Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chống cháy trên nền polyurethane.doc

Dịch vụ viết thuê đề tài – KB Zalo/Tele 0917.193.864 – luanvantrust.com
Kham thảo miễn phí – Kết bạn Zalo/Tele mình 0917.193.864
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Hắc Thị Nhung
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT
CHỐNG CHÁY TRÊN NỀN POLYURETHANE
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Hà Nội -

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Hắc Thị Nhung
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT
CHỐNG CHÁY TRÊN NỀN POLYURETHANE
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 8440114
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Hoàng Mai Hà
Hà Nội -

i
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu chế tạo vật liệu
compozit chống cháy trên nền polyurethane” là do tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn của TS. Hoàng Mai Hà. Đây không phải là bản sao chép của bất kỳ
cá nhân hay tổ chức nào. Các số liệu, kết quả trong luận văn là do tôi tiến
hành, tính toán, đánh giá và chưa từng được ai công bố trên bất kỳ công trình
nghiên cứu trước đây.
Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm
2020
Học viên
Hắc Thị Nhung

ii
Lời cảm ơn
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của
bản thân, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy,
cô giáo, cũng như sự động viên, khích lệ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp.
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Mai Hà – Viện
Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, người đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận
văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp thuộc phòng Vật liệu
tiên tiến, Viện Hóa học đã nhiệt tình hỗ trợ tôi trong suốt thời gian làm luận
văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trong Khoa
Hóa học và Phòng Sau đại học, Học viện Khoa học và Công nghệ đã tận tình
truyền đạt những kiến thức quý báu, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu tại trường.
Tôi trân trọng và biết ơn sâu sắc gia đình và bạn bè đã động viên, giúp
đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2020
Học viên
Hắc Thị Nhung

iii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Ký hiệu Tiếng anh Diễn giải
APP Ammonium polyphosphate Ammonium polyphosphate
C5 Cyclopentane Cyclopentane
CNT Carbon nanotube Ống nano cacbon
EG Expandable graphite Graphit giãn nở nhiệt
FPU Flexible polyurethane foam Xốp polyurethane mềm
FR Flame retardant Chất chống cháy
HGM Hollow glass microsphere Cầu thủy tinh rỗng kích
thước micro
LDH Layered double hydroxide Hydroxit lớp kép
LOI Limited oxygene index Chỉ số oxy giới hạn
MC Melamine cyanurate Melamine cyanurate
MDI Diphenylmethane diisocyanate Diphenylmethane
diisocyanate
MMT Montmorillonite Montmorillonite
PIR-PUR Polyisocyanurate-polyurethane Polyisocyanurate-
polyurethane
PU Polyurethane Polyurethane
PUF Polyurethane foam Xốp polyurethane
SEM Scan electron microscopy Hiển vi điện tử quét

iv
TDI Toluene diisocyanate Toluene diisocyanate
TEM Transmission electron Hiển vi điện tử truyền qua
microscopy
TEP Triethylphosphate Triethylphosphate
TGA Thermogravimetric analysis Phân tích nhiệt trọng lượng
TPU Thermal polyurethane Polyurethane nhiệt dẻo
UL94-HB Horizontal burning test Thử nghiệm cháy ngang
UL94-V Vertical burning test Thử nghiệm cháy đứng
XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X

v
Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1: Các thành phần trong PU và lý do sử dụng chúng...........................5
Bảng 1.2: Cấu trúc hóa học của một số isocyante quan trọng..........................7
Bảng 2.1: Thành phần phối liệu của các compozit trên nền polyurethane.....27
Bảng 2.2: Thành phần phối liệu của các nanocompozit clay/EG/PUF ..........28
Bảng 2.3: Tiêu chí phân loại khả năng chống cháy của vật liệu theo UL94-V
31
Bảng 3.1: Kết quả kiểm tra cháy UL-94 của các compozit PUF ...................34
Bảng 3.2: Kết quả kiểm tra tính chất chống cháy của các compozit PUF .....44
Bảng 3.3: Tính chất cơ lý của PUF tinh khiết và các compozit PUF.............47

vi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1. Quy mô thị trường PU ở Mỹ từ năm 2014-2025 (Tỷ USD) ............4
Hình 1.2. Con đường chung để tổng hợp polyurethane ...................................4
Hình 1.3. Công thức cấu tạo của một số polyol điển hình ...............................6
Hình 1.4. Một số ứng dụng của polyurethane trong xây dựng.......................11
Hình 1.5. Cấu trúc hóa học của một số chất chống cháy halogen phổ biến...14
Hình 1.6. Hoạt động trong pha rắn của FRs dựa trên phốt pho .....................15
Hình 1.7. Cấu trúc chung của vật liệu chống cháy phốt pho..........................16
Hình 1.8. Cấu trúc hóa học của một số FR chứa nitơ phổ biến .....................16
Hình 1.9. Minh họa cấu trúc mạng (a); ảnh SEM (b) và TEM (c) của MMT 20
Hình 1.10. Cấu trúc của graphit......................................................................21
Hình 2.1. Quy trình chế tạo compozit PUF ((*)
vòng/ phút)..........................26
Hình 2.2. Mô hình thử nghiệm khả năng chống cháy theo phương pháp
UL94-HB.........................................................................................................29
UL94-V ...........................................................................................................30
Hình 3.1. Giá trị LOI của các compozit APP/PUF, MC/PUF và EG/PUF ở
các hàm lượng chất độn khác nhau .................................................................36
Hình 3.2. Hình ảnh của mẫu PUF tinh khiết và mẫu compozit APP/PUF (a,
a’), MC/PUF (b, b’) và EG/PUF (c, c’) ở các hàm lượng chất độn khác nhau
sau khi kiểm tra cháy ngang và cháy đứng .....................................................37
Hình 3.3. Ảnh SEM của 15EG/PUF trước (a) và sau khi bị đốt cháy (b) và
ảnh phóng đại tương ứng của chúng (a’) và (b’).............................................39
Hình 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng các chất độn đến độ bền nén ở 10% của
các compozit PUF (a) và đường cong độ bền nén của các compozit ở 25%
hàm lượng chất độn (b) ...................................................................................41

vii
Hình 3.5. Ảnh SEM của các mẫu xốp: PUF tinh khiết (a), 20APP/PUF (b),
20MC/PUF (c) và 20EG/PUF (d) ở cùng độ phóng đại .................................42
Hình 3.6. Đường cong TGA và DTG của PUF tinh khiết (a), compozit
15EG/PUF (b) và nanocompozit 5clay/15EG/PUF (c)...................................46
Hình 3.7. Độ bền nén của các vật liệu xốp PU...............................................48
Hình 3.8. Giản đồ XRD của nanoclay và nanocompozit PUF (a) và ảnh TEM
của nanocompozit 5clay/15EG/PUF (b) .........................................................49
Hình 3.9. Độ dẫn nhiệt của xốp PU tinh khiết và các compozit PUF............50

viii
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan......................................................................................................i
Lời cảm ơn.........................................................................................................ii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ..............................................................iii
Danh mục bảng biểu..........................................................................................v
Danh mục các hình vẽ, đồ thị...........................................................................vi
MỤC LỤC..................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...........................................................3
1.1. POLYURETHANE................................................................................3
1.1.1. Giới thiệu chung về polyurethane...................................................3
1.1.2. Phương pháp tổng hợp polyurethane ..............................................4
1.1.3. Các loại polyurethane......................................................................9
1.1.4. Ứng dụng của Polyurethane..........................................................10
1.2. CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY..............................................................12
1.2.1. Các hợp chất chống cháy chứa halogen........................................13
1.2.2. Các chất chống cháy chứa phốt pho..............................................14
1.2.3. Các chất chống cháy chứa nitơ .....................................................16
1.2.4. Vật liệu chống cháy cấu trúc nano................................................17
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XỐP POLYURETHANE CHỐNG
CHÁY..........................................................................................................21
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước .................................................21
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước..................................................23
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25
2.1. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ.................................................................25
2.1.1. Hóa chất.........................................................................................25
2.1.2. Thiết bị ..........................................................................................25

ix
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............................................26
2.2.1. Chuẩn bị mẫu xốp PUF.................................................................26
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu tính chất chống cháy .....................28
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu sự ổn định nhiệt của xốp PU................32
2.2.4. Các phương pháp nghiên cứu tính chất cơ lý................................32
2.2.5. Phương pháp nghiên cứu hình thái bề mặt....................................32
2.2.6. Các phương pháp nghiên cứu khả năng phân tán của vật liệu cấu
trúc nano..................................................................................................33
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................34
3.1. COMPOZIT TRÊN NỀN POLYURETHANE ...................................34
3.1.1. Ảnh hưởng của các chất chống cháy khác nhau đến tính chất
chống cháy của xốp PU...........................................................................34
3.1.2. Ảnh hưởng của các chất chống cháy khác nhau đến cơ tính của
xốp PU.....................................................................................................40
3.2. NANOCOMPOZIT CLAY/EG/PUF...................................................43
3.2.1. Tính chất chống cháy của nanocompozit......................................43
3.2.2. Sự ổn định nhiệt của nanocompozit..............................................44
3.2.3. Tính chất cơ lý của nanocompozit ................................................46
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN...............................................................................52
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .............................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................54

