| Kết quả chính của đề tài | - Về khoa học:
+ Đã tổng hợp thành công hạt nano nhôm hydroxit có kích thước đồng đều trong khoảng 150-200 nm bằng phương pháp thủy nhiệt ở điều kiện nhiệt độ 120oC với sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt. Các yếu tố ảnh hưởng tới hình thái hạt nATH bao gồm tiền chất, thời gian thủy nhiệt và chất hoạt động bề mặt đã được khảo sát. Qua kết quả khảo sát có thể rút ra kết luận rằng muối nhôm ảnh hưởng không đáng kể đến hình thái hạt của vật liệu; 12h là thời gian phù các điều kiện phù hợp để thủy nhiệt phù hợp để thu được sản phẩm có kích thước và hình thái hạt đồng đều và CTAB là chất hoạt động bề mặt phù hợp nhất để chế tạo nATH có hình thái hạt đồng nhất.
+ Nano kẽm borat dạng vảy có công thức 2ZnO.3B2O3.3.5H2O với kích thước hạt trung bình khoảng 100 nm đã được chế tạo thành công bằng phương pháp đồng kết tủa. Các yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc và hình thái của hạt nano đã được khảo sát. Kết quả chỉ ra rằng tiền chất là muối kẽm sulfate, nhiệt độ phản ứng là 80oC và polysorbate80 là chất hoạt động bề mặt phù hợp để tổng hợp nano kẽm borat dạng tấm mỏng có hình thái và kích thước hạt đồng đều với độ tinh khiết cao.
+ Graphit giãn nở nhiệt (EG) với kích thước hạt khác nhau đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp hóa học. Ảnh hưởng của kích thước hạt graphit tới thể tích giãn nở của EG đã được khảo sát. Kết quả chỉ ra rằng EG có kích thước hạt lớn có xu hướng giãn nở ở nhiệt độ thấp hơn và có thể tích giãn nở cao hơn nhiều so với các hạt có kích thước nhỏ. Trong đó, EG có kích thước +100 mesh cho thể tích giãn nở lớn nhất là 225 mL/g.
+ Đã tổng hợp thành công vật liệu nano Cu2O bằng phương pháp khử trong dung dịch với tiền chất là CuSO4.5H2O sử dụng chất khử NaBH4 trong môi trường kiềm. Vật liệu nano Cu2O tổng hợp được có dạng hình cầu, tinh khiết có kích thước trung bình 100 - 150 nm, hấp thụ bước sóng ở khoảng 535 nm và có diện tích bề mặt riêng 6 m2/g.
+ Bằng phương pháp sol-gel kết hợp siêu âm vật liệu nano Al2O3 đã được tổng hợp thành công. Vật liệu tổng hợp được có kích thước nhỏ và đồng đều từ 10-15 nm, diện tích bề mặt riêng lớn lên tới 179 m2/g ở trạng thái tồn tại γ-Al2O3, là loại được ứng dụng nhiều trong thực tế hiện nay.
+ Để cải thiện khả năng phân tán của các vật liệu chống cháy vô cơ thương mại với nền polyme hữu cơ, các phụ gia đã được hữu cơ hóa bề mặt với các tác nhân biến tính khác nhau như các hợp chất silan và các muối stearat. Các tác nhân biến tính phù hợp với từng phụ gia khác nhau và hàm lượng tác nhân biến tính thích hợp đã được khảo sát. Kết quả chỉ ra rằng magie stearat phù hợp để biến tính nhôm hydroxit, canxi stearat là phù hợp để biến tính magie stearat và kẽm borat, trong khi đó dầu silicon phù hợp để biến tính phốt pho đỏ. 3% tác nhân biến tính là hàm lượng thích hợp để biến tính các phụ gia vô cơ ứng dụng cho chế tạo compozit chống cháy.
+ Chất chống cháy thương mại amoni polyphosphat đã được biến tính thành công với các tác nhân khác nhau gồm có các tác nhân silane như KH-550, vinyltrimethoxysilane (VTMS), các tác nhân trên cơ sở melamine-formandehyde (MF), MF + phytic axit, ure-melamine-formandehyde (UMF), glycidyl methacrylate (GMA), là các dạng polyme. Các polyme này bọc lấy các hạt APP tạo ra vật liệu có cấu trúc lõi vỏ giúp tăng khả năng phân tán của APP trên các vật liệu nhựa nền.
+ Đã nghiên cứu chế tạo thành công compozit trên nền nhựa PP có khả năng chống cháy cao và cơ tính tốt. Khả năng chống cháy của các compozit chứa ATHmgst, MHcast, RPsi, MCPMHS, ZBcast, EG100 và tổ hợp các phụ gia đã được khảo sát để nghiên cứu hiệu ứng chống cháy hiệp đồng của các tổ hợp chống cháy. Kết quả chỉ ra rằng compozit chứa 18% tổ hợp nMH:MHcast:RPsi:EG100 với tỷ lệ khối lượng 2:5,2:4,8:6 là hệ nancompozit có khả năng chống cháy cao, cơ tính tốt, sử dụng các phụ gia thân thiện môi trường và giá thành thấp. Vì vậy, công thức của compozit này đã được lựa chọn để chế tạo thử nghiệm sản phẩm tấm nhựa nhiệt dẻo có khả năng chống cháy.
+ Đã xây dựng thành công quy trình công nghệ chế tạo tấm nhựa nhiệt dẻo có khả năng chống cháy trên nền nhựa PP theo công thức 2% nMH, 5,2% MHcast, 4,8% RPsi, 6% EG100 và 82% PP. Đã áp dụng quy trình vào chế tạo thử nghiệm 22 m2 tấm nhựa nhiệt dẻo chống cháy trên nền nhựa PP, thu được sản phẩm đáp ứng các tiêu chí đã đăng ký.
+ Các kết quả nghiên cứu sử dụng phụ gia chống cháy cho nhựa PP trên cơ sở chất chống cháy APP cho thấy các hệ chống cháy sử dụng APP biến tính bằng phương pháp bọc với các tác nhân như VTMS (monomer) hay MF, UMF (vừa đóng vai trò là monomer và tác nhân thổi) tạo ra lớp vỏ polymer rất hiệu quả để tối ưu phân tán APP trên nhựa nền PP. Khi kết hợp vật liệu APP biến tính nói trên với các tác nhân cacbon hoá như PER và DPER sử dụng làm hệ phụ gia chống cháy cho nhựa PP, sẽ tạo thành vật liệu có khả năng chống cháy cao. Với một số công thức áp dụng thành công với nhựa PP, đáp ứng các tiêu chí đã đăng ký:
Mẫu PP/MF-APP/PER/3/1: 70/22,5/7,5 %
Mẫu PP/UMF-APP/DPER/3/1: 70/22,5/7,5 %
Mẫu PP/VTMS-APP/DPER/3/1: 70/22,5/7,5 %
+ Trong nghiên cứu chế tạo compozit chống cháy trên nền nhựa nhiệt dẻo PMMA sử dụng chất chống cháy APP kết hợp với một số tác nhân chống cháy khác, nhìn chung, kết quả khả năng chống cháy chưa đạt yêu cầu, tính chất cơ lý đạt yêu cầu theo mẫu đăng ký.
+ Đã nghiên cứu chế tạo thành công nanocompozit chống cháy trên nền xốp PUR bằng phương pháp nở tự do ở điều kiện nhiệt độ 20-25oC sử dụng các chất chống cháy EG kích thước hạt khác nhau, MH, RP, APP, PER, nZB, nATH và tổ hợp của chúng. Kết quả nghiên cứu khả năng chống cháy và tính chất cơ-lý chỉ ra rằng nanocompozit chứa tổ hợp nATH, APP, PER với tỷ lệ khối lượng nATH:APP:PER = 2:12,86:5,14 có hiệu quả chống cháy tốt, độ bền nén và khả năng cách nhiệt cao. Vì vậy, công thức nanocompozit này đã được lựa chọn để phát triển quy trình chế tạo thử nghiệm sản phẩm tấm lợp cách nhiệt có khả năng chống cháy.
