Năm 1999 đã diễn ra Hội nghị quốc tế về ứng dụng tro bay (International Ash Utilization Symposium) tại Vương quốc Anh [71]. Nhiều công trình đã công bố các kết quả nghiên cứu ứng dụng rất đa dạng tro bay vào công nghiệp, chủ yếu làm phụ gia cho các vật liệu xi măng, cao su và nhựa tổng hợp. Nhóm nghiên cứu của Nam Phi đã sử dụng 2 loại tro bay thương phẩm plasfill 5 và plasfill 15 để nghiên cứu gia cường cho cao su thiên nhiên [22]. Qua khảo sát tính chất lưu biến (momen quay cực đại và cực tiểu, thời gian lưu hoá,...) thấy rằng độ nhớt của cao su giảm xuống và như vậy, tro bay đã giúp cho quá trình gia công tốn ít thời gian hơn. Ảnh hưởng của tro bay đến tính chất cơ lý của vật liệu không khác nhiều so với chất độn khác như CaCO3 ở các hàm lượng 50, 100 và 150%. Với các tính chất cơ lý nổi trội, chủ yếu là độ bền kéo đứt và modul đàn hồi của vật liệu có bột cao lanh gia cường, sự gia tăng độ dãn dài khi đứt của vật liệu có sử dụng plasfill, chứng tỏ tính ưu việt của tro bay cũng như cao lanh trong công nghiệp gia công cao su.
Tro bay cùng với các phụ gia khác như bột oxit kim loại và với chất dẻo đưa vào cao su tái sinh để chế tạo tấm lát đường ngang xe lửa [52]. M. Hossain và các cộng sự nghiên cứu của trường Đai học Kansas đã công bố kết quả sử dụng cao su tái chế từ lốp ô tô để làm lớp asphal trải đường có sử dụng phụ gia tro bay [53]. Đây là công trình rất có giá trị về khoa học môi trường, khi công trình này được áp dụng thì một lượng lớn lốp ô tô phế thải được sử dụng để thay thế nhựa đường và như vậy đã làm giảm giá thành xây dựng. Tro bay cùng với cao su lốp phế thải và xi măng porland còn được sử dụng để chế tạo vật liệu xây dựng. Vật liệu mà nhóm tác giả Arin Yilmaz chế tạo được có độ bền nén giảm khi tăng hàm lượng cao su trong tất cả các thời gian lưu hóa đã thử nghiệm (14, 28 và 56 ngày), tuy nhiên, độ bền của vật liệu tăng lên
khi tăng hàm lượng tro bay [97]. O. Figovsky và các cộng sự đã chế tạo bê tông polyme từ cao su butadien, cát thạch anh và tro bay. Loại bê tông này có độ bền axit và cả bền kiềm rất cao, dai và bám dính tốt với các bột oxit kim loại. Mặt khác, vật liệu này còn có độ bền nén lớn và hấp thụ nước nhỏ. Sản phẩm được sử dụng trong xây dựng các kết cấu công nghiệp đòi hỏi bền hoá chất, tiếp xúc thường xuyên với axit sulfuric, dung dịch hydroxit kali đậm đặc [98]. Erdal Cokca và Zeka Yilmaz đã nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng tro bay để chế tạo một loại vật liệu có hệ số thẩm thấu thấp từ tro bay, cao su tái chế và bentonit, trong đó tro bay chiếm một lượng lớn (90%). Kết quả cho thấy vật liệu có tiềm năng để chế tạo vật liệu lót [100]. Độ bền thủy lực tăng lên khi tăng hàm lượng cao su và giảm hàm lượng bentonit, tuy nhiên độ bền nén và modul đàn hồi của vật liệu giảm xuống khi hàm lượng cao su tăng.
