Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit sinh thái từ dầu lanh epoxy hóa gia cường bằng cốt liệu thạch anh và thủy tinh, ứng dụng trong sản xuất đá hoa cương nhân tạo

là: Dầu đậu nành, dầu hướng dương và dầu lanh. 1.3.2. Giới thiệu về các phương pháp biến tính dầu thực vật Những thành phần chính của dầu thực vật là các axit béo có một nối đôi, hai nối đôi và các este của chúng có thể dễ dàng chuyển hóa thành dạng epoxy (oxiran) bởi quá trình epoxy hóa nhờ peraxit hữu cơ, hay axit hydro - peroxit hữu cơ. 1.3.3. Giới thiệu về biến tính dầu lanh bằng phản ứng epoxy hóa Dầu thực vật nói chung và dầu lanh epoxy hóa nói riêng, do có nhóm epoxy nằm giữa mạch, khác với epoxy đi từ nguồn gốc dầu mỏ có nhóm epoxy nằm cuối mạch, nên hoạt tính của nhóm epoxy trong dầu thực vật thấp. Vì vậy, dầu thực vật epoxy hóa thường được lựa chọn đóng rắn nóng bằng anhydrit với sự có mặt của xúc tác imidazol. 1.4. Phương pháp nâng cao tính chất bền cơ và bền màu của vật liệu polyme compozit cốt hạt Để tăng cường các tính chất bền cơ và khả năng chịu thời tiết của vật liệu PC, biến tính nhựa nền hoặc phương pháp xử lý bề mặt chất gia cường (dạng sợi/hạt) và sử dụng chất chống UV là các phương pháp đã đạt được hiệu quả cao. 1.4.1. Sử dụng phụ gia có tính tương thích với hệ nhựa nền Các phương pháp biến tính nhựa nền để nâng cao tính chất cơ lý của vật liệu PC thường được sử dụng bao gồm: chất tương hợp, chất liên kết silan, chất hóa dẻo. 1.42. Biến tính bề mặt cốt liệu hạt bằng chất liên kết silan Để tăng cường khả gia công cũng như tính chất cơ lý của vật liệu PC đã tiến hành nghiên cứu sử dụng chất liên kết silan trong quá trình gia công vật liệu PC trên cơ sở nhựa nền ELO. 1.4.3. Sử dụng chất chống tia tử ngoại Để nâng cao độ bền thời tiết và khả năng chịu môi trường của vật liệu PC người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau trong đó phương pháp sử dụng chất chống tia UV là một trong những phương b) 6 pháp được lựa chọn. Các chất chống tia UV được chia làm 2 loại: Chất hấp thụ tia tử ngoại (UVA) và chất cản quang ( HALS). CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu  Dầu lanh epoxy hóa (ELO) có hàm lượng nhóm epoxy 22,8%, Akcros, Anh.  Anhydrit 4-metylhexahydrophtalic (MHHPA), Lindau Chemical, Anh.  2- metylimidazol (2-MI); Imidazol (IM); 1,2-Dimetylimidazol (DMI); 2-Etyl- 4 – Metylimidazol (EMI) và 1-metylimidazol (NMI), BASF, Đức.  Polyol-PT1 có khả năng phân tán hoàn toàn trong nước, có độ tinh khiết 99,5%, độ nhớt 800 ÷ 1000 cps (ở 25°C) của Malaysia.  N-(2- aminetyl)- 3- aminopropyltrimetoxysilan, Wacker, Đức.  3-Glycidoxypropyltrimetoxysilan, Evonik, Đức.  2-Hydroxy-4-n-octoxybenzophenol (HnOB), Mayzo, Hoa Kỳ  2-(2-hydroxy-5-metylphenyl) benzotiazol (E11); và bis-(N- metyl,2,2,6,6-tetrametyl-4-piperidinyl) sebacat + metyl-(N-metyl, 2,2,6,6-tetrametyl-4- piperidin) sebacat (E765), Everlight, Đài Loan.  Metanol, 2-hydroxy-4-(octyloxy)-phenyl (MHOP);  Bis (1-octyloxy-2,2,6,-tetrametyl-4-piperidyl) sebacat (BOTPS), BASF, Đức.  Thạch anh có hàm lươṇg SiO2 ≥ 99,5%, đô ̣ẩm ≤ 0,3%, Quảng Nam, Việt Nam.  