BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO

VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌCVÀ
CƠNGNGHỆVIỆTNAM

VIỆNKỸTHUẬTNHIỆTĐỚI



VŨMINH TRỌNG

NGHIÊNCỨUTÍNHCHẤTHĨALÝVÀHÌNHTHÁICẤUT
RÚCCỦAVẬTLIỆUTỔHỢPPE/EVA/TROBAY
BIẾNTÍNHHỮUCƠ

Chunngành
lýMãsố

:Hóa lý thuyếtvàHóa
62440119

TĨM TẮTLUẬNÁNTIẾNSỸ HĨAHỌC

Ngườihướngdẫn:GS.TS TháiHồng

HàNội,2015


CƠNGTRÌNHĐƯỢCHỒNTHÀNHTẠI:
PhịngHóalývậtliệuphikimloại,ViệnKỹthuậtnhiệtđớiViệnHànlâmKhoahọcvàCơngnghệViệtNam

Ngườihướngdẫn khoahọc:GS.TS.THÁIHỒNG

Phảnbiện1:GS.TS.NguyễnViệtBắcViệ
nKhoahọcvàCơngnghệQnsự.
Phảnbiện2:GS.TS.ĐinhThịNgọĐại
họcBách khoa HàNội.
Phảnbiện3:PGS.TS.NgơTrịnhTùng
ViệnHóahọc,ViệnHànlâmKhoahọcvàCơngnghệViệtNam.

LuậnánsẽđượcbảovệtrướcHộiđồngchấmLuậnáncấpViện,tạiViệnKỹthuậtnhiệtđới,vàoh
ồi 9 giờ 00n g à y 2 9 tháng07năm2015.

Cóthểtìmhiểuluận ántại:
- ThưviệnQuốcgia
- ThưviệnViệnKỹthuậtnhiệtđới
- TrangwebcủaViệnKỹ thuậtnhiệtđới:


A. GIỚITHIỆULUẬNÁN
1. Tínhcấpthiết,ýnghĩakhoahọccủađềtài
Tro bay (fly ash-FA) là khói bụi của các nhàmáy nhiệt điện,m ộ t l o ạ i p h ế
t h ả i đã gây ra tình trạng ô nhiễm môitrường trầm trọng. Hàngnăm,cácn h à m á y
n h i ệ t điện đã thải ra một lượng lớn tro bay làm ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của
con
người.Hiệnnay,n h i ề u nướctrê nt hế giớiđãnghiêncứu,ứng dụngthànhcôngtrob
ayvàocáclĩnhvựckhácnhauđểtậndụngnguồnnguyênliệudồidàonày.Ở nướcta,
việcsửd ụ n g t r o b a y m ớ i b ắ t đ ầ u t r o n g q u á t r ì n h s ả n x u ấ t c h ấ t k ế t d í n h v à b ê t ô
n g x â y dựngvớikhốilượnghạnchế.Nghiêncứuứngdụngtrobaytrongsảnxuấtvậtliệutổhợp trên nền polyme còn
khá mới mẻ. Do sự khác nhau về cấu trúc, bản chất hoá học,tro bay và polyme khó
trộn lẫn, tương hợp với nhau dẫn đến sự tách pha. Vì vậy, đểtăng cường khả năng

tương tác, bám dính và trộn lẫn tro bay vớip o l y m e , c ầ n p h ả i biến tính tro bay
bằng các hợp chất thích hợp như các hợp chất silan hữu cơ, các axithữu cơ. Một số
cơng trình đã nghiên cứu biến tính tro bay bằng hợp chất silan hữu cơvà sử dụng tro
bay biến tính để chế tạo vật liệu tổ hợp ở trạng thái nóng chảy
nhưpolypropylen(PP)/trobay,polyetylentỷtrọngcao(HDPE)/trobay,p o l y e t y l e n (P
E)/tro bay,copolymeetylenvinyla x e t a t ( E V A ) / t r o b a y . . . . T u y n h i ê n ,
c á c c ô n g trìnhnêutrênm ớ i chỉnghiênc ứuc hế tạo,xácđịnh cácđặ c trưng, tính
chất củavậtliệutổhợptrêncơsở1polymemàchưađềcậpđếnvậtliệucó2polymekhá
cnhauvàtrobaybiếntính.Cácnghiêncứuđưatrobayvàohỗnhợppolymecóđộphâncựckhác nhau vẫn chưa được
cơng bố. Đề tài luận án này sử dụng copolyme etylen vinylaxetat (EVA) phối trộn với
polyetylent ỷ t r ọ n g t h ấ p ( L D P E ) n h ằ m k ế t h ợ p c á c t í n h chất
tốt của EVA và LDPE. Với những lý do trên, nghiên cứu sinh tiến hành đề
tài:“Nghiêncứutínhchấthóalývàhìnhtháicấutrúccủavậtliệutổh ợ p PE/EVA/tro
bay biến tính hữu cơ” với mục đícht ạ o r a v ậ t l i ệ u t ổ h ợ p c ó t í n h
c h ấ t cơ học cao, bền nhiệt, bền thời tiết, khả năng chống cháy cao, cách điện tốt. Từ
đó,
cóthểứngdụngvậtliệunàytrongsảnxuấtcácsảnphẩmkỹthuậtvàdândụngnhưvỏb
ọcdâyđiện,cápđiệnlực,cáp thơngtinvàmộtsốsản phẩmkỹthuậtkhác.
2. Nộidungvàmụcđíchnghiêncứucủaluậnán
- Biến tính tro bay bằng các các hợp chất silan, lựa chọn một loại hợp chất silan
biếntínhtro baycóhiệuquảnhất.
- Khảo sát điều kiện chế tạo, tỉ lệ thành phần giữa tro bay và hợp chất silan, tỉ lệ
khốilượngLDPE/EVA, từ đó xácđịnhđiề ukiệnvà thànhphầnthích hợpđểchếtạ
ovậtliệutổhợpLDPE/EVA/trobaychưa biếntính vàbiếntính.

-1-


- Nghiên cứu hình thái cấu trúc, tính chất cơ học, tính chất điện, độ bền oxi hóa
nhiệt,độ bền bức xạ tử ngoại – nhiệt ẩm và khả năng chống cháy của vật liệu tổ

hợpLDPE/EVA/trobaybiếntínhvàchưabiếntính.

-2-


- Lựa chọn được vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay biến tính có thể định hướng
ứngdụngchế tạovỏdâycápđiệnlực,cápthơngtin.
3. Ýnghĩakhoahọc,thựctiễnvànhữngđónggópmớicủaluậnán
- Đãbiếntínhthànhcơngtrobay
bằng3hợpchấtsilanlàVinyltrimetoxysilan(VTMS),3Glyxidoxypropyltrimetoxysilan(GPTMS),Vinyltrietoxysilan(VTES).Trong số 3 hợp
chấts i l a n , đ ã l ự a c h ọ n đ ư ợ c s i l a n c ó h i ệ u s u ấ t g h é p l ớ n
n h ấ t l à VTMS. Biến tính tro bay đã làm giảm kích thước, giảm độ trơn trượt và độ
phân cựccủahạt,làmtăngkhảnăngphântánvàbám dínhcủatrobaytrongnềnpolyme.
- TrobaybiếntínhVTMS(MFA)tươngtácvớiEVAtrongpolymeb l e n d LDPE/EVA
bằng các tương tác lưỡngcực và liên kếthydrol à n g u y ê n n h â n t ạ o c h o vật
liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA có tính chất lưu biến, độ bền oxy hóa nhiệt, độ bềnbức
xạ tử ngoại - nhiệt ẩm, khả năng chống cháy lớn hơn so với polyme blendLDPE/EVA
và vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay chưa biến tính (FA) (trừ khả năngchốngcháy).
- Vậtl i ệ u t ổ h ợ p L D P E / E V A /
M F A c ó t h ể đ ị n h h ư ớ n g ứ n g d ụ n g l à m v ậ t l i ệ u c á c h điện(vỏ
bọcdâycápđiện
lực,cáp thôngtin).
4. Cấutrúccủaluậnán
Luận án bao gồm 140 trang. Phần mở đầu: 3 trang; Chương 1. Tổng quan:
42trang; Chương 2. Thực nghiệm: 11 trang; Chương 3. Kết quả và thảo luận: 60
trang,trongđócó14bảng,33hình;Phầnkếtluận:1trang;Nhữngđónggópmớicủalu
ậnán:1trang;Danhmụccáccơngtrìnhcơngbốcủatácgiả:1trang,với4cơngtrìnhtrong nước và 1 cơng trình quốc tế
(SCI) được công bố; Tài liệu tham khảo: 13 trangvới117 tàiliệu;Phụlục:8
trangvớihình,ảnhquétkếtquảthựcnghiệm.
B. PHẦNNỘIDUNGCỦALUẬNÁNC

HƯƠNG1.TỔNGQUAN
Chương1trìnhbàytổngquannhữngvấnđềsau:
1. Tro bay: Thành phần, đặc điểm, hình thái cấu trúc, tình hình sản xuất, tiêu thụ
trobaytrênthếgiới và ViệtNam,ứngdụngvàbiếntính tro bay.
2. EVA và PE: Cấu tạo, hình thái cấu trúc, tính chất, ứng dụng của EVA và PE,
tìnhhình sảnxuất,tiêuthụEVA,PEtrên thế giớivàViệt Nam.
3. Vật liệu tổ hợptrêncơsởPE và EVA:Giới thiệu về vật liệupolyme blendLDPE/EVA,
vật liệu tổ hợp trên cơ sở polyme blend LDPE/EVA/phụ gia vô cơ,
vậtliệutổhợptrêncơsởcácpolymeEVA,PEvàtrobay.
Từ nghiên cứu tổng quan có thể thấy, việc lựa chọn điều kiện cơng nghệ,
lựachọnc h ấ t b i ế n t í n h v à h à m l ư ợ n g t h í c h h ợ p đ ể b i ế n t í n h t r o b a y v ẫ n
c h ư a đ ư ợ c nghiên cứuđầy đủ. Đặc biệt,các kếtquả nghiêncứuđưa tro bay
biếnt í n h v à o
h ỗ n hợpp o l y m e c ó đ ộ p h â n c ự c k h á c n h a u nh ưv ậ t l i ệ u t ổ h ợ p L D P E / E V A / t r o b
a y đếnnayvẫnchưađượccơngbố.Vìvậy,luậnánnàytậptrungnghiêncứucácvấnđềcịntồntạinêutrên.


