3.1. Khảo sát các tính chất hóa lý của vật liệu polyuretan
3.1.4. Quá trình phân hủy nhiệt của vật liệu
Kết quả khảo sát các tính chất hóa lý của vật liệu cho thấy polyuretan có đầy đủ các tính chất để có thể phủ lên vải, mặt khác PU đã được bổ sung phụ gia nhằm ứng dụng cho mục đích chống cháy được khảo sát đánh giá thơng qua tính chất nhiệt, hàm lượng tro, chỉ số oxy giới hạn, độ bền cháy của vải, vật liệu và vải phủ vật liệu. Đã có rất nhiều các tác giả trên thế giới tìm hiểu về quá trình phân hủy nhiệt của vật liệu polyuretan như Jun Zhang và cộng sự (2018)[24] đã nghiên cứu sự phân hủy nhiệt của 5 mẫu polyuretan với các tỷ lệ mol của polyol dầu thầu dầu khác nhau, từ đó đánh giá được ảnh hưởng của thành phần dầu thầu dầu đến cấu trúc và đặc tính của vật liệu PU. Năm 2012, Anna Wolska và cộng sự [Error: Reference source not found] đã nghiên cứu tính chất ổn định nhiệt của bọt polyuretan được biến tính với chất độn từ than chì và photpho bằng phương pháp nhiệt trọng lượng (TGA). Kết quả thu được từ TGA chỉ ra rằng độ ổn định nhiệt của bọt được biến tính khi bổ sung chất độn nghiên cứu cao hơn bọt nguyên bản. Kết quả này được xác nhận bởi các giá trị tổn thất khối lượng 5%, tổn thất khối lượng 50%, T max1 và T max2. Giá trị của cặn ở 600 °C cao hơn gần hai đến ba lần so với giá trị của cặn rắn sau khi phân hủy bọt. Năm 2019, Xin Wang và cộng sự [5] đã sử dụng TGA và DTG để nghiên cứu ảnh hưởng của nhôm dietylphotphat (ADP) đến tính ổn định nhiệt và khả năng chống cháy của bọt polyuretan. Kết quả cho thấy khi bổ sung ADP làm thay đổi không nhiều về nhiệt độ khởi phát của PU nhưng cải thiện đáng kể về nằn suất than.
Từ các tài liệu tham khảo trên, tiến hành khảo sát tính ổn định nhiệt của các mẫu vải (F), mẫu PU có thành phần phụ gia tối ưu ATH/TPP là 50/20 (%w dầu) (FPU) và mẫu vải phủ FPU (F-FPU) được lựa chọn để xác định độ ổn định nhiệt thông qua đường TG và DTG (hình 3.4 và 3.5), nhiệt độ phân hủy đặc trưng được tóm tắt trong bảng 3.2:
Bảng 3.2: Nhiệt độ phân hủy của mẫu Mẫu T5% (oC) T50% (oC) Tmax1 (oC) Tmax2 (oC) Tmax3 (oC) %Tro Vải (F) 250 443 443 - - 17,3 PU phụ gia (FPU) 301 420 328 394 - 18,6 Vải phủ PU phụ gia (F-FPU) 300 415 333 382 472 25,4
Sự suy thối nhiệt của polyuretan là một q trình phức tạp và bị ảnh hưởng bởi bản chất phân đoạn cứng và phân đoạn mềm, cấu trúc mở rộng chuỗi, tỷ lệ mol của hai phân đoạn và sự phân tách pha giữa chúng [14,16]. Như có thể thấy trong hình 3.4, kết quả TG của mẫu vải (F) có những thay đổi nhỏ về khối lượng khi nhiệt độ đạt khoảng 150 oC (nhiệt độ khởi phát) có thể là do sự mất hơi nước trong môi trường nito khô. Mẫu chỉ mất khoảng 2% khi nhiệt độ lên đến 195 oC, sự phân hủy nhiệt của nó dường như chỉ xảy ra với nhiệt độ Tmax duy nhất ở 443 oC và hồn thành q trình phân hủy nhiệt ở khoảng hơn 700 oC. Lượng chất rắn còn lại (than) là 17,3%.
Mẫu FPU và F-FPU có nhiệt độ khởi phát cao hơn so với vải ở 270 oC, tuy nhiên sự mất khối lượng nhanh nhất được kéo dài trong khoảng nhiệt độ từ 300 –
Tkt
Hình 3.4: Đường cong TG của các mẫu vải (F), polyuretan có phụ gia (FPU) và mẫu vải phủ polyuretan có phụ gia (F-FPU)
450 oC và cả hai mẫu đều bị phân hủy hoàn toàn ở khoảng gần 700 oC. Lượng than còn lại với mẫu FPU là 18,6% và của F-FPU là 25,4% cao hơn đối với vải.
Hàm lượng tro còn lại của các mẫu polyuretan là do khi phân hủy nhiệt ATH tạo thành sản phẩm chính là Al2O3 (r), một chất rắn không cháy. Các chất làm chậm cháy có chứa phốt pho được áp dụng trong nghiên cứu trải qua quá trình phân hủy khi tăng nhiệt độ tạo thành axit polyphotphoric đóng vai trị chất xúc tác cho q trình than hóa mạch polyme – một phản ứng cạnh tranh trực tiếp với quá trình cắt mạch oxy hóa nhiệt sinh ra các khí độc hại. Sự hình thành của lớp than giúp hạn chế sự mất khối lượng và làm tăng tính ổn định nhiệt của polyme.
Đối với sự suy giảm nhiệt độ của các mẫu vật liệu có polyuretan nhận thấy đều có hai q trình phân hủy mạnh, trong đó, giai đoạn giảm khối lượng đầu tiên dao động trong khoảng nhiệt độ 300 – 350 oC được cho là do sự phân hủy của liên kết uretan và ure trong các phân đoạn cứng và sự phân hủy của pha linh hoạt chứa polyol. Đối với đỉnh suy giảm khối lượng cực đại thứ hai ở nhiệt độ 370 – 450 oC thì có sự liên quan đến sự phân hủy của dư lượng hợp chất hữu cơ và các phân đoạn mềm [26,34]. Đối với mẫu vải phủ FPU nhận thấy có sự xuất hiện của đỉnh thứ ba ở
Hình 3.5: Đường cong DTG của các mẫu vải (F), polyuretan có phụ gia (FPU), vải phủ polyuretan có phụ gia (F-FPU)
F FPU F-FPU
khoảng nhiệt độ 470 oC có thể là do sự phân hủy nhiệt cực đại của nền vải (hình 3.5).