+ Đã xây dựng thành công quy trình công nghệ chế tạo tấm lợp cách nhiệt có khả năng chống cháy trên nền xốp PUR chứa tổ hợp phụ gia chống cháy 2% nATH, 12,86% APP và 5,14% PER. Đã áp dụng quy trình này để chế tạo thử nghiệm 30 m2 tấm lợp chống cháy ba sóng trên nền PUR dày 50/92 mm. Sản phẩm thu được đã đáp ứng tốt các tiêu chí đã đăng ký như trong thuyết minh đề tài.
+ Các chẩt chống cháy trên cơ sở APP biến tính bọc với các tác nhân như polyethylenimine (PEI) và GMA kết hợp với nhựa nhiệt rắn epoxy cho thấy đã giúp tạo ra các vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy với khả năng chống cháy rất cao (LOI > 30%). Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nhiệt rắn epoxy sử dụng phụ gia APP@GMA chỉ 5-10 % khối lượng giúp chỉ số LOI của vật liệu compozit tăng lên 28% (sử dụng 5 % APP@GMA) và đạt cao nhất là 33 % (sử dụng 10 % APP@GMA). Phụ gia APP@PEI với hàm lượng 18 % khi kết hợp với 1 lượng nhỏ Cu2O (2%) cho phép tăng chỉ số LOI của vật liệu compozit lên tới 32,5 %.
+ Đã xây dựng thành công một số hệ phụ gia với thành phần khác nhau áp dụng cho cao su EPDM nhằm tạo ra vật liệu compozit có khả năng chống cháy cao. Các kết quả cho thấy chất chống cháy APP biến tính khi kết hợp với chất chống cháy truyền thống Al(OH)3 cho hiệu quả chống cháy cao. Với hệ phụ gia APP@PEI-ATH: 20:160 phr, vật liệu cao su compozit trên cơ sở EPDM đạt mức V-0 và chỉ số LOI cao lên tới 31,6 %. Đồng thời, vật liệu cao su compozit có các chỉ tiêu cơ lý vượt trội, cao nhất so với các thành phần khác đã nghiên cứu và đáp ứng các chỉ tiêu so với đăng ký. Đây cũng là hệ phụ gia tối ưu được lựa chọn để sản xuất thử nghiệm 20 m2 cao su có khả năng chống cháy. Nghiên cứu kết hợp APP@PEI với Mg(OH)2 thu được kết quả khả năng chống cháy không được như mong đợi. Hệ phụ gia chống cháy APP-PER-EG với hàm lượng 28,1:9,4:12,5 % khối lượng kết hợp với 12 % nhựa PP cũng là một thành phần phù hợp để chế tạo cao su EPDM compozit đạt được các chỉ tiêu đăng ký (đạt UL-94 V-0, chỉ số LOI đạt 27,2%; độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt đạt lần lượt 11,74 MPa và 667%; độ cứng Shore A đạt 80,43, tuy nhiên, không bằng so với hệ APP@PEI-ATH đã phân tích ở trên.
+ Các nghiên cứu trên cao su NBR sử dụng các phụ gia chống cháy dạng RP-Al(OH)3, EG-Al(OH)3, APP-Al(OH)3 đều cho kết quả vật liệu caosu NBR compozit có khả năng chống cháy được cải thiện rất tốt, đạt các chỉ tiêu đã đăng ký. Tuy nhiên, tính chất cơ lý của cao su compozit thu được không đạt yêu cầu, do bản chất cơ lý của cao su NBR thấp hơn so với đăng ký khá nhiều.
- Về ứng dụng:
+ Các sản phẩm là kết quả của đề tài được nghiên cứu chế tạo định hướng đến những ứng dụng thực tế như tấm lợp cách nhiệt có khả năng chống cháy; tấm cao su ứng dụng nhiều mục đích khác nhau như tấm lót máy móc và các chi tiết tinh vi hơn như zoăng chi tiết máy, thảm lót cốp, trải sàn cho ô tô và tất cả các sản phẩm yêu cầu khả năng chống cháy trên cơ sở cao su EPDM; tấm nhựa vách ngăn chống cháy và tất cả các sản phẩm chống cháy trên cơ sở nhựa PP.
