Nghiên cứu công nghệ và vật liệu chống dính ứng dụng để loại bỏ hiện tượng kết dính hạt ure trên đáy tháp tạo hạt

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số nhựa epoxy và nhựa epoxy biến tính thương mại 11Bảng 1.2 Tính chất cơ lý của sợi thuỷ tinh 13Bảng 3.1 Điều kiện làm việc thông số kỹ thuật của tháp tạo

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ VẬT LIỆU CHỐNG DÍNH ỨNG DỤNG ĐỂ LOẠI BỎ HIỆN TƯỢNG KẾT DÍNH HẠT URÊ TRÊN ĐÁY THÁP TẠO HẠT

VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ VẬT LIỆU CHỐNG DÍNH ỨNG DỤNG ĐỂ LOẠI BỎ HIỆN TƯỢNG KẾT DÍNH HẠT URÊ

TRÊN ĐÁY THÁP TẠO HẠT

Thực hiện theo Hợp đồng số:47.12.RDHD-KHCN ngày 19 tháng 3 năm

2012 giữa Bộ Công Thương và Viện Hóa Học Công nghiệp Việt Nam

Cơ quan chủ trì: Chủ nhiệm đề tài

VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PGS TS PHẠM THẾ TRINH

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG BÀI

EP : Epoxy CĐR : Chất đóng rắn CKM : Chất khơi mào PDMS : Poly-Dimetyl – silan TES : Tetraethoxy-silan PVA : Polyvinyl ancol

PC : Polyme – compozit CTA : Cát thạch anh

PEKN : Polyeste-không no DDS : Dimetyl diclo silan KLPT : Khối lượng phân tử PTFE : Polytetrafloetylen (Teflon) DTV : Dầu thực vật

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Một số nhựa epoxy và nhựa epoxy biến tính thương mại 11Bảng 1.2 Tính chất cơ lý của sợi thuỷ tinh 13Bảng 3.1 Điều kiện làm việc thông số kỹ thuật của tháp tạo hạt 30Bảng 3.2 Ảnh hưởng của loại nhựa Epoxy đến hiệu suất chuyển hoá

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng chất khâu mạch đến hiệu suất

chuyển hoá nhựa epoxy biến tính PDMS

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của hàm lượng cát thạch anh đến tính chất bền

cơ của vật liệu PC

Bảng 3.12 Kết quả thử khả năng chống dính hạt Urê mẫu so sánh

với các mẫu vật liệu chống dính khác

49

Bảng 3.13 Chế thử vật liệu chống dính Urê 50Bảng 3.14 Kết quả thử treo mẫu lớn tại đáy tháp tạo hạt Urê (Công ty

Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc) So sánh với một số vật liệu khác

51

Bảng 3.15 Dự tính giá thành (tính cho 1m2 vật liệu chống dính) 55

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Phản ứng biến tính nhựa epoxy với PDMS 10Hình 1.2 Phản ứng tạo lưới của PDMS với TES 10Hình 1.3 Mạch epoxy liên kết ngang với PDMS 10

Hình 1.5 Phản ứng biến tính của nhựa epoxy với Novolac 12Hình 1.6 Vải thủy tinh bề mặt mỏng 15Hình 1.7 Một số loại vải thủy tinh nhập khẩu của Trung Quốc 16Hình 1.8 Cấu trúc nhựa epoxy không biến tính 17Hình 1.9 Ảnh SEM mặt cắt của một tấm compozit epoxy-vải thủy tinh 17

Hình 3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng chất đóng rắn đến hiệu suất

chuyển hóa trong quá trình biến tính nhựa Epoxy với PDMS

Hình 3.5 Ảnh hưởng của độ dày lớp lót đến khả năng bám dính của

nhựa Epoxy lên các bề mặt khác nhau

1.1.5 Yêu cầu đối với chất chống dính khi sử dụng vào thực tế công nghiệp 6

1.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu chống dính tại Việt Nam 8

1.4 Biến tính nhựa epoxy với PDMS, chế tạo lớp chống dính 9

1.5 Vật liệu polyme –compozit - lớp đệm cho hệ chống dính 11

1.5.3 Vật liệu tổ hợp polyme – compozit cốt sợi thủy tinh 16

2.2 Thiết bị nghiên cứu 22

2.3.6 Treo mẫu tại đáy tháp tạo hạt, xác định khả năng chống bám dính của hạt Urê 26

2.4 Các phương pháp phân tích tính chất cơ, lý của vật liệu polyme –

compozit cách nhiệt

26

2.4.2 Phương pháp xác định độ bền nén 26

2.4.3 Phương pháp xác định độ bền uốn 27

2.4.4 Phương pháp xác định độ bền va đập 27

2.6 Phương pháp xác định độ bền hoá chất của môi trường 28

2.6.1 Xác định độ bền hoá chất đối với vật liệu PC 28

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Luận giải vấn đề chống bám dính của hạt thô trên đáy tháp tạo hạt 29

3.2.1 Lớp chống dính trên cơ sở nhựa epoxy biến tính với các hợp chất Silan 31

3.2.2 Nghiên cứu chế tạo lớp đệm cho hệ vật liệu chống dính 38

3.2.3 Lớp lót -lớp bám dính của hệ vật liệu chống dính 42

3.3 Kết quả thử tính chất hệ vật liệu chống dính 45

3.3.1 Chế tạo mẫu vật liệu để xác định độ lặp lại 45

3.3.2 Kết quả phân tích tính chất bền cơ – xác định độ lặp lại 46

3.3.3 Kết quả thử khả năng bền hóa chất môi trường 47

3.3.4 Kết quả thử khả năng chống dính hạt Ure, so sánh với các loại vật liệu

chống dính khác

48

3.4.1 Chế thử vật liệu chống dính dạng tấm 50

3.4.2 Kết quả treo mẫu lớn tại đáy tháp tạo hạt – so sánh với một số vật liệu khác 50

3.5 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo vật liệu chống dính cho hạt Urê 52

3.6 Xây dựng quy trình gia công chất chống dính lên bề mặt đáy tháp 53

3.7 Dự tính giá thành sản phẩm 55

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ thế giới là sự xuất hiện ngày càng nhiều sản phẩm, vật liệu mới có chất lượng cao, không ngừng đáp ứng nhu cầu ngành càng cao của nhân loại Tuy đã được phát hiện và

sử dụng rất sớm vào đời sống và công nghiệp ngay từ những năm đầu của thế kỷ

20, song vật liệu chống dính mới thực sự được nghiên cứu và ứng dụng nhiều vào các ngành công nghiệp trong vòng 50 năm trở lại đây [1] Ngày nay vật liệu chống dính đóng một vai trò quan trọng và không thể thiếu được trong sự phát triển sản phẩm mới ở tất cả các ngành công nghiệp [2] Nhu cầu về vật liệu chống dính toàn thế giới là rất lớn, ước tính trên 50 triệu tấn/năm Chúng được

sử dụng vào hầu hết các ngành công nghiệp như: chất chống dính khuôn trong sản xuất thiết bị cơ khí, sản xuất chi tiết trong ngành điện; chất chống dính khuôn lắp ráp cho các công trình xây dựng… Trong ngành chế tạo vật liệu, chúng được sử dụng dưới dạng chất chống dính khuôn trong công nghệ đùn ép, đùn thổi, lưu hóa, sản xuất lốp, săm, gioăng, đệm, gia công vật liệu polyme-compozit (PC); gia công chất dẻo… và rất nhiều lĩnh vực khác [3]

Ở nước ta, nhu cầu về vật liệu chống dính cũng rất lớn, ước tính trên 100.000 tấn/năm, song hiện tại phẩn lớn ta đang phải nhập ngoại, rất tốn kém ngoại tệ Tất cả chủng loại sản phẩm được sản xuất ra bằng phương pháp khuôn đúc như: ca, cốc, xô, chậu nhựa, chi tiết vật liệu compozit (PC); các chi tiết phụ tùng, thiết bị …đều phải sử dụng đến vật liệu chống dính

