1.6.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngồi
Việc nghiên cứu cải thiện tính chất nhựa epoxy bằng sản phẩm dầu thực vật epoxy hóa được nhiều nhà khoa học quan tâm và đã có một số kết quả rất tốt. Các nghiên cứu tập trung nhiều vào các loại dầu đậu nành, dầu hạt cải và dầu lanh epoxy hóa.
Năm 2002, tác giả Gabase và các đồng nghiệp [53] đã nghiên cứu đặc tính cơ học và nhiệt của dầu đậu nành epoxy hóa (ESO) đóng rắn bằng các loại anhydride axit vịng khác nhau có mặt amin bậc 3. Kết quả là hệ ESO/anhydride/amin có xu hướng đạt nhiệt độ thủy tinh hóa Tg thấp và tạo cấu trúc mạch chịu hóa chất cao. Vào năm 2004, tác giả Park [54] cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của dầu thầu dầu epoxy hóa (ECO) đến đặc tính vật lý và cơ học của hệ blend epoxy/ECO với hệ xúc tác ẩn nhiệt. Kết quả nghiên cứu đạt được cho độ ổn định nhiệt của vật liệu tốt nhất khi thay thế 40% nhựa epoxy bằng ECO. Ngoài ra, độ bền dai phá hủy và độ bền uốn của hệ blend được cải thiện tương ứng với sự tăng hàm lượng ECO.
Bên cạnh đó, tác giả Hiroaki Miyagawa et al [55] khi nghiên cứu trộn hợp dầu lanh epoxy hóa với hàm lượng nhỏ vào vật liệu nano clay compozit để tăng cường tính chất vật liệu cho thấy hỗn hợp nhựa epoxy và ELO có nhiệt độ thủy tinh hóa giảm. Trong khi đó, tác giả R. Raghavachar và đồng nghiệp đã nghiên cứu cải thiện tính dai của nhựa epoxy bằng dầu hạt cải epoxy hoá (ECO). Kết quả chỉ ra rằng, với 10% khối lượng ECO trong nền nhựa epoxy, hệ số ứng suất tập trung tới hạn KIC tăng 111%. Các tính chất vật lý như nhiệt độ thuỷ tinh hố, độ bền kéo đứt đều duy trì trong khoảng giới hạn có thể chấp nhận được cho các ứng dụng khác nhau [56].
Tác giả D Ratna [57] cũng đã nghiên cứu tính chất cơ lý và hình thái học của nhựa epoxy biến tính bằng dầu đậu nành epoxy hố (ESO) đóng rắn bằng trietylen tetramin (TETA) với hai quá trình khác nhau: trộn hợp trực tiếp dầu đậu nành epoxy hoá với nhựa epoxy và biến tính dầu đậu nành epoxy hố với TETA để tạo thành dạng cao su trước khi tiến hành biến tính với nhựa epoxy. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự có mặt của dầu đậu nành epoxy và dầu đậu nành epoxy biến tính trước với TETA làm giảm độ bền kéo, độ bền uốn và mô đun uốn nhưng làm tăng độ giãn dài khi đứt. Đặc biệt, khi so sánh ảnh hưởng của hai q trình biến tính khác nhau này tới độ bền va đập Izod cho thấy cả hai quá trình này làm cải thiện độ bền va đập của vật liệu. Tuy nhiên, việc biến tính trước dầu đậu nành epoxy hoá với TETA cho hiệu quả tốt hơn.
Như vậy, qua một số các kết quả nghiên cứu cho thấy, sản phẩm dầu thực vật epoxy hóa như dầu nành, dầu lanh epoxy hóa với các hệ xúc tác khác nhau đều cải thiện được độ bền cơ học, tính chất nhiệt và đặc biệt là độ dai của nhựa epoxy [58 ÷64].
Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa nền polyme và phụ gia ống nano cacbon lần đầu tiên được công bố vào năm 1994. Cho đến ngày nay, các nhà khoa học đã đi được
một bước dài trong việc tìm hiểu cơ chế tác động giữa chất nền polyme và ống nano cacbon. Khác với sợi cacbon có cấu trúc phẳng 2 chiều, ống nano cacbon có cấu trúc 3 chiều, dài và đường kính nhỏ hơn sợi tóc 30000 lần. Vì vậy, mặc dù cùng là cacbon nhưng hai vật liệu có nhiều đặc tính khác nhau. Với compozit dùng sợi gia cường, hàm lượng sợi tối đa (50 - 60%), còn ống nano cacbon trong nanocompozit chỉ được dùng với hàm lượng tối thiểu ở mức vài % [65]. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn chưa tạo được độ cứng và độ bền đúng như dự đốn. Ngun nhân chính là trong q trình tổng hợp, các ống nano cacbon có thể kết tụ lại thành từng cụm nên mặc dù cơ tính của từng ống rất cao, nhưng khi bị kết tụ cơ tính của ống nano cacbon bị giảm, chỉ bằng 1/10 so với từng ống riêng lẻ [66].
Khi chế tạo vật liệu nanocompozit epoxy/CNT thì CNT có xu hướng kết tụ thành bó trong các dung môi hoặc trong nhựa nếu kỹ thuật phân tán chưa hợp lý. Phân tán đồng đều bên trong polyme, cải thiện khả năng thấm ướt và bám dính tốt là vấn đề quan trọng trong việc chế tạo các vật liệu nanocompozit. Năm 2011, tác giả Montazeri…và các tác giả khác [67] đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số siêu âm lên các độ bền cơ học của vật liệu compozit MWCNTs/epoxy. Kết quả cho thấy, khi tăng thời gian khuấy, độ bền kéo của vật liệu tăng, nhưng nếu tiếp tục tăng thời gian khuấy siêu âm độ bền kéo lại có xu hướng giảm. Cũng sử dụng phương pháp khuấy siêu âm kết hợp với khuấy cơ học để phân tán MWCNTs vào epoxy nhưng tác giả Arash Montazeri đã tiến hành phân tán MWCNTs với hàm lượng 0,1; 0,5; 1; 1,5 và 2% khối lượng được trộn trước với epoxy bằng phương pháp khuấy cơ học. Các hỗn hợp sau đó được khuấy siêu âm trong 2,5h tại công suất 60W. Kết quả phân tán được kiểm tra bằng phương pháp chụp SEM và cho thấy sự phân tán MWCNTs là rất tốt. Đồng thời tính chất nhiệt của vật liệu cũng được cải thiện. Bên cạnh đó, nghiên cứu của tác giả Vijay Kumar Srivastava [68] cũng cho thấy, khi MWCNTs phân bố đồng đều trong mạng lưới polyme, độ bền kéo, độ bền nén tăng lên và tỉ lệ thuận với mức độ phân bố của MWCNTs. Trong khi đó, tác giả Biercuks và các cộng sự [69] đã sử dụng loại ống nano cacbon đa tường để làm tăng khả năng dẫn nhiệt của vật liệu polyme nanocompozit. Khi sử dụng với nồng độ 1% ống nano cacbon, khả năng dẫn nhiệt của vật liệu tăng khoảng 70% ở nhiệt độ 400C và 125% ở nhiệt độ phòng.
Như vậy có thể thấy, ống nano cacbon phân tán tốt trong nhựa nền epoxy và cải thiện được cơ tính của vật liệu compozit [70 ÷ 80]. Vì vậy để nâng cao tính chất của nhựa nền epoxy dian GELR128 bằng phụ gia ống nano cacbon là một hướng nghiên cứu khả thi. 1.6.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Nghiên cứu về dầu thực vật và sản phẩm dầu thực vật epoxy hóa cũng được các nhà khoa học trong nước đặc biệt chú ý và quan tâm từ nhiều năm nay. Trong đó phải kể đến một số nghiên cứu của Viện Hóa học, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các nghiên cứu tập trung vào mảng cơ chế khâu mạch của dầu thực vật, trong đó nổi bật nhất là nghiên cứu khâu mạch quang các loại dầu thực vật khác nhau, biến tính dầu thực vật phục vụ cho công nghiệp màng phủ [81, 82, 83].