+ Nghiên cứu chế tạo vật liệu và sản phẩm chống cháy là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và tiềm năng ứng dụng lớn trong thực tiễn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội về sản phẩm chống cháy.
|
| Những đóng góp mới | Đã chế tạo thành công một số sản phẩm compozit trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo PP, nhựa nhiệt rắn PU và cao su EPDM có khả năng chống cháy cao và tính chất cơ lý tốt, sử dụng các hệ phụ gia mới:
- Sản phẩm nanocompozit trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo PP:
+ Hệ phụ gia (18% khối lượng): nMH:MHcast:RPsi:EG100 với tỷ lệ % khối lượng: 2:5,2:4,8:6 và 82% PP.
- Sản phẩm compozit trên cơ sở nhựa nhiệt rắn PU và epoxy:
+ Hệ phụ gia (20% khối lượng): ammonium polyphosphate:pentaerythritol:nano nhôm hydroxit với tỷ lệ % khối lượng: 12,86:5,14:2,0% và 80% PU
+ Hệ phụ gia (20% khối lượng): ammonium polyphosphate biến tính polyethyleneimine (APP@PEI):nano đồng(I) oxit với tỷ lệ % khối lượng: 18,5:1,5%. Và 80% epoxy.
- Sản phẩm compozit trên cơ sở cao su EPDM:
+ Hệ phụ gia APP@PEI:aluminum trihydroxide:polyaniline với tỷ lệ 21:7:160 phr (tính theo cao su EPDM).
+ Hệ phụ gia EG:APP@PEI:pentaerylthritol với tỷ lệ 12,5:28,1:9,4 phr (tính theo cao su EPDM). *** Sản phẩm cụ thể giao nộp:
- Các bài báo đã công bố (liệt kê):
a) Các bài báo quốc tế thuộc danh mục SCI/SCI-E:
[1]. Hai Thi Doan, Nhiem Thi Nguyen, Nhung Thi Hac, Pham Thi Lan Huong, Mai Ha Hoang, Quoc Anh Ngo, Van Tuyen Nguyen, Vinh Quang Tran. Synthesis and synergistic effect of cuprous(I) oxide nanoparticles and polyethyleneimine modified ammonium polyphosphate on enhancing the flame resistance of epoxy resin, Mater. Res. Express, 10, 2023, 115002. DOI 10.1088/2053-1591/ad058e.
[2]. Nhung Hac Thi, Truong Cong Doanh, Doan Tien Dat, Ho Thi Oanh, Ha Tran Nguyen, Tuyen Van Nguyen, Quang Vinh Tran, Mai Ha Hoang. Investigation of the synergistic effect of red phosphorus and magnesium hydroxide on the thermal degradation behavior and flame resistance of the intumescent fire‐retardant polypropylene system, Fire and Materials, 48(2), 2024, 166-179. DOI: 10.1002/fam.3175
b) Các bài báo đăng trên tạp chí chuyên ngành trong nước:
[1]. Trương Công Doanh, Vũ Minh Tân, Hồ Thị Oanh, Hắc Thị Nhung, Hoàng Mai Hà, Preparation and charaterization of flame retardant nanocomposite based on polyvinyl chloride, Journal of Science and Technology, 57(2), 2021, 115-121.
[2]. Truong Cong Doanh, Hac Thi Nhung, Nguyen Thi Hanh, Nguyen Thi Thu Hien, Doan Tien Dat, Vu Minh Tan, Hoang Mai Ha, Synthesis of Nanoplatelet Zinc Borate and its Combination with Expandable Graphite and Red Phosphorus as Flame Retardants for Polypropylene, VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, 38(3), 2022, 86-96. DOI: 10.25073/2588-1140/vnunst.5402
[3]. Nguyễn Thị Nhiệm, Đoàn Thị Hải, Hắc Thị Nhung, Hoàng Mai Hà, Nguyễn Văn Tuyến, Ngô Quốc Anh và Trần Quang Vinh. Nghiên cứu hình thái, cấu trúc và tính chất của vật liệu ammonium polyphosphate được bao bọc bởi nhựa ure–melamine–formaldehyde và khả năng ứng dụng chế tạo compozit có khả năng chống cháy trên nền nhựa polypropylene. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Đã được chấp nhận đăng, đang chờ xuất bản.