1
MỞ ĐẦU
Theo báo cáo trong Hội nghị Tổng kết công tác năm 2019 của Cục
Cảnh sát PCCC và CNCH, cả nước xảy ra 3790 vụ cháy làm chết 85 người, bị
thương 126 người, thiệt hại về tài sản ước tính lên tới 1527 tỷ đồng và 3952
ha rừng. Cháy lớn gây thiệt hại nghiêm trọng tập trung chủ yếu tại các địa
phương có tốc độ phát triển kinh tế và đô thị hóa nhanh, có nhiều khu công
nghiệp, khu chế xuất, chợ, trong tâm thương mại, nhà cao tầng. Mặc dù, tình
hình cháy nổ diễn biến phức tạp và ngày càng nghiêm trọng nhưng ý thức
người dân về tuân thủ các quy tắc an toàn phòng chống cháy nổ, đặc biệt
trong sử dụng điện, sử dụng lửa…chưa tốt dẫn đến những nguy cơ cháy nổ
xảy ra cao. Bên cạnh đó, nước ta đang trong giai đoạn tăng trưởng mạnh, quá
trình công nghiệp hóa, hiện đại hoá ngày càng nhanh, số công trình xây dựng
gia tăng từ 30.000 đến 50.000 công trình/năm. Các khu công nghiệp, cơ sở
sản xuất, kinh doanh, cùng với các tòa cao ốc, các khu chung cư được xây
dựng ngày càng nhiều. Hơn thế nữa, hiện nay các vật liệu từ polyme và các
vật liệu compozit được sử dụng ngày càng nhiều trong các công trình xây
dựng do tính tiện lợi và thẩm mỹ mà nó mang lại. Trong khi đó, hầu hết các
loại nhựa, kể cả nhựa kỹ thuật lẫn dân dụng, đều có tính bắt cháy cao do cấu
trúc phân tử mạch cacbon của chúng. Đó là một trong những nguyên nhân
làm các ngọn lửa lan rộng nhanh chóng, gây khó khăn trong công tác cứu hộ ở
một số đám cháy hiện nay. Vì vậy, việc nghiên cứu cải thiện tính dễ cháy của
các polyme được sử dụng nhiều trong xây dựng là một vấn đề mang tính cấp
bách và thực sự cần thiết.
Xốp polyurethane cứng là một trong những vật liệu cách âm, cách nhiệt
được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và đời sống, đặc biệt là trong ngành
công nghiệp xây dựng, vì nhiều ưu điểm nổi bật của nó như độ dẫn nhiệt thấp,
trọng lượng nhẹ, độ thấm ẩm thấp, tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng bám
dính với các vật liệu khác như bê tông, tôn, nhôm… tốt. Tính riêng ở Việt
Nam, tổng lượng các nguyên liệu polyol và isocyanate dùng để chế tạo xốp
polyurethane mà chúng ta nhập khẩu mỗi năm lên tới hàng chục nghìn tấn và
giá trị của các sản phẩm xây dựng từ xốp polyurethane như tấm lợp, vách

2
ngăn và gạch mát do các công ty trong nước chế tạo mỗi năm lên tới hàng
nghìn tỷ đồng. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của xốp polyurethane cứng là
tính dễ cháy và giải phóng ra nhiều khói và khí độc khi cháy, tiềm ẩn nguy
hiểm khi sử dụng trong các công trình xây dựng. Từ đó có thể thấy rằng, việc
nâng cao khả năng chống cháy cho các sản phẩm từ xốp polyurethane là hết
sức cần thiết.
Các hợp chất chứa halogen là chất chống cháy truyền thống có hiệu quả
chống cháy cao cho các polyme. Tuy nhiên, các polyme có chứa halogen sẽ
giải phóng ra nhiều khói và khí độc trong quá trình cháy, ảnh hưởng nghiêm
trọng tới môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy, những chất chống cháy
halogen gần như không còn được sử dụng và thậm chí đã bị cấm ở nhiều quốc
gia. Xu hướng hiện nay của thế giới là nghiên cứu, chế tạo và sử dụng những
phụ gia chống cháy “xanh” thân thiện với môi trường và an toàn với sức khỏe
con người. Do đó, các phụ gia chống cháy như các hợp chất chứa phốt pho,
nitơ, các vật liệu cấu trúc nano hoặc tổ hợp của chúng đang được nghiên cứu
và sử dụng rộng rãi. Vì vậy, nhằm nghiên cứu và chế tạo vật liệu compozit
chống cháy trên nền xốp polyurethane thân thiện với môi trường và độ bền cơ
tính cao, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit
chống cháy trên nền polyurethane”. Đề tài gồm các nội dung sau:
1. Nghiên cứu chế tạo compozit trên nền polyurethane sử dụng các phụ
gia chống cháy khác nhau như ammonium polyphosphate, melamine
cyanurate, graphit giãn nở nhiệt và nanoclay hữu cơ;
2. Đánh giá khả năng chống cháy và tính chất cơ lý của các compozit đã
tổng hợp được;

3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. POLYURETHANE
1.1.1. Giới thiệu chung về polyurethane
Polyurethane (PU) là một nhóm vật liệu polyme đặc biệt, chúng có thể
được kết hợp vào nhiều loại vật liệu khác nhau, như sơn, lớp phủ lỏng, chất
đàn hồi, chất cách điện, sợi đàn hồi, da tích hợp, vv. Một số loại PU xuất hiện
ngày nay là do những cải tiến trong sáng chế của nhà khoa học người Đức
GS. Otto Bayer và các đồng nghiệp của ông. Việc phát minh ra kỹ thuật
polyaddition diisocyanate của nhóm nghiên cứu trên đã mở ra ngành công
nghiệp PU vào năm 1937, trong đó, PU được tạo ra thông qua phản ứng giữa
diisocyanate và polyeste diol.
PU lần đầu tiên được phát triển thay thế cho cao su trong Thế chiến II.
Vào giữa những năm 1950, vật liệu PU được đưa vào sản xuất công nghiệp
đầu tiên là lớp phủ PU. Đến cuối những năm 1950, đệm mềm được làm từ
xốp PU mềm được đưa ra thị trường. Ngoài ra, xốp PU mềm được tổng hợp
từ các polyol polyete giá rẻ còn được phát triển rộng rãi trong một số ứng
dụng như tự động hóa và vật liệu bọc vẫn còn được sử dụng tới ngày nay.
Những cải tiến liên tục trong kỹ thuật chế biến, các loại phụ gia và các công
thức đã góp phần đa dạng hóa ứng dụng của vật liệu này. Hiện nay, PU là một
trong những loại polyme phổ biến, đa dạng và được nghiên cứu rộng rãi nhất
trên thế giới. Những vật liệu này có độ bền cơ lý cao làm cho chúng phù hợp
để thay thế một số vật liệu như kim loại, nhựa và cao su trong hàng loạt các
sản phẩm kỹ thuật. Do đó, chúng được ứng dụng rộng rãi trong y sinh, xây
dựng, tự động hóa, dệt may và trong một số lĩnh vực khác [1].
Do có thể tổng hợp từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau mà PU có
được nhiều đặc tính khác nhau và nhiều ứng dụng đặc biệt. Chúng có thể
được phân thành nhiều loại dựa trên các tính chất: xốp cứng, xốp mềm, nhựa
nhiệt dẻo, chất kết dính, lớp phủ, chất bịt kín và chất đàn hồi. Quy mô thị
trường các sản phẩm PU và ước tính tới năm 2025 ở Mỹ được đưa ra trong
Hình 1.1 [2]. Trong số các ứng dụng chính, xốp PU là một trong những sản

4
phẩm dựa trên PU nổi bật nhất và được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu với số
lượng lớn. Khoảng 50% sản lượng xốp PU được tiêu thụ trên thị trường hiện
nay là xốp PU cứng.
Xốp cứng Xốp mềm Vật liệu phủ Chất kết dính và bịt kín
Nhựa nhiệt dẻo Vật liệu khác
Hình 1.1. Quy mô thị trường PU ở Mỹ từ năm 2014-2025 (Tỷ USD)
1.1.2. Phương pháp tổng hợp polyurethane
Các vật liệu PU có thể được tổng hợp thông qua nhiều phương pháp
khác nhau. Phương pháp phổ biến nhất là thông qua phản ứng giữa một polyol
và diisocyanate [3]. Hình 1.2 minh họa con đường tổng hợp điển hình của PU.
Các chất phụ gia và chất xúc tác thích hợp cũng có thể được kết hợp để thu
được vật liệu PU mong muốn.
Hình 1.2. Con đường chung để tổng hợp polyurethane