Gương, kính tái chế có hàm lươṇg SiO2 ≥ 72,0%, Na2O ~15%, đô ̣ẩm ≤ 0,3%,, Camacho, Tây Ban Nha. 2.2. Phương pháp thực nghiệm 2.2.1.Phương pháp chuẩn bị mẫu nhựa nền ELO 2.2.2. Phương pháp chuẩn bị mẫu vật liệu polyme compozit từ nhựa nền dầu lanh epoxy hóa và cốt liệu thạch anh 2.2.3.Các phương pháp xác định đặc trưng đóng rắn của dầu lanh epoxy hóa 2.2.3.1.Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng và quét nhiệt vi sai 2.2.3.2.Phương pháp xác định biến thiên nhiệt độ theo thời gian 2.2.3.3.Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 7 2.2.4.Các phương pháp xác định mức độ đóng rắn của dầu lanh epoxy hóa 2.2.4.1.Phương pháp trích ly trong axeton 2.2.4.2.Phương pháp xác định hàm lượng nhóm epoxy 2.2.4.3.Phương pháp phân tích nhiệt quét vi sai 2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 2.2.5.1.Xử lý số liệu thực nghiệm mức độ đóng rắn của hệ nhựa trên cơ sở dầu lanh epoxy hóa theo thời gian phản ứng 2.2.5.2.Tính toán tốc độ phản ứng của hệ nhựa trên cơ sở dầu lanh epoxy hóa 2.2.6. Các phương pháp xác định tính chất cơ học của nhựa nền trên cơ sở dầu lanh epoxy hóa 2.2.6.1.Phương pháp xác định độ cứng Barcol 2.2.6.2.Phương pháp xác định độ bền kéo 2.2.6.3.Phương pháp xác định độ bền uốn 2.2.6.4.Phương pháp xác định độ bền va đập Izod không khía 2.2.6.5.Phương pháp xác định độ mài mòn 2.2.6.6.Phương phác xác định màu sắc 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 2.2.8. Phương pháp xác định tính chất cơ – lý của vật liệu PC 2.2.8.1.Phương pháp xác định độ hấp thụ nước 2.2.8.2.Phương pháp xác định độ bền uốn 2.2.8.3.Phương pháp xác định độ bền va đập 2.2.8.4.Phương pháp xác định độ mài mòn sâu 2.2.8.5.Phương pháp xác định màu sắc của bề mặt vật liệu PC 2.2.8.6.Phương pháp xác định độ bóng bề mặt vật liệu PC 2.2.9.Phương pháp xác định khả năng chịu thời tiết CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn ELO 3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình đóng rắn hệ nhựa nền ELO Việc khảo sát và tìm ra nhiệt độ đóng rắn thích hợp cho quá trình đóng rắn của hệ nhựa nền ELO là rất cần thiết. Trong phần này, đã tiến hành đồng thời ba phương pháp để xác định nhiệt độ đóng rắn thiết lập 8 bao gồm phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA) và nhiệt quét vi sai (DSC); phương pháp xác định hàm lượng phần gel và phương pháp xác định hàm lượng nhóm epoxy dư theo thời gian phản ứng. Tỷ lệ mol ELO/MHHPA/NMI = 1,0/1,0/0,1 và nhiệt độ đóng rắn: 120°C, 130°C, 140°C và 150°C. Đồng thời, đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình biến thiên nhiệt độ phản ứng theo thời gian đóng rắn của hệ nhựa nền ELO và đặc điểm của mẫu nhựa sau đóng rắn ở các nhiệt độ khác nhau. Kết quả khảo sát mức độ đóng rắn của hệ ELO đã lựa chọn nhiệt độ đóng rắn thích hợp tại 140°C. 3.1.2.Khảo sát ảnh hưởng của một số chất xúc tác họ imidazol đến quá trình đóng rắn hệ ELO/MHHPA Trong đề tài này, đã lựa chọn chất xúc tác amin bậc 3 họ imidazol để tăng tốc cho quá trình phản ứng. Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số chất xúc tác họ imidazol gồm DMI, EMI, 2-MI, IM và NMI đến quá trình đóng rắn và mức độ đóng rắn theo phương pháp xác định hàm lượng phần gel và tốc độ phản ứng của ELO và chất đóng rắn MHHPA. Tỷ lệ mol ELO/MHHPA là 1,0/1,0 và tỷ lê ̣ mol imidazol/MHHPA là: 0,05/1,0; 0,08/1,0; 0,09/1,0; 0,1/1,0; 0,11/1,0 và 0,12/1,0. Kết quả khảo sát nhận thấy, sử dụng 5 loại chất xúc tác họ amin bậc 3 đã chọn đều có khả năng tăng tốc cho quá trình đóng rắn nhựa nền ELO/MHHPA với mức độ tăng tốc khác nhau tùy thuộc vào từng chất xúc tác. Đã tìm được tỷ lệ mol thích hợp của các chất xúc tác/MHHPA là 0,1/1,0. Đã tiến hành so sánh mức độ đóng rắn của hệ nhựa ELO khi sử dụng 5 loại xúc imidazol ở tỷ lệ mol imidazol/MHHPA = 0,1/1,0. Kết quả khảo sát trên hình 3.22 nhận thấy: chất xúc tác NMI có mức độ đóng rắn cao nhất so với 5 chất xúc tác họ imidazol đã lựa chọn. Khi sử dụng chất xúc tác NMI, mẫu nhựa sau đóng rắn có số vết rạn nứt ít, màu vàng sáng phù hợp với công nghệ sản xuất đá nhân tạo. Vì vậy, sẽ lựa chọn chất xúc tác NMI trong các nghiên cứu tiếp theo của công trình này. 9 Hình 3.22: Mức độ đóng rắn của hệ nhựa ELO khi sử dụng các chất xúc tác imidazol ở tỷ lệ thích hợp 3.1.3. Xác điṇh hàm lượng chất xúc tác NMI của phản ứng đóng rắn hệ nhựa nền ELO/MHHPA Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác NMI đến quá trình đóng rắn, mức độ đóng rắn của hê ̣ nhựa ELO/MHHPA theo các phương pháp phân tích nhiệt quét vi sai DSC, xác định hàm lượng phần gel và xác định hàm lượng nhóm epoxy dư. Từ kết quả khảo sát đã xác định hàm lượng NMI thiết lập tại tỷ lệ mol NMI/MHHPA = 0,1/1,0. 3.1.4. Xác điṇh hàm lượng chất đóng rắn MHHPA thích hợp của phản ứng với nhựa nền ELO Để khảo sát hàm lượng chất đóng rắn MHHPA thích hợp của phản ứng với nhựa nền ELO đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số tỷ lệ MHHPA đến quá trình đóng rắn, mức độ đóng rắn của hệ nhựa ELO/MHHPA theo phương pháp phân tích DSC, phân tích hàm lượng phần gel và hàm lượng nhóm epoxy dư. Tỷ lệ mol ELO/MHHPA được 10 khảo sát là: 0,8 ÷1,2/1,0 và tỷ lệ mol NMI/MHHPA = 0,1/1,0. Kết quả khảo sát xác định được tỷ lệ mol ELO/MHHPA thích hợp là 1,0/1,0. 3.1.5. Đặc tính đóng rắn của hệ nhựa ELO/MHHPA bằng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại FTIR Đã tiến hành phân tích phổ hồng ngoại FTIR của NMI, MHHPA và hỗn hơp̣ MHHPA/NMI. Hỗn hợp MHHPA/NMI với tỷ lệ mol MHHPA/NMI = 1,0/0,1 được tiến hành phân tích phổ FTIR ở nhiệt độ phòng (25°C) theo thời gian phản ứng lần lượt là 0 giờ, 1 giờ, 2 giờ và 4 giờ. Hình 3.31: Phổ FTIR của hỗn hợp MHHPA/NMI tại các thời gian phản ứng 0; 1; 2 và 4 giờ ở nhiệt độ phòng (25°C) Kết quả phân tích phổ FT-R trên hình 3.31 nhận thấy: trên phổ FTIR của hỗn hợp MHHPA/NMI có xuất hiện một píc mới tại tần số 1708 cm-1. Sự xuất hiện của píc này đã chứng minh sự mở vòng của MHHPA tạo ra các ion cacboxylic. Cường độ píc tại tần số 1708 cm-1 tăng, đồng thời cường độ các píc 1861 và 1775 cm-1 giảm theo thời gian lưu hỗn hợp MHHPA/NMI tại nhiệt độ phòng chứng tỏ số lượng phân tử MHHPA mở vòng ngày càng tăng theo thời gian dưới hoạt động của 11 chất xúc tác NMI. Điều đó cho thấy quá trình trộn