c) Hội nghị:
[1]. Nhung Hac Thi, Truong Cong Doanh, Hoang Van Toan, Doan Tien Dat, Ho Thi Oanh, Nguyen Duc Tuyen, Quang Vinh Tran, Mai Ha Hoang, Synergistic Effect of Melamine Cyanurate, Magnesium Hydroxide, and Red Phosphorus on the Fire Resistance of the Intumescent Flame-Retardant Polypropylene Composite, INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE ON CURRENT PROSPECTS AND CHALLENGES IN CHEMISTRY (PCC2023)
- Bằng sáng chế, giải pháp hữu ích:
[1]. Tên sáng chế: Quy trình chế tạo cao su etylen propylen dien monome có khả năng chống cháy và cơ tính được cải thiện. Đơn đăng ký số 2-2022-00465. Đơn đã được chấp nhận đơn hợp lệ (quyết định số 109020/QĐ-SHTT, cấp ngày 29 tháng 11 năm 2023 của Cục sở hữu trí tuệ).
- Các sản phẩm cụ thể (mô tả sản phẩm, nơi lưu giữ):
[1]. Phụ gia dùng chế tạo compozit có khả năng chống cháy
* 15 kg phụ gia dùng chế tạo compozit có khả năng chống cháy (MH+RP)cast có các đặc tính kỹ thuật sau:
- Kích thước hạt: +100 mesh;
- Hàm lượng magie hydroxit: 58,2 wt%;
- Hàm lượng phốt pho đỏ: 38,8 wt%;
- Hàm lượng canxi stearate: 3,0 wt%.
* 10 kg phụ gia dùng chế tạo compozit có khả năng chống cháy APP@PEI có các đặc tính kỹ thuật sau:
- Kích thước hạt: +100 mesh;
- Hàm lượng Ammonium polyphosphate (APP): 93,2 wt%;
- Hàm lượng polyethyleneimine (PEI): 6,8 wt%
[2]. 15 kg graphit có khả năng giãn nở nhiệt có các đặc tính kỹ thuật sau:
- Kích thước hạt: +100 mesh;
- Tỷ lệ giãn nở: 240 mL/g
- pH: 6,8
[3]. 30 m2 tấm lợp cách nhiệt có khả năng chống cháy trên nền polyurethane có các đặc tính kỹ thuật sau:
- Khả năng chống cháy theo phương pháp UL-94: V-0;
- Chỉ số oxi giới hạn (LOI): 28,2%;
- Tỷ trọng: 45,1 kg/m3;
- Tỷ suất truyền nhiệt: 0,026 Kcal/m.h.oC (ST);
- Độ bền nén: 0,312 MPa.
[4]. 22 m2 tấm nhựa nhiệt dẻo có khả năng chống cháy trên nền polypropylene có các đặc tính kỹ thuật sau:
- Khả năng chống cháy theo phương pháp UL-94: V-0;
- Chỉ số oxy giới hạn (LOI): 27,2%;
- Độ bền va đập: 20,16 KJ/m2;
- Độ bền uốn: 29,55 MPa;
- Độ bền uốn: 22,95 MPa.
[5] 21 m2 tấm cao su có khả năng chống cháy trên nền cao su etylen propylen dien monome có các đặc tính kĩ thuật sau:
- Khả năng chống cháy theo phương pháp UL-94: V-0;
- Chỉ số oxy giới hạn (LOI): 44,3 %;
- Độ bền kéo đứt: 7,52 MPa
- Độ giãn dài khi đứt: 311,5 %
- Độ cứng theo Shore A: ≥ 87
[6]. Quy trình công nghệ chế tạo tấm lợp cách nhiệt có khả năng chống cháy có quy mô 100 m2/ mẻ.
[7]. Quy trình công nghệ chế tạo tấm nhựa nhiệt dẻo có khả năng chống cháy có quy mô 20 m2/ mẻ.
[8]. Quy trình công nghệ chế tạo tấm cao su có khả năng chống cháy có quy mô 20 m2/mẻ.
- Các sản phẩm khác: Đào tạo sau đại học
[1]. Nguyễn Thị Hạnh, đã nhận bằng tiến sĩ, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
[2]. Hắc Thị Nhung, đang là NCS năm thứ 3, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
[3]. Trương Công Doanh, đang là NCS năm thứ 4, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. |
