Nghiên cứu khả năng chống chảy và độ bền cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE EVA có sử dụng nhựa HDPE tái sinh và một số phụ gia (2018)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ------ NGUYỄN THỊ CHINH NGHIÊN C ỨU KHẢ NĂNG CH ỐNG CHÁY VÀ ĐỘ BỀN CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP HDPE/EVA CÓ SỬ DỤNG NHỰA HDPE TÁI SINH V

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC - -

NGUYỄN THỊ CHINH

NGHIÊN C ỨU KHẢ NĂNG CH ỐNG CHÁY

VÀ ĐỘ BỀN CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP HDPE/EVA

CÓ SỬ DỤNG NHỰA HDPE TÁI SINH VÀ M ỘT SỐ PHỤ GIA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ

HÀ NỘI – 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC - -

NGUYỄN THỊ CHINH

NGHIÊN C ỨU KHẢ NĂNG CH ỐNG CHÁY

VÀ ĐỘ BỀN CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP HDPE/EVA

CÓ SỬ DỤNG NHỰA HDPE TÁI SINH VÀ M ỘT SỐ PHỤ GIA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ

Cán bộ hướng dẫn

TS Nguyễn Vũ Giang

HÀ NỘI – 2018

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin bày t ỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc

tới TS Nguyễn Vũ Giang thầy đã định hướng cho em trong tư

duy khoa học, tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho

em trong thời gian thực hiện khóa luận

Em xin chân thành cám ơn các anh chị đang công tác tại

Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại, Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới,

Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ

bảo, giúp đỡ và hỗ trợ em rất nhiều trong thời gian nghiên cứu

khoa học tại đây

Cuối cùng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh ủng

hộ và là chỗ dựa tinh thần cho em trong suốt thời gian qua

Trong quá trình thực hiện khoá luận mặc dù đã hết sức cố

gắng, nhưng chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót.Vì

vậy em rất mong nhận được góp ý của thầy cô để bài khóa luận

của em hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, ngày… tháng 5 năm 2018

SINH VIÊN

Nguyễn Thị Chinh

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Một số sản phẩn nhựa HDPE được dùng tái chế 8

Hình 1.2: Một số sản phẩm được làm từ HDPE tái sinh 9

Hình 1.3: Phản ứng đồng trùng hợp tạo EVA 9

Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của EBS 11

Hình 1.5: Cá tại các kênh đầm sát bãi thải của DAP chết nổi trắng 17

Hình 2.1: Mẫu do tính chất cơ học 26

Hình 2.2: Mẫu được cắt và đánh dấu theo tiêu chuẩn UL-94HB 27

Hình 3.1: Phổ IR của gypsum và gypsum BT bởi 4% EBS 29

Hình 3.2: Giản đồ momen xoắn của các mẫu compozit HEgsB, HEgsP và HEgsO tại 7 %kl gypsum 30

Hình 3.3: Độ bền kéo đứt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum tại các hàm lượng gypsum khác nhau 32

Hình 3.4: Độ cứng của mