uốn cao mẫu compozit trộn tro bay 20% khối lượng biến tính KOH 3M với giá trị 80,6 MPa, giá trị biến dạng uốn đạt 5,91% Độ bền kéo cao mẫu compozit trộn tro bay 20% khối lượng biến tính KOH 3M với giá trị 37,97 MPa module đàn hồi đạt 2,52 GPa Độ bền va đập có khía cao mẫu compozit tạo nhựa epoxy tro bay biến tính Silan 69 với 20% khối lượng đạt 5,45 KJ/m2 Độ bền va đập không khía cao mẫu hỗn hợp nhựa phối trộn với 10% tro tính KOH 3M đạt 11,27 KJ/m2 Kết chụp hình ảnh SEM cho thấy hầu hết mẫu biến tính tro bay có liên kết tốt với epoxy dẫn đến bao phủ epoxy lên bề mặt tro bay tồn kéo đứt, phá hủy học mẫu compozit dẫn đến độ bền học mẫu trở nên tốt với mẫu compozit có gia cường tro bay chưa biến tính Kết kiểm tra độ bền môi trường cho thấy môi trường nước môi trường axit H2SO4 5%, vật liệu compozit có hàm lượng tro bay lớn nhanh bị trương nở, điều cần ý sử dụng thực tế để chọn loại vật liệu phù hợp 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Xuân Tập, Nghiên cứu tổng hợp tính chất chất hấp phụ chứa [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] zeolit từ tro bay Việt Nam Luận án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2002 Đồn Thị Thu Loan, Gia cơng composite NXB Bách Khoa Hà Nội, tr 929.2, 2013 Đỗ Quang Huy, Đàm Quốc Khanh, Nghiêm Xuân Trường, Nguyễn Đức Huệ Chế tạo vật liệu hấp phụ từ tro than bay sử dụng phân tích mơi trường Tạp chí Khoa học ĐHQG Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 23, tr 160-165, 2007 Đỗ Quang Kháng Vật liệu polyme sở NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, tr 145-149, 233-241, 253-256, 2013 Kiều Cao Thăng, Nguyễn Đức Quý, Tình hình phương hướng tái chế, sử dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện Việt Nam Hội thảo tận thu thạch cao, Hội VLXD Việt Nam, tr 1-10, 2011 Lê Thanh Sơn, Trần Kong Tấu, Xử lí tro bay làm vật liệu hấp phụ cải tạo đất Tạp chí Khoa học đất, số 15, tr 64-68, 2001 Ngô Mạnh Long, Vật liệu công nghệ chất dẻo NXB Giáo dục Việt Nam, tr 161-163, 2013 Nguyễn Đức Chuy, Trần Thị Mậy, Nguyễn Thị Thu, Nghiên cứu chuyển hóa tro bay Phả Lại thành sản phẩm chứa zeolit số tính chất đặc trưng chúng Tạp chí Khoa học Đại học Sư phạm Hà Nội, số 4, tr 160165, 2011 Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức, Vật liệu compozit học công nghệ NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, tr.10-30, 2002 Phạm Huy Khang, Tro bay ứng dụng xây dựng đường ô tô sân bay điều kiện Việt Nam Báo cáo Khoa học - Trường Đại học Giao thông Vận tải, 2011 C H Hare, Amine Curing Agents for Epoxies, Paint India, XL VI (10), pp 59-64, 1996 Goodman, S.H., Epoxy resins Handbook of Thermoset Plastics, Chap 6, pp 193-264, 1996 I Khairul Nizar, A.M Mustafa Al Bakri, A.R Rafiza, H Kamarudin, A Alida and Y Zarina, Study on Physical and Chenical Properties of Fly Ash from Different Area in Malaysia Key Engineering Materials, Vols 594-595, pp 985- 989, 2014 Lee, H., Necille, K, Handbook of epoxy resin McGraw Hill, New York, 1982 Md Emamul Haque, Indian fly ash: production and consumption scenario International Journal of Waste Resources, Vol 3, No 1, pp 22-25, 2013 51 [16] P Pengthamkeerati, T Satapanajaru, P Chularuengoaksorn, Chemical [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] modification of coal fly ash for the removal of phosphate from aqueous solution Fuel, Vol 87, Issue 12, pp 2469- 2476, 2008 R.S Iyer, J.A Scott, Power station Fly ash –an review of value-added utilization outside of the construction industry Resources, Conservation and Recycling 31, pp 217-228, 2001 S.M Kulkarni, Kishore, Effects of surface treatments and size of fly ash particles on the compressive properties of epoxy based on particulate composites J Mater Sci, 37, pp 4321-4326, 2002 Sateesh Bonda, Smita Mohanty, Sanjay K Naya, Viscoelastic, Mechanical, and Thermal Characterization of fly ash –filler ABS composites and Comparison of fly ash surface treatments Polym.Compos, 33, pp 22-34, 2012 Seena Joseph, Bambola V.A, Sherhtukade V.V, Mahanwar P.A, Effect of fly ash content, particle size of fly ash and type of silane coupling agents on the properties of recycled poly (ethylene terephthalate)/fly ash composites J Appl Polym Sci, Vol 119, pp 201-208, 2011 Technology, Kochi, Japan, pp 1366 -1371 Shubhalakshmi Sengupta, Pulakesh Maity, Dipa Ray, Anirudhha Mukhopadhyay, Development of stearic acid coated fly ash reinforced recycled polypropylene matrix composites and their thermal analysis International Journal of Scientific & Engineering Research, Vol 3, No 6, pp 1-4, 2012 Yuehua Yuan and T Randall Lee, Contact Angle and Wetting Properties in Surface Science Techniques Springer Series in Surface Sciences, Chap 1, pp 3-34, 2013 http://www.coal-ash.co.il/english/info_uses.html, 2013 Y M Fan, S H Yin, Z Y Wen and J Y Zhong, Activation of Fly ash and Its Effects on Cement Properties Cement and Concrete Research, 29(6), pp 467-472, 1999 T Chaowasakoo, N Sombatsompop, Mechanical and morphological properties of fly ash/ epoxy composites using conventional thermal and microwave curing methods Comp.Sci and Tech, 67, pp 2282- 2291, 2007 52