Tại công ty Phân Đạm và Hóa chất Hà Bắc hiện nay đang gặp một vấn đề hết sức nan giải: đó là nhiệm vụ chống dính hạt Urê tại đáy tháp tạo hạt của Công ty Hiện tượng hạt Urê rơi xuống đáy tháp và không thoát được ra băng chuyền đã gây không it khó khăn cho kế hoạch sản xuất Sau một thời gian nhất định (10 đến 15 ngày), do không thoát kịp ra dây chuyền băng tải, các hạt Urê đọng lại dưới đáy tháp, dẫn đến tình trạng phải dừng một tháp để công nhân đục

bỏ lớp Urê bám chặt đáy tháp Hiện tượng này làm giảm năng suất, sản lượng của Công ty hằng năm, làm thiệt hại không nhỏ xét về góc độ kinh tế Vì vậy, việc chống dính đáy tháp tạo hạt, nhằm loại bỏ khả năng bám dính của hạt Urê, đảm bảo sản xuất liên tục, sản phẩm thông suốt trong dây chuyền là vấn đề rất cấp bách hiện nay

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ và vật liệu chống dính, ứng dụng để loại

bỏ hiện tượng bám dính của hạt Urê trên đáy tháp tạo hạt” đặt ra là thiết thực

góp phần giải quyết những khó khăn trước mắt tại Công ty

Vì vây, mục tiêu của nghiên cứu này là nhằm tạo ra công nghệ chế tạo vật liệu chống dính urê, ứng dụng để xử lý hiện tượng bám dính của hạt Urê trên đáy tháp tạo hạt tại Công ty Phân Đạm và Hóa chất Hà Bắc, góp phần tăng sản lượng sản xuất

Từ mục tiêu trên, đề tài định hướng những nội dung nghiên cứu như sau:

- Lựa chọn nguyên liệu để chế tạo vật liệu chống dính, xử lý nguyên liệu đầu

- Chế tạo tổ hợp vật liệu chống dính cho Urê trên cơ sở nhựa nhiệt rắn epoxy biến tính (tỷ lệ các hợp phần, phụ gia chống dính, điều kiện công nghệ: tổng hợp, biến tính …)

- Tối ưu và ổn định quy trình công nghệ chế tạo vật liệu chống dính

- Lựa chọn công nghệ gia công lớp chống dính

- Đánh giá khả năng chống dính đối với hạt Urê

- Chế thử vật liệu chống dính: 20 kg

- Triển khai ứng dụng thực tế

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Chất chống dính

1.1.1 Giới thiệu về chất chống dính:

Chất chống dính được hiểu bao gồm những chất, vật liệu hoặc hệ vật liệu

có khả năng ngăn ngừa hiện tượng kết dính của một loại vật liệu này lên bề mặt tiếp xúc của một vật liệu khác

Đối với vật liệu chế tạo theo khuôn đúc, chất chống dính có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng bám dính của sản phẩm khuôn vào bề mặt khuôn trong quá trình ép phun Quá trình đưa, trải chất chống dính lên bề mặt khuôn gọi là quá trình bôi trơn khuôn

Các chất chống dính thường ở dạng sáp; dạng mỡ hay dạng lỏng, nhiều chất chống dính ở dạng rắn, bề mặt phẳng nhẵn, không khuyết tật, đặc biệt là rất

kỵ nước

Một số ví dụ về chất chống dính:

- Bơ thực vật trên các khay để làm bánh ngọt

- Bột ngô, sáp ong để sản xuất kẹo cao su con gấu

- Canxi- photphat (E-341) cho một số thực phẩm dạng bột ngăn ngừa hiện tượng vón cục của bột

- Sáp ong dùng cho khuôn gia công chất dẻo

- Dầu parafin trong công nghiệp gia công vật liệu PC

- Bột Tal trong công nghiệp gia công chi tiết cơ khí

- Bột muội tro cho quá trình gia công kim loại

- Dung dịch nhũ tương dầu Silicon dùng làm chất chống dính cho công nghiệp sản xuất đồ gốm, dụng cụ thủy tinh Ngoài ra người ta còn sử dụng chất chống dính dưới dạng vật liệu chống dính; như:

- Lớp Gumi- Silicon có gia cường bằng vải thủy tinh lại chính được dùng làm lớp phủ cho vật liệu PC (PEKN có sợi gia cường), đồng thời nó lại có khả năng chống dính tốt [3] [4] [5]

Chất chống dính thương mại thường có ở trạng thái lỏng, nhũ tương, sáp và rắn Các chất chống dính ở trạng thái lỏng: như dầu khoáng, dầu parafin, dầu Silicon; nhũ tương dầu Silicon… được đưa lên bề mặt cần chống dính thường là bằng phương pháp phun

Đối với những chất chống dính ở dạng past; nhưu sáp ong, sáp parafin hay

mỡ silicon, mỡ từ axit béo của dầu thực vật; nhũ tương các loại sáp… thường là không có tác dụng chống dính tốt như các sản phẩm dạng lỏng Khi bôi chúng lên khuôn thường gặp khó khăn là không khẳng định được khuôn đã được phủ kín hoàn toàn hay không?

Đối với vật liệu chống dính hoặc chất chống dính ở trạng thái rắn, thường thì trước đó chúng được gia công thành vật liệu có bề mặt phẳng hoặc thành khuôn

âm (như các khuôn cốpfa trong chế tạo bê tông hoặc khuôn âm để chế tạo tàu thuyền, đồ chơi từ vật liệu PC ) [6] [7] [8]

- Chất chống dính không chứa Silicon

c Phân loại theo nguồn gốc

- Chất chống dính nguồn gốc dầu khoáng: nếu trong trường hợp dầu khoáng chưa biến tính, nói chung ít được sử dụng

- Chất chống dính có nguồn gốc dầu khoáng có phụ gia: loại này hiện đang xuất hiện lượng lớn, chủ yếu trên thị trường

- Chất chống dính nguồn gốc thực vật: Loại này chủ yếu từ Este axit béo của dầu thực vật, song rất bị hạn chế phạm vi sử dụng

- Chất chống dính dạng sáp, mỡ lên khuôn: thường dùng cho những ứng dụng đặc biệt

d Phân loại theo nhu cầu ngành công nghiệp:

- Chất chống dính gia công sản phẩm cao su: Lốp, săm, gioăng, phớt, băng tải, sản phẩm cao su kỹ thuật

- Chất chống dính cho gia công chất dẻo: Ca, xô, chậu, cốc, bát, khay, ống dẫn, đồ dùng chất dẻo…

- Chất chống dính cho sản phẩm bê tông: Khung, cột chịu lực, bê tông kiến trúc, bê tông, cầu, đường …

- Chất chống dính cho sản phẩm gốm sứ: Bình hoa, khay sứ, bát, đĩa, vật phẩm có họa tiết, trang trí …

- Chất chống dính cho sản phẩm đồ gỗ: Tủ có văn hoa, trạm trổ…

- Chất chống dính cho công nghiệp sản xuất bao bì: Can đựng, thùng chứa,

bể, bồn chứa, đồ chơi…

đ Phân loại theo trạng thái:

- Dạng lỏng: Dầu Silicon, dầu parafin, este các loại…

- Dạng Past: Sáp ong, Sáp parafin, mỡ các loại…

- Dạng rắn: Tấm PVC, tấm teflon (PTFE); tấm PVA, tấm vật liệu PC, tấm vật liệu PC + cao su Silicon

1.1.3 Ưu nhược điểm của các loại chất chống dính

a Chất chống dính không dung môi:

- Ưu điểm:

+ Có thể áp dụng cho tất cả bề mặt khuôn

+ Đảm bảo giữ cho mặt khuôn luôn sạch

+ Không có chất gây nguy hiểm

+ Khi gia công và bảo quản không cần yêu cầu đặc biệt

+ Ít mùi không mong muốn

+ Cần thời gian bay hơi trước khi vật phẩm hình thành

c Chất chống dính dạng nhũ tương trong nước

- Ưu điểm:

+ Nguyên liệu sử dụng thân thiện với da (dầu este, rượu béo)

+ Nước thay cho vị trí dung môi

+ Nhũ tương trắng, lỏng; vì vậy dễ phun

+ Màng chống dính mỏng qua việc làm bay hơi nước

+ Không cháy, không có mùi khó chịu

+ Không phải chú ý đặc biệt khi bảo quản

+ Có khả năng phân hủy sinh học

Việc sử dụng chất chống dính là tạo ra hàng loạt sản phẩm có hình thức

bề mặt đẹp, chất lượng theo yêu cầu, đảm bảo được thị hiếu của khách hàng

Chất chống dính còn có vai trò góp phần vào việc ứng dụng giải quyết những khó khăn về mặt tạo ra sản phẩm mới, mẫu mã mới, với thiết kế, kiểu dáng mới Nếu như không có chất chống dính thì nhiều bản thiết kế sản phẩm có nhiều họa tiết phức tạp là không thể thực hiện được (như trong kiến trúc, xây dựng, sản xuất đồ thủ công, mỹ nghệ cần hoa văn, trạm trổ, điêu khắc…)

1.1.5 Yêu cầu đối với chất chống dính khi sử dụng vào thực tế công nghiệp

- Trước hết là khi trải chất chống dính lên bề mặt khuôn thì lượng tổn hao chất chống dính là thấp nhất, nhưng phủ khắp được bề mặt mà vẫn đảm bảo độ bóng và khả năng chống dính

- Tiếp theo là chất chống dính không tham gia vào sản phẩm trong khuôn, không làm hư hại đến vỏ khuôn

- Lớp chống dính phải đạt được khả năng tiếp xúc tối ưu giữa khuôn và áo khuôn

- Lớp chống dính phải đảm bảo bề mặt vật thể khuôn bóng

- Lớp chống dính phải làm giảm thời gian làm sạch khuôn cho lô sản phẩm đợt kế tiếp

- Độ mài mòn phải rất thấp

- Khuôn ngoài luôn đảm bảo sạch

- Thời gian tháo khuôn ngắn

- Thành phẩm đạt chất lượng cao

- Không sinh ra khí độc và chất dễ bay hơi

- Môi trường xung quanh không bị ô nhiễm

- Sử dụng chất chống dính phải đảm bảo việc tối ưu hóa chu trình chống dính

1.2 Tình hình nghiên cứu vật liệu chống dính trên thế giới

Vật liệu chống dính đã được các nhà khoa học trên thế giới ứng dụng ngay từ những năm đầu của thể kỷ 20 Song phải đến những năm 60 trở lại đây, các công trình nghiên cứu về loại vật liệu này mới được triển khai mạnh mẽ, đặc biệt là ở Mỹ, Đức, Pháp, Ý, Ấn Độ và gần đây là Hàn Quốc và Trung Quốc Sở

dĩ có sự phát triển mạnh mẽ như vậy là do nhu cầu về sản phẩm công nghiệp ngày một tăng Vật liệu chống dính không thể thiếu được trong các quy trình công nghệ chế tạo những sản phẩm đó Đặc biệt hướng phát triển vật liệu mới - vật liệu polyme-compozit với polyme nền là các nhựa nhiệt rắn dạng epoxy, vinyleste, polyeste không no, nhựa Phenolic… [9] [10] [11], gia cường bằng sợi thủy tinh và các loại vải bền cơ cao hơn khác, được phát triển rất mạnh mẽ, đã cho ra hàng trăm ngàn chủng loại sản phẩm có giá trị trong công nghiệp và đời sống Chính vì vậy, đi theo nó là nhu cầu về chất chống dính, vật liệu chống dính tương ứng được đẩy lên đáng kể

Những năm gần đây ngoài việc ứng dụng những chất chống dính truyền thống từ dầu parafin, sáp ong, dầu Silicon, với những cái tên thương mại như LUSIN ®, LUSIN ® ALRRO, OL 151, SIKA® 810, SIKA® 815, SIKA® -TR1, SIKA® -TR2 các nhà khoa học thế giới đã hướng sang nghiên cứu vật liệu chống dính trên cơ sở nhựa epoxy biến tính với các hợp chất Silan, với dầu Silicon [12] [13] [14]

KEIL.W.J và cộng sự [12] đã nghiên cứu biến tính nhựa epoxy với dầu silicon thu được vật liệu kỵ nước ở mức độ cao, có độ bền va đập tăng lên đáng

kể, Trong khi đó SOBHAIN [4] và cộng sự tập trung đánh giá ảnh hưởng của khối lượng phân tử và hàm lượng Polydimethyl Siloxan (PDMS) đến hình thái

và tính chất bề mặt của nhựa Epoxy biến tính Silicon Các tác giả chỉ ra rằng, với hàm lượng PDMS nằm trong phạm vi 70÷80% so với nhựa epoxy, sản phẩm

có tính kỵ nước cao, lớp màng vật liệu có độ bóng cao, thích hợp làm vật liệu chống dính cho một số loại vật liệu, kể cả vật phẩm thân nước

Lee; Ho và Wang [15] đã tiến hành tổng hợp nhựa epoxy 4 chức và biến tính chúng với PDMS định hướng ứng dụng cho chống dính chi tiết, linh kiện điện tử, còn LIU.J.S; WU.S.P và HUANG.S.Q [16] tập trung nghiên cứu dung dịch nhũ tương trên cơ sở PDMS biến tính epoxy Cơ chế khâu mạch lưới của

hệ vật liệu trên cơ sở PDMS biến tính epoxy cũng được GONZALEZ và cộng

sự [17] nghiên cứu một cách rất tỷ mỷ Các tác giả chỉ ra rằng các nhóm (-OH) của PDMS khâu mạch với các nhóm (-OH) trong mạch epoxy hình thành cấu trúc liên kết ngang bền vững, trong khi đó nhựa epoxy cũng đóng rắn bằng các tác nhân Amin theo phương pháp truyền thống

Một số công trình của Nhật Bản [18] đánh giá ảnh hưởng cúa sản phẩm đồng trùng hợp khối Silicon có mặt sợi aramid đến cấu trúc của nhựa Silicon biến tính epoxy, trong khi đó các nha khoa học của Trung Quốc nghiên cứu sâu

về hình thái học và tính chất nhiệt của tổ hợp nhựa epoxy với Caprrolactone)- block-PDMS [19] [20]

poly(ε-Nhựa epoxy biến tính Siloxan được tổ chức nghiên cứu rất mạnh mẽ và sâu trong vòng 20 năm trở lại đây [21,22,23,24] Một loạt những tính chất cơ, nhiệt, hình thái bề mặt, tính kỵ nước, khả năng chống dính được đặc biệt quan tâm [25, 26]

1.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu chống dính tại Việt Nam

Từ nhiều năm nay, ở trong nước, không có cơ sở trường Viện nào tổ chức nghiên cứu về vật liệu chống dính Chưa có một công trình nào được công bố cho đến thời điểm này Nguyên nhân là do: Công nghệ chế tạo vật liệu theo khuôn đúc ở nước ta còn kém phát triển Toàn bộ chủng loại chất chống dính

sở dầu parafin, sáp parafin, dầu Silicon và mỡ silicon… được nhập chủ yếu từ Nga, Đức và Trung Quốc Hiện sản phẩm dầu Silicon của Trung Quốc được bán rộng khắp, tuy nhiên chất lượng thấp hơn của các hãng khác trên thế giới

Hiện tại, trong lĩnh vực xây dựng ở nước ta có sử dụng nhiều chất chống dính cho việc chống dính Cốpfa dạng nhựa và tấm tôn Mức độ sử dụng đang ở mức độ thấp (cỡ 10.000 tấn chất chống dính/năm) Còn lại, ở các lĩnh vực công nghiệp khác (như gia công chất dẻo, vật liệu polyme – compozit, gia công cao

su, gia công sành sứ, công nghiệp chế biến gỗ) đang có mức tiêu thụ rất ít, đôi khi chỉ sử dụng đến chất chống dính dạng bột (Bột tal, BaSO4…)

