Luận án tiến sĩ

2016

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU………………………………………………….…………………………1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
3
1.1. Tổng quan về vật liệu polyme compozit ............................................................3
1.1.1. Vật liệu polyme compozit gia cường bằng cốt sợi .........................................4
1.1.2. Vật liệu polyme compozit gia cường bằng cốt hạt .........................................4
1.1.2.1. Hiểu biết chung về vật liệu compozit gia cường dạng hạt .................... 4
1.1.2.2. Chất gia cường silic đioxit ..................................................................... 5
c

1.2.
ec

ề

cứu và sản xuấ ậ ệ
..................................................................................9

1.2.1.Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất đá nhân tạo ..................................9
1.2.1.1.Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất đá nhân tạo trên thế giới ...... 9
1.2.1.2.Tình hình sản xuất và sử dụng đá nhân tạo trong nước ......................... 11
1.2.2. Tình hình nghiên cứu về vật liệu compozit sinh thái và sản xuất
đá nhân tạo trên thế giới ..............................................................................12
1.2.3. Tình hình nghiên cứu về vật liệu compozit sinh thái và sản xuất
đá nhân tạo trong nước ................................................................................13
1.3. Giới thiệu về dầu thực vật và dầu lanh epoxy hóa .........................................14

2.2.3.1. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng và nhiệt quét vi sai ............. 35
2.2.3.2. Phương pháp xác định biến thiên nhiệt độ theo thời gian đóng rắn .... 35
2.2.3.3. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier ................... 36
2.2.4. Các phương pháp xác định mức độ đóng rắn của dầu lanh epoxy hóa .......36
2.2.4.1. Phương pháp trích ly trong axeton ...................................................... 36
2.2.4.2. Phương pháp xác định hàm lượng nhóm epoxy .................................. 37
2.2.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt quét vi sai .............................................. 38
2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm ........................................................39
2.2.5.1. Xử lý số liệu thực nghiệm mức độ đóng rắn của hệ nhựa ELO
theo thời gian phản ứng ...................................................................... 39
2.2.5.2. Tính toán tốc độ phản ứng của hệ nhựa nền dầu lanh epoxy hóa........ 39
2.2.6. Các phương pháp xác định tính chất cơ học của nhựa nền ELO .................39
2.2.6.1. Phương pháp xác định độ cứng Barcol ................................................ 39
2.2.6.2. Phương pháp xác định độ bền kéo ....................................................... 39
2.2.6.3. Phương pháp xác định độ bền uốn ....................................................... 39
2.2.6.4. Phương pháp xác định độ bền va đập Izod không khía ....................... 40
2.2.6.5. Phương pháp xác định độ mài mòn ...................................................... 40
2.2.6.6. Phương pháp xác định màu sắc ........................................................... 40
2.2.7. Phương pháp xác định hình thái cấu trúc vật liệu bằng phương pháp
chụp ảnh hiển vi điện tử quét trường phát xạ ..............................................40
2.2.8. Phương pháp xác định tính chất cơ – lý của vật liệu polyme compozit ........41
2.2.8.1. Phương pháp xác định độ hấp thụ nước .............................................. 41
2.2.8.2. Phương pháp xác định độ bền uốn....................................................... 41
2.2.8.3. Phương pháp xác định độ bền va đập .................................................. 42
2.2.8.4. Phương pháp xác định độ mài mòn sâu ............................................... 43
2.2.8.5. Phương pháp xác định màu sắc của bề mặt vật liệu
polyme compozit ................................................................................ 44
2.2.8.6. Phương pháp xác định độ bóng bề mặt vật liệu polyme compozit ...... 44
2.2.9. Phương pháp xác định khả năng chịu thời tiết ............................................44
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………..…………45