CHƯƠNG2:THỰCNGHIỆM
2.1. Nguyênliệuvàhoáchất
- Tro bay silo (FA) của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại có hàm lượng SiO 2+
Fe2O3+Al2O3≥86%,độẩm0,3%,kíchthước hạtchủyếunằmtrongkhoảng1-5 μm.m.
- Copolyme etylen-vinyl axetat (EVA) có hàm lượng vinyl axetat 10 %, tỷ trọng d
=0,93g/cm3,nhiệtđộnóngchảy89÷92oC,chỉsốchảy(MFI)1,3g/10phút(190oC/2,16kg),
sảnphẩmthươngmạicủaCơngtyHanwhaHànQuốc.
-Polyetylentỷtrọngthấp(LDPE),tỷtrọngd=0,923,nhiệtđộnóngchảy105÷107
°C,chỉsốchảy(MFI)2,5g/10phút(190oC/2,16kg),sảnphẩmthươngmạicủaMalaysia.
- Vinyltrimetoxysilan (VTMS), sản phẩm thương mại của hãng Merck (Đức), độ
tinhkhiết99,9%,tỷ
trọngd=0,97,nhiệtđộsơi123°C,cócơngthứchóahọclà:CH 2=CHSi(OCH3)3
- 3Glyxidoxypropyltrimetoxysilan(GPTMS),sảnphẩmthươngmạicủacơngtyAldrich(Mỹ),t

ỷtrọngd=1,07,nhiệtđộsơi120°C,cócơngthứchóahọc:CH2(O)CHCH2O(CH2)3Si(OCH3)3.
- Vinyltrietoxysilan (VTES), sản phẩm thương mại của hãng Merck (Đức), độ
tinhkhiết 99,9%, tỷ trọng d = 0,903, nhiệt độ sơi 160-161 °C, có cơng thức hóa
học:CH2=CHSi(OC2H5)3.
Axit nitric (HNO3) 65%, axit axetic (CH3COOH), etanol (C2H5OH) 96o:
sảnphẩmthươngmạicủaTrungQuốc.
2.2. ChếtạovậtliệutổhợpLDPE/EVA/trobay
2.2.1. Biếntínhtrobay
Tro bay chưa xử lý sau khi sấy ở 100 ºC trong 3 giờ, được oxy hoá bằng
axitHNO3trong 3 giờ để loại bỏ các tạp chất. Lọc rửa tro bay thu được bằng nước cất
trênphễu Bucnesau đóđemsấyở100 ºCtrong4giờthuđượctrobaysạch.
Chuẩn bị hỗn hợp gồm 300 ml dung dịch etanol 96 ovà từng hợp chất silan
nhưVTMS, VTES, GPTMS với hàm lượng silan thay đổi từ 1% đến 4%. Hỗn hợp
etanolvà từng hợp chất silan được khuấy đều trên máy khuấy từ trong 30 phút, nhiệt
độ 60ºC.Đưa 100 gam tro bay sạch vào hỗn hợp silan và etanol,khuấy đều trong2
g i ờ , nhiệt độ 60 ºC. Sau đó đem lọc, rửa hỗn hợp chứa tro bay sạch đã biến tính hợp
chấtsilanb ằ n g c ồ n t u y ệ t đ ố i t r ê n p h ễ u B u c n e . S ấ y s ơ b ộ t r o b a y đã b i ế n t í n h h
ợ p c h ấ t silanở60ºCtrong4giờvàtiếptụcsấytrongtủsấychânkhôngở100ºCtrong2giờ.


2.2.2. ChếtạovậtliệutổhợpLDPE/EVA/trobay
Chuẩn bị LDPE, EVA với các tỉ lệ phần trăm về khối lượng của LDPE/EVA
là0/100, 10/90, 20/80, 40/60, 60/40, 80/20, 100/0, sau đó, đưa tro bay chưa biến tính
vàbiến tính hợp chất silan vào hỗn hợp (LDPE/EVA) theo tỷ lệ xác định (hàm lượng
trobay thay đổi lần lượt là 0, 5, 10, 15 và 20 % so với tổng khối lượng của
LDPE/EVA).Đưa hỗn hợp LDPE/EVA và tro bay vào máy trộn nội HAAKE (CHLB
Đức) đã đượcgia nhiệt trước đến nhiệt độ và tốc độ trộn thích hợp. Sau một thời gian
trộn hỗn hợppolyme nóng chảy, khi momen xoắn đạt đến ổn định và vật liệu trở nên
đồng nhất thìdừng trộn. Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay ở trạng thái nóng chảy
được

lấy
ra,nhanhchóngépphẳngtrênmápthuỷlựcTOYOSEIKI(NhậtBản)ở180ºCtrong
2phútvớilựcép12-15MPa.Mẫpđượclấyra,đểnguộitrongđiềukiệnchuẩnítnhất 120 giờ trước khi xác định các
tính chất và cấu trúc. Quá trình chế tạo vật liệu tổhợp LDPE/EVA/tro bay được tiến
hành tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâmKhoahọcvàCôngnghệViệtNam.
2.3. Phươngphápvàthiếtbịnghiêncứu
Cácphươ ng p h á p v à t hi ế t b ị nghiê n c ứ u ba o g ồ m : P h ổ h u ỳ n h q u a n g t i a X (Spec t
ro IQ, Đức); hiển vi điện tử quét (FE-SEM Hitachi S-4800, Nhật Bản); Phổ hồng ngoại(FourierNexus670,
Mỹ);Xácđịnhkhả năngchảy nhớt( P o l y l a b S y s t e m
H a a k e , Đức);Xác
địnhtính chấtcơ học theo tiêu chuẩnASTM DIN 53503( Z w i c k Z 2 . 5 , Đức); Xác
định tính chất lưu biến (Rheometer C-VOR 150 Anh); Phân tích nhiệt khốilượng
(TGA)(ShimadzuT G A - 6 0 H , N h ậ t B ả n ) ; X á c đ ị n h đ ộ b ề n b ứ c
x ạ t ử n g o ạ i nhiệt ẩm theo tiêu chuẩn ASTM D4587-95 (UVCON NC-327-2
Mỹ); Xác định tínhchất điện theo tiêu chuẩn ASTM- D149, D150, D257; Xác định
khả năng chống cháytiêuchuẩnUL-94HB.

CHƯƠNG3.KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN
3.1. Xácđịnhthành phầnhoáhọccủatrobay
Tro bay của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại được phân làm ba loại: đầu lị, trung
lịvà silo. Thành phần hóa học của tro bay được nghiên cứu bằng phương pháp
phổhuỳnh quang tia X. Kết quả xác định thành phần hoá học 3 mẫu tro bay của Nhà
máynhiệt điệnPhảLại,Hải Dươngtrình bàytrên bảng3.1.


Bảng3.1.Thànhphầnhốhọc(%khốilượng)củatrobayPhảLại
Oxit
SiO2
Al2O3
Fe2O3

K2O
MgO
TiO2
CaO
Na2O
P2O5
SO3
BaO
MnO
Rb2O
ZnO
ZrO2
Cr2O3
SrO
CuO
NiO
Ga2O3
V2 O5

DL1(%)
(Đầulị)
56,650
26,970
7,485
5,190
0,835
0,914
0,873
0,259
0,187

0,282
0,124
0,062
0,040
0,022
0,031
0,030
0,017
0,016
0,013

DL2(%)
(Trunglị)
55,940
27,890
7,305
5,147
0,878
0,925
0,855
0,280
0,192
0,234
0,112
0,060
0,039
0,026
0,031
0,031
0,016

0,018
0,014

DL3(%)
(Silo)
55,540
28,840
6,862
5,034
0,931
0,904
0,845
0,303
0,228
0,133
0,120
0,058
0,037
0,030
0,029
0,027
0,017
0,016
0,014
0,006
0,029

3.2. Biếntínhtrobaybằngcáchợpchấtsilan
3.2.1. Phổhồngngoạicủatrobaytrướcvàsaukhibiếntínhhợpchấtsilan
Phântíchp hổ hồngngoại(IR ) củatrobay(FA)cóthểthấycácpic đặc trưng c

hocácnhómliênkết:nhómOH,nhómSi-O-Si,Al-O-Al.Trênphổhồngngoạicủatro
baybiếntínhbằng3hợpchấtsilanMFA,EFAvàGFAđềuxuấthiệncácpicđặctrưng cho liên kết C-H (nhóm CH,
CH2, CH3) trong hợp chất silan. Điều đó chứng tỏhợp chất silan đã được gắn lên bề
mặt tro bay trong q trình biến tính. Mặt khác, cácpic đặc trưngcho liên kết Si-O
củatro
bay
biếntính
silanc ó
sự
dịch
chuyểnso
v ớ i cácp i c đ ặ c t r ư n g c h o l i ê n k ế t S i O t r o n g t r o b a y b a n đ ầ u . Đ i ề u n à y p h ả n á n h s ự tươngtácgiữahợpchấtsilanvớibềm
ặttrobay.
Trongq u á t r ì n h b i ế n t í n h t r o b a y đã x ả y r a p h ả n ứ n g h ó a h ọ c g i ữ a h ợ p c h
ấ t silanvớibềmặttrobay,cóthểgiả thiết2cơ chế phản ứngsau:
+Cơchếthứnhấtxảy ratheo4giaiđoạn:
- Giaiđoạn1,thủyphânhợpchấtsilantạothànhcácsilanol:
OCH3
R

Si

HO
OCH33

H-OH

HOS i

R



3CH3OH
OCH3

HO

- Giaiđoạn2,ngưngtụsilanolthànholigome:

R(n+2)

t
o
- (n +1) HO

HO-Si-OH

R

R

HO-Si

O - Si

2

OH

OH


R

O- Si - OH

OH n

OH

- Giaiđoạn3,hìnhthànhliênkếthiđrogiữacácoligomevànhómOHtrênbềmặttrobay:

R

R

HO-Si

O

O

R

-

O- S i - O H

n

S


O

i

H

H

H

O

H

H
H
O

O

O

- Giaiđ o ạ n 4 , h ì n h t h à n h c á c l i ê n c ộ n g h ó a t r ị b ề n v ữ n g g i ữ a t r o b a y vớih ợ p c h
ấ t silan:

R

HO-Si
O


R

O

R

S
i
O

O- S i - O H

n

O

+( n + 2 ) H2O


+Cơchếthứhaigồm2giaiđoạn:


Giaiđoạn1,thủyphânhợpchấtsilantạothànhcácsilanol.
Giaiđoạn2,nhómsilanolphảnứngtrựctiếpvớinhómOHtrênbềmặttrobay.
Nhưvậy,saukhibiếntínhtrobay,silanhữucơđãđượcghéptrênbềmặttrobaybằ
ng liênkết cộnghóa trịbềnvững.
3.2.2. Tínhchấtnhiệtcủatrobaytrướcvàsaukhibiếntính hợpchấtsilan
Từ giản đồ TGA trên hình 3.7 ta thấy tro bay mất khối lượng theo 3 giai
đoạn.Giai đoạn đầu, từ 25oC đến 200oC tương ứng với sự mất khối lượng của các phân

tửnước tự do trên bề mặt tro bay. Giai đoạn 2, từ 200 oC đến 400oC tương ứng với
sựmấtkhốilượngcủa các phân tửnước và nhóm OHliên kếtp h ố i t r í t r ê n b ề
m ặ t t r o bay. Giai đoạn 3, từ 400 oC đến 800oC tương ứng với sự mất nhóm OH liên
kết bêntrong tro bay. Đối với tro bay biến tính hợp chất silan, mất khối lượng từ
200oC đến600oC có thể do sự sắp xếp lại các nhóm chức silanol, giải phóng các phân
tử nướcliên kết bền trên bề mặt tro bay và phân hủy phần hữu cơ trong hợp chất silan.
Sự mấtkhốil ư ợ n g t r o b a y b i ế n t í n h h ợ p c h ấ t s i l a n ở n h i ệ t
đ ộ l ớ n h ơ n 6 0 0 oC chính là sựphânhủyphầnsilancịnlạighépvàobềmặttro bay.

Hình3.7.GiảnđồTGAcủatrobaybanđầu(FA)vàtrobaybiếntínhbằng3hợpchất
silan(MFA;EFA;GFA).
So sánh giản đồ TGA của các mẫu tro bay biến tính hợp chất silan với tro
baychưa biến tính, có thể thấy các mẫu tro bay biến tính hợp chất silan đều có phần
trămmấtkhốilượng lớn hơn so với tro bay ban đầu,đ i ề u đ ó c h ứ n g t ỏ k h i
b i ế n t í n h t r o bay, hợp chất silan đã được ghép lên bề mặt tro bay với các hàm
lượng
khác
nhau.Phầnt r ă m kh ối l ư ợ n g h ợ p c h ấ t s i l a n g h é p t r ê n b ề m ặ t t r o b a y đ ư ợ c t í n h t h
e o c ơ n g thức:
Wghép= Wsilan-FAWFA.Ởđó:W ghép:khốilượngsilanghépvàotrobay(%).
Wsilan-FA:tổnhaokhốilượngtrobaybiếntínhhợpchấtsilan(%).


WFA:tổnhaokhốilượngtrobay(%).
Từk h ố i l ượ ng s i l a n g h é p và o t r o b a y , c ó t h ể t í n h đ ư ợ c hiệu s u ấ t g hé p t ư ơ
n g ứngchotừnghợpchấtsilan(bảng3.3).Từbảng3.3tathấytrobaybiếntínhVTMS(MFA) có phần trăm mất khối
lượng lớn nhất (5,96%), tương ứng với khối lượngVTMSghépvào
trobaylớnnhất(1,32%)vàhiệusuấtghéplớnnhất(66,0%).
Bảng3.3.Hiệusuấtghépcáchợpchấtsilan:VTMS(MFA),VTES(EFA)vàGPTMS(GF
A)vàotro bay


Mẫu
FA
MFA
EFA
GFA

Khốilượng
banđầu(mg)
10,4771
7,22
9,86
10,13

Khối
%ghéph Hiệusuấtghéph
lượngkhi kết Tổn
ợp ợpchấtsilan(%)
thúcphảnứng
haokhốilượn
chấtsilan
(mg)
g(%)
9,99
4,64
6,79
5,96
1,32
66,0
9,34

5,27
0,63
31,5
9,62
5,03
0,39
19,5

3.2.3. Hìnhtháicấutrúccủatrobaytrướcvàsaukhibiếntínhhợpchấtsilan
Hình 3.8 là ảnh SEM các hạt tro bay ban đầu với kích thước khoảng từ 0,5
µmđến7µm,phầnlớncódạng hìnhcầu, bề mặtnhẵn,mịn,màu xám.

Hình3.8.ẢnhSEMcủatrobaybanđầu,độphóngđại10.000lần.


Hình3.9làảnhSEMcủatrobaychưabiếntínhvàbiếntínhVTMS.

A

B

Hình3.9.ẢnhSEMcủatrobaychưa
biếntính(A)vàtrobaybiếntínhVTMS(B),độphóngđại1000lần.
Quans á t h ì n h 3 . 9 A t a t h ấ y c á c h ạ t t r o b a y c h ư a b i ế n t í n h c ó h i ệ n t ư ợ n
g c o cụm,k ế t t ụ v ớ i n h a u t h à n h c á c c ụ m h ạ t n ê n c ó k í c h
t h ư ớ c l ớ n . S a u k h i b i ế n t í n h t r o bay bằng VTMS (hình 3.9B), các
hạt tro bay biến tính có xu hướng phân tán, tách rờinhaura.Hình3.10là
ảnhSEMphóngđạicáchạttrobaybiếntínhbằngVTMS.

Hình3.10.ẢnhSEMcủatrobaybiếntínhVTMSvớiđộphóngđại100.000lần(A)và

200.000lần(B).
Quan sát ảnhSEM ở các độ phóng đại khác nhauc h o t h ấ y , s a u k h i
b i ế n t í n h trob a y bằngV T M S , t r ê n b ề m ặ t c á c h ạ t t r o b a y xuấth i ệ n m ộ t l ớ p m
à n g h ợ p c h ấ t silan mỏng bao phủ (hình 3.10). Các hạt tro bay biến tính VTMS có bề mặt
khơngnhẵn,mịnnhưtrobaybanđầu.


3.3. Xác định điều kiện thích hợp chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro
baychưa biếntínhvàbiếntínhsilan
Trộnhợ p n ó n g c h ả y là m ộ t t r o n g n h ữ n g p hư ơ n g p h á p t h ô n g d ụ n g đ ể c h ế t
ạ o vậtliệupolymetổhợpnềnnhựanhiệtdẻo.Ưuđiểmcủaphươngpháplàdễdàngtiếnhành trên các thiết bị công
nghiệp và không sử dụng dung môi gây ô nhiễm môitrường. Các điều kiện công nghệ
như: nhiệt đột r ộ n , t h ờ i g i a n t r ộ n , t ố c đ ộ q u a y c ủ a roto và các tác
nhân biến tính tro bay với hàm lượng khác nhau có ảnh hưởng lớn đếnđặc trưng, tính
chất và hình thái cấu trúc của vật liệu thu được. Trong quá trình khảosát điều kiện chế
tạo, hàm lượng tro bay 10% được lựa chọn để chế tạo vật liệu tổ
hợpLDPE/EVA/trobay.
3.3.1. Ảnhhưởngcủabảnchấtvàhàmlượnghợpchấtsilan
Tro bay được biến tính bằng 3 hợp chất silan: vinyltrimetoxysilan (VTMS), 3glyxidoxypropyltrimetoxysilan (GPTMS), vinyltrietoxysilan (VTES). Bảng 3.4
trìnhbày kết quả khảo sát độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ
hợpLDPE/EVA (tỷ lệ 60/40)/có 10% tro bay chưa biến tính và biến tính bằng 3 loại
hợpchấtsilanvới các hàm lượngkhác nhau, cácthông số khácđ ư ợ c c ố đ ị n h :
n h i ệ t đ ộ trộn170oC, tốc độtrộn50vịng/phút, thờigiantrộn5phút.
Bảng 3.4. Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay chưa biến tính
vàbiếntính bằng3loạihợpchất silan
Mẫuvậtliệutổhợp
LDPE/EVA/FA
LDPE/EVA/EFA-1%
LDPE/EVA/EFA-2%
LDPE/EVA/EFA-3%

LDPE/EVA/EFA-4%
LDPE/EVA/GFA-1%
LDPE/EVA/GFA-2%
LDPE/EVA/GFA-3%
LDPE/EVA/MFA-1%
LDPE/EVA/MFA-2%
LDPE/EVA/MFA-3%

Độbềnkéo đứt(σ)) Độdãndài
(MPa)
khiđứt(ε)(%))(%)
13,27
610
13,31
615
13,36
630
13,62
630
13,33
623
13,29
612
13,48
615
13,28
614
13,41
620
14,04

632
13,84
616

Bảng 3.4 cho thấy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA với hàm lượng 2% có
tínhchấtcơhọccaonhất.Từkếtquảkhảosát,silanVTMSvớihàmlượng2%đượclự
a


chọnlàm
tácnhânbiếntínhtrobayđểchếtạovậtliệutổhợpLDPE/EVA/MFAtrongcácnghiêncứutiếpth
eo.
3.3.2. Ảnhhưởngcủanhiệtđộtrộn
Kếtquảkhảosátảnhhưởngcủanhiệtđộtrộnđếntínhchấtcơhọccủavậtliệutổ hợp
LDPE/EVA(tỷlệ60/40)/có10%MFAđượcthểhiệntrongbảng3.5.Nhiệtđộtrộnđược khảo sát trong khoảng160 190oC,tốcđột r ộ n 5 0 v ò n g / p h ú t , t h ờ i g i a n trộn5phút.
Bảng3.5.TínhchấtcơhọccủavậtliệutổhợpLDPE/EVA/MFAtheonhiệtđộtrộn
Nhiệtđộ
(oC)
160
170
180
190

Độbềnkéođứt
(MPa)
11,46
14,04
14,92
13,87


Độdãndàikhiđứt
(%)
605
632
710
704

Bảng 3.5 cho thấy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA ở nhiệt độ trộn 180 oC
chokết quả tính chất cơ học cao nhất. Từ kết quả khảo sát, nhiệt độ 180 oC được lựa
chọnđểtạomẫuchocác nghiêncứutiếptheo.
3.3.3. Ảnhhưởngcủathờigiantrộn
Kếtquảkhảosátả nhhưở ng củathờigia ntrộn đế nđộ bề nkéođứt và độ dã ndà
ikhiđứtcủavậtliệutổhợpLDPE/EVA(tỷlệ60/40)/có10%MFAđượcthểhiệntrong bảng 3.6. Thời gian trộn được
khảo sát trong khoảng 3-6 phút, nhiệt độ trộn 180oC,tốcđộtrộn50vịng/phút.
Bảng3.6.TínhchấtcơhọccủavậtliệutổhợpLDPE/EVA/MFAtheothờigiantrộn
Thờigian

Độbềnkéođứt

Độdãndàikhiđứt

trộn(phút)

(MPa)

(%)

3

10,40


707

4

14,95

711

5

14,92

710

6

10,80

693


Bảng 3.6 cho thấy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA ở thời gian trộn 4 phút
chokết quả tính chất cơ học cao nhất. Từ kết quả khảo sát, thời gian trộn 4 phút được
lựachọnchocácnghiêncứutiếptheo.
3.3.4. Ảnhhưởngcủatốcđộtrộn
Bảng3.7trình bày kếtquả khảo sáttínhchấtcơ họccủavậtliệutổ hợpLDPE/EVA
(tỷ lệ 60/40)/có 10% MFA theo tốc độ trộn khác nhau. Tốc độ trộn
đượckhảos á t t ừ 3 0 v ò n g / p h ú t đ ế n 7 0 v ò n g / p h ú t , n h i ệ t đ ộ t r ộ n 1 8 0 o C,t h ờ i g i
a n t r ộ n 4 phút.

Bảng3.7.TínhchấtcơhọccủavậtliệutổhợpLDPE/EVA/MFAtheotốcđộtrộn
Tốcđộtrộn(vịng/phút)

Độbềnkéođứt(MPa)

Độdãndàikhiđứt(%)

30

14,39

673

40

14,97

715

50

14,95

711

60

13,76

633


70

12,84

605

Bảng 3.7 cho thấy vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA ở tốc độ trộn 40
vịng/phútcho kết quả tính chất cơ học cao nhất. Từ kết quả khảo sát, tốc độ trộn 40
vịng/phútđượclựachọnchocác nghiêncứutiếptheo.
3.3.5. ẢnhhưởngcủatỉlệthànhphầnLDPE/EVA
Bảng3.8trình bày kết quả khảo sát tínhchất cơ họccủa vật liệutổ
hợpLDPE/EVA/có10% MFAtheotỉlệthànhphầnLDPE/EVA.
Bảng3.8.TínhchấtcơhọccủavậtliệutổhợpLDPE/EVA/MFAtheocáctỉlệLDPE/EVA
TỷlệLDPE/
EVA(pkl/pkl)
0/100
10/90
20/80
40/60
60/40
80/20
100/0

Độbềnkéo
đứt(MPa)
15,80
13,51
15,72
15,03

14,97
11,18
9,2

Độdãn
dàikhiđứt(%)
843
825
835
815
715
435
312


Các tỷ lệ khối lượng LDPE/EVA được lựa chọn là 0/100, 10/90, 20/80,
40/60,60/40, 80/20, 100/0 và hàm lượng tro bay cố định ở 10%. Kết quả khảo sát cho
thấy,khi hàm lượng LDPE tăng từ 10 pkl (phần khối lượng) đến 90 pkl, độ bền kéo
đứt vàđộ dãn dài khi đứt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA đạt giá trị lớn nhất ở
hàmlượng20pklLDPE.
Từ kết quả khảo sát, tỉ lệ LDPE/EVA 20/80 được lựa chọn cho các nghiên
cứutiếptheo.
*Tómtắtkếtquảmục3.3:
-ĐiềukiệnthíchhợpchếtạovậtliệutổhợpLDPE/EVA/FA:
+Nhiệtđộtrộn:180oC.
+Thờigiantrộn:4phút.
+Tốcđộtrộn:40vịng/phút.
- TácnhânbiếntínhtrobaylàVTMSvớihàmlượng2%.
- TỷlệLDPE/EVA20/80.
Các điều kiệnchế tạo, tác nhân biến tính tro bay, tỷ lệL D P E / E V A n ê u

t r ê n đượcsửdụngchocác nghiêncứutiếptheo.
3.4. Đặc trưng và hình thái cấutrúc của vật liệu tổ hợpL D P E / E V A / ( F A
v à MFA)
3.4.1. Khả năng chảy nhớt của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/(FA và MFA)
trongqtrìnhtrộnnóngchảy
Khả năng chảy nhớt của vật liệu tổ hợp được phản ánh bởi sự biến đổi
momenxoắn của vật liệu theo thời gian trộn ở trạng thái nóng chảy. Hình 3.15 là giản
đồ mơmenxoắn–thờigiantrộncủapolymeblendLDPE/EVAvàvậtliệutổhợpLDPE/EVA/
FA ởtrạngtháinóngchảy(180ºC).