MHHPA với chất xúc tác NMI được tiến hành trước khi quá trình đóng rắn hệ ELO/MHHPA/NMI là cần thiết. Để khảo sát đặc tính đóng rắn của ELO và MHHPA, đã tiến hành phân tích phổ FTIR của hỗn hợp ELO/MHHPA/NMI phản ứng ở 140°C theo thời gian đóng rắn. Kết quả phân tích nhận thấy, cường độ của dải hấp thụ tương ứng với nhóm C-O và C=O (bước sóng 1861 và 1789 cm- 1) của MHHPA giảm theo thời gian phản ứng của hệ nhựa ELO/MHHPA/NMI. Bên cạnh đó, dao động phổ hồng ngoại của nhóm C-O-C và C-C-O trong phân tử MHHPA ở tần số 1214 và 1109 cm-1 giảm dần theo thời gian phản ứng của hệ nhựa ELO/MHHPA. Điều này chứng minh sự mở vòng của MHHPA để tham gia phản ứng este hóa với các alkoxit. Thêm vào đó, sự xuất hiện các píc đặc tính cho nhóm este bao gồm C=O và O-C-C ở các bước sóng tương ứng là 1739 và 1165 cm-1 với cường độ tăng dần theo thời gian chứng tỏ phản ứng của nhóm epoxy với các anion cacboxylat để tạo ra các liên kết este. Như vậy, từ kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn của hệ nhựa ELO/MHHPA/NMI, đã lựa chọn được một số thông số để sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo như sau:  Tỷ lệ mol thiết lập: ELO/MHHPA/NMI=1,0/1,0/0,1  Nhiệt độ đóng rắn thiết lập: 140°C trong 40 ÷ 45 phút. 3.2. Nghiên cứu biến tính nhựa nền từ dầu lanh epoxy hóa 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng polyol-PT1 Trong công thức của nhựa nền ELO thường có thêm một lượng nhỏ polyol. Về mặt hóa học polyol sẽ tham gia vào phản ứng mở vòng anhydrit đầu tiên để tạo thành nhóm carboxyl và nhóm này mới là nhóm tham gia phản ứng với nhóm epoxy trong ELO. Trong phần này đã sử dụng chất bổ sung polyol-PT1. Việc lựa chọn tỷ lệ polyol phụ thuộc vào kết quả các tính chất cơ lý của hệ nhựa sau quá trình đóng rắn. Hàm lượng polyol – PT1 được sử dụng ở các tỷ lệ 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5% tính theo khối lượng hệ ELO/MHHPA/NMI. 3.2.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng polyol –PT1 đến biến thiên nhiệt độ tỏa nhiêṭ theo thời gian của hệ nhưạ ELO/MHHPA/NMI Ảnh hưởng của hàm lượng polyol-PT1 đến quá trình biến thiên nhiệt độ theo thời gian phản ứng của hệ nhựa ELO/MHHPA/NMI nhận thấy: Khi bổ sung 0,5÷1,5% khối lượng polyol –PT1, thời gian đóng rắn của 12 hệ giảm nhưng không đáng kể. Khi tăng hàm lượng polyol –PT1 lên 2,0 ÷ 2,5% khối lượng, nhận thấy thời gian đóng rắn của hệ giảm đáng kể, từ 20 phút xuống còn khoảng 16 phút. 3.2.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng polyol – PT1 đến một số tính chất cơ lý của hệ nhựa ELO/MHHPA/NMI sau đóng rắn Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng polyol-PT1 đến độ cứng Barcol và các tính chất cơ lý của hệ nhựa ELO/MHHPA/NMI. Kết quả khảo sát cho thấy, sự có mặt của polyol trong hệ nhựa ELO/MHHPA/NMI làm tăng độ cứng Barcol của nhựa sau đóng rắn. Bên canh đó, sử dụng polyol-PT1 giúp tăng cường tính chất cơ lý của nhựa nền đặc biệt là làm giảm tính giòn của hệ nhựa nền ELO, giúp tăng cường độ bền uốn, độ bền va đập và một số tính chất cơ lý khác của nhựa nền ELO/MHHPA/NMI. Kết quả khảo sát đã xác định được tỷ lệ polyol-PT1 thích hợp là 2,0% khối lượng. 