Tro bay có hiệu quả rõ rệt khi làm chất độn gia cường cho các vật liệu từ cao su thiên nhiên (CSTN), cao su clopren, cao su butadien và cao su nitril. Tro bay đã được nghiên cứu gia cường cho cao su clopren [101]. Tác giả đã thấy rằng tro bay không xử lý và đã xử lý đều có tác dụng làm tăng độ bền kéo đứt và modul đàn hồi của vật liệu. Khi sử dụng 10-100% tro bay được xử lý bề mặt bởi 1% neopentyl (diallyl) oxy, trineodecanonyl titanat, sản phẩm cao su clopren có độ bền kéo đứt và modul đàn hồi tăng nhiều lần so với mẫu sử dụng tro bay không xử lý. D.G. Hundiwale cũng đã nghiên cứu tác dụng của tro bay trong cao su butadien. Kết quả cho thấy, khi có mặt của CaCO3 và bột talk, tro bay có tác dụng gia cường tốt hơn cho cao su butadien. Tổ hợp vật liệu này có độ bền kéo đứt lớn nhất ở hàm lượng tro bay 35% và độ dãn dài khi đứt lớn nhất ở hàm lượng tro bay 38% [99]. Khi tro bay được biến tính bằng các hợp chất silan, các tính chất cơ lý của vật liệu tăng lên đáng kể. Trong một nghiên cứu khác, Nabil A. N. Aldakasi cùng các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulphit đến tính chất cơ lý của cao su butadien styren (SBR) độn tro bay. Tính chất của vật liệu có sử dụng tro bay biến tính được tăng lên đáng kể. Độ bền kéo tăng lên 20% trong khi modul ở 100% tăng lên 30%. Tương tự, modul đàn hồi của vật liệu cũng
tăng lên 22% [102]. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở cao su styren butadien (SBR) với tro bay cấu trúc nano (NFA) đã được chế tạo trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp trộn nóng chảy trong máy trộn kín. Chất lưu hóa được trộn thêm vào bằng máy cán trộn 2 trục. Vật liệu compozit SBR-NFA thể hiện trạng thái lưu hóa và các thuộc tính độ bền cao hơn so với vật liệu compozit SBR độn tro bay và than đen ở cùng hàm lượng. Độ bền xé và chịu mài mòn của vật liệu compozit SBR-NFA vượt trội so với SBR-FA và SBR- silica, nhưng lại kém hơn so với SBR-than đen. Vật liệu compozit SBR-NFA cho độ cứng thấp hơn so với cả hai compozit chứa độn than đen và silica [103]. Vật liệu compozit là sự kết hợp của hai hay nhiều vật liệu, có tính chất vượt trội so với bất kỳ vật liệu riêng biệt khác. Một nghiên cứu về compozit của tro bay (FA) - cao su butadien styren (SBR) với nhựa epoxy là vật liệu gốc đã được khảo sát. Kết quả cho thấy với sự gia tăng của hàm lượng tro bay, tỷ trọng của vật liệu tăng lên nhưng đến một hàm lượng nhất định thì tính chất này lại giảm. Độ bền kéo của vật liệu compozit lại giảm với sự gia tăng của hàm lượng tro bay. Tuy nhiên, với việc bổ sung tro bay, tốc độ mài mòn của compozit ban đầu giảm xuống nhưng nếu tiếp tục tăng hàm lượng tro bay thì tốc độ mài mòn lại tăng [104]. Compozit polyme trên cơ sở cao su styren butadien clor hóa (CSBR) chứa hàm lượng FA khác nhau đã được chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy với dicumyl peroxide làm chất lưu hóa. Sự ảnh hưởng của hàm lượng FA tới các đặc tính lưu hóa, tính chất cơ học, khả năng ổn định nhiệt, bền cháy và chịu dầu đã được khảo sát. Sự gia tăng hàm lượng FA trong cao su CSBR đã đẩy nhanh quá trình lưu hóa tăng 37% so với mẫu không có chất độn. Sự phân bố đồng đều của FA trong CSBR đã được đánh giá bằng kính hiển vi điện tử quét, qua đó giải thích các tính chất cơ học, bền cháy và dầu của vật liệu được cải thiện. Tốc độ khuếch tán của các dung môi hydrocarbon thơm thông qua màng compozit là thấp nhất đối với compozit chứa 30 pkl chất độn và tốc độ này tăng lên với sự tiếp tục gia tăng của hàm lượng chất độn. Tính chất cơ học như độ bền kéo, modul và độ cứng của các mẫu giảm sau khi ngâm trong dầu ASTM và xu hướng giảm thấp nhất
ở mẫu chứa 30 pkl chất độn FA [105].
Alkadasi, Hundiwale và Kapadi đã sử dụng tro bay làm chất độn cho cao su butadien và nghiên cứu ảnh hưởng của tác nhân liên kết silan (Si69) đến tính chất cơ lý của vật liệu [54]. Trong trường hợp không biến tính, tro bay không có ảnh hưởng rõ ràng đến tính năng cơ lý của vật liệu trong khi đó tro bay được biến tính có khả năng gia cường tốt hơn nhiều. So sánh với trường hợp tro bay không biến tính, kết quả nghiên cứu với tro bay biến tính cho thấy, độ bền kéo căng tăng 193%, modul ở 400% tăng 700% và modul đàn hồi cũng tăng lên 170%.