5
Bảng 1.1: Các thành phần trong PU và lý do sử dụng chúng
Thành phần Lý do sử dụng
Isocyanate Là tiền chất, đồng thời quyết định khả năng
đóng rắn của PU.
Polyol Đóng góp các đoạn mạch dài linh hoạt, tạo ra
các polyme mềm dẻo
Xúc tác Để tăng tốc độ phản ứng giữa isocyanate và
polyol và cho phép phản ứng diễn ra ở nhiệt độ
thấp hơn
Chất/ hóa dẻo Để giảm độ cứng vật liệu
Chất tạo màu Sản xuất vật liệu PU màu, đặc biệt cho mục
đích thẩm mỹ
Chất tạo liên kết chéo Để biến đổi cấu trúc của phân tử PU và tăng
cường tính chất cơ học của vật liệu
Tác nhân trợ nở/ Chất Để hỗ trợ sản xuất xốp PU, giúp kiểm soát sự
hoạt động bề mặt hình thành bong bóng trong tổng hợp và kiểm
soát cấu trúc lỗ xốp
Chất độn Để giảm thiểu chi phí và cải thiện tính chất vật
liệu, chẳng hạn như độ cứng và độ bền kéo
Chất chống cháy Để giảm tính dễ cháy của vật liệu
Chất giảm khói Để giảm tỷ lệ phát sinh khói khi vật liệu bị
cháy
Phụ gia có thể được đưa vào trong quá trình tổng hợp PU bao gồm chất
làm chậm cháy, chất tạo màu, chất tạo liên kết chéo, các chất độn, chất trợ nở
và chất hoạt động bề mặt. PU có thể được chế tạo thành bất kỳ hình dạng nào
với nhiều đặc tính khác nhau chỉ bằng cách thay đổi số lượng và loại polyol,

6
isocyanate hoặc chất phụ gia. Các thành phần phổ biến nhất có thể được tìm
thấy trong các PU điển hình và các lý do sử dụng được trình bày trong Bảng
1.1 [1].
1.1.2.1. Polyol
Các polyol được sử dụng cho tổng hợp PU là các oligome hay các
polyme chứa ít nhất hai nhóm hydroxyl (–OH). Có nhiều loại polyol khác
nhau, trong đó các loại polyol được sử dụng phổ biến nhất là polyete và
polyeste.
Hình 1.3. Công thức cấu tạo của một số polyol điển hình

7
Polyol thường được sử dụng dưới dạng hỗn hợp của các phân tử tương
tự về bản chất nhưng có trọng lượng phân tử và số lượng các nhóm –OH khác
nhau. Mặc dù hỗn hợp các polyol rất phức tạp, nhưng các polyol sử dụng
trong công nghiệp có thành phần đã được kiểm soát cẩn thận để có được các
tính chất phù hợp. Ví dụ, xốp PU cứng được làm từ các polyol có trọng lượng
phân tử thấp (vài trăm đơn vị), trong khi xốp PU mềm thường sử dụng các
polyol có trọng lượng phân tử cao (khoảng trên mười nghìn đơn vị) [1].
1.1.2.2. Isocyanate
Bảng 1.2: Cấu trúc hóa học của một số isocyante quan trọng
Hợp chất Cấu trúc
Methylene diphenyl
diisocyanate
Hexamethylene
diisocyanate
Isophorone diisocyanate
Toluene diisocyanate
Hexamethylene
diisocyanate
Isocyanate là thành phần quan trọng trong việc tổng hợp polyurethane.
Isocyanate sử dụng để tổng hợp PU phải có hai hoặc nhiều nhóm isocyanate (-
NCO) trên mỗi phân tử. Các isocyanate được sử dụng phổ biến nhất là

8
methylene diphenyl diisocyanate (MDI), toluene diisocyanate (TDI) và các
diisocyanate mạch thẳng. Cấu trúc của một số isocyanate phổ biến được minh
họa trong Bảng 1.2. Nói chung, MDI và TDI rẻ hơn và có khả năng phản ứng
cao hơn so với các isocyanate khác. MDI và TDI sử dụng trong công nghiệp
là hỗn hợp các đồng phân và thường bao gồm vật liệu polyme. Chúng thường
được sử dụng để sản xuất xốp PU mềm được ứng dụng trong sản xuất ghế
ngồi xe hơi hoặc xốp để sản xuất nệm [4]. Chúng cũng có thể được sử dụng
để sản xuất xốp cứng, làm vật liệu cách nhiệt trong tủ lạnh và sản xuất các vật
liệu có tính đàn hồi (như cho đế giày).
1.1.2.3. Xúc tác
Các chất xúc tác thường được kết hợp vào PU có thể được phân thành
hai loại chính: các phức kim loại và các hợp chất amin. Xúc tác amin truyền
thống bao gồm các amin bậc ba, như dimethylcyclohexylamine,
dimethylethanolamin, 1,4-diazabicyclo [2.2.2]octane và triethylenediamine.
Việc lựa chọn các chất xúc tác amin dựa trên khả năng điều khiển phản ứng
trime hóa ure, urethane hoặc isocyanate của chúng. Các phức kim loại từ các
hợp chất của bismuth, chì, kẽm, thiếc và thủy ngân cũng có thể được sử dụng
làm chất xúc tác cho phản ứng tổng hợp PU. Thông thường, chất xúc tác được
sử dụng trong việc tổng hợp PU có tính chọn lọc tùy thuộc vào ứng dụng. Ví
dụ, các nanohybrid CuCo2O4/g-C3H4 được sử dụng để giảm phát sinh CO và
nguy cơ hỏa hoạn [5].
1.1.2.4. Các chất kéo dài mạch và tạo liên kết chéo
Một nhóm hợp chất khác thường đóng vai trò quan trọng trong hình
thái polyme của PU là chất kéo dài mạch và chất tạo liên kết chéo. Các hợp
chất này thường kết thúc bằng các nhóm amin hoặc hydroxyl, với khối lượng
phân tử thấp. Một số chất kéo dài mạch được sử dụng phổ biến bao gồm 1,4-
butanediol, cyclohexane dimethanol, ethylene glycol, hydroquinone bis (2-
hydroxyetyl) ete và 1,6-hexanediol [1].
1.1.2.5. Chất hoạt động bề mặt

9
Chất hoạt động bề mặt thường được sử dụng để cải thiện các tính chất
của vật liệu PU. Chúng thường là các polydimetylsiloxan - polyoxyalkylene,
ethylylate nonylphenol, dầu silicone và một số hợp chất hữu cơ khác. Đối với
việc sản xuất xốp PU, chất hoạt động bề mặt được sử dụng để nhũ hóa các
thành phần chất lỏng, kiểm soát kích thước lỗ xốp và ổn định cấu trúc lỗ xốp
nhằm chống lại sự sụp đổ của cấu trúc cũng như hạn chế việc tạo khoảng
trống giữa các bề mặt tiếp xúc. Trong một số vật liệu PU khác, chúng được sử
dụng như tác nhân chống tạo bọt và khí. Tuy nhiên, có một vài nhược điểm
liên quan đến việc sử dụng chất hoạt động bề mặt để tổng hợp PU. Ví dụ, các
chất hoạt động bề mặt thông thường có khối lượng phân tử thấp có thể gây ra
sự phân lớp và ăn mòn [6].
1.1.3. Các loại polyurethane
1.1.3.1. Xốp polyurethane cứng
Xốp PU cứng có thể được tổng hợp từ nguồn polyol gốc dầu mỏ hoặc
polyol sinh học từ dầu thực vật hoặc lignin thực vật. Các tính chất của PU phụ
thuộc vào loại nhóm hydroxyl có trong polyol. Ví dụ, Các PU được tổng hợp
từ glycerine (một polyol gốc dầu mỏ, chứa một nhóm hydroxyl sơ cấp) và từ
dầu thực vật thể hiện các tính chất cơ lý khác nhau. Ngoài ra, phản ứng giữa
một polyol chứa nhóm hydroxyl thứ cấp và isocyanate thấp hơn so với phản
ứng giữa một polyol chứa nhóm hydroxyl sơ cấp và isocyanate. Vì vậy, hỗn
hợp giữa các polyol này thường được sử dụng để giảm sự tiêu thụ của polyol
gốc dầu mỏ [7].
Xốp PU cứng được biết đến nhiều nhất với vai trò là vật liệu cách nhiệt
và tiết kiệm năng lượng. Việc sử dụng loại vật liệu này giúp giảm đáng kể chi
phí năng lượng và giá thành sản phẩm. Theo báo cáo từ Bộ Năng lượng Mỹ,
hệ thống sưởi và làm mát là một trong những nguồn tiêu thụ năng lượng chính
trong phần lớn các hộ gia đình và chiếm khoảng 48% tổng năng lượng tiêu
thụ trong một hộ gia đình ở Mỹ [8]. Để đảm bảo sự ổn định nhiệt cũng như
giảm tiếng ồn cho các thiết bị gia dụng và thương mại, các nhà xây dựng sẽ sử
dụng xốp PU cứng. Vật liệu này đã được chứng minh là có hiệu quả trong
việc cách nhiệt, và do đó đã được áp dụng trong cửa sổ cách nhiệt, tường và

10
mái nhà cách nhiệt cũng như trong chất bịt kín ngăn cách cho không khí và
cửa ra vào.
1.1.3.2. Xốp polyurethane mềm
Xốp PU mềm (FPU) bao gồm các copolyme khối có độ mềm dựa trên
tỷ lệ giữa các đoạn mềm và cứng [9]. Do đó, tính chất của xốp PU có thể được
thay đổi thông qua việc kiểm soát tỷ lệ của các đoạn này. FPU được ứng dụng
như vật liệu đệm lót cho một loạt các sản phẩm tiêu dùng và thương mại, bao
gồm lớp đệm thảm, đồ nội thất, giường, nội thất ô tô, đóng gói và y sinh.
Xốp PU có tính bền hóa học cao do mức độ liên kết chéo và độ kết tinh
cao, nhưng độ bền kéo và xé. Để khắc phục những nhược điểm này, FPU
được gia cố bằng các loại sợi, như aramid, cacbon, bazan và sợi thủy tinh.
Hơn nữa, do đặc tính dễ cháy cao của FPU và nguy cơ phát thải ra môi trường
các khí độc như CO, NOx và HCN trong quá trình đốt cháy, vì vậy, các phụ
gia chống cháy cần được đưa vào công thức sản xuất FPU [10].
1.1.3.3. Polyurethane nhựa nhiệt dẻo
Polyurethane nhiệt dẻo (TPU) có các thuộc tính vật lý đa dạng và ứng
dụng rộng rãi nhất trong các loại polyurethane. Thông thường, TPU có tính
đàn hồi tốt với khả năng chịu tác động, mài mòn và thời tiết tốt. TPU có thể
được làm nóng chảy giống như các chất nhựa nhiệt dẻo khác. Chúng có thể
được gia công bằng cách sử dụng thiết bị ép đùn, thổi, nén và ép phun. Chúng
cũng có thể được phủ bằng dung dịch hoặc tạo hình chân không. Điều này
làm cho việc lựa chọn phương pháp sản xuất các sản phẩm dựa trên TPU trở
nên linh hoạt hơn. Sự kết hợp nhiều thuộc tính của TPU làm cho chúng phù
hợp với nhiều ứng dụng, chẳng hạn như trong ô tô, giày dép và xây dựng [11].
1.1.4. Ứng dụng của Polyurethane

Ứng dụng trong xây dựng

Vật liệu xây dựng cần phải đáp ứng một số yêu cầu nhất định, bao gồm
vật liệu có thể sản xuất với quy mô lớn, trọng lượng nhẹ, dễ lắp đặt, bền và
linh hoạt. Việc sử dụng PU trong ngành xây dựng đang gia tăng do những

11
tính chất đặc trưng của chúng như khả năng cách nhiệt tuyệt vời, tỷ lệ độ dài/
cân nặng đáp ứng yêu cầu, tính linh hoạt và độ bền cao. Hơn nữa, chi phí rẻ
đã khiến cho PU trở thành một phần không thể thiếu trong ngành xây dựng.
Một số ứng dụng phổ biến của PU trong xây dựng như sàn chống trơn, chịu
lực; tấm lợp, vách ngăn hoặc gạch mát cách âm, cách nhiệt; màng chống thấm
(Hình 1.4) [1].
Hình 1.4. Một số ứng dụng của polyurethane trong xây dựng

Tự động hóa

Các ứng dụng của PU trong ngành công nghiệp ô tô là rất lớn vì tỷ
trọng thấp, khả năng cách nhiệt tốt và bền cơ học. PU được sử dụng phổ biến
làm đệm trong ghế ngồi của ô tô. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong phần
thân xe, tấm chắn trước xe, cửa, cửa sổ và phần trần.

12
Bên cạnh đó, do tỷ trọng xốp PU thấp, chúng thích hợp cho việc sản
xuất các bộ phận cứng và nhẹ như sử dụng làm vách bên trong máy bay và
các khuôn cấu trúc như lõi vách ngăn, lõi dầm v.v. Hàng loạt các vật liệu dạng
sandwich khác được sử dụng trong xe thể thao cao cấp, tàu, máy bay và xe
đua cũng được dựa trên xốp PU. Điều này là do vật liệu PU có khả năng cách
nhiệt tốt, độ bền cao cũng như khả năng làm giảm năng lượng va chạm [12].

Hàng hải

Gần đây, vật liệu PU đã mang lại những sự phát triển vượt bậc cho
ngành hàng hải. Hỗn hợp nhựa epoxy - PU giúp bảo vệ thân tàu khỏi tác động
của thời tiết, sự ăn mòn và nước cũng như các yếu tố làm tăng lực cản khác.
Ngoài ra, xốp cứng PU giúp cách âm và cách nhiệt cho thuyền. Bên cạnh đó,
vật liệu này còn có khả năng chịu lực tốt, nó giúp tăng khả năng chống rách
và mài mòn cho thuyền. Trong ngành công nghiệp hàng hải, nhựa nhiệt dẻo
PU cũng thường được đưa vào các sản phẩm khác nhau dựa trên những ưu
điểm cụ thể mà chúng mang lại như độ đàn hồi, độ bền và khả năng gia công
dễ dàng, thích hợp làm lớp phủ dây cáp và dây điện, đai truyền động, ống
mềm, ống thủy lực ....[1].

Ứng dụng trong y tế

PU được sử dụng trong một số ứng dụng liên quan đến vật tư y tế, bao
gồm, các ống đa năng, rèm phẫu thuật, ống thông, giường bệnh, băng vết
thương và một số thiết bị bơm khác. Chúng được sử dụng cho các ứng dụng
này do sự tiện dụng, tính chất cơ lý và khả năng tương thích sinh học tốt của
chúng. Sự kết hợp của PU trong các ứng dụng liên quan đến y học giúp mang
lại hiệu quả kinh tế và mang lại sự dẻo dai và tuổi thọ cho vật liệu. Những đặc
tính này đã cho phép các vật liệu PU thay thế các vật liệu thông thường như
kim loại, gốm sứ và hợp kim [13].
1.2. CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY
Các chất chống cháy (FR) được sử dụng với mục đích ức chế hoặc ngăn
cản quá trình phân hủy của vật liệu cháy và quá trình đốt cháy theo các

13
cơ chế khác nhau. Chất chống cháy có thể được chia thành hai loại chính là
loại hoạt động pha khí và loại hoạt động pha rắn.
Các chất chống cháy hoạt động pha khí kìm hãm quá trình cháy của vật
liệu nền theo cơ chế:
- Cơ chế vật lý: Một số chất chống cháy tạo ra một lượng lớn các chất
không cháy được (H2O, CO2, ...). Các khí này giúp pha loãng các khí
dễ cháy. Ngoài ra, chúng có thể làm giảm nhiệt độ bằng cách hấp thụ
nhiệt.
- Cơ chế hóa học: Các gốc tự do H˙ và OH˙ của quá trình đốt cháy có thể
bị triệt tiêu nếu các chất phụ gia chống cháy giải phóng các gốc Cl˙,
Br˙. Các gốc tự do này phản ứng với nhau để tạo ra các phân tử kém
phản ứng hoặc thậm chí trơ.
Các cơ chế chống cháy của chất chống cháy hoạt động pha rắn bao
gồm:
- Pha loãng lượng vật liệu hữu cơ dễ cháy bằng cách thêm các hạt trơ.
- Giảm nhiệt độ của compozit bằng cách bổ sung chất độn có tác dụng
như chất tản nhiệt hoặc hấp thụ nhiệt.
- Giảm nhiệt độ bằng cách bổ sung các chất độn phân hủy thu nhiệt để
sinh ra nước hoặc các sản phẩm không cháy.
- Giảm lượng nhiệt giải phóng bằng cách sử dụng các polyme phân hủy
qua phản ứng thu nhiệt.
- Tăng vòng thơm trong cấu trúc của polyme để phân hủy thành muội
than bao phủ trên bề mặt vật liệu cháy làm chậm quá trình truyền nhiệt
vào trong compozit và làm giảm quá trình phân hủy ra các chất dễ cháy
của vật liệu. Đây là phương thức phổ biến nhất trong cơ chế của các
chất phụ gia hoạt động trong pha rắn [14].
1.2.1. Các hợp chất chống cháy chứa halogen
Các chất chống cháy chứa halogen là các phân tử kết hợp các nguyên tố
halogen bao gồm flo, clo, brom và iot. FR halogen có cấu trúc hóa học đa
dạng, chúng tồn tại ở cả dạng vô cơ và hữu cơ, nhưng các hợp chất halogen

14
hữu cơ là phụ gia chống cháy hiệu quả nhất cho polyme [15]. Các FR halogen
hoạt động ở pha khí như một chất ức chế, làm gián đoạn cơ chế lan truyền
ngọn lửa bằng cách giải phóng các gốc tự do.
Hình 1.5. Cấu trúc hóa học của một số chất chống cháy halogen phổ biến
Trong số các hợp chất halogen, các hợp chất clo hữu cơ và brom hữu cơ
được sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt là các hợp chất chống cháy chứa brom.
Các hợp chất brom hữu cơ vừa có tác dụng chống cháy hiệu quả vừa có chi
phí sản xuất thấp. Các FR chứa brom có cấu trúc rất đa dạng. Một số cấu trúc
được sử dụng phổ biến được thể hiện trong Hình 1.5 [16].
Tuy nhiên, các hợp chất chống cháy chứa halogen có nhược điểm là
trong quá trình cháy chúng sinh ra nhiều khói và khí độc gây ăn mòn và ảnh
hưởng đến môi trường. Ngoài ra, nhiều FR halogen đã được chứng minh là
khó phân hủy gây tích tụ sinh học. Do các yêu cầu về các sản phẩm an toàn và
thân thiện với môi trường ngày càng cao nên các chất chống cháy halogen gần
như đã bị cấm ở các quốc gia phát triển và một số quốc gia đang phát triển.
1.2.2. Các chất chống cháy chứa phốt pho
Chất chống cháy phốt pho đầu tiên được sử dụng là ammonium
phosphate trên vải đã có từ thế kỷ thứ 18. Thị trường của FR phốt pho ngày
càng tăng, rất nhiều sản phẩm mới và công thức mới đang được phát triển. FR
dựa trên phốt pho bao gồm các phosphate hữu cơ và vô cơ, các phosphonate,
các phosphinate và phốt pho đỏ. Chúng có trạng thái oxy hóa giao động từ 0
đến + 5. Ngoài ra, hàm lượng phốt pho trong các phân tử này là khác nhau từ

15
100% (trong phốt pho đỏ) đến khoảng 10% (trong các phosphate) và không
tương quan với hiệu quả chống cháy. Điều này chỉ ra rằng cơ chế chống cháy
của các FR phốt pho không thể được mô tả bởi một cơ chế cụ thể.
Lớp than
Sư phân hủy + hoạt động
của FR
Polyme
Hình 1.6. Hoạt động trong pha rắn của FRs dựa trên phốt pho
Các chất chống cháy phốt pho có thể hoạt động trong cả hai pha rắn và
khí. Trong pha khí, FR phốt pho ức chế ngọn lửa thông qua cơ chế bẫy gốc tự
do. Trong pha rắn, chúng hình thành lớp muội than trên bề mặt vật liệu, ức
chế quá trình nhiệt phân của vật liệu cháy (Hình 1.6). Hoạt tính của phốt pho
phụ thuộc vào chất chống cháy được sử dụng, cấu trúc hóa học của polyme
nền và sự tương tác của nó với các chất phụ gia khác. Tùy vào các tính chất
đặc trưng của FR phốt pho mà chúng được định hình riêng cho từng hệ
polyme. Sự phân hủy polyme trong quá trình cháy và phản ứng của FR phốt
pho phải đồng bộ để khả năng chống cháy của phốt pho phát huy hiệu quả cao
nhất [17].
Có 4 nhóm hợp chất phốt pho chủ yếu được sử dụng làm chất chống
cháy bao gồm: 1) Phosphate - OP(OR)3; 2) Phosphonate - OP(OR)2R; 3)
Phosphinate - OP(OR)R2 và 4) Phốt pho đỏ (Hình 1.7).

16
Hình 1.7. Cấu trúc chung của vật liệu chống cháy phốt pho
1.2.3. Các chất chống cháy chứa nitơ
Hầu hết các chất chống cháy chứa nitơ hoạt động chống cháy trong pha
rắn thông qua quá trình phân hủy thu nhiệt của chúng. Quá trình phân hủy của
FR nitơ hình thành các phân tử khí trơ giúp pha loãng nồng độ khí dễ cháy.
Bên cạnh đó, quá trình phân hủy cũng có thể hình thành lớp muội than trên bề
mặt vật liệu. Lớp than này ngăn cản sự khuếch tán của các sản phẩm phân hủy
dễ cháy của vật liệu và giảm sự tiếp xúc của ngọn lửa và oxi với vật liệu.
Trong số các hợp chất chống cháy chứa nitơ, sản phẩm thương mại
được sử dụng phổ biến nhất là ammonium polyphosphate (APP), melamine
cyanurate (MC), borate melamine và melamine polyphosphate (MPP). Cấu
trúc hóa học của một số FR nitơ thương mại được thể hiện trong Hình 1.8.
Hình 1.8. Cấu trúc hóa học của một số FR chứa nitơ phổ biến
APP phân hủy khi tiếp xúc với lửa hoặc nhiệt tạo thành amoniac, axit
polyphosphoric và oxit phốt pho. Khi có mặt của một chất cho cacbon như
polyol, một lớp bao phủ trương phồng được hình thành thông qua các chất
trung gian là este phosphoric. Các ứng dụng chính của APP là lớp phủ cho

17
thép, gỗ và làm phụ gia trong nhựa polyeste không bão hòa, epoxit,
polyurethane và polyolefin.
Borate melamine phân hủy thu nhiệt thành các thành phần của nó và
thúc đẩy sự hình thành than khi kết hợp với phosphate.
Melamine phosphate bao gồm melamine orthophosphate (1:1 muối
melamine và axit photphoric), dimelamine orthophosphate (2:1), dimelamine
pyrophosphate, melamine pyrophosphate, và melamine polyphosphate. Trong
đó, MPP là chất chống cháy phổ biến nhất cho polyme. Sự phân hủy thu nhiệt
của MPP tạo ra ammonia, các hợp chất nitơ khác và polyphosphoric axit; sau
đó khử nước của polyme để hình thành than. MPP thường dùng làm chất
chống cháy cho các polyme như polyamide (PA6, PA6.6 gia cố sợi thủy tinh)
và polyeste. Ví dụ, sử dụng 25% MPP trong PA6.6/20% sợi thủy tinh cho khả
năng chống cháy của polyme đạt UL94 V-0. Khi MPP kết hợp với các chất
chống cháy phốt pho tạo ra hiệu ứng tương hỗ, cho phép giảm lượng chất
chống cháy tổng. Ví dụ: sự kết hợp của MPP và phosphinate sử dụng trong
PA6.6 gia cường sợi thủy tinh giúp khả năng chống cháy của polyme đạt được
phân loại UL94 V-0 với tổng lượng chất chống cháy giảm xuống còn 15-20%.
Ưu điểm của các chất chống cháy chứa nitơ là có độc tính thấp, thân
thiện với môi trường, ít tạp chất ngoại lai và quá trình cháy tạo ra ít khói. Tuy
nhiên, các hợp chất chứa nitơ có thể giải phóng ra HCN và NOx trong quá
trình cháy, phụ thuộc vào điều kiện cháy [18].
1.2.4. Vật liệu chống cháy cấu trúc nano
Trong những năm gần đây, các vật liệu nano vô cơ và tổ hợp như ống
nano cacbon, graphen oxit và các dẫn xuất của chúng, các hydroxit lớp kép,
montmorillonite và ống nano hallolar… cũng đã được báo cáo là vật liệu có
khả năng chống cháy thân thiện với môi trường. Sự ổn định nhiệt của các vật
liệu cấu trúc nano này tốt, hơn nữa, chúng có khả năng tạo lớp than bao phủ
trên bề mặt vật liệu cháy. Do đó, chúng đã được sử dụng để thay thế một phần
vật liệu chống cháy thông thường. Ưu điểm của việc sử dụng các vật liệu cấu

18
trúc nano là việc đạt được kết quả chống cháy tốt với hàm lượng sử dụng thấp
vì chúng có kích thước hạt nhỏ và phân tán tốt trong nền polyme [19].
1.2.4.1. Ống nano cacbon
Các ống nano cacbon (CNT) có các liên kết cacbon-cacbon sp2
mạnh
hơn liên kết sp3
của kim cương vì vậy CNT có tính chất cơ học cực cao. Các
CNT cho thấy sự khác biệt trong tính chất của chúng như độ bền cơ học, độ
dẫn điện và khả năng chống cháy. Chúng được đánh giá là chất độn có khả
năng kết hợp được với nhiều polyme nhờ hình thái học, diện tích bề mặt riêng
lớn, độ bền kéo (50 GPa) và mô đun Young cao (1-1.8 TPa).
CNT là phụ gia chống cháy thú vị vì chúng có thể hình thành các lớp
than cacbon để bảo vệ bề mặt polyme. Bên cạnh đó, các ống nano còn hoạt
động như một rào cản khí. Sự hình thành một lớp bảo vệ cấu trúc mạng lưới
của các ống nano giúp giảm đáng kể tỷ lệ truyền nhiệt, bởi vì các lớp như vậy
hoạt động như một tấm chắn nhiệt chống lại sự truyền nhiệt từ ngọn lửa tới
vật liệu cháy và sự khuếch tán các khí dễ cháy từ vật liệu phân hủy ra vùng
ngọn lửa. Ngoài ra, các ống nano còn làm tăng độ nhớt của các sản phẩm
nóng chảy và sản phẩm lỏng. CNT cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng cháy
của polyme bằng cách thay đổi sự hấp thu năng lượng và tính dẫn nhiệt của
polyme [19].
1.2.4.2. Hydroxit lớp kép
Các hydroxit lớp kép (LDH), một loại vật liệu xếp lớp vô cơ, gần đây
đã thu hút được sự quan tâm vì các ứng dụng của chúng như là chất phụ gia
cho polyme. Thành phần hóa học của LDH được mô tả bằng công thức chung:
[M2+
1-x M3+
x(OH)2]x+
.[An-
]x/n.mH2O
Trong đó: M2+
là kim loại hóa trị 2 (Ca2+
, Mg2+
, Zn2+
, Ni2+
, Co2+
,
Mn2+
, Co2+
hoặc Fe2+
);
M3+
là kim loại hóa trị 3 (Al3+
, Cr3+
, Mn3+
, Fe3+
, Co3+
hoặc Ni3+)
, An-
là anion hóa trị n (ví dụ CO3
2-
, NO3
-
, PO4
3-
, SO4
2-
hoặc Cl-
).

19
Cơ chế chống cháy của LDH được mô tả như sau: LDH giải phóng hơi
nước và cacbon dioxit trong quá trình phân hủy, đẩy mạnh việc pha loãng các
khí dễ cháy sinh ra từ quá trình phân hủy polyme, làm tăng thời gian bắt lửa
và giảm sự giải phóng nhiệt trong quá trình đốt (do quá trình giải phóng hơi
nước và lớp giữa của LDH hấp thụ một lượng nhiệt đáng kể); các sản phẩm
phân hủy nhiệt của LDH có diện tích bề mặt riêng lớn nên có khả năng hấp
thụ khói và khí được tạo ra trong quá trình đốt cháy. Nhiệt phân hủy của LDH
phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của các lớp cation và anion xen giữa. Thông
thường, quá trình phân hủy của LDH diễn ra trong 4 bước:
1. Mất nước hấp phụ vật lý (50 – 200o
C)
2. Mất nước lớp giữa
3. Loại bỏ các nhóm hydroxyl từ các lớp thành hơi nước (250 – 500o
C)
4. Mất anion lớp giữa, hình thành các oxit kim loại (ví dụ: Al2O3,
MgO) và CO2 (500 – 800o
C)
Sự hình thành các oxit kim loại làm cản trở quá trình vận chuyển oxy
và chuyển khối đến và đi từ pha polyme bên dưới bề mặt cháy. Như vậy, LDH
chống cháy bằng cách kết hợp hoạt động pha khí và pha rắn trên vật liệu cháy
[19].
1.2.4.3. Montmorillonite
Các nanoclay smectite là một trong số các chất độn nano được nghiên
cứu nhiều nhất trong lĩnh vực nanocompozit. Trong số các nanoclay smectite
này, montmorillonite (MMT) là nổi bật hơn cả nhờ sự phong phú, thân thiện
với môi trường và tính chất hóa học được nghiên cứu kỹ lưỡng. MMT là một
nanoclay dioctahedral với liên kết lớp 2: 1 với bề mặt ưa nước (Hình 1.9).
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng diện tích bề mặt và tỷ lệ chiều rộng/chiều
dày lớn là các đặc tính nổi bật làm cho MMT thích hợp để trở thành một chất
độn gia cường nano quan trọng trong chế tạo nanocompozit [20]. Bên cạnh
tác dụng gia cường, MMT cũng được xem là chất độn giúp cải thiện sự ổn
định nhiệt và khả năng chống cháy của polyme. Một trong những ưu điểm
chính của nanoclay là các lớp silicat trong cấu trúc của chúng có thể được

20
tách ra từng lớp trong các môi trường thích hợp. Khi phân tán trong các nền
polyme, các lớp silicat được tách ra và tạo ra một cấu trúc “mê cung” trong
các polyme, buộc các khí/ hơi phải di chuyển theo một con đường quanh co,
và do đó làm giảm tốc độ thẩm thấu hoặc khuếch tán của chúng.
Hình 1.9. Minh họa cấu trúc mạng (a); ảnh SEM (b) và TEM (c) của MMT
1.2.4.4. Graphit
Graphit được biết đến là một dạng thù hình của cacbon. Các nguyên tử
C trong graphit được sắp xếp theo cấu trúc lục giác trong đó một nguyên tử C
hình thành liên kết cộng hóa trị lai hóa sp2
với ba nguyên tử xung quanh. Các
lớp cacbon của graphit được gọi là graphen. Lực liên kết giữa hai lớp cacbon
là lực Van Der Waal yếu (Hình 1.10) [21].
Graphit có thể giãn nở nhiệt (EG) là một loại graphit được biến tính với
các chất xen kẽ. Các hợp chất xen kẽ được sử dụng rộng rãi nhất để chế tạo
EG là axit sulfuric. Do đó, EG còn được gọi là graphit bisulfat, chúng bao
gồm các lớp cacbon với các ion HSO4- và các phân tử H2SO4 xen giữa các
lớp. Vật liệu này thường được tổng hợp bằng tương tác hóa học trực tiếp của
graphit với H2SO4 đậm đặc và chất oxi hóa (như axit nitric, kali permanganat,
hydro peroxit, ozone, v.v.) [22]. Khi tiếp xúc với nguồn nhiệt, EG giãn nở
mạnh và hình thành một lớp than cách nhiệt lớn, vì vậy EG là một vật liệu
chống cháy tiềm năng và thú vị cho các polyme.

21
Hình 1.10. Cấu trúc của graphit
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XỐP POLYURETHANE CHỐNG
CHÁY
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Năm 2005, Shi và cộng sự [23] đã nghiên cứu tổng hợp xốp PU cứng tỷ
trọng cao với chất độn EG, sử dụng chất trợ nở là nước. Tính chất cháy của
các composit được đánh giá. Kết quả thể hiện rằng giá trị LOI tăng tuyến tính
với hàm lượng EG. Sự phân hủy nhiệt của xốp được nghiên cứu bằng phương
pháp phân tích nhiệt trọng lượng. Kết quả chỉ ra rằng độ ổn định nhiệt của vật
liệu xốp tăng nhẹ khi thêm 20% khối lượng EG. Tính chất cơ lý của compozit
EG/PUF cũng đã được thảo luận. Nhìn chung, sự có mặt của EG dẫn đến sự
suy giảm của cơ tính của xốp PUF.
Năm 2006, nhóm tác giả này tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của EG với
các kích thước hạt khác nhau đến tính chất chống cháy của xốp PU cứng tỷ
trọng cao. Các kích thước hạt EG khác nhau thu được bằng cách nghiền trong
máy trộn tốc độ cao trong 4 và 13 phút. Các tác giả chứng minh rằng EG ban
đầu (EG0) và EG được nghiền trong 4 phút (EG4) đã cải thiện tính chất chống
cháy của compozit PUF, trong khi đó EG được nghiền trong 13 phút (EG13)
thì không [24].

22
Thirumal và cộng sự [25] đã khảo sát ảnh hưởng của 2 kích thước hạt
(180 và 300 µm) của EG như một phụ gia chống cháy đến cơ tính, hình thái,
độ dẫn nhiệt, tính chất nhiệt và tính chất chống cháy của xốp PU. Nghiên cứu
chỉ ra rằng cơ tính của PUF giảm với sự tăng của hàm lượng EG đối với cả 2
kích thước. Độ dẫn nhiệt của PUF được độn EG thể hiện rằng tính chất cách
nhiệt giảm khi hàm lượng EG tăng. Giá trị LOI của xốp PU được độn với EG
kích thước hạt lớn hơn thể hiện tính chất chống cháy tốt hơn PUF được độn
với EG kích thước hạt nhỏ hơn.
Năm 2019, Pablo Acuña và cộng sự [26] cũng đã so sánh tính chất
chống cháy và tính chất cơ lý của compozit PUF với 3 loại EG với kích thước
hạt và thể tích giãn nở khác nhau. Ba loại EG bao gồm EG1 (thể tích giản nở
= 250 cm3
/g, kích thước hạt = 300 µm), EG2 (thể tích giản nở = 350 cm3
/g,
kích thước hạt = 300 µm), và EG3 (thể tích giản nở = 350 cm3
/g, kích thước
hạt = 500 µm). Kết quả chỉ ra rằng sự giãn nở cao của EG đã làm tăng giá trị
LOI, trong khi đó kích thước hạt lớn hơn của EG đã cải thiện thử nghiệm cháy
đứng. Kết quả kiểm tra nhiệt lượng hình nón cho thấy kích thước hạt EG lớn
hơn làm giảm đỉnh tốc độ giải phóng nhiệt của xốp PU. Hơn nữa, EG có thể
tích giản nở nhiệt lớn hơn dẫn đến sự giảm trong sự hình thành khói. Sự kết
hợp của cả hai đặc điểm này cho kết quả cao. Các tác giả cũng đã chỉ ra rằng
độ bền nén và khả năng cách nhiệt của bọt EG/PUF giảm.
Để cải thiện cơ tính và độ dẫn nhiệt của compozit EG/PUF, một số
nghiên cứu cũng đã được thực hiện. Modesti và cộng sự [27] đã kết hợp
triethylphosphate (TEP) vào compozit EG/polyisocyanurate-polyurethane
(PIR-PUR) sử dụng chất trợ nở n-pentan. Khả năng chống cháy của các hệ
xốp PU đã được nghiên cứu thông qua phân tích nhiệt lượng kế hình nón, chỉ
số LOI và thử nghiệm cháy DIN 4102-B2. Kết quả cho thấy sự có mặt của
TEP trong compozit EG/PIR-PUR đã nâng cao khả năng chống cháy của
compozit này. Hơn thế nữa, các compozit EG-TEP/ PIR-PUR cũng có độ bền
nén và khả năng cách nhiệt tăng đáng kể so với compozit EG/ PIR-PUR. Bian
và cộng sự [28] cũng tổng hợp xốp PU được độn với các hàm lượng EG
và/hoặc vật liệu cầu thủy tinh rỗng kích thước micro (HGM) khác nhau. Tính

23
chất chống cháy của các compozit đã được nghiên cứu bằng chỉ số LOI và các
thử nghiệm cháy đứng và cháy ngang. Compozit chứa 10% khối lượng HGM
và 20% EG có tính chất chống cháy cao nhất với chỉ số LOI đạt 30%. Việc bổ
sung hàm lượng HGM thích hợp đã cải thiện độ bền nén và mô đun nén của
EG/PUF. Khi hàm lượng HGM ở 10% khối lượng, độ bền nén và mô đun của
vật liệu compozit đạt giá trị tối đa.
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Năm 2015, TS. Hoàng Thị Đông Quỳ - Trường Đại học Khoa học tự
nhiên, Đại học quốc gia Hồ Chí Minh đã nghiên cứu khả năng chống cháy của
polyester bất bão hòa khi sử dụng phụ gia chống cháy phosphor [29]. Trong
công bố này, aluminium hydrogen phosphite (AHP) được kết hợp với
triphenyl phosphate (TPP) làm chất chống cháy trên nền nhựa polyeste bất
bão hòa. Kết quả kiểm tra khả năng chống cháy bằng phương pháp UL 94 cho
thấy khả năng chống cháy của vật liệu đã có sự cải thiện đáng kể, cụ thể khi
thêm vào 15% khối lượng AHP kết hợp 15% khối lượng TPP mẫu đạt phân
loại UL94-HB. Ngoài ra, nhóm tác giả này cũng đã nghiên cứu khả năng
chống cháy của vật liệu compozit nhựa gỗ PVC- Bột gỗ (PVC-BG) dựa vào
phụ gia chống cháy phihalogen diammonium hydrogen phosphate (DAP).
PVC có chứa hàm lượng clo cao nên có khả năng chống cháy tốt, nhưng khi
thêm hàm lượng bột gỗ vào khá cao thì khả năng kháng cháy của compozit
PVC – BG giảm rõ rệt. Tuy nhiên, khi thêm 1,5% khối lượng DAP vào
compozit này khả năng chống cháy của vật liệu đã được cải thiện đáng kể, đạt
tiêu chuẩn phân loại V-0 của thử nghiệm UL-94 [30]. Tác giả Phạm Thị Thùy
Linh và cộng sự cũng đã đánh giá khả năng chống cháy của vật liệu compozit
PVC-BG sử dụng triphenylphosphate làm phụ gia chống cháy. Hiệu quả của
phụ gia chống cháy triphenylphosphate (TPP) đã được khảo sát thông qua
phương pháp UL-94, LOI và phương pháp phân tích nhiệt TGA. Với hàm
lượng TPP thêm vào 2,5% khối lượng đã cải thiện đáng kể khả năng chống
cháy của compozit, mẫu đạt chuẩn UL 94 V-0 và giá trị LOI 25% [31].
Có thể thấy rằng, ở Việt Nam có rất ít các nghiên cứu về vật liệu chống
cháy, đặc biệt đối với vật liệu xốp PU. Bên cạnh đó, việc kết hợp các vật liệu

24
cấu trúc nano và các chất chống cháy phi-halogen cũng chưa từng công bố ở
Việt Nam. Vì vậy, với mong muốn cải thiện khả năng chống cháy của vật liệu
xốp PU, chúng tôi đã nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng chống cháy
cũng như cơ tính của các compozit sử dụng các phụ gia chống cháy bao gồm
ammonium polyphosphate, melamine cyanurate và graphit giãn nở nhiệt. Sau
đó, so sánh và lựa chọn một phụ gia chống cháy phù hợp nhất cho nền xốp PU
và tiếp tục cải thiện các tính chất của compozit đó bằng nanoclay hữu cơ.

25
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
2.1.1. Hóa chất
- Polyol: là hệ Polyol SR650 (độ nhớt: 1560 ± 250 cps ở 25o
C) trong đó
bao gồm hỗn hợp các polyete polyol, silicone, chất hoạt động bề mặt và
xúc tác, được cung cấp bởi SyncoPol, Thái Lan.
- Isocyanate: 4,4’-diphenylmethane diisocyanate (4,4’-MDI), NCO 31%,
được cung cấp bởi Tosoh Corporation, Nhật Bản.
- Tác nhân trợ nở là Cyclopentane (C5): độ tinh khiết > 95%, được cung
cấp bởi Zeon Coporation, Nhật Bản.
- Ammonium polyphosphate (APP): (NH4PO3)n với n > 1000 (pha II),
hàm lượng P ≥31% và N ≥14%, kích thước hạt trung bình 15-20 μm,
cung cấp bởi Shifang Changfeng Chemical Co., Ltd., Trung Quốc;
- Melamine cyanurate (MC): C3H6N6·C3H3N3O3, độ tinh khiết ≥ 99,5%,
xuất xứ Sigma – Aldrich.
- Graphit giãn nở nhiệt (EG): kích thước hạt = 100 mesh, độ pH = 5-10,
xuất xứ Trung Quốc.
- Nanoclay: Cloisite 20A, khoảng cách lớp d001 = 31,5 Å, sử dụng chất
biến tính là dimethyl dioctadecyl ammonium chloride, được cung cấp
bởi Shouthern Clay Products Inc., Texas, USA;
2.1.2. Thiết bị
- Cân phân tích điện tử Ohaus®;
- Máy khuấy từ gia nhiệt RCT basic IKA;
- Máy khuấy cơ IKA RW20 digital;
- Tủ sấy Memmert;
- Thiết bị kiểm tra đốt cháy ngọn lửa UL94;
- Các dụng cụ thí nghiệm như cốc thủy tinh, cốc nhựa, thìa cân…

26
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Chuẩn bị mẫu xốp PUF
2.2.1.1. Chế tạo compozit trên nền polyurethane
Xốp PU chống cháy được tổng hợp theo phương pháp nở tự do và quy
trình tổng hợp các vật liệu compozit chống cháy trên nền polyme PUF được
thực hiện theo sơ đồ Hình 2.1.
Chất chống cháy
Isocyanate
Polyol + C5
Khuấy 2000rpm(*)
, 15s
Hỗn hợp A
Khuấy 350rpm, 30 phút
Hỗn hợp B
Khuấy 2000rpm, 10s
Compozit PUF
Hình 2.1. Quy trình chế tạo compozit PUF ((*)
vòng/ phút)
Thuyết minh quy trình:
Đầu tiên, chất trợ nở cyclopentane được trộn vào polyol với hàm lượng
9% khối lượng polyol. Một lượng nhất định của C5 được cho nhanh vào hỗn
hợp polyol và khuấy mạnh trong vòng 15s để thu được một hỗn hợp đồng
nhất (hỗn hợp A). Sau đó, cân lượng xác định của hỗn hợp A và chất chống
cháy theo số liệu trong Bảng 2.1 cho vào cốc nhựa 500ml có nắp đậy, khuấy
với tốc độ 350 vòng/ phút trong 30 phút để các chất chống cháy phân tán đồng
đều trong hỗn hợp A, thu được hỗn hợp B. Chuyển hỗn hợp B sang máy

27
khuấy cơ, khuấy hỗn hợp với tốc độ 2000 vòng/ phút và cho nhanh lượng
isocyanate MDI với tỷ lệ mMDI/mhỗn hợp A = 1,4 g/g. Tiếp tục khuấy hỗn hợp
trên trong vòng 10s và bỏ ra khỏi máy khuấy để bọt nở tự do. Kết thúc phản
ứng thu được các mẫu compozit dạng xốp cứng. Đưa các mẫu vào tủ sấy và ủ
ở nhiệt độ 70o
C trong vòng 24h để phản ứng polyme hóa xảy ra hoàn toàn.
Cuối cùng mẫu được đưa ra ngoài và được chuẩn bị để nghiên cứu các tính
chất theo kích thước tiêu chuẩn của các phép đo.
Bảng 2.1: Thành phần phối liệu của các compozit trên nền polyurethane
STT Mẫu Polyol + C5 Isocyanate APP MC EG
(% kl)(*)
(% kl) (% kl) (% kl) (% kl)
S1 PUF 41,67 58,33 - - -
S2 5APP/ PUF 39,58 55,42 5 - -
S3 10APP/PUF 37,50 52,50 10 - -
S4 15APP/PUF 35,42 49,58 15 - -
S5 20APP/PUF 33,33 46,67 20 - -
S6 25APP/PUF 31,25 43,75 25 - -
S7 5MC/PUF 39,58 55,42 - 5 -
S8 10MC/PUF 37,50 52,50 - 10 -
S9 15MC/PUF 35,42 49,58 - 15 -
S10 20MC/PUF 33,33 46,67 - 20 -
S11 25MC/PUF 31,25 43,75 - 25 -
S12 5EG/PUF 39,58 55,42 - - 5

28
S13 10EG/PUF 37,50 52,50 - - 10
S14 15EG/PUF 35,42 49,58 - - 15
S15 20EG/PUF 33,33 46,67 - - 20
S16 25EG/PUF 31,25 43,75 - - 25
(*) Phần trăm khối lượng
2.2.1.2. Chế tạo nanocompozit clay/EG/PUF
Quy trình chế tạo các nanocompozit clay/EG/PUF được thực hiện
tương tự quy trình tổng hợp các compozit PUF ở mục 2.2.1.1 với thành phần
phối liệu của các mẫu được thể hiện trong Bảng 2.2.
Bảng 2.2: Thành phần phối liệu của các nanocompozit clay/EG/PUF
STT Mẫu
Polyol + C5 Isocyanate EG Cloisite 20A
(% kl) (% kl) (% kl) (% kl)
1 2,5clay/15EG/PUF 34,38 48,12 15 2,5
2 5clay/15EG/PUF 33,33 46,67 15 5
3 2,5clay/20EG/PUF 32,29 45,21 20 2,5
4 5clay/20EG/PUF 31,25 43,75 20 5
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu tính chất chống cháy
2.2.2.1. Phương pháp đo cháy
a. Phương pháp đo cháy ngang UL94-HB
UL94-HB (Horizontal Burning test) là phương pháp thử nghiệm khả
năng chống cháy của vật liệu với ngọn lửa theo phương ngang. Phương pháp
này được áp dụng dựa theo tiêu chuẩn ASTM D 635-98.

29
25mm 75mm 25mm
Mẫu 45o
Đầu đốt
45o
UL94-HB
Nguyên tắc đo: Mẫu được chuẩn bị theo kích thước 125 x 13 x 3 mm3
và được chia làm 3 đoạn 25-75-25 mm. Đặt mẫu nằm ngang và nghiêng 45o
theo phương ngang, đốt bằng ngọn lửa với góc nghiêng 45o
trong vòng 30
giây hoặc đến khi ngọn lửa cháy đến vị trí 25 mm được đánh dấu. Tính thời
gian cháy trong đoạn 75 mm để tính vận tốc cháy của mẫu.
Vận tốc cháy của mẫu được tính theo công thức:
V = 60 L/t (mm/phút)
Trong đó: L - chiều dài bị cháy (mm)
t - thời gian cháy (s)
Vật liệu đạt phân loại UL94-HB nếu thỏa mãn một trong các điều kiện
sau:
- Không có sự cháy sau khi ngừng đốt
- Sau khi ngừng đốt, mẫu không cháy vượt quá vạch 25mm đầu tiên
- Ngọn lửa tắt trong khoảng 25mm - 100mm.

30
- Vận tốc cháy ≤ 40mm/phút đối với mẫu có độ dày ≥ 3mm.
- Vận tốc cháy ≤ 75mm/phút đối với mẫu có độ dày < 3-
13mm b. Phương pháp đo cháy đứng UL94-V
UL94-V (Vertical Burning Test) là phương pháp thử nghiệm khả năng
chống cháy của vật liệu khi thử nghiệm với ngọn lửa theo phương dọc.
Phương pháp này được áp dụng dựa theo tiêu chuẩn ASTM D 3801.
Mẫu
Đầu đốt
300 mm
Cotton
UL94-V
Nguyên tắc đo: Mẫu kiểm tra có kích thước 125 x 13 x 3 mm3
. Mẫu
được đặt thẳng đứng cố định một đầu bởi giá đỡ. Đặt ngọn lửa có chiều cao
trung bình 20 mm dưới đầu mẫu sao cho nghiêng một góc 45o
trong 10 giây,
sau đó đưa ngọn lửa ra ngoài, ghi nhận thời gian cháy lần một của mẫu cho
đến khi tắt. Ngay lập tức đặt ngọn lửa vào đầu mẫu thực hiện thao tác lần hai,
tiếp tục ghi nhận thời gian cháy. Đo 5 mẫu, ghi lại thời gian cháy, thời gian

31
phát sáng sau khi cháy, khả năng cháy tối đa, và sự nhỏ giọt của vật liệu nếu
có.
Tiêu chí đánh giá kết quả đo của phương pháp đo cháy đứng UL94-V
được trình bày trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3: Tiêu chí phân loại khả năng chống cháy của vật liệu theo UL94-V
Tiêu chí
UL94-V
V-0 V-1 V-2
Thời gian cháy sau lần đốt thứ nhất
≤ 10s ≤ 30s ≤ 30s
của mỗi mẫu
Thời gian cháy sau lần đốt thứ hai
≤ 30s ≤ 60s ≤ 60s
của mỗi mẫu
Tổng thời gian cháy sau lần đốt sau
≤ 50s ≤ 250s ≤ 250s
hai lần đốt của 5 mẫu
Cho phép mẫu cotton đặt bên dưới Không Không Có
bắt cháy do sự nhỏ giọt của mẫu
Các mẫu xốp PU được kiểm tra khả năng chống cháy trên thiết bị đo
cháy đứng và cháy ngang thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm
KH&CN Việt Nam.
2.2.2.2. Chỉ số oxi giới hạn
Chỉ số oxy giới hạn (Limited oxygen index - LOI) là hàm lượng thể
tích oxy thấp nhất đủ để duy trì sự cháy của vật liệu. Phương pháp này được
xác định dựa trên tiêu chuẩn ASTM D2863.
Nguyên tắc đo: Các mẫu xốp PU được chuẩn bị theo kích thước 10 x 10
x 125 mm3
. Mẫu được đặt thẳng đứng trong ống hình trụ có cung cấp hỗn hợp
khí nitơ và oxy. Tùy theo loại vật liệu ta chọn giá trị LOI ban đầu, ngọn lửa sẽ
được đốt ở phần trên mẫu, khi mẫu bắt đầu cháy, di chuyển ngọn lửa và bắt
đầu bấm thời gian, nếu mẫu tắt trong vòng 3 phút, tiếp tục tăng giá trị LOI,
lặp lại quy trình đến khi đạt giá trị LOI thấp nhất mà mẫu cháy hơn 3 phút,

32
ghi nhận giá trị LOI này.
Chỉ số LOI của các mẫu xốp PU được xác định trên thiết bị Yasuda
No.214 của Phòng thí nghiệm trọng điểm Vật liệu polyme và compozit, đại
học Bách khoa Hà Nội.
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu sự ổn định nhiệt của xốp PU
Sự ổn định nhiệt của các mẫu xốp PU được nghiên cứu bằng phương
pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) trên hệ LABSYS Evo STA, Viện
Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các mẫu được đo
trong môi trường không khí với tốc độ gia nhiệt là 10o
C/phút, phạm vi nhiệt
độ đo từ 30 o
C đến 800 o
C.
2.2.4. Các phương pháp nghiên cứu tính chất cơ lý
2.2.4.1. Độ bền nén
Kiểm tra độ bền nén của các mẫu xốp PU được thực hiện theo tiêu chuẩn
ISO 4898 với kích thước các mẫu là 50 x 50 x 50 mm3
và tốc độ nén là 5
mm/phút. Các phép đo độ bền nén được tiến hành trên hệ Instron 3383 của
Viện Vật liệu xây dựng.
2.2.4.2. Độ dẫn nhiệt
Độ dẫn nhiệt của các mẫu xốp PU được xác định theo tiêu chuẩn DIN
EN 993-15 trên thiết bị THB–500–Transient hot bridge (Linseis), thuộc Trung
tâm phát triển công nghệ cao, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam. Các mẫu được chuẩn bị theo các kích thước 60 x 40 x 5 mm3
.
2.2.5. Phương pháp nghiên cứu hình thái bề mặt
Hình thái bề mặt của các mẫu compozit PUF trước và sau khi đốt được
quan sát bằng thiết bị hiển vi điện tử truyền qua Hitachi S-4800 với hiệu điện
thế 5kV ở điều kiện nhiệt độ phòng thuộc Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

33
2.2.6. Các phương pháp nghiên cứu khả năng phân tán của vật liệu
cấu trúc nano
2.2.5.1. Nhiễu xạ tia X
Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) được ứng dụng để xác định khoảng
cách lớp cơ bản d001 của nanoclay trước và sau khi phân tán trong nền
polyme từ đó đánh giá được khả năng phân tán của nanoclay hữu cơ trong nền
PUF. Các mẫu được nghiên cứu trên máy D8 Advance Brucker, sử dụng bước
sóng tia X (λ =1,54060 Å) với chế độ quét dò, hiệu điện thế 40kV, cường độ
dòng điện 30mA, tốc độ quét 0,03o
/s, góc nhiễu xạ từ 1,5o
đến 15o
tại Bộ
môn Hóa vô cơ, Trường đại học Khoa học tự nhiên.
2.2.5.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM
Khả năng phân tách của nanoclay trong nền polyme còn được quan sát
bằng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM. Ảnh TEM của
nanocompozit clay/EG/PUF được quan sát trên thiết bị JEM 1400 (JEOL,
Nhật Bản) thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm vật liệu polyme và compozit,
đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh. Mẫu đo TEM được chuẩn bị bằng
phương pháp nhúng epoxy ở nhiệt độ môi trường, chiều dày các lớp compozit
là 70 nm.

34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chống cháy trên nền polyurethane.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chống cháy trên nền polyurethane.doc

Similar to Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chống cháy trên nền polyurethane.doc (20)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chống cháy trên nền polyurethane.doc