Tình hình sử dụng chất chống dính ở nước ta còn đang ở mức độ thấp Tuy vậy trong vài chục năm tới cùng với tốc độ phát triển của công nghệ chế tạo vật liệu và các ngành công nghiệp khác (cơ khí, điện, xây dựng) chắc chắn nhu cầu về vật liệu chống dính sẽ tăng đáng kể Cũng theo đó, những nhiệm vụ nghiên cứu về chất chống dính và vật liệu chống dính sẽ được quan tâm và đẩy mạnh hơn so với hiện tại

1.4 Biến tính nhựa epoxy với PDMS, chế tạo lớp chống dính

Một loạt những công trình nghiên cứu biến tính nhựa epoxy với PDMS đã được công bố trong vòng 20 năm trở lại đây [4] [5] [12÷26], cho thấy tính chất

ưu việt và ích lợi của sản phẩm biến tính này Việc biến tính nhưa epoxy với PDMS là tạo ra loại sản phẩm có tính chất bám dính tốt, bền hóa chất của nhựa Epoxy, đồng thời mang tính chất bền nước cách nhiệt, cách điện và khả năng chống dính của PDMS

SOBHANI và cộng sự [4] đã trình bày phản ứng biến tính nhựa epoxy với PDMS xảy ra như sau:

Hình 1.1 Phản ứng biến tính nhựa epoxy với PDMS

Đồng thời, PDMS cũng tạo lưới với TES theo phương trình

Hình 1.2 Phản ứng tạo lưới của PDMS với TES

Mạch epoxy được liên kết ngang với PDMS theo cấu trúc sau:

CH 3

O H

1.5 Vật liệu polyme –compozit - lớp đệm cho hệ chống dính

1.5.1 Nhựa Epoxy

Nhựa epoxy là loại nhựa có nhiều đặc tính tốt như khả năng bám dính cao, có khả năng chịu hóa chất tốt, vì vậy nó có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống Loại nhựa này được biết đến vào năm 1927 và chúng được sản xuất theo một quy trình tổng hợp ổn định vào năm 1936 tại Mỹ do tiến

sĩ S.O.Greenlee (Mỹ) và tiến sĩ Pierre Castan (Thụy sĩ) Ngày nay, ba hãng sản xuất lớn trên toàn cầu là Hexion, the Dow Chemical company và Huntsman Corporation’S Advanced Material business Unit Hình 1.4 giới thiệu cấu trúc nhóm epoxy:

CH2 CHO

Hình 1.4 Cấu trúc nhóm epoxy

Nhựa epoxy được điều chế từ epiclohydrin và bisphenol A bằng phản ứng ngưng tụ, đóng rắn nhựa bằng diamin hoặc polyamin Sản phẩm biến tính có tính năng cơ, lý, hóa tốt và chịu được môi trường tốt hơn các loại nhựa tổng hợp khác như phenolformaldehyt, polyurêtan, polyeste, vinyleste…Một số loại nhựa epoxy thương mại được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Một số nhựa epoxy và nhựa epoxy biến tính thương mại

Loại nhựa Đương lượng epoxy

Cao su epoxy 140 EP 206 (Union Carbide)

Cao su epoxy 232 FMC-2002 (Ciba)

Epoxy chịu lửa 240 – 270 Epotuf 37-200 (Shell)

Để nâng cao những khả năng của nhựa epoxy, người ta đã biến tính nhựa epoxy với rất nhiều loại nhựa và các sản phẩm khác như các khoáng chất Kết quả đem đến là khi trộn hợp với bột bạc, cho ra sản phẩm có tính dẫn điện cao, khi gia cường với các loại sợi như sợi cacbon, sợi thủy tinh tạo ra những tấm compozit có

độ bền cơ lý cao, còn khi biến tính với nhựa novolac cho ra một sản phẩm nhựa

có khả năng chịu nhiệt, chịu môi trường và có khả năng bám dính cao hơn nhựa epoxy thông thường

CH2

CH2

CH 2 CH

O O

Hình 1.5 Phản ứng biến tính của nhựa epoxy với Novalac

Ngày nay, nhựa epoxy cũng như các sản phẩm đã biến tính của nhựa epoxy được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: chế tạo sơn, véc ni, chất kết dính, vật liệu compozit trong lĩnh vực điện và hệ thống thông tin điện tử, trong lĩnh vực tạo ra vật liệu tiêu dùng…[6, 11]

1.5.2 Vải thủy tinh:

Nhìn chung, mỗi vật liệu compozit gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu compozit

Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu gia cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước…

Các loại sợi gia cường có tầm quan trọng đặc biệt, làm cho vật liệu polyme compozit có độ bền cơ lý cao đồng thời tăng độ chịu nhiệt, chịu lửa, cải thiện hệ số giãn nở, chịu mài mòn và cách điện [6,7,10]

Các nhóm sợi được sử dụng làm gia cường cho vật liệu compozit phổ biến gồm: nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm…; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil

Các nhóm sợi khác ít phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa, ; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic, ; sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron, ), sợi polyamit, ; sợi kim loại: thép, đồng, nhôm,

Vải thủy tinh là loại vải rất hay được sử dụng làm vật liệu gia cường cho vật liệu compozit do có kết cấu đa dạng Sản phẩm compozit có gia cường bằng sợi vải thủy tinh thì sản phẩm được cải thiện nhiều về tính năng cơ, lý…

Ưu điểm của sợi thuỷ tinh là nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với các tác động hoá sinh, có độ bền cơ lý cao và độ dẫn điện thấp Sợi thuỷ tinh có hai dạng điển hình: sợi dài (dạng chỉ) và sợi ngắn Thông thường chúng có dạng hình tròn, ngoài ra cũng gặp sợi thuỷ tinh có thiết diện ngang hình tam giác, hình vuông, hình lục giác

Công nghệ để sản xuất tất cả các loại sợi thuỷ tinh là kéo sợi từ dung dịch nóng chảy Có ba phương pháp chính để sản xuất ra sợi thuỷ tinh: kéo sợi từ dung dịch nóng chảy qua khuôn, kéo sợi từ những phôi thuỷ tinh được sấy nóng, nhận được các sợi ngắn từ các tia dung dịch nóng chảy bằng cách thổi không khí, hơi

Sợi thuỷ tinh nhận được dưới dạng sản phẩm sợi thô, thường được dùng

để xoắn bện thành chỉ, dệt thành vải cho các công đoạn gia công tiếp theo Những sợi thô thường được chuốt qua parafin có bổ xung thêm một số phụ gia khác để tăng độ kết dính giữa polyme với chúng

Bảng 1.2 Tính chất cơ lý của sợi thuỷ tinh

Loại sợi

Tính chất cơ lý STT magie

nhôm silicat

STT nhôm borsilicat

STT có tính ổn định cao với môi trường

Khối lượng riêng,kg/m3 2480 2540 2490

Modun đàn hồi kéo E1+,

âm, chống cháy của công ty Đông Á, có đường kính sợi 16µm và đã được xử lý

bề mặt …

1.5.2.1 Vải thủy tinh bề mặt mỏng

Vải thủy tinh có bề mặt mỏng và vải màn bằng vải thủy tinh, được thiết kế dùng làm lớp bề mặt cho các sản phẩm compozit gia cường bằng sợi thủy tinh yêu cầu bề mặt đẹp, chất lượng cao trong khi không cần dùng đến lớp màng polyme bảo vệ

Các vải chất lượng này có thể ngăn cản sự rạn nứt của màng phủ, ngăn chặn sự thâm nhập của nước cũng như kéo dài tuổi thọ của bề mặt sản phẩm thêm nhiều năm

Hình 1.6 Vải thủy tinh bề mặt mỏng

Vải thủy tinh bề mặt mỏng phù hợp với công nghệ lăn ép tay Các chất liên kết trên cơ sở styren-acrylic giúp cho vải này có thể tương thích với tất cả các loại nhựa như vinyl este, polyeste và nhựa epoxy

Bên cạnh đó, các vải thủy tinh dạng mỏng, mịn còn dùng để sửa chữa các vết nứt vỡ trên tường bằng cách sử dụng như vật liệu gia cường cho các hệ sơn trên tường trong và ngoài nhà, nơi mà các rạn nứt như sợi tóc thường xuất hiện

Các vải thủy tinh có bề mặt mỏng, mị này đáp ứng được các tiêu chuẩn: +Tiêu chuẩn của Anh “BS4994”

(Thiết kế và xây dựng các thùng, bình chứa lớn trên cơ sở chất dẻo gia cường) +Tiêu chuẩn của Mỹ “ASME/ANSI RPT-1-1989”

(Thiết bị chống ăn mòn trên cơ sở nhựa nhiệt rắn được gia cường)

+Tiêu chuẩn của Đức: DIN12116 (axit cấp 1), DIN52322: kiềm cấp 2 và DIN12111: nước cấp 3

1.5.2.2 Vải thủy tinh dạng mỏng, mịn cho công nghệ tạo khuôn

Vải thủy tinh bề mặt mỏng cho công nghệ tạo khuôn, được sử dụng để tạo

ra bề mặt có nhiều nhựa được gia cường đối với các sản phẩm composite gia cường bằng vải thủy tinh theo phương pháp lăn ép bằng tay hoặc kỹ thuật ép khuôn nóng/nguội

Vải thủy tinh bề mặt mỏng, mịn này thường là mềm, cho phép tạo hình theo từng đường nét trên khuôn mẫu sản phẩm, chẳng hạn như làm ván lướt sóng, các thuyền nhỏ, đồ nội thất và nắp thùng cho xe ô tô [9,10]

Vải thủy tinh bề mặt mỏng, mịn cho công nghệ tạo khuôn đảm bảo một bề mặt có chất lượng cao, chống ăn mòn, kéo dài tuổi thọ cho sản phẩm Chúng đáp ứng được các tiêu chuẩn: tiêu chuẩn của Anh “BS4994” (Thiết kế và xây dựng

các thùng, bình chứa lớn trên cơ sở chất dẻo gia cường) và tiêu chuẩn của Mỹ

“ASME/ANSI RPT-1-1989”

Khối lượng của loại vải này từ 22 – 40g/m2; chiều dày từ 0,02 – 0,05 mm; đường kính sợi 16µm, phù hợp dùng trong công nghệ ép khuôn nóng hoặc khuôn nguội

1.5.2.3 Vải thủy tinh dạng mỏng, mịn cho công nghệ quấn sợi

Vải thủy tinh bề mặt mỏng, mịn cho công nghệ quấn sợi được phục vụ trong công nghệ quấn sợi Loại vải thủy tinh này được chế tạo với chất liên kết acrylic đã được biến tính để đảm bảo cho chúng phù hợp với các máy quấn sợi tự động, kể cả các phương pháp lăn ép bằng tay cũng như phương pháp ép khuôn Chất liên kết được tăng cường cho phép từng dải vải mỏng chạy vào máy tự động một cách trơn tru

Tùy theo chiều dày cũng như chiều dài khách hàng yêu cầu mà các vải mỏng này được cung cấp sao cho phù hợp với nhu cầu ứng dụng Các vải tissue này đáp ứng được các tiêu chuẩn: tiêu chuẩn của Anh “BS4994” (Thiết kế và xây dựng các thùng, bình chứa lớn trên cơ sở chất dẻo gia cường) và tiêu chuẩn của Mỹ “ASME/ANSI RPT-1-1989”

Loại vải này có khối lượng 23g/m2; chiều dày 0,04 – 0,045mm; đường kính sợi 12,5µm Vải có độ bền cao, phù hợp với máy quấn sợi cao tốc

1.5.2.4 Các loại vải thủy tinh khác

Hiện nay trên thị trường Việt Nam có nhiều loại vải thủy tinh của Trung Quốc do các công ty nhập khẩu về Sau đây là một số loại vải thủy tinh do công

ty cổ phần công nghệ và vật liệu nhựa cao cấp Plasmate nhập khẩu

Hình 1.7 Một số loại vải thủy tinh nhập khẩu của Trung Quốc

1.5.3 Vật liệu tổ hợp polyme – compozit cốt sợi thủy tinh

nền cốt sợi thuỷ tinh làm tăng tính bền cơ lên đáng kể và rất thích hợp để chế tạo vật liệu polyme compozit (PC) Dưới đây là cấu trúc nhựa epoxy chưa biến tính:

Hình 1.8 Cấu trúc nhựa epoxy không biến tính

Vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh

có tính năng bền cơ cao, đồng thời lại có khả năng cách nhiệt, bền thời tiết tốt [11]

Theo Bộ quốc phòng và trung tâm nghiên cứu vũ trụ NASA (Mỹ), hiện nay, các chi tiết kết cấu từ vật liệu compozit epoxy - sợi gia cường, chiếm bình quân 1000 pound (453,6 kg) trong một máy bay chiến đấu Hãng Boeing cũng sử dụng vật liệu compozit từ nhựa Epoxy để thay thế một số chi tiết kết cấu chịu lực

trong các máy bay Boeing đời mới 757, 767

Các phương pháp gia công chế tạo vật liệu compozit gồm:

- Phương pháp lăn ép bằng tay

- Phương pháp phun trên khuôn

- Phương pháp ép khuôn

- Phương pháp RTM

- Phương pháp đúc-kéo

- Phương pháp quấn sợi

- Phương pháp chân không

- Phương pháp khuếch tán nhựa

a Phương pháp lăn ép bằng tay

Phương pháp lăn ép bằng tay vật liệu compozit là một phương pháp cơ bản Vật liệu compzit được chế tạo bằng cách đặt từng lớp vải gia cường lên bề mặt khuôn và quét nhựa lên từng lớp đó (bằng chổi) cho đến khi đạt được chiều dày sản phẩm như mong muốn

Đây là phương pháp chế tạo vật liệu compozit tiêu tốn nhiều thời gian nhất cũng như sử dụng nhiều sức lao động

Chất lượng sản phẩm cuối phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề người gia công Việc không loại bỏ được hoàn toàn bọt khí trong sản phẩm khi gia công đã làm ảnh hưởng lớn đến độ bền của sản phẩm Tuy nhiên, phương pháp này có tính linh động cao khi sản xuất các sản phẩm có hình dáng bất kỳ hay có thể sắp xếp các sợi gia cường theo một hướng dễ dàng

b Phương pháp phun trên khuôn

Phương pháp phun compozit yêu cầu ít nhân lực hơn nhiều so với phương pháp lăn ép bằng tay, do sử dụng súng phun và các loại sợi ngắn gia cường Vì thế chỉ các vật liệu compozit gia cường bằng sợi ngắn mới chế tạo theo phương pháp này Các sợi gia cường dài cần phải được cắt ngắn đến kích thước theo quy định của phương pháp

Về nguyên tắc, các sợi ngắn này sẽ được phun lên khuôn cùng với nhựa

và chất xúc tác thông qua các ống dẫn khác nhau Hỗn hợp nhựa và sợi sau khi phun lên khuôn sẽ sớm đóng rắn tại nhiệt độ thường và sản phẩm hình thành ngay trên khuôn Điểm mạnh của phương pháp này chính là có thể dễ dàng sản xuất các sản phẩm có hình dạng phức tạp

c Phương pháp ép khuôn

Phương pháp ép khuôn sử dụng lực ép tác động lên hỗn hợp nhựa/vải, hoặc từng lớp đã được đặt lên khuôn Phương pháp này có thể thao tác bằng tay hoặc máy và đóng rắn ở nhiệt độ cao tùy thuộc vào nguyên liệu

Dưới tác dụng của lực nén ép, thể tích của các bọt khí lưu lại trong sản

d Phương pháp bơm nhựa vào khuôn (Resin Transfer Moulding)

Phương pháp bơm nhựa vào khuôn tương tự như các phương pháp ép phun khác nhưng sự khác biệt chính là ở chỗ các vải sợi gia cường đã được đặt vào trong khuôn trước khi nhựa nền được bơm vào

Hình dạng của vật liệu compozit đã tạo hình trước, bằng cách cho các vải sợi gia cường vào khuôn định hình

Ưu điểm của phương pháp này là vải sợi gia cường có thể sử dụng ở cả dạng sợi ngắn và sợi dài liên tục

Tiêu chuẩn của các loại vải sợi này phải đảm bảo chịu được áp lực ép hình thành khi nhựa được bơm vào để tránh tình trạng nén dồn ép các sợi trong suốt quá trình điền nhựa để tránh hiện tượng sợi gia cường bị phân bố không đồng đều

e Phương pháp đúc-kéo

Phương pháp đúc-kéo thường được sử dụng trong sản xuất các polyme compozit sản lượng lớn Một bó các sợi thô hoặc vải sợi có kích thước nhất định được đưa qua một bể nhựa để thấm ướt, rồi được ép lại theo dạng hình thiết kế, sau đó, chạy qua một khuôn nóng và đóng rắn tạo thành sản phẩm compozit

Các compozit được cứng hóa, điển hình được gia cường theo một hướng bằng các sợi dài liên tục hay đôi khi là vải gia cường theo 2 hướng, đều được kéo bằng một đầu kéo để liên tục cấp các phần chưa đóng rắn của sợi đã tẩm nhựa đi vào khuôn nóng, do đó mà được gọi là công nghệ “đúc-kéo” Đây là một trong

số rất ít các phương pháp sản xuất liên tục tạo nên các sản phẩm compozit gia cường bằng sợi dài liên tục Tuy nhiên, chỉ có tiết diện của sản phẩm có thể thay đổi tùy thuộc vào từng thiết kế trong khi chiều dài đạt theo ý muốn

f Phương pháp quấn sợi

Đây là phương pháp rất đặc biệt để sản xuất compozit đi từ các sợi gia cường dài liên tục Các sợi đã ướt nhựa được quấn xung quanh một tang trống nhờ sử dụng các đầu dẫn phụ

Tang trống (trục), sau đó, được đặt vào trong lò và đóng rắn tạo thành compozit cứng Do kiểu quấn được kiểm soát và điều khiển nên thể tích sợi trong sản phẩm có thể đạt rất cao để tạo nên các sản phẩm có tính chất cơ học cao nhất Quá trình quấn sợi thường tiêu tốn thời gian và là nguyên nhân làm giảm sản lượng của quy trình Tuy nhiên, do tính chất cơ học rất cao của sản

phẩm thu được cùng với quy trình tự động hóa cao, nên phương pháp này được ứng dụng nhiều trong ngành hàng không

1.6 Ứng dụng của chất chống dính

Chất chống dính và vật liệu chống dính được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp để chế tạo ra các loại sản phẩm khác nhau phục vụ cho phát triển kinh tế và đời sống

a Chất chống dính trong công nghiệp sản phẩm theo khuôn đúc:

Tất cả các loại sản phẩm sản xuất theo kỹ thuật khuôn đúc đều phải dùng đến chất chống dính Trong kỹ thuật gia công nhựa nhiệt dẻo, các sản phẩm, đồ dùng hàng ngày, như: bát, đĩa, ca, cốc, khay nhựa…, các dạng bao bì, như: xô, chậu, can, thùng chứa các loại, các kích cỡ khác nhau… nói chung là toàn bộ sản phẩm chế ra theo công nghệ ép đùn, ép phun, nguyên liệu là cac loại nhựa nhiệt dẻo

b Ứng dụng trong công nghiệp gia công các sản phẩm cao su:

- Chế tạo săm, lốp các loại

- Chế tạo gioăng, phớt từ nguyên liệu cao su

- Chế tạo băng tải; các chi tiết, phụ kiện từ cao su

c Ứng dụng trong công nghiệp chế tạo vật liệu polyme-compozit

- Chống dính cho các loại khuôn để chế tạo thân tàu thuyền, mỏ neo, chân vịt, bằng vật liệu PC

- Chế tạo các sản phẩm phục vụ đời sống từ vật liệu PC, như: bồn tắm, chậu rửa, tủ điện, mũ bảo hiểm…

- Chế tạo các loại tấm chắn, vách ngăn, phụ kiện trên xe ô tô, tàu hỏa…

d Ứng dụng trong công nghiệp xây dựng

- Chất chống dính cho cốpfa xây dựng các công trình (nhà cửa, cầu đường, giao thông vận tải)

- Chất chống dính cho các công trình kiến trúc đòi hỏi họa tiết tinh xảo: Lâu đài, nhà hát, tượng đài

e Ứng dụng trong gia công cơ khí:

- Chất chống dính cho quá trình sản xuất phụ kiện, chi tiết máy, đồ dùng

f Ứng dụng trong kỹ nghệ sản xuất đồ gốm, sứ

- Chất chống dính cho quá trình sản xuất gạch men trang trí

- Chế tạo các loại vật phẩm gốm sứ đòi hỏi trình độ mỹ thuật cao, có hoa văn trang trí (lọ hoa, chậu cánh, bát, đĩa bằng gốm sứ…)

g Ứng dụng trong sản xuất sản phẩm đồ gỗ

- Chế tạo gỗ tấm ép nhân tạo để gia công thành đồ dùng

- Chế tạo sản phẩm đồ gỗ có trình độ mỹ thuật cao như: trạm trổ, điêu khắc, tạo hoa văn

h Ứng dụng trong công nghiệp:

Vật liệu chống dính cho công nghệ sản xuất hạt Urê, Melamin, Urotropin; cho các loại hạt nhựa tổ hợp (hạt Compound), kể cả trong trường hợp cho một

số nhựa hạt từ nhựa nhiệt dẻo

2 Vì đáy tháp tạo hạt phải chịu một áp lực lớn do lượng hạt Urê nằm lại và trong môi trường hóa chất, nên hệ chống dính cần phải có lớp đệm chịu lực và

có khả năng bền hóa Vì vậy, loại vật liệu PC, sử dụng nền polyme là nhựa Epoxy, gia cường bằng sợi vải thủy tinh nhiều lớp là thích hợp

3 Hệ vật liệu chống dính được gia công trên mặt đáy tháp tạo hạt hiện tại là thép mạ Crom- Niken, nên lớp lót phải là lớp có khả năng bám dính tốt lên bề mặt thép mạ Crom-Niken Theo đó, nhựa Epoxy là loại nhựa có thể đáp ứng được

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM

2.1 Nguyên liệu, hoá chất

a Polydimethylsiloxane (PDMS) của Aldrich (Mỹ): chất lỏng, sánh, trong suốt, KLPT : 64.000 g/mol, có hai nhóm (-OH) cuối mạch

b Tetraethoxy – silan (TES): chất lỏng, trong suốt, ρ = 1,06 g/ml của hãng Aldrich (Mỹ)

c Nhựa Epoxy YD -128 của Hàn Quốc,lỏng sánh,trong suốt,MG=420 g/mol

d Nhựa Epoxy ETZ – 1 (Nga): lỏng, đặc sánh, nâu sẫm, MG=810 g/mol

e Nhựa Epoxy ED – 06 (Đức): lỏng, đặc sánh, mầu vàng, MG = 740 g/mol

f Nhựa Epoxy Epikot – 1001 – X - 75 (Hà lan): lỏng, sáng,MG= 640 g/mol

g Nhựa Epoxy EC – 04 (Trung Quốc): lỏng, trong suốt, MG = 380 g/mol

h Chất lỏng sánh : Versamide 125 (Bayer - Đức)

i Vải sợi thuỷ tinh: Loại E ( Trung Quốc) : quy cách 100 g/m2

k Bột cát thạch anh: cỡ hạt 5 ÷10 µm, độ ngấm dầu 40g/100g

l Sáp ong: SIKA 810 (Bayer - Đức) ρ = 0,77 g/ml, mầu trắng sữa, độ nhớt thấp

m Mỡ (Este của axit béo dầu thực vật): SIKA – TR2, ρ = 0,91 g/ ml, chất lỏng đặc mầu vàng (Bayer - Đức)

n Mỡ Parafin: SIKA – TR1 (Bayer - Đức), ρ = 0,84 g/ ml, chất lỏng , mầu vàng sáng

o Nhựa polyvinylalcol (PVA) : PVA – 207: hạt mầu trắng, ρ = 0,98 g/ ml (Bayer - Đức)

p Axeton kỹ thuật : Ts = 56,24o C

q Xylen kỹ thuật : Ts = 139 - 140o C

r Butanol kỹ thuật : Ts = 118 - 120o C

s Hoá chất phân tích các loại

2.2 Thiết bị nghiên cứu

a Hệ thống thiết bị tổng hợp và biến tính nhựa: bình cầu thuỷ tinh ba cổ nhám, sinh hàn, nhiệt kế, bộ tách dung môi và nuớc, bể dầu điều nhịêt, khuấy cánh mỏ neo

c Thiết bị phân tích tính cơ lý, đa năng Hounsfieds (Anh): đo độ bền kéo đứt, độ nén, độ uốn

d Hệ thống khuôn gia công mẫu ( phụ kiện, gá - ghép)

e Cân kỹ thuật và cân phân tích : các loại

a Xác định ảnh hưởng của loại nhựa epoxy đến khả năng chống dính:Các mẫu kí hiệu : E1 , E2, E3, E4, E5 tương ứng với loại nhựa Epoxy EDZ – 1 (Nga);

ED – 06 (Đức), Epikot – 1001 ( Hà Lan), YD – 128 (Hàn Quốc) và EC – 04 (Trung Quốc)

b Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa EP/ PDMS đến khả năng chống dính:Các mẫu kí hiệu CD – 1, CD – 2, CD – 3, CD – 4 và CD – 5 tương ứng với

tỷ lệ ED/PDMS lần lượt là 10/ 90, 30/ 70, 50/ 50, 70/ 30, 90/ 10

c Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất đóng rắn đến hàm lượng Gel các mẫu ký hiệu: V – 10 , V – 20, V – 30, V – 40 và V – 50 tương đương tỷ lệ CĐR/EP lần lượt là 10%, 20%, 30%, 40% và 50%

d Nghiên cứu vai trò của hàm lượng chất khâu mạch đến hiệu suất chuyển hoá nhựa EP biến tính silixan: Các mẫu TES - 03, TES - 04 , TES- 05, TES - 06, TES- 07 tương ứng với các tỷ lệ CKM/PDMS lần lượt là 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 và 0.7

e Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian biến tính nhựa đén hiệu suất chuyển hoá : các mẫu ký hiệu là Tg -1, Tg -2, Tg - 3, Tg - 4 và Tg - 5 tương ứng với thời gian biến tính thay đổi tương ứng là 1.5 giờ, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 giờ

f Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình biến tính nhựa Epoxy Các mẫu ký hiệu là K -1 , K -2 và K - 3 tương ứng với tốc độ khuấy lần lượt là 600 v/phút; 900 v/ph và 1200 v/ph

g Xác định hàm lượng phần gel tạo thành cho các dãy thí nghiệm từ a đến f được tiến hành bằng phương pháp chiết Soxlet theo tiêu chuẩn, sử dụng dung môi chiết là aceton

2.3.2 Phương pháp chế tạo lớp đệm( khung polyme - compozit)

Lớp đệm phải là lớp vật liệu có khả năng bền cơ cao đặc biệt lại có khả năng bền với môi trường hoá chất Ngoài ra lớp đệm phải có khả năng liên kết tốt với lớp chống dính và lớp lót

Vật liệu để chế tạo lớp đệm là nhựa Epoxy YD - 128, chất đóng rắn là Versamide 125, chất gia cường là vải thuỷ tinh E, loại 100 g/m2, chất độn gia cường là cát thạch anh, cỡ hạt 5 – 10µm, độ ngấm dầu là 40g/100g

Phương pháp chế tạo vật liệu PC dùng làm lớp đệm là phương pháp lăn ép bằng tay Nhựa epoxy được sử dụng cho mỗi mẻ thí nghiệm là 200g; lượng Versamide 125 là 30% tính theo lượng nhựa EP Vải thuỷ tinh được cắt nhỏ thành tấm, kích thước là 200 x 200

• Tiến hành: Nhựa được chuẩn bị theo khối lượng đã định trước, nạp vào cốc thuỷ tinh 500 ml có hệ thống khuấy được lắp đặt sẵn Một lượng chất đóng rắn Versamide 125 được rót từ từ vào cốc trong khi cánh khuấy đang làm việc Tiến hành khuấy trộn trong 15 phút Tiếp theo lượng cát thạch anh ( tính toán

là 20g – 10% theo nhựa epoxy) được đưa vào hỗn hợp và khuấy đều trong 10 phút tiếp theo

Vải thuỷ tinh đã chuẩn bị được tẩm nhựa và được trải phẳng trên bề mặt đã được chống dính, dùng dao bả quét qua, quét lại cho vải phẳng đều, không còn

hành đến lớp vải thứ 9 Dùng lô lăn qua lăn lại nhiều lần để nhựa thấm đều vào vải và đẩy hết bọt khí ra ngoài Để mẫu vật liệu qua 7 ngày cho nhựa Epoxy đóng rắn hoàn toàn, sau đó mẫu được đưa đi dập theo kích thước tiêu chuẩn cho từng phép đo độ bền cơ

a Nghiên cứu vai trò của lớp vải gia cường đến tính chất cơ học của vật liệu PC: Các mẫu kí hiệu L.1, L.3, L.5, L.7 và L.9 tương ứng với vật liệu PC có 1 lớp; 3; 5; 7 và 9 lớp vải thuỷ tinh

b Nghiên cứu vai trò của mật độ vải dệt đến tính chất bền cơ của vật liệu PC: Các mẫu CV – 121; CV – 256 và CV – 625 tương ứng với các mẫu vật liệu gia cường bằng vải thuỷ tinh có mẫu dệt vải lần lượt là: 121 ô/cm2; 256 ô/cm2;

và 625 ô/cm2

2.3.3 Phương pháp chế tạo lớp lót (lớp bám dính)

- Lớp lót được chế tạo trên cơ sở nền nhựa Epoxy YD – 128; tỷ lệ CĐR/EP

= 30/100; T = 25oC trong 7 ngày

- Bề mặt thử : là tôn mạ crôm – niken; Beton và PVC

- Xác định đọ bám dính của màng nhựa epoxy theo tiêu chuẩn : TCVN 2097 : 1993 ( tương đương ISO 2409 - 92)

2.3.4 Chế tạo hệ vật liệu chống dính hạt urê

• Tiến hành chế tạo một dãy mẫu vật liệu PC chống dính bao gồm :

- Lớp lót : Nhựa Epoxy YD – 128 , dày 100 µm

- Lớp đệm: PC, nhựa nền, Epoxy YD – 128, vải thuỷ tinh 7 lớp; cỡ vải 256 ô/cm2, dày 4mm

- Lớp chống dính: Nhựa Epoxy YD – 128 biến tính siloxan, tỷ lệ EP/PDMS

- Mẫu A1 : Mẫu tấm PEKN có lớp chống dính phủ sáp parafin

- Mẫu A2 : Mẫu tấm epoxy biến tính: EP/PDMS = 30/70

- Mẫu A3 : Mẫu tấm Teflon (Polytetrafloethylen-PTFE)

• Xác định lượng urê bám vào mẫu theo thời gian

2.4 Các phương pháp phân tích tính chất cơ, lý của vật liệu polyme – compozit cách nhiệt

2.4.1 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt

Độ bền kéo được xác định theo tiêu chuẩn: ISO 527 - 2 (1993) Tốc độ kéo 5mm/phút Kích thước 20 x 150 x 4mm, khoảng giữa 12 x 80 x 4mm chú ý chọn những mẫu đều đặn - không khuyết tật Mỗi mẫu tiến hành thực hiện 5 phép đo Kết quả lấy giá trị trung bình của ba phép đo

Độ bền kéo được tính theo công thức sau:

σK = F/A [MPa]

Trong đó: F là lực tác dụng [N]

A là tiết diện ngang của mẫu [mm2]

2.4.2 Phương pháp xác định độ bền nén

Độ bền nén được xác định theo công thức:

σn = Pn/a.b Trong đó: σn: Độ bền giới hạn khi nén [MPa]

Pn: Tải trọng phá huỷ mẫu [N]

a: Chiều dài mẫu đo [mm]

b: Chiều rộng mẫu đo [mm]

Yêu cầu: Mẫu phải nhẵn, bề mặt bằng phẳng, không khuyết tật, tiến hành

đo cho mỗi mẫu 5 phép đo, sau đó lấy giá trị trung bình

2.4.3 Phương pháp xác định độ bền uốn

Độ bền uốn được xác định theo ISO - 178 - 1993 (E)

Kích thước mẫu đo: 80 x 10 x 4mm

Độ bền uốn được tính theo công thức:

σu = 3.F.L/2b.h2Trong đó: σu: Độ bền giới hạn khi uốn [MPa]

F: Tải trọng phá huỷ mẫu [N]

L: Khoảng cách giữa hai gối đỡ

b: Chiều rộng mẫu đo [mm]

h: Chiều dày mẫu đo [mm]

Yêu cầu: - Bề mặt mẫu phải nhẵn và bằng phẳng

- Tải trọng nén đặt ở điểm giữa khoảng cách hai gối đỡ, trùng với điểm giữa của mẫu và hướng lực vuông góc với mặt phẳng của mẫu

- Kết quả đo: lấy trung bình kết quả từ 5 mẫu

2.4.4 Phương pháp xác định độ bền va đập

Độ bền va đập được xác định theo tiêu chuẩn ISO 179 - 1993 (E) trên máy đo

va đập Olsen Tinus của (Mỹ) Độ bền va đập được xác định theo công thức:

ε = W/h.b x 103

Trong đó: ε: Độ bền va đập [KJ/m2]

W: Công cần thiết để đập vỡ mẫu [J]

h: Chiều dài mẫu đo [mm]

b: Chiều rộng mẫu đo [mm]

Yêu cầu: Kích thước mẫu đo là 80 x 10 x 4mm

Bề mặt mẫu đo phải bằng phẳng, không khuyết tật

Kết quả đo là lấy giá trị trung bình của 5 phép đo

2.5 Phân tích độ bám dính của lớp lót

Phương pháp xác định độ bám dính của lớp lót là nhựa Epoxy được thực hiện theo TCVN 2097: 1993 (ISO – 2409 – 92 )

2.6 Phương pháp xác định độ bền hoá chất của môi trường

2.6.1 Xác định độ bền hoá chất đối với vật liệu PC

Mẫu vật liệu polyme compozit không khuyết tật, bề mặt mẫu phẳng, nhẵn, không bị lồi lõm, không có bọt khí được lựa chọn để phục vụ thí nghiệm xác định khả năng bền hoá chất Mẫu PC thử nghiệm được gia công theo kích thước: 50x100x4mm Tất cả các tấm, mẫu được viền mép bằng một lớp parafin Mẫu được treo, nhúng vào môi trường trong một tiêu bản có nắp kín

Môi trường thí nghiệm là : NaOH 10%, NaCl 26%, H2SO4 50%; HNO3

33%; HCl 37%; axit Certric 50%; Metyl etyl keton 100%; n-Hexan 100%; Butanol 100%; CS2 100%, dầu công nghiệp và xylen 100%

Tất cả các mẫu thử được cân trọng lượng trước khi đưa đi ngâm vào các môi trường hoá chất Định kỳ theo thời gian 30 ngày, 60 ngày và 90 ngày, các mẫu được lấy ra, rửa sạch sấy khô, đưa đi xác định trọng lượng để xem xét khả năng bị ăn mòn

2.6.2 Đánh giá độ bền môi trường

Độ bền môi trường được đánh giá theo hệ số già hoá, xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2229 – 77, trong tủ sấy Memmert (Đức) ở 90oC trong thời gian là

72 giờ

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Luận giải vấn đề chống bám dính của hạt urê trên đáy tháp tạo hạt

Hiện tại, Công ty Phân Đạm và Hóa Chất Hà Bắc có 02 tháp tạo hạt, công suất bình thường từ 20 tấn đến 30 tấn Urê/giờ Tuy nhiên do hai tháp tạo hạt phải làm việc liên tục (24/24), nên một lượng hạt Urê khá lớn luôn tác động lên

bề mặt đáy tháp Tình trạng hiện nay là: Cứ sau khoảng 21 ngày (đối với mùa đông) và sau 14 ngày (đối với mùa hè), một lượng lớn hạt Urê kết dính tại đáy tháp tạo hạt không thoát ra được Chúng kết thành những tảng lớn tại đáy tháp, nếu hoạt động quá lâu có thể dẫn đến phễu thoát sản phẩm tại đáy tháp bị bịt kín Vì vậy, cứ sau 10 đến 15 ngày, Công ty phải dừng một tháp để đục bỏ lớp Urê kết tảng dưới đáy tháp ra Sau đó, luân phiên đến tháp thứ 2 được làm sạch Công việc này làm gia tăng công lao động trong giá thành sản phẩm Mặt khác, việc dừng một tháp luân phiên đã làm năng suất tạo hạt Urê của Công ty bị giảm

đi đáng kể Hình 3.1 giới thiệu mô phỏng hai tháp tạo hạt Urê:

Trong những năm tới, Công ty đang phấn đấu tăng sản lượng Urê từ 19

vạn lên 21 vạn tấn/năm Vì vậy, việc chống dính đáy tháp tạo Urê đang là vấn đề

cấp bách của Công ty

Quá trình hạt Urê rơi xuống cũng đồng thời có tác dụng làm nguội hạt Urê

trong môi trường không khí Tuy nhiên, việc hạt Urê rơi từ độ cao 20÷30 m

xuống đáy tháp cũng tạo ra một lực nhất định Khi hạt Urê tiếp cận đáy tháp,

nhiệt độ hạt Urê vẫn còn khá cao, cỡ 50÷60 0C Ngoài ra chính hạt Urê là chất

có tính chất phân cực cao và nhạy với hơi ẩm Vì những lẽ đó, mà khi tiếp cận

đáy tháp hạt Urê dễ bị dính lại đáy tháp Bảng 3.1 trình bày một số thông số kỹ

thuật trong đáy tháp tạo hạt

Bảng 3.1 Điều kiện làm việc thông số kỹ thuật của tháp tạo hạt

Để giải quyết hiện tượng kết tảng tại các đáy tháp tạo hạt, một số hướng

nghiên cứu đã được đề nghị như sau:

Một là: Chế tạo ra vật liệu chống dính đối với hạt Urê Lớp phủ chống dính

được phủ lên bề mặt kim loại của đáy tháp, mục đích là làm ngăn ngừa sự kết

dính của hạt Urê lên đáy tháp Yêu cầu đối với vật liệu chống dính là ngoài khả

năng bám dính tốt lên bề mặt kim loại, có khả năng chịu va đập tốt, bền hóa

chất, vật liệu còn phải tạo được bề mặt nhẵn bóng để tăng khả năng chống dính

đối với hạt Urê

Thứ hai là vấn đề công nghệ chống dính: Ngoài việc phải sử dụng công nghệ