Năm 2003, tác giả Nguyễn Hữu Niếu, Nguyễn Đắc Thành và La Thái Hà cũng đã cơng bố cơng trình nghiên cứu về tổng hợp và đánh giá tính chất của nhựa vinyleste trên cơ sở dầu đậu nành epoxy hóa với axit metacrylic” [84]. Tuy nhiên, nghiên cứu dầu thực vật epoxy hóa trong chế tạo vật liệu compozit nền epoxy trong nước mới chỉ sử dụng dầu đậu nành epoxy hóa và dầu lanh epoxy hóa. Năm 2014, tác giả Đặng Hữu Trung và các cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của oligome dầu lanh epoxy hóa đến độ bền cơ học của polyme epoxy. Với 6 pkl oligome dầu lanh epoxy hóa phân tán vào nhựa nền epoxy Epikote 828, chất đóng rắn XEDETA và gia cường bằng vải thủy tinh cho độ bền kéo tăng, độ bền va đập có khía tăng và độ bền dai phá hủy tăng 12% so với mẫu nguyên bản [85]. Năm 2016, tác giả Phạm Anh Tuấn cũng đã công bố kết quả chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở dầu lanh epoxy hóa ứng dụng cho sản phẩm đá ốp lát nhân tạo. Kết quả cho thấy dầu lanh epoxy hóa giúp cải thiện độ bền dai của vật liệu [30].
Về nghiên cứu sử dụng ống nano cacbon gia cường cho nhựa nền epoxy, tác giả Phạm Gia Vũ và các đồng sự [86] đã sử dụng ống nano cacbon cho lớp phủ nanocompozit bảo vệ chống ăn mòn bền thời tiết và tăng khả năng tích trữ hydro của vật liệu LaNi5. Năm 2019, tác giả Phan Thị Thúy Hằng có cơng bố kết quả nghiên cứu sử dụng ống nano cacbon biến tính và graphen oxit để gia cường màng phủ nhựa epoxy. Kết quả cho thấy, sản phẩm ống nano cacbon biến tính ổn định và cho màng phủ nhựa epoxy có tính chịu nhiệt, tính cơ học tốt hơn, đồng thời bảo vệ chống ăn mịn kim loại [87].
Như vậy có thể thấy, đề tài nghiên cứu riêng biệt về blend epoxy với sản phẩm dầu thực vật epoxy hóa đã được nghiên cứu, đề tài nghiên cứu sử dụng ống nano cacbon cho nhựa epoxy cũng đã được thực hiện và cho kết quả khả thi. Tuy nhiên, mỗi một hướng nghiên cứu đều giải quyết một vấn đề, đó là hoặc tăng độ bền cơ học của nhựa nền polyme, hoặc tăng độ dẻo hóa của nhựa. Bởi cơ chế tác động của dầu thực vật epoxy hóa và ống nano cacbon là khác nhau. Việc kết hợp cả phụ gia ống nano cacbon đa tường và dầu thực vật epoxy hóa để gia cường cho nhựa nền epoxy dian GELR 128 là chưa có, đặc biệt với 3 hệ dầu thực vật epoxy hóa là dầu hướng dương, dầu hạt cải và dầu thầu dầu. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu nâng cao tính chất nhựa epoxy dian GELR 128 bằng
sản phẩm epoxy hóa dầu thực vật và phụ gia ống nano cacbon” là một hướng nghiên
cứu hồn tồn mới, khơng trùng lặp và cần thiết. Nó mang lại giá trị khoa học trong phát triển lý thuyết ngành Vật liệu tổ hợp Polyme và Compozit. Sản phẩm tạo thành khơng chỉ nâng cao được độ bền cơ học cịn nâng cao cả độ bền dai của nhựa epoxy dian, giúp tái tạo nguồn năng lượng sẵn có trong nước với sản phẩm compozit thân thiện với môi trường.