Xem mẫu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI ---------------- VŨ MINH TRỌNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HÓA LÝ VÀ HÌNH THÁI CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP PE/EVA/TRO BAY BIẾN TÍNH HỮU CƠ Chuyên ngành Mã số : Hóa lý thuyết và Hóa lý : 62440119 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Người hướng dẫn: GS.TS Thái Hoàng Hà Nội, 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI: Phòng Hóalývậtliệuphikimloại, Viện Kỹthuậtnhiệtđới -Viện HànlâmKhoahọcvà Côngnghệ ViệtNam Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. THÁI HOÀNG Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Việt Bắc Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự. Phản biện 2: GS.TS. Đinh Thị Ngọ Đại học Bách khoa Hà Nội. Phản biện 3: PGS.TS. Ngô Trịnh Tùng Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án cấp Viện, tại Viện Kỹthuật nhiệtđới,vào hồi 9 giờ 00 ngày 29 tháng 07 năm 2015. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Trang web của Viện Kỹ thuật nhiệt đới: http://itt.ac.vn A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của đề tài Tro bay (fly ash-FA) là khói bụi của các nhà máy nhiệt điện, một loại phế thải đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường trầm trọng. Hàng năm, các nhà máy nhiệt điện đã thải ra một lượng lớn tro bay làm ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của con người. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu, ứng dụng thành công tro bay vào các lĩnh vực khác nhau để tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào này. Ở nước ta, việc sử dụng tro bay mới bắt đầu trong quá trình sản xuất chất kết dính và bê tông xây dựng với khối lượng hạn chế. Nghiên cứu ứng dụng tro bay trong sản xuất vật liệu tổ hợp 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, để tăng cường khả năng tương tác, bám dính và trộn lẫn tro bay với polyme, cần phải biến tính tro bay bằng các hợp chất thích hợp như các hợp chất silan hữu cơ, các axit hữu cơ. Một số công trình đã nghiên cứu biến tính tro bay bằng hợp chất silan hữu cơ và sử dụng tro bay biến tính để chế tạo vật liệu tổ hợp ở trạng thái nóng chảy như polypropylen (PP)/tro bay, polyetylen tỷ trọng cao (HDPE)/tro bay, polyetylen (PE)/tro bay, copolyme etylen vinyl axetat (EVA)/tro bay.... Tuy nhiên, các công trình nêu trên mới chỉ nghiên cứu chế tạo, xác định các đặc trưng, tính chất của vật liệu tổ hợp trên cơ sở 1 polyme mà chưa đề cập đến vật liệu có 2 polyme khác nhau và tro bay biến tính. Các nghiên cứu đưa tro bay vào hỗn hợp polyme có độ phân cực khác nhau vẫn chưa được công bố. Đề tài luận án này sử dụng copolyme etylen vinyl axetat (EVA) phối trộn với polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) nhằm kết hợp các tính chất tốt của EVA và LDPE. Với những lý do trên, nghiên cứu sinh tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tính chất hóa lý và hình thái cấu trúc của vật liệu tổ hợp PE/EVA/tro bay biến tính hữu cơ” với mục đích tạo ra vật liệu tổ hợp có tính chất cơ học cao, bền nhiệt, bền thời tiết, khả năng chống cháy cao, cách điện tốt. Từ đó, có thể ứng dụng vật liệu này trong sản xuất các sản phẩm kỹ thuật và dân dụng như vỏ bọc dây điện, cáp điện lực, cáp thông tin và một số sản phẩm kỹ thuật khác. 2. Nội dung và mục đích nghiên cứu của luận án - Biến tính tro bay bằng các các hợp chất silan, lựa chọn một loại hợp chất silan biến tính tro bay có hiệu quả nhất. - Khảo sát điều kiện chế tạo, tỉ lệ thành phần giữa tro bay và hợp chất silan, tỉ lệ khối lượng LDPE/EVA, từ đó xác định điều kiện và thành phần thích hợp để chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay chưa biến tính và biến tính. - 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 hợp LDPE/EVA/tro bay biến tính và chưa biến tính. - 1 - - Lựa chọn được vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay biến tính có thể định hướng ứng dụng chế tạo vỏ dây cáp điện lực, cáp thông tin. 3. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và những đóng góp mới của luận án - Đã biến tính thành công tro bay bằng 3 hợp chất silan là Vinyltrimetoxysilan (VTMS), 3-Glyxidoxypropyltrimetoxysilan (GPTMS), Vinyltrietoxysilan (VTES). Trong số 3 hợp chất silan, đã lựa chọn được silan có hiệu suất ghép lớn nhất là VTMS. Biến tính tro bay đã làm giảm kích thước, giảm độ trơn trượt và độ phân cực của hạt, làm tăng khả năng phân tán và bám dính của tro bay trong nền polyme. - Tro bay biến tính VTMS (MFA) tương tác với EVA trong polyme blend LDPE/EVA bằng các tương tác lưỡng cực và liên kết hydro là nguyên nhân tạo cho vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA có tính chất lưu biến, độ bền oxy hóa nhiệt, độ bền bức xạ tử ngoại - nhiệt ẩm, khả năng chống cháy lớn hơn so với polyme blend LDPE/EVA và vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay chưa biến tính (FA) (trừ khả năng chống cháy). - Vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA có thể định hướng ứng dụng làm vật liệu cách điện (vỏ bọc dây cáp điện lực, cáp thông tin). 4. Cấu trúc của luận án Luận án bao gồm 140 trang. Phần mở đầu: 3 trang; Chương 1. Tổng quan: 42 trang; Chương 2. Thực nghiệm: 11 trang; Chương 3. Kết quả và thảo luận: 60 trang, trong đó có 14 bảng, 33 hình; Phần kết luận: 1 trang; Những đóng góp mới của luận án: 1 trang; Danh mục các công trình công bố của tác giả: 1 trang, với 4 công trình trong nước và 1 công trình quốc tế (SCI) được công bố; Tài liệu tham khảo: 13 trang với 117 tài liệu; Phụ lục: 8 trang với hình, ảnh quét kết quả thực nghiệm. B. PHẦN NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1 trình bày tổng quan những vấn đề sau: 1. Tro bay: Thành phần, đặc điểm, hình thái cấu trúc, tình hình sản xuất, tiêu thụ tro bay trên thế giới và Việt Nam, ứng dụng và biến tính tro bay. 2. EVA và PE: Cấu tạo, hình thái cấu trúc, tính chất, ứng dụng của EVA và PE, tình hình sản xuất, tiêu thụ EVA, PE trên thế giới và Việt Nam. 3. Vật liệu tổ hợp trên cơ sở PE và EVA: Giới thiệu về vật liệu polyme blend LDPE/EVA, vật liệu tổ hợp trên cơ sở polyme blend LDPE/EVA/phụ gia vô cơ, vật liệu tổ hợp trên cơ sở các polyme EVA, PE và tro bay. Từ nghiên cứu tổng quan có thể thấy, việc lựa chọn điều kiện công nghệ, lựa chọn chất biến tính và hàm lượng thích hợp để biến tính tro bay vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Đặc biệt, các kết quả nghiên cứu đưa tro bay biến tính vào hỗn hợp polyme có độ phân cực khác nhau như vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay đến nay vẫn chưa được công bố. Vì vậy, luận án này tập trung nghiên cứu các vấn đề còn tồn tại nêu trên. - 2 - 1. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu và hoá chất - Tro bay silo (FA) của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại có hàm lượng SiO2 + Fe2O3 + Al2O3 ≥ 86 %, độ ẩm 0,3 %, kích thước hạt chủ yếu nằm trong khoảng 1-5 μm. - Copolyme etylen-vinyl axetat (EVA) có hàm lượng vinyl axetat 10 %, tỷ trọng d = 0,93 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 89 ÷ 92 oC, chỉ số chảy (MFI) 1,3 g/10 phút (190oC/2,16 kg), sản phẩm thương mại của Công ty Hanwha Hàn Quốc. - Polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE), tỷ trọng d = 0,923, nhiệt độ nóng chảy 105 ÷ 107 °C, chỉ số chảy (MFI) 2,5g/10 phút (190oC/2,16kg), sản phẩm thương mại của Malaysia. - Vinyltrimetoxysilan (VTMS), sản phẩm thương mại của hãng Merck (Đức), độ tinh khiết 99,9%, tỷ trọng d = 0,97, nhiệt độ sôi 123 °C, có công thức hóa học là: CH2=CHSi(OCH3)3 - 3-Glyxidoxypropyltrimetoxysilan (GPTMS), sản phẩm thương mại của công ty Aldrich (Mỹ), tỷ trọng d = 1,07, nhiệt độ sôi 120 °C, có công thức hóa học: CH2(O)CHCH2O(CH2)3Si(OCH3)3. - Vinyltrietoxysilan (VTES), sản phẩm thương mại của hãng Merck (Đức), độ tinh khiết 99,9%, tỷ trọng d = 0,903, nhiệt độ sôi 160-161 °C, có công thức hóa học: CH2=CHSi(OC2H5)3. Axit nitric (HNO3) 65%, axit axetic (CH3COOH), etanol (C2H5OH) 96o: sản phẩm thương mại của Trung Quốc. 2.2. Chế tạo vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/tro bay 2.2.1. Biến tính tro bay Tro bay chưa xử lý sau khi sấy ở 100 ºC trong 3 giờ, được oxy hoá bằng axit HNO3 trong 3 giờ để loại bỏ các tạp chất. Lọc rửa tro bay thu được bằng nước cất trên phễu Bucne sau đó đem sấy ở 100 ºC trong 4 giờ thu được tro bay sạch. Chuẩn bị hỗn hợp gồm 300 ml dung dịch etanol 96o và từng hợp chất silan như VTMS, VTES, GPTMS với hàm lượng silan thay đổi từ 1% đến 4%. Hỗn hợp etanol và từng hợp chất silan được khuấy đều trên máy khuấy từ trong 30 phút, nhiệt độ 60 ºC. Đưa 100 gam tro bay sạch vào hỗn hợp silan và etanol, khuấy đều trong 2 giờ, nhiệt độ 60 ºC. Sau đó đem lọc, rửa hỗn hợp chứa tro bay sạch đã biến tính hợp chất silan bằng cồn tuyệt đối trên phễu Bucne. Sấy sơ bộ tro bay đã biến tính hợp chất silan ở 60 ºC trong 4 giờ và tiếp tục sấy trong tủ sấy chân không ở 100 ºC trong 2 giờ. - 3 - ... - tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn