Trong quá trình gia cường tro bay cho vật liệu trên cơ sở epoxy, T. Chaowasakoo và N. Sombatsompop đã sử dụng tác nhân ghép silan là N- 2(aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane để biến đổi bề mặt của tro bay [25]. Trong nghiên cứu này, hợp chất silan được sử dụng ở các nồng độ lần
Khóa luận tốt nghiệp Đặng Thị Lương 32 lượt là 0,5%, 1.0% và 1,5%. Kết quả thu được cho thấy với hàm lượng silan 0,5% thì các tính chất cơ lý của vật liệu đã được nâng lên cao nhất như mô đun kéo căng, mô đun uốn, độ bền kéo căng, độ bền uốn và độ bền nén. Nếu không biến đổi bề mặt tro bay bằng hợp chất silan, các tính chất như độ bền kéo căng, độ bền uốn và độ bền nén của vật liệu đều bị giảm xuống. Vật liệu với hàm lượng silan tối ưu ở 0,5% cho biết sự hình thành liên kết giữa các pha tương đối cao giữa tro bay và epoxy kết hợp với các liên kết ngang được tạo ra bởi phản ứng hóa học giữa tác nhân ghép silan và các hạt tro bay, và liên kết ngang N-C giữa nhóm các nhóm amino trong tác nhân ghép silan với nhựa epoxy, sơ đồ cơ chế của phản ứng được mô tả trong hình vẽ sau:
Hình 1.12: Cơ chế
tương tác giữa tro bay và chất nền epoxy qua tác nhân ghép nối silan.
Việc giảm tính chất giãn dài ở hàm lượng silan cao (trên 0,5%) được cho là do phản ứng bán ngưng tụ của các tác nhân ghép nối silan đã thủy phân hoặc thủy phân một phần, kết quả là hình thành các phân tử polysilanol linh động trên bề mặt tro bay. Các phân tử polysilanol linh động này sẽ làm giảm khả năng phản ứng giữa nhựa epoxy và tác nhân ghép nối, và do đó dẫn đến
Khóa luận tốt nghiệp Đặng Thị Lương 33 làm giảm khả năng xâm nhập của nhựa epoxy vào mạng lưới polysiloxan. Điều này cũng đã được báo cáo bởi Culler và đồng nghiệp khi ông đã phát biểu rằng phản ứng của nhựa epoxy và γ-aminopropyltrietyoxysilan (γ-APS) có sự phụ thuộc nhất định vào phản ứng bán ngưng tụ. Những lý do này cũng được đưa ra để giải thích cho việc giảm các tính chất khác của vật liệu như độ bền uốn và độ bền nén.
Khi sử dụng tro bay làm chất độn cho cao su tự nhiên, nhóm nghiên cứu S. Thongsang và N. Sombatsompop đã sử dụng bis-(3- trietoxysilylpropyl) tetrasulfit (Si69), [(C2H5O)3-Si-(CH2)3-S4-(CH2)3-Si- (C2H5O)3] để biến đổi bề mặt của các hạt tro bay [19]. Việc sử dụng các hợp chất silan để biến đổi bề mặt của tro bay đã làm tăng thời gian lưu hóa và thời gian lưu hóa sớm của vật liệu. Lý giải về điều này, các tác giả cho rằng là do sự hình thành liên kết ngang giữa cao su và tro bay với sự có mặt của Si69. Các tác giả cũng đưa ra phản ứng giữa tro bay được xử lý bề mặt bằng Si69 với các phân tử cao su:
Hình 1.13: Cơ chế tương tác giữa tro bay và chất nền cao su thiên nhiên
qua tác nhân ghép silan
Có thể nhận thấy rằng, các vị trí hoạt động (các tác nhân) trên phân tử cao su được tạo ra trong quá trình cán trộn có thể tạo liên kết hóa học (liên kết
Khóa luận tốt nghiệp Đặng Thị Lương 34 C-S) với Si69. Điều này hiển nhiên sẽ làm giảm các liên kết ngang giữa lưu huỳnh và các phân tử cao su. Một lý do khác được đưa ra là sự hình thành các chuỗi mạch dài của Si69 chứa các nhóm trietoxysilylpropyl ở cuối phân tử. Những nhóm cồng kềnh này sẽ có những ảnh hưởng cản trở không gian cho quá trình tạo liên kết ngang trong cho cao su. Do đó, thời gian lưu hóa và thời gian lưu hóa sớm được kéo dài.
Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy ở khoảng nồng độ 2-4% tác nhân ghép nối silan đã làm tăng đáng kể mô đun đàn hồi và độ bền xé của vật liệu. Sự thay đổi mô đun đàn hồi và độ bền xé của vật liệu là do tro bay được xử lý bề mặt đã tương tác tốt với các phân tử cao su tạo ra tính liên tục pha trong cao su với sự có mặt của Si69. Ở nồng độ Si69 cao hơn, tính liên tục pha cao hơn nhưng các chuỗi mạch dài của các phân tử silan lúc này lại có ảnh hưởng dẻo hóa đến vật liệu, dẫn đến các tính chất cơ lý của vật liệu tăng không đáng kể so với trường hợp tro bay không được xử lý bề mặt.
Khóa luận tốt nghiệp Đặng Thị Lương 35