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất chống lão hóa thời tiết và tia tử ngoại đến một số tính chất của hệ nhựa ELO Để tăng cường khả năng chống lão hóa thời tiết và tia tử ngoại của vật liệu PC từ hệ nhựa ELO (bao gồm ELO, MHHPA, NMI, polyol- PT1) đã bổ sung chất chống tia UV vào hệ nhựa nền ELO. 3.2.2.1. Khảo sát khả năng phân tán của một số chất chống tia tử ngoại trong hệ nhựa ELO Đã tiến hành đánh giá khả năng phân tán của các chất chống tia UV trong hệ nhựa nền bằng phương pháp trộn hợp trực tiếp. Các chất này được đưa vào hỗn hợp nhựa lỏng và được khuấy trộn trên máy khuấy cơ với tốc độ 1000 vòng/phút trong thời gian 20 ÷ 30 phút. Từ kết quả khảo sát khả năng phân tán của một số chất chống tia UV trong hỗn hợp nhựa ELO lỏng và ảnh hưởng của các chất này đến độ nhớt và màu sắc của hỗn hợp nhựa ELO đã lựa chọn một số chất chống tia UV có khả năng sử dụng trong quá trình chế tạo vật liệu PC ứng dụng trong sản xuất đá nhân tạo như sau: BOTPS; E11; E765; HnOB; MHOP. 3.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số chất chống tia tử ngoại đến quá trình đóng rắn hệ nhựa nền ELO Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số chất chống UV ở một số tỷ lệ khác nhau đến quá trình đóng rắn hệ nhựa nền ELO, với tỷ lệ mol ELO/MHHPA/NMI =1/1/0,1. 13 Kết quả khảo sát cho thấy sử dụng các chất chống UV đều không ảnh hưởng nhiều đến quá trình đóng rắn của hệ ELO/MHHPA/NMI, thể hiện ở quá trình biến thiên nhiệt độ theo thời gian đóng rắn khi không sử dụng chất chống UV và khi có sử dụng các chất chống UV không có sự thay đổi nhiều. Như vậy các chất chống UV đã khảo sát đáp ứng yêu cầu về mức độ ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn của hệ nhựa nền ELO. 3.2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số chất chống tia tử ngoại đến một số đặc tính cơ bản của nhựa sau đóng rắn Từ kết khảo sát nhận thấy, các chất chống UV không làm thay đổi đáng kể thời gian đạt cực đại tỏa nhiệt và nhiệt độ cực đại tỏa nhiệt cũng như độ cứng Barcol của hệ nhựa nền ELO. Số lượng vết nứt của mẫu nhựa sau đóng rắn khi sử dụng chất chống UV cũng nằm trong giới hạn an toàn của tiêu chuẩn mẫu nhựa sau đóng rắn (số vết nứt ≤ 1). 3.2.2.4. Kết quả phân tích phổ FTIR của mẫu nhựa nền ELO khi chiếu UV Đã tiến hành phân tích phổ FTIR của mẫu nhựa nền ELO khi không sử dụng và có sử dụng kết hợp đồng thời hai loại chất chống UV bao gồm chất hấp thụ UV (MHOP) và chất cản quang (BOTPS). Hàm lượng MHOP và BOTPS sử dụng lần lượt là 2,0 và 3,0 % tính theo khối lượng của hỗn hợp ELO/MHHPA. Hình 3.55: So sánh phổ FTIR của mẫu nhựa nền không sử dụng chất chống UV ở 0 giờ (1) và 300 giờ (2) chiếu UV 14 Hình 3.56: So sánh phổ FTIR của mẫu nhựa nền có sử dụng 5% KL chất chống UV ở 0 giờ (1) và 300 giờ (2) chiếu UV Từ kết quả phân tích phổ FTIR nhận thấy việc sử dụng hệ chất chống UV đã giúp hạn chế sự phá vỡ các liên kết hóa học trong mạch polyme, giúp hạn chế sự lão hóa hệ nhựa ELO bởi tia UV. 3.3. Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit sinh thái từ dầu lanh epoxy hóa gia cường bằng cốt liệu thạch anh và thủy tinh 3.