Khảo sỏt ảnh hưởng của biến tớnh tro bay bằng hợp chất silan và hàm lượng của chỳng đến tớnh chất cơ học của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay là rất quan trọng. Trong đề tài này, tro bay được biến tớnh bằng 3 hợp chất silan: VTMS, GPTMS, VTES. Vật liệu tổ hợp được chế tạo với tỷ lệ LDPE/EVA là 60/40 phần khối lượng (pkl), hàm lượng tro bay là 10%, nhiệt độ trộn 170o
C, tốc độ trộn 50 vũng/phỳt, thời gian trộn 5 phỳt. Bảng 3.4 trỡnh bày kết quả khảo sỏt độ bền kộo đứt và độ dón dài khi đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay chưa biến tớnh và biến tớnh bằng 3 loại hợp chất silan với cỏc hàm lượng khỏc nhau.
Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/FA cú độ bền kộo đứt là 13,27 MPa và độ dón dài khi đứt là 610%. Với vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/EFA, độ bền kộo đứt tăng từ 13,31 MPa đến 13,62 MPa và độ dón dài khi đứt tăng từ 615 % đến 630 % khi hàm lượng VTES tăng từ 1 % đến 3 %. Khi hàm lượng VTES tăng đến 4%, độ bền kộo đứt và độ dón dài khi đứt của vật liệu tổ hợp giảm. Ở hàm lượng VTES 3%, độ bền kộo đứt và độ dón dài khi đứt của vật liệu tổ hợp đạt giỏ trị lớn nhất. Điều này được giải thớch là do ở hàm lượng VTES thớch hợp (3%), cú thể một lớp mỏng hợp chất silan đó được phủ khỏ đồng đều lờn bề mặt tro bay (ảnh SEM hỡnh 3.10). Ở hàm lượng VTES nhỏ hơn 3%, hợp chất silan chưa phủ kớn bề mặt tro bay. Vỡ vậy, sự phõn tỏn tro bay biến tớnh VTES trong nền polyme chưa thật đồng đều dẫn đến tớnh chất cơ học của vật liệu tổ hợp tăng khụng đỏng kể. Ở hàm lượng VTES lớn hơn 3%, cú thể dẫn tới hỡnh thành đa lớp silan trờn bề mặt tro bay, lớp silan sẽ kộm bền vững nếu bề dày tăng, do đú tớnh chất cơ học của vật liệu tổ hợp giảm [14].
Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/GFA cú độ bền kộo đứt từ 13,28 MPa đến 13,48 MPa, độ dón dài khi đứt tăng khụng đỏng kể, từ 612 % đến 615 %, với hàm lượng GPTMS từ 1 % đến 3 % và đạt giỏ trị lớn nhất ở hàm lượng 2 %.
Đối với vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA, độ bền kộo đứt và độ dón dài khi đứt cũng đạt giỏ trị lớn nhất ở hàm lượng 2 %.
Bảng 3.4. Tớnh chất cơ học của t i u tổ hợ LDPE/EVA/tro bay chưa biến tớnh à biến tớnh bằng 3 oại hợ chất si an
Mẫu vật liệu tổ hợp Độ bền kộo đứt (σ) (MPa) Độ dón dài khi đứt (ε) (%)
LDPE/EVA/FA 13,27 610 LDPE/EVA/EFA-1 % 13,31 615 LDPE/EVA/EFA- 2 % 13,36 630 LDPE/EVA/EFA- 3 % 13,62 630 LDPE/EVA/EFA- 4 % 13,33 623 LDPE/EVA/GFA- 1 % 13,29 612 LDPE/EVA/GFA-2 % 13,48 615 LDPE/EVA/GFA-3 % 13,28 614 LDPE/EVA/MFA-1 % 13,41 620 LDPE/EVA/MFA-2 % 14,04 632 LDPE/EVA/MFA-3 % 13,84 616
Độ bền kộo đứt và độ dón dài khi đứt lớn nhất của vật liệu tổ hợp chứa tro bay biến tớnh VTMS, VTES lớn hơn so với vật liệu tổ hợp chứa tro bay biến tớnh GPTMS (cỏc hỡnh 3.11, 3.12).
Haứm lửụùng silan (%) 0 1 2 3 4 ẹo ọ beà n keự o ủửự t (MPa ) 13.0 13.2 13.4 13.6 13.8 14.0 14.2
LDPE / EVA / EFA LDPE / EVA / GFA LDPE / EVA / MFA
Hỡnh 3.11. Độ bền ộo đứt của t i u tổ hợ LDPE/EVA/tro bay biến tớnh TMS (MFA), VTES (EFA), GPTMS (GFA).