Tro bay (FA) được sử dụng làm chất độn gia cường cho compozit bột cao su tái sinh (RR) có sử dụng tác nhân liên kết. Hàm lượng FA được thay đổi từ 10 đến 35 pkl. Nghiên cứu về khả năng tương hợp và liên kết ngang bằng ảnh SEM và phổ hồng ngoại cho thấy compozit FA/RR có các đặc tính cơ học và nhiệt tốt hơn khi chất xúc tiến (M) và axit stearic (SA) được cho vào đầu tiên, sau đó trộn với lưu huỳnh và dicumyl peroxit (DCP), và cuối cùng là 3-Aminopropyltrietoxysilan (KH-550). Tỷ lệ khối lượng của compozit FA/RR là 25/100 và điều kiện lưu hóa là 145°C trong 40 phút với áp suất 9 MPa. Kết quả cho thấy, FA là một chất độn tuyệt vời và có thể được sử dụng thay thế cho oxit silic để gia cường cho compozit bột cao su tái sinh [106]. Sukanya Satapathy và cộng sự đã nghiên cứu chế tạo và tính chất của cao su nhiệt dẻo từ polyetylen phế thải (WPE) và cao su tái sinh (RR). Kết quả cho thấy, độ bền va đập của tất cả các compozit đều được cải thiện đáng kể với sự gia tăng của hàm lượng RR. Compozit WR15 cho thấy sự cân bằng tốt nhất về tính chất cơ học. Độ bền kéo và bền uốn của blend tăng đến 21,8 và 19 MPa từ 18,2 và 14 MPa với sự kết hợp của 50% tro bay. Khi tro bay được xử lý với Si69, độ bền kéo và bền uốn tăng thêm tương ứng là 24,8 và 23,9 MPa. Khả năng ổn định nhiệt của compozit WR15-FA được cải thiện đáng so với các compozit khác [107].
Cao su thiên nhiên (CSTN) cũng là đối tượng nghiên cứu của nhiều công trình để ứng dụng chất gia cường là tro bay. R. Menon và cộng sự đã chế tạo
vật liệu trên cơ sở CSTN chứa tro bay có mặt của nhựa cardanol photphorylat hoá và chất đóng rắn là hexametylen tetramin. Nhựa cardanol photphorylat hoá đóng vai trò chất liên kết giữa 2 pha CSTN và tro bay [55]. Với sự có mặt của cardanol photphorylat hoá, quá trình cán luyện và chế tạo vật liệu tốn ít năng lượng hơn, thời gian lưu hoá ngắn hơn và vật liệu có độ bền kéo đứt, độ bền xé và độ bền nhiệt lớn hơn. Nhóm nghiên cứu của S. Thongsang đã sử dụng tác nhân liên kết silan là bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulphit để biến tính tro bay. Tro bay biến tính được gia cường cho cao su thiên nhiên. Với nồng độ 2-4% hợp chất silan, modul đàn hồi và độ bền xé của vật liệu CSTN/tro bay tăng lên đáng kể [108,109]. Tro bay cùng với oxit silic thương mại được sử dụng để gia cường cho cao su thiên nhiên và nghiên cứu tính chất đàn hồi động học của vật liệu. Kết quả cho thấy, cao su lưu hóa không sử dụng chất độn thể hiện khả năng đàn hồi tốt hơn so với vật liệu cao su lưu hóa có sử dụng chất độn oxit silic thương mại và tro bay. So với oxit silic, cao su lưu hóa được gia cường các hạt tro bay có khả năng đàn hồi tốt hơn, khả năng đàn hồi giảm xuống khi tăng hàm lượng oxit silic nhưng độ cứng động học lại tăng lên [57]. Tính chất cơ học động và ma sát của compozit trên cơ sở cao su thiên nhiên với hỗn hợp độn gồm silica từ tro bay (FASi) và silica kết tủa (PSi) đã được nghiên cứu bằng cách thay đổi hàm lượng silica trong hỗn hợp FASi/PSi. Kết quả cho thấy tương tác cao su - chất độn và gia cường cho cao su là rõ ràng nhất khi tổng hàm lượng silica là 40 pkl. Phần silica (PSi) trong hỗn hợp FASi/PSi đã ảnh hưởng tới việc cải thiện tính chất cơ học của vật liệu. Sự gia cường của hỗn hợp độn cho CSTN là do sự tương tác cao su – chất độn được minh chứng bằng sự giảm tan max. Vật liệu compozit cao su chất độn với các hạt FASi nhỏ (< 25 mm) có tính chất cơ học tốt hơn so với vật liệu compozit có hạt lớn (45-74 mm) với thành phần PSi không đổi. Vật liệu CSTN/FASi/PSi có hàm lượng 75% PSi trong hỗn hợp độn cho tính chất cơ học và độ chịu mài mòn là tốt nhất [58].
C. Kantala và cộng sự [59] đã nghiên cứu ảnh hưởng của silica kết tủa (PSi) và silica từ tro bay (FASi) đến tính chất lưu hóa và các tính chất cơ lý
trước và sau khi gia nhiệt và sự lão hóa dầu của blend cao su thiên nhiên (CSTN) và cao su acrylonitril-butadien (NBR) có và không có cao su cloropren (CR) hoặc cao su thiên nhiên epoxy hóa (ENR) làm chất tương hợp. Kết quả cho thấy, thời gian lưu hóa sớm và thời gian lưu hóa giảm đi khi thêm silica và độ nhớt của hợp chất tăng lên khi tăng hàm lượng silica. Các tính chất cơ lý của vật liệu CSTN/NBR độn silica kết tủa cao hơn so với khi sử dụng silica từ tro bay. PSi có thể được sử dụng gia cường cho quá trình lưu hóa NR/NBR trong khi FASi được chú ý tới như là chất độn kết hợp. Sự có mặt của CR hoặc ENR ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của blend CSTN/NBR trong đó ENR có ảnh hưởng nhiều hơn và cũng tương hợp tốt hơn với blend này. Tác giả N. Sombatsompop đã sử dụng silica từ bay tro (FA) làm chất độn gia cường cho cao su blend cao su thiên nhiên/cao su styren-butadien (CSTN/SBR). Với cùng một hàm lượng silica, tỷ lệ CSTN:SBR là 1: 1 (hay 50: 50 pkl) cho các tính chất cơ học tối ưu nhất. Khi tro bay không xử lý, thời gian lưu hóa và các tính chất cơ học của blend CSTN/SBR giảm với sự tăng hàm lượng tro bay. Các tính chất cơ học của vật liệu được cải thiện bằng cách bổ sung Si69 với hàm lượng là 2,0% khối lượng so với silica. Độ bền kéo tối ưu của CSTN/SBR đạt được ở hàm lượng silica là 10-20 pkl. Việc bổ sung tro bay trong CSTN/SBR cho thấy đã cải thiện tính chất đàn hồi như độ bền nén và khả năng hồi phục tốt hơn so với silica kết tủa thương mại [60].
Hiệu ứng của hàm lượng silica kết tủa (PSi) và silica từ tro bay (FASi) tới tính chất cơ học của blend cao su thiên nhiên/cao su cloropren (CSTN/CR) theo lão hóa nhiệt và nhiệt-dầu đã được nghiên cứu với sự thay đổi của hàm lượng CSTN trong blend CSTN/CR. Kết quả thu được, được so sánh với blend của cao su thiên nhiên/cao su nitril (CSTN/NBR). Thời gian lưu hóa của cao su CR giảm với sự gia tăng hàm lượng CSTN, nhưng tăng với chất độn silica. Độ nhớt Mooney của cao su CR giảm với sự gia tăng hàm lượng CSTN. Việc bổ sung CSTN không có tác dụng tới modul bền kéo và độ bền kéo của blend CSTN/CR độn FASi, nhưng xu hướng ngược lại với blend CSTN/CR độn PSi. Hiệu quả sau lưu hóa có ý nghĩa hơn với blend CSTN/CR
độn PSi so với blend CSTN/CR độn FASi. Độ bền kéo của blend CSTN/CR giảm nhẹ sau khi lão hóa nhiệt đặc biệt là ở hàm lượng CSTN cao, sự giảm mạnh hơn khi lão hóa nhiệt dầu. Độ dãn dài khi đứt của blend CSTN/CR với cả hai chất độn silica dao động trong khoảng 400-900%. Việc bổ sung PSi trong blend CSTN/CR làm tăng đáng kể độ bền xé, nhưng hiệu quả không rõ rệt đối với độn FASi. Tính chất co giãn của blend CSTN/CR có xu hướng giảm với sự gia tăng hàm lượng silica. Sự biến dạng dư khi nén giảm khi hàm lượng CSTN tăng. Chất độn PSi cải thiện sự biến dạng dư khi nén cao hơn độn FASi. Những ảnh hưởng của silica và lão hóa tới tính chất cơ học của blend CSTN/CR cũng giống như blend CSTN/NBR [61].