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo mẫu và tính chất vật liệu PC 3.3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của các chất liên kết silan Đã tiến hành biến tính bề mặt cốt liệu hạt thạch anh và thủy tinh bằng hai chất liên kết silan N-(2-aminetyl)-3-aminopropyltrimetoxy silan (glycidoxy silan) và 3-glycidoxy propyltrimetoxysilan (amino silan) tại một số tỷ lệ khác nhau. Nồng độ chất liên kết silan trong dung môi etanol được khảo sát là: 0; 1,0, 1,5 và 2,0 và 2,5%. Kết quả khảo sát nhận thấy, khả năng gia công mài bóng bề măṭ của các mẫu đá nhân tạo được cải thiện rõ rệt khi sử dụng cốt liệu đã được biến tính bằng cả hai loại amino silan và glycidoxy silan. Ảnh hưởng của các chất liên kết silan đến cấu trúc hình thái của vâṭ liêụ PC trên cơ sở nhưạ nền ELO nhận thấy: Khi sử dụng cốt liệu hạt 15 chứa silanol hóa bề mặt, nhựa nền ELO kết dính với các hạt cốt liệu haṭ nhỏ và haṭ to không chặt chẽ. Khi cốt liệu được biến tính bề mặt bằng chất amino silan, nhựa nền ELO và các haṭ cốt liêụ haṭ nhỏ kết dính với nhau tốt tạo ra cấu trúc đặc chắc, ít lỗ rỗng tế vi hơn so với khi sử dụng cốt liệu hạt chưa được silanol hóa bề mặt. Khi sử dụng chất liên kết glycidoxy silan, nhựa nền liên kết với các haṭ cốt liệu tốt hơn khi sử dụng amino silan, thể hiện ở cấu trúc của vâṭ liêụ PC đặc chắc hơn, các lỗ rỗng tế vi ít xuất hiện và hầu như không có khoảng cách giữa nhựa nền ELO và các cốt liệu hạt to. Thêm vào đó, các mẫu vật liệu PC sử dụng cốt liệu hạt được biến tính bằng các chất liên kết silan có các tính chất cơ lý được cải thiện. Khi tăng hàm lượng chất liên kết silan, các tính chất cơ lý như độ bền uốn, độ bền va đập của vật liệu PC được cải thiện. Kết quả khảo sát đã xác định được thời gian biến tính bề mặt cốt liệu bằng chất liên kết silan thích hợp là 2 giờ. Hình 3.60: Ảnh FESEM của mâũ vâṭ liêụ PC sử dụng cốt liệu hạt biến tính bằng glycidoxy silan với các độ phóng đại khác nhau (a) x100, (b) x500 và (c) x1000 16 Kết luâṇ: Sử duṇg chất liên kết glycidoxy silan có hiêụ ứng cao hơn so với amino silan thể hiêṇ ở quá trình gia công dễ dàng hơn và khả năng tăng cường các tính chất cơ lý cho vâṭ liêụ PC khi sử duṇg glycidoxy silan tốt hơn so với amino silan. Như vậy, đối với vật liệu PC từ nhựa nền ELO gia cường bằng cốt liệu hạt thạch anh và thủy tinh, sẽ ưu tiên lựa chọn chất liên kết glycidoxy silan với nồng độ dung dịch silan là 2% trong dung môi etanol và thời gian biến tính là 2 giờ. 3.3.1.2. Ảnh hưởng của kích thước và bản chất hạt cốt liệu Khi tăng kích thước hạt cốt liệu trông công thức phối liệu, tỷ lệ nhựa nền ELO sử dụng giảm dần. Từ kết quả phân tích ảnh FESEM của vật liệu PC nhận thấy: Khi sử dụng hạt có kích thước lớn, diện tích vùng hỗn hợp chất điền đầy giảm, thay vào đó là phần diện tích chiếm chỗ bởi hạt cốt liệu có kích thước lớn. Do đó các tính chất cơ lý của sản phẩm sẽ thay đổi theo xu hướng gần giống tính chất của hạt cốt liệu thạch anh hơn như: độ bóng bề mặt, độ cứng, độ bền mài mòn tăng. Từ kết quả khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt cốt liệu đến tính chất cơ lý của vật liệu PC nhận thấy: Khi tăng kích thước hạt cốt liệu trong công thức phối liệu, độ bền uốn và độ bền va đập giảm dần. Bên caṇh đó, khi kích thước hạt cốt liệu tăng thì tổng diện tích bề mặt giảm, có nghĩa là vùng ranh giới giữa nhựa nền và cốt liệu giảm. Như vậy, độ hấp thụ nước của vật liệu tăng có thể do độ rỗng (nứt tế vi) của các hạt cốt liệu. Khi kích thước hạt cốt liệu tăng lên, diện tích tiếp xúc phía ngoài tăng lên nên bề mặt vật liệu có khả năng chịu mài mòn tốt hơn. a. Ảnh hưởng của bản chất hạt cốt liệu đến khả năng gia công và tính chất cơ lý của vật liệu PC Kết quả khảo sát ảnh hưởng của cốt liệu cristobalit đến khả năng gia công vật liệu PC nhận thấy: Khi sử dụng cốt liệu cristobalit, hỗn hợp phối liệu có độ linh động giảm so với mẫu chỉ sử dụng cốt liệu thạch anh thông thường. Độ linh động của hỗn hợp phối liệu giảm dần khi tăng tỷ lệ cốt liệu cristobalit. Sử dụng vật liệu cristobalit làm cho khả năng mài độ bóng cao khó khăn hơn, bề mặt sau mài dễ bị xước do tỷ lệ ELO tăng cao và cấu trúc cốt liệu cristobalit ở dạng xốp rỗng cũng làm giảm độ bóng của bề mặt vật liệu. 17 Từ kết quả phân tích ảnh FESEM nhận thấy, trong trường hợp sử dụng cốt liệu cristobalit liên kết giữa nhựa nền ELO và cốt liệu hạt mịn rời rạc, cấu trúc của hỗn hợp điền đầy không đặc chắc như trong trường hợp sử dụng cốt liệu thạch anh thông thường. Tại vùng ranh giới giữa hỗn hợp chất điền đầy và cốt liệu hạt to kết dính với nhau không chặt chẽ, có sự phân cách rõ rệt. Như vậy, bản chất của cốt liệu có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng thấm ướt của nhựa nền ELO lên bề mặt của chúng. Nếu cốt liệu có cấu trúc đặc chắc, bề mặt mịn thì nhựa nền ELO dễ dàng thấm ướt lên bề mặt cốt liệu, qua đó sẽ tăng cường khả năng kết dính của các thành phần trong vật liệu PC. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của vâṭ liêụ cristobalit đến một số tính chất cơ lý của vật liệu PC nhâṇ thấy, khi sử duṇg vâṭ liêụ cristobalit độ bền uốn và độ bền va đập, độ hấp thụ nước và độ mài mòn của vật liệu thấp hơn so với vật liệu PC sử dụng thạch anh thông thường. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn tính chất cơ lý của vật liệu PC nhận thấy: đối với các vâṭ liêụ PC màu trắng, ở cùng một thời gian đóng rắn khi nhiệt độ đóng rắn quá cao sẽ dẫn đến hiện tượng màu bị ngả vàng. Ở cùng điều kiện về thời gian đóng rắn, khi tăng nhiệt độ phản ứng độ bền uốn và độ bền va đập đều có xu hướng giảm. Từ kết quả khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến khả năng gia công và tính chất cơ lý của vật liệu PC đã lựa chọn được nhiệt độ đóng rắn của mẫu vâṭ liêụ PC tại 140°C để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. 3.3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn đến tính chất cơ lý của vật liệu PC Nhiệt độ đóng rắn ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của vật liệu PC từ nhựa nền ELO gia cường bằng cốt liệu hạt, đặc biệt khi các vật liệu này được ứng dụng sản xuất các sản phẩm đá nhân tạo dạng tấm. Nếu nhiệt độ đóng rắn lựa chọn không tối ưu có thể là nguyên nhân sinh ra nhiều lỗi như: sản phẩm bị cong vênh (nếu nhiệt độ đóng rắn quá thấp); nứt (nếu nhiệt độ đóng rắn quá cao), màu của sản phẩm bị thay đổi (vàng hơn nếu nhiệt độ quá cao làm cho nhưạ nền bị lão hóa. Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến ngoại quan và một số tính chất cơ lý của vâṭ liêụ PC trên cơ sở nhựa nền ELO gia cường bằng cốt liệu hạt thạch anh. Cốt liệu đã được silanol hóa bằng hợp chất glycidoxy silan với nồng độ dung dịch là 2,0% và thời gian silanol hóa 2 giờ. 18 Kết quả cho thấy, nếu nhiệt độ đóng rắn cao độ bền va đập và độ bền uốn giảm. Tuy nhiên, khi nhiệt độ phản ứng thấp sẽ kéo dài thời gian đóng rắn. 3.3.1.4. Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn đến tính chất cơ lý của vật liệu PC Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thời gian đóng rắn đến một số tính chất cơ lý của vâṭ liêụ PC trên cơ sở nhưạ nền ELO. Mâũ vâṭ liêụ PC được đóng rắn ở nhiệt độ 140ºC trong thời gian đóng rắn 25÷65 phút. Kết quả thí nghiệm cho thấy: Ở cùng điều kiện về nhiệt độ đóng rắn, khi tăng thời gian đóng rắn độ bền uốn và độ bền va đập đều giảm. Tuy nhiên, nếu thời gian đóng rắn quá ngắn, mẫu vật liệu PC chưa đóng rắn hoàn toàn, độ biến dạng uốn của mẫu vật liệu PC cao là nguyên nhân gây ra hiện tượng cong vênh của vật liệu PC trong quá trình sử dụng. Vì vậy đã lựa chọn thời gian đóng rắn của vật liệu PC là 45 phút để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. 3.3.1.5. Ảnh hưởng của độ ẩm và thời gian lưu hỗn hợp phối liêụ Trong thành phần hệ nhựa nền ELO sử dụng để làm chất kết dính cho vâṭ liêụ PC có sử dụng chất đóng rắn MHHPA. MHHPA là một anhydrit rất dễ hút ẩm ở điều kiện thường tạo ra axit tương ứng ở dạng tinh thể rắn. Khi tạo thành axit như vậy chúng sẽ mất hoạt tính, do đó sẽ làm giảm khả năng đóng rắn của hệ nhựa nền và sẽ làm ảnh hưởng đến tính chất của vâṭ liêụ PC. Từ kết quả khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm và thời gian lưu hỗn hợp phối liêụ đến khả năng gia công nhận thấy: Khả năng rung ép: Độ ẩm càng cao, độ linh động của hỗn hợp phối liệu càng giảm, khi rung ép khó dàn đều. Khả năng mài: Đối với mẫu vật liệu PC được thí nghiệm ở độ ẩm cao và thời gian lưu hỗn hợp phối liêụ càng dài thì khả năng mài càng khó. Khi mài bề mặt mẫu dễ bị xước và không đạt độ bóng cao. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm và thời gian lưu hỗn hợp phối liêụ đến tính chất cơ lý của vâṭ liêụ PC nhận thấy, nếu độ ẩm môi trường càng cao thì độ bền uốn và độ bền va đập của vật liệu PC càng bị suy giảm nhiều. Bên cạnh đó, tại cùng một độ ẩm của môi trường thí nghiệm, nếu thời gian lưu hỗn hợp phối liêụ càng dài thì các tính chất cơ lý càng bị suy giảm. Trong khoảng 30 ÷45 phút đầu, các tính chất cơ 19 lý của mẫu ít bị suy giảm ngay cả ở điều kiện độ ẩm môi trường cao. Tuy nhiên, khi thời gian lưu hỗn hợp phối liêụ kéo dài từ 60 phút trở lên, sự suy giảm độ bền uốn và độ bền va đập lớn. Như vậy, do chất đóng rắn MHHPA dễ hút ẩm, vì vậy, trong quá trình sản xuất cần phải bảo quản hóa chất MHHPA ở nơi khô ráo thoáng mát,