Haứm lửụùng silan (%) 0 1 2 3 4 ẹo ọ da ừn da ứi khi ủử ựt ( % ) 600 605 610 615 620 625 630 635
LDPE / EVA / EFA LDPE / EVA / GFA LDPE / EVA / MFA
Hỡnh 3.12. Độ dón dài hi đứt của t i u tổ hợ LDPE/EVA/tro bay biến tớnh VTMS (MFA), VTES (EFA), GPTMS (GFA).
Cấu tạo húa học của phõn tử VTMS là CH2=CH-Si(OCH3)3, của VTES là CH2=CH-Si(OC2H5)3, đều cú chứa gốc vinyl (CH2=CH-). Khi trộn núng chảy vật liệu blend LDPE/EVA với tro bay biến tớnh VTMS, VTES cú khả năng xảy ra phản ứng ghộp mạch giữa gốc vinyl với cỏc gốc tự do của polyme LDPE, EVA (hỡnh thành trong quỏ trỡnh trộn núng chảy) (sơ đồ 3.1) nờn khả năng bỏm dớnh và phõn tỏn của tro bay biến tớnh VTMS, VTES vào vật liệu blend LDPE/EVA tốt hơn so với tro bay biến tớnh GPTMS. Vỡ vậy, độ bền kộo đứt và độ dón dài khi đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA, LDPE/EVA/EFA lớn hơn so với vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/GFA.
Sơ đồ 3.1. Phản ứng ghộ mạch giữa gốc iny ới cỏc o yme.
Độ bền kộo đứt và độ dón dài khi đứt lớn nhất của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA lớn hơn so với vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/EFA. Điều này cú thể giải thớch bởi hiệu suất phản ứng ghộp lờn bề mặt tro bay của VTMS lớn hơn so với VTES (trỡnh bày ở phần 3.2.1), dẫn tới sự cải thiện khả năng phõn tỏn tro bay biến tớnh vào cỏc polyme và gia tăng mật độ liờn kết giữa tro bay biến tớnh với nền polyme (hỡnh 3.13) [42].
Hỡnh 3.13. Mụ hỡnh iờn ết giữa tro bay biến tớnh ới nền o yme.
So sỏnh tớnh chất cơ học của vật liệu tổ hợp chứa tro bay chưa biến tớnh và biến tớnh cho thấy, vật liệu tổ hợp chứa tro bay biến tớnh cú độ bền kộo đứt và độ dón dài khi đứt lớn hơn so với vật liệu tổ hợp chứa tro bay chưa biến tớnh. Điều đú chứng tỏ biến tớnh tro bay đó cải thiện tớnh chất cơ học của vật liệu tổ hợp. Nguyờn nhõn là do tro bay ban đầu phần lớn cú dạng hỡnh cầu, bề mặt nhẵn, trơn trượt nờn phõn tỏn vào nền polyme blend khụng đều, cú hiện tượng kết tụ, kết đỏm. Đối với tro bay sau khi biến tớnh hợp chất silan, trờn bề mặt tro bay cú một lớp silan hữu cơ mỏng bao bọc. Tựy thuộc vào thành phần cấu tạo, cấu trỳc, hoạt tớnh và hàm lượng của mỗi hợp chất silan mà chỳng cú thể bao bọc một phần hoặc phủ kớn bề mặt tro bay. Lớp silan liờn kết với bề mặt tro bay bằng cỏc liờn kết cộng húa trị bền vững Si-O-Si, M-O-Si (M: Al, Fe…). Silan hữu cơ đúng vai trũ là chất gắn kết giữa tro bay với cỏc polyme, giỳp tro bay cải thiện khả năng bỏm dớnh, phõn tỏn và liờn kết với cỏc polyme chặt chẽ hơn. Do đú, vật liệu tổ hợp chứa tro bay biến tớnh cú độ bền kộo đứt lớn hơn so với vật liệu tổ hợp chứa tro bay chưa biến tớnh.
Từ kết quả khảo sỏt ảnh hưởng của bản chất và hàm lượng hợp chất silan đến tớnh chất cơ học của vật liệu tổ hợp, VTMS với hàm lượng 2% được lựa chọn làm tỏc nhõn biến tớnh tro bay để chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA trong cỏc nghiờn cứu tiếp theo.