Hình3.15.GiảnđồmơmenxoắncủavậtliệublendLDPE/EVAvàvậtliệutổhợpLDPE/EVA/FA.


Sau khi nạp liệu và đóng buồng trộn, các vật liệu ở trạng thái rắn nên mô
menxoắn lớn nhất. Sau đó, mơ men xoắn của vật liệu tổ hợp giảm dần do sự chảy của
cácpolymeL D P E , E V A v à d ầ n đ ạ t đ ế n t r ạ n g t h á i ổ n đ ị n h ,
ứ n g v ớ i m ô m e n x o ắ n ổ n định. Mô men xoắn ổn định của vật liệu tổ hợp
LDPE/EVA/FA tăng theo hàm lượngtrobayvàlớnhơnsovớipolymeblend.
Các đường mô men xoắn của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA cũng có
hìnhdạngtương
tựnhưvật
liệutổhợp
LDPE/EVA/FA
nhưngkhoảngc á c h g i ữ a c á c đườngmômenxoắnkhôngđángkể.
Ở cùng một hàm lượng tro bay khảo sát, mô men xoắn ổn định của vật liệu
tổhợps ử dụng trobaybiếntínhđềugi ả m sovớivậtliệutổhợpsửdụngtr o baychưa
biếntính(hình3.17).

Momenxoắnổnđịnh(Nm)


7

6

5

LDPE/EVA/FA LDPE/EVA/MFA

4

3
0

5

10

15

20

Hàmlượngtrobay (%)

Hình3.17.MơmenxoắnổnđịnhcủavậtliệutổhợpLDPE/EVA/(FAvàMFA).
Khi đưa tro bay biến tính vào polyme blend LDPE/EVA, phần hữu cơ gắn
vàobềmặtcáchạttrobaycótácdụnglàmgiảmmasátnộihaygiảmmơme n xoắncủa
vậtliệutổhợptrongqtrìnhtrộnnóngchảy.Nhưvậy,sovớivậtliệutổhợpLDPE/EVA/FA, q trình chế tạo vật
liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA dễ dàng hơn vàtiêutốnítnănglượnghơn.
3.4.2. Phổh ồ n g n g o ạ i c ủ a v ậ t l i ệ u b l e n d L D P E /
E V A v à v ậ t l i ệ u t ổ h ợ p LDPE/EVA/MFA

Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của polyme blend LDPE/EVA và vật liệu
tổhợp LDPE/EVA/MFA cho thấy sự có mặtc ủ a t r o b a y b i ế n t í n h
V T M S t r o n g v ậ t l i ệ u tổ hợpcũngnhư tương tácgiữa trob a y b i ế n
t í n h V T M S ( t h ô n g q u a c á c n h ó m O H trên bề mặt tro bay, nhóm Si-OSi và các nhóm OH của silan sau khi thủy phân) vớiEVA (thơng qua các nhóm C = O
và C-O-C), các tương tác lưỡng cực – lưỡng cực vàliênkếthiđro.
3.4.3. HìnhtháicấutrúccủavậtliệutổhợpLDPE/EVA/(FAvàMFA)


Hình 3.19 là ảnh SEM bề mặt đứt gãy của polyme blend LDPE/EVA. Có
thểthấy polyme blend LDPE/EVA tồn tại ở 2 pha: pha nền EVA và pha phân tán
LDPE.Tuynhiên, r a n h g i ớ i g i ữ a 2 p h a k h ô n g r õ r ệ t . C ó t h ể m ộ t p h ầ n b á n t i n h t h
ể L D P E trộnlẫntrongvùngvơđịnhhìnhcủaEVAdẫnđếnhìnhthànhm ạ n g p o l y m e t h â m nhập vào
nhau làm tăng sự xoắn cuộn và do đó làm tăng liên kết giữa các pha tại bềmặt tiếp
giápởtrạngtháirắn.

Hình3.19.ẢnhSEMbềmặtđứtgãycủapolymeblendLDPE/EVA.
Hìnhtháicấu trúc bềm ặ t đ ứ t
gãy
hợpLDPE/EVA/(FA
v à MFA)
kéođứtđượctrìnhbàytrênhình3.22,3.23.

Hình3.22.ẢnhSEMbềmặtđứtgãycủavậtli
ệu tổ hợpLDPE/EVA/FA.

của

vật
liệu
tổ

saukhithửnghiệmđộbền

Hình3.23.ẢnhSEMbềmặtđứtgãycủavậtli
ệutổhợpLDPE/EVA/MFA.

Từ hình 3.22 có thể thấy các hạt tro bay kết tụ, co cụm với nhau trong
polymeblend.Mậtđộtro bay tạiv ị t r í v ậ t l i ệ u b ị đ ứ t k h á l ớ n , x u ấ t
hiện
nhiều
vết
xé


d ọ c trongv ậ t l i ệ u t ổ h ợ p L D P E / E V A / F A . H ì n h 3 . 2 3 c h o t h ấ y c á c h ạ t t r o b a y
biế n t í n h