3.1.2.2. Ảnh hưởng của chất xúc tác 2-MI đến quá trình đóng rắn
hệ ELO/MHHPA ................................................................................ 56
3.1.2.3. Ảnh hưởng của chất xúc tác DMI đến quá trình đóng rắn
hệ ELO/MHHPA ................................................................................ 59
3.1.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác IM đến quá trình đóng rắn
hệ ELO/MHHPA ................................................................................ 62
3.1.2.5. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác NMI đến quá trình đóng rắn
hệ ELO/MHHPA ................................................................................ 65
. .2.6. o sánh ảnh hưởng của các chất xúc tác imidazol tại t lệ thích hợp... 68
. . . ác định h m lượng chất xúc tác NMI thích hợp của phản ứng đóng rắn
hệ nhựa nền ELO/MHHPA...........................................................................71
3.1.3.1.Khảo sát theo phương pháp phân tích nhiệt quét vi sai DSC ................ 71
3.1.3.2. Khảo sát theo phương pháp xác định hàm lượng nhóm epoxy dư ...... 72
. . . ác định h m lượng chất đóng rắn MHHPA thích hợp của phản ứng
với dầu lanh epoxy hóa.................................................................................73
3.1.4.1.Khảo sát theo phương pháp phân tích nhiệt quét vi sai DSC ................ 73
3.1.4.2.Khảo sát theo phương pháp xác định mức độ đóng rắn ........................ 74
3.1.4.3. Khảo sát theo phương pháp xác định hàm lượng nhóm epoxy dư ...... 76
. .5. Đặc tính đóng rắn của hệ nhựa nền ELO/MHHPA/NMI bằng phương pháp
phân tích phổ hồng ngoại FTIR ...................................................................77
3.1.6. Tóm tắt kết quả của mục 3.1.........................................................................81
3.2. Nghiên cứu biến tính nhựa nề r cơ ở dầu lanh epoxy hóa ...................82
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của h m lượng chất bổ sung polyol-PT1 ....................82
3.2.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng polyol –PT đến biến thiên nhiệt độ
tỏa nhiệt theo thời gian của hệ nhựa nền ELO MHHP NMI ........... 82
3.2.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng polyol-PT đến một số tính chất cơ lý
của hệ nhựa ELO MHHP NMI sau đóng rắn .................................. 83
Phạm Anh Tuấn

iii

3.3.2. Ảnh hưởng của chất chống tia tử ngoại đến khả năng chịu thời tiết của
vật liệu polyme compozit ............................................................................127
3.3.2.1. Lựa chọn loại chất chống UV phù hợp .............................................. 127
3.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của hệ chất chống tia UV MHOP BOTP đến
sự biến đổi màu sắc của vật liệu polyme compozit ........................ 129
3.3.2.3. Ảnh hưởng của hệ chất chống UV đến sự suy giảm độ bóng và
một số tính chất cơ lý của mẫu vật liệu polyme compozit ............... 135
3.4. So sánh một số tính chấ cơ ý của vật liệu PC khi sử dụng nhựa nền
ELO và polyeste không no (PEKN) ...............................................................137
KẾT LUẬN CHUNG ...........................................................................................141
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .....................................142
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................143

Phạm Anh Tuấn

iv

Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Luận án tiến sĩ

2016

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TÊN ĐẦY ĐỦ

CHỮ VIẾT TẮT
Amino silan


ELO

Epoxy linseed oil - Dầu lanh epoxy hóa

EMI

2-Etyl- 4 – Metylimidazol

FESEM

Kính hiển vi điện tử trường phát xạ

FTIR

Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

Glycidoxy silan

3-Glycidoxypropyltrimethxysilan

HALS

Chất cản quang

HnOB

2-Hydroxy-4-n-octoxybenzophenon

IM


UVA

Chất hấp phụ tia tử ngoại

%KL

Phần trăm theo khối lượng

Phạm Anh Tuấn

v

Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Luận án tiến sĩ

2016

STT
Hình 1.1
Hình 1.2

DANH MỤC HÌNH

Trang

Cấu trúc cơ bản của tứ diện SiO4

6

Hình 1.7

Chu trình đời của polyme sinh học bắt nguồn từ thực vật

18

Hình 1.8

theo khu vực

ơ đồ phản ứng epoxy hóa dầu lanh

18

Hình 1.9

Cấu trúc dầu lanh trước và sau khi epoxy hóa

19

Hình 1.10

Cơ chế đóng rắn ELO bởi anhydrit sử dụng chất xúc tác
imidazol

20

Hình 1.11

Cơ chế phản ứng đóng rắn ELO bằng anhydrit và amin bậc 3

Cơ chế bảo vệ của các chất chống UV dạng UVA

29

Hình 1.17

Cấu trúc hóa học của một số chất chống UV dạng UVA

29

Hình 1.18

Dẫn xuất của 2,2,6,6-tetrametyl-4-piperidin

30

Hình 1.19

Cơ chế bảo vệ của chất chống UV dạng HALS

30

Hình 1.20

Cấu trúc hóa học của chất chống UV HALS( E765)

31

Hình 2.1


Luận án tiến sĩ

2016

Hình 3.1a

Giản đồ DSC của hệ nhựa nền ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol
ELO/MHHPA/NMI = 1,0/1,0/0,1

46

Hình 3.1b

Giản đồ TGA của hệ nhựa nền ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol
ELO/MHHPA/NMI = 1,0/1,0/0,1

46

Mức độ đóng rắn của hệ nhựa nền ELO/MHHPA/NMI ở t lệ
47Hình 3.2 mol ELO/MHHPA/NMI = 1,0/1,0/0,1 tại các nhiệt độ từ 120 ÷
150 ºC

47

Hình 3.3

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ đóng rắn của hệ nhựa nền
ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol = 1,0/1,0/0,1

48


Hình .8

Ảnh hưởng của hàm lượng EMI đến tốc độ đóng rắn hệ nhựa nền
ELO/MHHPA ở t lệ mol 1,0/1,0 ở nhiệt độ đóng rắn 140ºC

55

Hình 3.9

Biến thiên nhiệt độ theo thời gian của phản ứng đóng rắn hệ nhựa
ELO/MHHPA ở t lệ mol 1,0/1,0, nhiệt độ đóng rắn 140ºC với
hàm lượng chất xúc tác 2-MI khác nhau

56

Hình 3.10

Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác 2-MI đến mức độ đóng rắn
của hệ nhựa ELO/MHHPA ở t lệ mol 1,0/1,0, nhiệt độ đóng rắn
140ºC

57

Hình .

Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác 2-MI đến vận tốc phản ứng
của hệ nhựa ELO/MHHPA ở t lệ mol 1,0/1,0 (1:2-MI 0,05; 2:
2-MI 0,08; 3: 2-MI 0,09; 4: 2-M 0,1; 5: 2-MI 0,11; 6: 2-MI 0,12)


Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Luận án tiến sĩ

2016

Hình 3.15

Biến thiên nhiệt độ theo thời gian của phản ứng của hệ nhựa
ELO/MHHPA ở t lệ mol 1,0/1,0, nhiệt độ đóng rắn 140°C với
hàm lượng chất xúc tác IM khác nhau

62

Hình 3.16

Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác IM đến mức độ đóng rắn
củahệ nhựa ELO/MHHPA ở t lệ mol 1,0/1,0, nhiệt độ đóng rắn
140°C

63

Hình . 7

Ảnh hưởng của hàm lượng IM đến vận tốc phản ứng của hệ nhựa
ELO/MHHPA ở t lệ mol 1,0/1,0, nhiệt độ đóng rắn 140°C (1:
IM-0,05; 2: IM 0,08;3: IM 0,09; 4: IM-0,1; 5: IM 0,11; 6: IM
0,12)


ELO/MHHPA ở t lệ mol 1,0/1,0, nhiệt độ đóng rắn 140°C khi
sử dụng một số chất xúc tác imidazol ở t lệ mol
imidazol/MHHPA = 0,1/1,0

68

Hình 3.22

Mức độ đóng rắn của hệ nhựa ELO/MHHPA ở t lệ mol 1,0/1,0,
nhiệt độ đóng rắn 140°C khi sử dụng các chất xúc tác imidazol ở
t lệ thích hợp

69

Hình 3.23

Giản đồ DSC của phản ứng đóng rắn hệ nhựa ELO/MHHPA ở t
lệ mol 1,0/1,0, với t lệ NMI khác nhau

70

Hình 3.24

Ảnh hưởng của t lệ NMI MHHP đến hàm lượng nhóm epoxy
dư theo thời gian phản ứng của hệ nhựa ELO/MHHPA ở t lệ
mol 1,0/1,0, nhiệt độ đóng rắn 140°C

71

Hình 3.25


Luận án tiến sĩ

2016

Hình 3.28

Ảnh hưởng của t lệ mol ELO MHHP đến hàm lượng nhóm
epoxy dư của hệ nhựa ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol
NMI/MHHPA = 0,1/1,0, nhiệt độ đóng rắn 140°C

75

Hình .29

Phổ FTIR của chất xúc tác NMI

76

Hình . 0

Phổ FT-IR của chất đóng rắn MHHP

76

Hình .

Phổ FTIR của hỗn hợp NMI/MHHPA ở t lệ mol NMI/MHHPA
= 0,1/1,0 tại các thời gian phản ứng 0; 1; 2 và 4 giờ ở nhiệt độ
phòng (25°C)


Hình 3.36

ơ đồ pha mẫu nhựa nền ELO/MHHPA/NMI

80

Hình 3.37

Ảnh hưởng của hàm lượng polyol-PT đến biến thiên nhiệt độ
tỏa nhiệt theo thời gian phản ứng của hệ nhựa
ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol 1,0/1,0/0,1, nhiệt độ đóng rắn
140°C

82

Hình 3.38

Ảnh hưởng của hàm lượng polyol-PT đến độ cứng Barcol của
hệ nhựa ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol ,0 ,0 0, , đóng rắn ở
nhiệt độ 140°C trong 45 phút

82

Hình 3.39

Ảnh hưởng của hàm lượng polyol-PT đến độ bền kéo của hệ
nhựa ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol 1,0/1,0/0,1, sau khi đóng
rắn ở nhiệt độ 140°C


1,0/1,0/0,1, ở nhiệt độ 140°C

87

Phạm Anh Tuấn

ix

Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Luận án tiến sĩ

2016

Hình 3.44

Ảnh hưởng của t lệ E đến quá trình biến thiên nhiệt độ theo
thời gian phản ứng của hệ ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol
1,0/1,0/0,1, ở nhiệt độ 140°C

87

Hình 3.45

Ảnh hưởng của t lệ E765 đến quá trình biến thiên nhiệt độ theo
thời gian phản ứng của hệ ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol
1,0/1,0/0,1, ở nhiệt độ 140°C

88


Hình 3.50

Ảnh hưởng của E đến màu sắc mẫu nhựa ELO/MHHPA/NMI
ở t lệ mol ,0 ,0 0, , sau khi đóng rắn ở nhiệt độ 140°C

91

Hình 3.51

Ảnh hưởng của E65 đến màu sắc mẫu nhựa ELO/MHHPA/NMI
ở t lệ mol ,0 ,0 0, , sau khi đóng rắn ở nhiệt độ 140°C

92

Hình 3.52

Ảnh hưởng của HnOB đến màu sắc mẫu nhựa
ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol ,0 ,0 0, , sau khi đóng rắn ở
nhiệt độ 140°C

92

Hình 3.53

Ảnh hưởng của MHOP đến màu sắc mẫu nhựa
ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol ,0 ,0 0, , sau khi đóng rắn ở
nhiệt độ 140°C

93


Hình 3.58

Ảnh FE EM của mẫu vật liệu PC sử dụng cốt liệu hạt chưa
silanol hóa bề mặt với các độ phóng đại khác nhau (a) x100; (b)
x500 và (c) x1000

98

Phạm Anh Tuấn

x

Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Luận án tiến sĩ

2016

Hình 3.59

Ảnh FE EM của mẫu PC sử dụng cốt liệu được silanol hóa bằng
amino silan (nồng độ 2%) với các độ phóng đại khác nhau (a)
x100, (b) x500 và (c) x1000

99

Hình 3.60


vật liệu compozit gia cường bằng cốt liệu hạt thủy tinh (EC)

102

Hình 3.65

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch silan đến độ mài mòn của vật
liệu compozit gia cường bằng cốt liệu hạt thạch anh (EQ)

103

Hình .66

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch silan đến độ mài mòn của vật
liệu compozit gia cường bằng cốt liệu hạt thủy tinh (EC)

103

Hình .67

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch silan đến độ hấp thụ nước của
vật liệu compozit gia cường bằng cốt liệu hạt thạch anh (EQ)

104

Hình .68

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch silan đến độ hấp thụ nước của
vật liệu compozit gia cường bằng cốt liệu hạt thủy tinh (EC)


Hình 3.73

Hỗn hợp phối liệu sau khi trộn: Mẫu A1(a) và mẫu A2 (b)

109

Hình 3.74

Hỗn hợp phối liệu sau khi rung ép: Mẫu A1(a) và mẫu A2 (b)

109

Hình 3.75

Mẫu A2 - KT hạt 0,1 ÷0,4 mm ở các độ phóng đại (a) x100 và
(b) x500

109

Hình 3.76

Mẫu A3 - KT hạt 0,6 ÷1,2 mm ở các độ phóng đại (a) x100 và
(b) x500

110

Hình 3.77

Ảnh hưởng của cấp phối hạt cốt liệu đến độ bền uốn của vật liệu
PC

Ảnh hưởng của kích thước hạt cốt liệu đến độ mài mòn sâu của
vật liệu PC

112

Hình 3.81

Ảnh FESEM của mẫu C1(0% KL cristobalit) ở các độ phóng đại
khác nhau (a) x100, (b) x500 và (c) x1000

115

Hình 3.82

Ảnh FESEM của công thức cấp phối C5 (40% KL cristobalit) ở
các độ phóng đại khác nhau (a) x100, (b) x500 và (c) x1000

116

Hình 3.83

Ảnh hưởng của t lệ cristobalit đến độ bền uốn của vật liệu PC

116

Hình 3.84

Ảnh hưởng của t lệ cristobalit đến độ bền va đập của vật liệu PC

117

Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn đến độ bền va đập của vật liệu
PC

121

Hình 3.90

Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn đến độ bền uốn của vật liệu
PC

122

Hình 3.91

Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn đến độ bền va đập của vật liệu
PC

122

Hình 3.92

Ảnh hưởng của độ ẩm đến độ bền uốn của mẫu sử dụng mẫu hạt
nhỏ theo các thời gian lưu hỗn hợp phối liệu khác nhau

124

Hình 3.93

Ảnh hưởng của độ ẩm đến độ bền uốn của mẫu vật liệu PC hạt to
theo các thời gian lưu phối liệu khác nhau


Phạm Anh Tuấn

xii

Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Luận án tiến sĩ

2016

Hình 3.98

Sự biến đổi màu của mẫu PC (M2) sau 1000 giờ chiếu UV khi có
và không sử dụng hệ chất chống UV

129

Hình 3.99

Sự biến đổi màu của mẫu PC (M3) sau 1000 giờ chiếu UV khi có
và không sử dụng hệ chất chống UV

130

Hình 3.100

Sự biến đổi màu của mẫu PC (M4) sau 1000 giờ chiếu UV khi có
và không sử dụng hệ chất chống UV


Hình . 05

Độ bền uốn của các mẫu vật liệu PC khi không sử dụng và có sử
dụng hệ chất chống UV sau 1000 giờ chiếu UV

134

Hình . 06

Độ mài mòn sâu của các mẫu vật liệu PC khi không sử dụng và
có sử dụng hệ chất chống UV sau khi chiếu UV

135

Hình 3.107

Độ bền uốn của vật liệu PC khi sử dụng nhựa nền ELO và PEKN
gia cường bằng cốt liệu hạt to (a) và hạt nhỏ (b)

137

Hình 3.108

Độ bền va đập của vật liệu PC khi sử dụng nhựa nền ELO và
PEKN gia cường bằng cốt liệu hạt to (a) và hạt nhỏ (b)

137

Hình . 09

Một số tính chất cơ-lý -quang của thạch anh

7

Bảng 1.2

Thành phần của một số loại thủy tinh tái chế

8

Bảng 1.3

Bảng đánh giá và xếp hạng về ưu điểm cơ lý của vật liệu ốp lát

10

Bảng 1.4

Hàm lượng dầu và chỉ số iot của một số loại dầu thực vật

15

Bảng 1.5

Hàm lượng một số axit trong dầu đậu nành

15

Bảng 1.6



Bảng 3.2

Tiêu chuẩn để lựa chọn t lệ và loại chất xúc tác cho nhựa nền
ELO

52

Bảng 3.3

Đặc điểm ngoại quan của một số chất xúc tác imidazol và khả
năng phân tán của chúng trong hệ nhựa nền ELO/MHHPA ở t
mol 1,0/1,0

52

Bảng 3.4

Khả năng phân tán của một số chất chống UV và ảnh hưởng
của chúng đến độ nhớt, màu sắc của hỗn hợp nhựa
ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol 1,0/1,0/0,1

86

Bảng 3.5

Ảnh hưởng của hàm lượng BOTP đến một số đặc tính cơ bản
của hệ nhựa ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol 1,0/1,0/0,1, sau khi
đóng rắn ở nhiệt độ 140°C


đóng rắn ở nhiệt độ 140°C

93

Bảng 3.10

Ảnh hưởng của hàm lượng MHOP BOTP đến một số đặc tính
cơ bản của nhựa ELO/MHHPA/NMI ở t lệ mol 1,0/1,0/0,1,
sau khi đóng rắn ở nhiệt độ 140°C

93

Phạm Anh Tuấn

xiv

Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Luận án tiến sĩ

2016

Bảng 3.11

Ảnh hưởng của các hợp chất silan đến khả năng gia công mài
mẫu

98


Ảnh hưởng của kích thước hạt đến t lệ nhựa nền ELO trong
công thức phối liệu.

114

Bảng 3.17

Ảnh hưởng của t lệ vật liệu cristobalit đến khả năng gia công
& tạo hình vật liệu PC ở t lệ thích hợp

114

Bảng 3.18

Công thức phối liệu của hai mẫu vật liệu PC

119

Bảng 3.19

Thành phần nguyên vật liệu cho mẫu vật liệu PC

126

Bảng 3.20

Sự biến đổi màu sắc (E) của bề mặt vật liệu PC sau 000 giờ
chiếu UV khi sử dụng một số chất chống UV ở các t lệ khác
nhau



Sự biến đổi màu sắc của mẫu vật liệu PC (M4) theo thời gian
chiếu UV

130

Bảng 3.26

Sự biến đổi màu sắc của mẫu vật liệu PC (M5) theo thời gian
chiếu UV

130

Bảng 3.27

Sự biến đổi màu sắc của mẫu vật liệu PC (M6) theo thời gian
chiếu UV

131

Bảng .28

Tổng hợp sự biến đổi màu sắc sau 1000 giờ chiếu UV của các
mẫu vật liệu PC

132

Bảng 3.29

Công thức phối liệu của các mẫu vật liệu PC

Mục đíc

cứu

Tìm ra các giải pháp và công nghệ phù hợp để sử dụng nhựa nền từ dầu lanh epoxy
hóa thay thế polyeste không no trong sản xuất đá hoa cương nhân tạo.
Nội dung nghiên cứu của luận án
 Nghiên cứu tìm ra t lệ chất đóng rắn và chất xúc tác phù hợp với dầu lanh epoxy hóa
bằng các phương pháp: khảo sát sự biến thiên nhiệt độ tỏa nhiệt theo thời gian phản ứng
trên thiết bị ghi nhiệt Testo, xác định mức độ đóng rắn theo phương pháp xác định hàm
lượng phần gel, phân tích nhiệt quét vi sai DSC, phân tích hàm lượng nhóm epoxy dư.
 Nghiên cứu đặc tính đóng rắn và đặc tính lão hóa của hệ nhựa nền từ dầu lanh epoxy
hóa sử dụng chất đóng rắn anhydrit và chất xúc tác imidazol bằng phương pháp phân tích
phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR).
 Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu polyme compozit trên cơ sở dầu lanh
epoxy hóa gia cường bằng cốt liệu hạt thạch anh và thủy tinh tái chế bằng phương pháp
phân tích chụp ảnh hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM).
 Nghiên cứu tác dụng của chất chống bức xạ tia tử ngoại trong vật liệu polyme
compozit dựa trên kết quả thử nghiệm và đánh giá khả năng làm chậm lão hóa của vật
liệu polyme compozit trên thiết bị UV test.
 Khảo sát một số tính chất cơ lý của vật liệu polyme compozit từ dầu lanh epoxy hóa
gia cường bằng cốt hạt ứng dụng trong sản xuất đá hoa cương nhân tạo theo bộ tiêu
chuẩn về vật liệu ốp lát của châu Âu EN 15258:2008.

Phạm Anh Tuấn

1

Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm có 3 phần:
Phần 1: Tổng quan. Trình bày tổng quan về vật liệu polyme compozit và các phương
pháp biến tính để nâng cao tính chất cơ lý của vật liệu PC.
Phần 2: Thực nghiệm. Trình bày về nguyên liệu và các phương pháp nghiên cứu vật
liệu polyme compozit gia cường bằng cốt hạt.
Phần 3: Kết quả và thảo luận gồm 3 nội dung:
 Nội dung thứ nhất trình bày các kết quả nghiên cứu về hệ nhựa nền từ dầu lanh
epoxy hóa sử dụng chất đóng rắn anhydrit và chất xúc tác imidazol.
 Nội dung thứ hai trình bày kết quả nghiên cứu biến tính hệ nhựa nền từ dầu lanh
epoxy hóa bằng chất bổ sung polyol và ảnh hưởng của chất chống tia bức xạ tử ngoại.
 Nội dung thứ ba trình bày các kết quả nghiên cứu vật liệu polyme compozit từ dầu
lanh epoxy hóa gia cường bằng cốt hạt thạch anh và thủy tinh.

Phạm Anh Tuấn

2

Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Luận án tiến sĩ

2016
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về vật liệu polyme compozit
Vật liệu polyme compozit (PC) đã có mặt từ nhiều thập k trở lại đây trong hầu hết
các lĩnh vực: từ công nghiệp dân dụng, y tế, thể thao, xây dựng, giao thông vận tải, cho
đến các ngành công nghiệp nặng (đóng tàu, hóa chất, điện lực…) và đặc biệt trong ngành
hàng không vũ trụ. Vật liệu PC có nhiều ưu điểm nổi bật như: khối lượng riêng nhỏ (nhẹ

3

Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Luận án tiến sĩ

2016

tan sau khi đóng rắn. Nhựa nhiệt dẻo thường ở trạng thái rắn trước khi gia công. Chúng
thường được gia công ở nhiệt độ chảy mềm, ở trạng thái nóng chảy để tạo hình dạng sản
phẩm và được hóa rắn nhờ làm nguội. Thời gian gia công nhựa nhiệt dẻo thường ngắn
hơn nhựa nhiệt rắn. Nhựa nhiệt rắn thường ở trạng thái lỏng trước khi gia công, trong quá
trình gia công sẽ chuyển sang trạng thái rắn với cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều
nhờ các phản ứng hóa học.
1.1.1. Vật liệu polyme compozit gia cường bằng cốt sợi
Trong thành phần của vật liệu PC, chất gia cường được sử dụng là các loại sợi khác
nhau. Một số loại sợi truyền thống và phổ biến thường sử dụng trong chế tạo vật liệu PC
cốt sợi bao gồm: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi bo, sợi kevlar tạo ra vật liệu PC có tính
chất cơ lý rất tốt như: độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền va đập có giá trị cao…. Tuy nhiên,
do phế thải của vật liệu PC gia cường bằng các loại sợi truyền thống này rất khó phân
hủy, vì vậy, trong vài thập k trở lại đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu vật liệu PC có
khả năng phân hủy sinh học bằng việc sử dụng các loại sợi có nguồn gốc tự nhiên như sợi
tre, sợi đay, sợi dứa…để làm vật liệu gia cường. Một số nhược điểm của vật liệu PC đi từ
sợi tự nhiên trong quá trình gia công và sử dụng như: khả năng gia công ở nhiệt độ cao
kém, tính chất cơ học kém, độ hút ẩm của vật liệu cao… đã được cải thiện bằng cách lai
tạo sợi tự nhiên với sợi tổng hợp và biến tính bề mặt sợi tự nhiên.
Vật liệu PC gia cường bằng cốt sợi có một số ưu điểm so với vật liệu PC cốt hạt như:
độ bền kéo và độ bền va đập tốt hơn, t trọng nhẹ hơn và có tính chất định hướng. Bên
cạnh đó, vật liệu PC cốt sợi có một số nhược điểm so với vật liệu PC cốt hạt như: khả

liệu PC dạng sợi do cốt liệu hạt thường có kích thước và hướng giống nhau nên chúng
hầu như không thể hiện được hiệu ứng định hướng như trong vật liệu PC dạng sợi. Tuy
nhiên chúng lại có một số các tính chất cơ lý khác vượt trội như độ bền nén, độ bóng bề
mặt, độ cứng bề mặt….
Cốt hạt sử dụng làm vật liệu gia cường trong vật liệu PC bao gồm thạch anh và thủy
tinh tái chế là vật liệu thân thiện môi trường nên cũng đáp ứng tiêu chí của vật liệu PC
sinh thái.
1.1.2.2. Chất gia cường silic đioxit
a. Thạch anh
Thạch anh là một loại khoáng rất phổ biến trong tự nhiên, là hợp chất hóa học của Si
và O, có công thức hóa học SiO2, thường được gọi là silica hay thạch anh. Thạch anh tinh
khiết là vật liệu trong suốt, không màu và rất cứng, trông giống như thủy tinh. Trong tự
nhiên có nhiều loại thạch anh với nhiều màu sắc khác nhau như: tím, vàng, mờ đục.
Cùng với loại khoáng canxi, thạch anh là một trong những loại khoáng được hình
thành từ đá. Một lượng lớn thạch anh được ẩn chứa dưới dạng granit và các loại đá có
liên quan, trong đó hàm lượng thạch anh chiếm khoảng 5÷50%. Toàn bộ lớp vỏ trái đất
chứa khoảng 12% thạch anh, trong đó hầu hết là ở phần lục địa [54].
Thạch anh xuất hiện dưới 13 dạng cấu trúc tinh thể khác nhau. Cấu trúc của mỗi dạng
biến thể của thạch anh là khác nhau, tuy nhiên tất cả các biến thể đều có chung một cấu
trúc cơ bản của SiO2. Thạch anh được cấu tạo bởi một mạng liên tục các tứ diện silic-oxy
SiO4. Liên kết hóa học trong silica là liên kết cộng hóa trị, trong đó các cặp electron sẽ
được chia sẻ bởi 2 nguyên tử Si và O. Cấu trúc cơ bản của tứ diện SiO4 trình bày ở hình
1.1 [43, 59].
Thạch anh có độ tinh khiết khá cao, hàm lượng SiO2 trong thạch anh thường chiếm
khoảng 99,5%. Hai lý do giúp thạch anh có độ tinh khiết cao đó là:
- Thạch anh có cấu trúc tinh thể lớn, nó không bao gồm các ion riêng biệt của một
vài nguyên tố có thể dễ dàng kết hợp với các nguyên tố khác. Quá trình phát triển thạch
anh trong dung dịch lỏng, trên bề mặt hầu như không có các nguyên tố có khả năng thu
hút các ion khác tồn tại trong dung dịch [59, 61]..
-

tinh thể thạch anh lại có một số tính chất quang khác xa so với thủy tinh. Thạch anh tinh
khiết trong suốt, không màu. Thạch anh không chỉ trong suốt với ánh sáng thường mà
còn trong suốt với cả ánh sáng UV. Điều này còn đúng với cả cấu trúc thạch anh vô định
hình, do đó loại thạch anh này thường được sử dụng thay thế thủy tinh thường trong sản
xuất đèn UV. ự đa dạng về màu sắc của thạch anh là do chúng có chứa các nguyên tố vi
lượng (tạp chất) trong mạng lưới tinh thể.
 Độ phản xạ ánh sáng và sự lưỡng chiết quang: Giống như nhiều loại khoáng khác,
thạch anh có tính chất đặc biệt gọi là tính lưỡng chiết quang hay sự phản xạ kép. Hiện
tượng này được biết đến trong khoáng canxit: Khi một hình hộp mặt thoi khoáng canxit
trong suốt được đặt trên một tờ báo, ta có thể nhìn thấy hình ảnh của 2 chữ qua hình hộp
đó. Một tia đơn sắc sẽ được tách làm hai khi chúng đi qua một hình hộp mặt thoi. Tính
lưỡng chiết quang xuất hiện trong nhiều vật liệu có cấu trúc tinh thể.
Phạm Anh Tuấn

6

Vật liệu cao phân tử & tổ hợp


Luận án tiến sĩ

2016

Bảng 1.1: Một số tính chất cơ-lý -quang của thạch anh [3, 61]
Các tính chấ cơ ý

Tính chất quang

Vết nứt



Tính chất quang

Trong suốt đến đục

T trọng

2,6481

Chỉ số khúc xạ

no=1,54422
ne=1,55332

Nhiệt độ
nóng chảy

1705°C

Lưỡng chiết
quang

ne-no = +0,00910

Nhiệt độ sôi

2477°C

Hệ số phân tán


2016

sản xuất đá nhân tạo, điều đó không chỉ tạo ra một loại vật liệu sinh thái – sử dụng
nguyên liệu tái chế, mà còn tạo cho sản phẩm có tính thẩm mỹ cao khi sử dụng các loại
thủy tinh màu, hoặc gương. Thành phần hóa học của thủy tinh rất khác nhau, tùy theo
mục đích sử dụng của loại thủy tinh cần tạo ra. Bảng 1.2 chỉ ra thành phần hóa học của
một số loại thủy tinh được tái chế [3, 60].
Bảng 1.2: Thành phần của một số loại thủy tinh tái chế
Hà

Thành phần

ƣợng, %

SiO2

≥ 72,00

Fe2O3

≤ 0,05

Al2O3

≤ 0,08

Na2O

≤ 15,00


2016

b)

a)

Hình 1.3: Ảnh phóng đại quang học về cấu trúc hình thái của cristobalit (a) và thạch
anh (b)
Từ hình 1.3 nhận thấy: Vật liệu cristobalit có cấu trúc xốp rỗng kết hợp với nhiều vết
nứt tế vi trên bề mặt nên khả năng thấm ướt nhựa nền rất khó khăn. Thêm vào đó, t
trọng của vật liệu cristobalit thấp hơn cốt liệu thạch anh thông thường, nên diện tích bề
mặt cần thấm ướt lớn hơn so với thạch anh ở cùng một khối lượng.
1.2. Khái quát chung ề tình hình nghiên cứu và sản xuất ậ

ệ polyme compozit

1.2.1.Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất đá nhân tạo
1.2.1.1.Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất đá nhân tạo trên thế giới
a. Nhu cầu sử dụng vật liệu ốp lát
Theo thống kê từ tạp chí Freedonia, năm 20 , nhu cầu toàn cầu cho lĩnh vực đá ốp
lát ước tính đạt khoảng 341 triệu m2, tăng , % so với năm 20 2. Trong đó, khu vực
Châu Á và Bắc Mỹ được coi là khu vực có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất hiện nay [51].

Hình 1.4: Nhu cầu cho lĩnh vực ốp lát năm 20

theo khu vực

Cụ thể, tổng nhu cầu vật liệu ốp lát năm 20 tại khu vực Bắc Mỹ đạt 63,6 triệu m2,
tăng 6% so với năm 2008. Nhu cầu vật liệu ốp lát Châu Á năm 20 là 9,5 triệu m2,
Phạm Anh Tuấn

hạng

STT

84

8

Bê tông

40

81

9

Thép không gỉ

39

Vật liệu

2

Đá nhân tạo cốt
liệu thạch anh
Đá granit

3


Đá cẩm thạch

14

6

“ olid surface”

53

13

Tre

10

7

Đá tan (hoạt thạch)

46

1

c. Công nghệ sản xuất
Từ khi đá nhân tạo xuất hiện tới nay, có 3 công nghệ sản xuất chính như sau:
• Công nghệ “ghép mảnh” ra đời cách đây 00 năm là công nghệ đầu tiên về sản xuất
đá nhân tạo. Công nghệ này sử dụng các hạt đá nhỏ đổ vào khuôn rồi đổ vữa vào nung.
Hiện tại, công nghệ này vẫn còn được sử dụng trên thế giới. Nhược điểm của sản phẩm
này đó là phương pháp sản xuất mang tính thủ công, không đồng nhất và rất đắt do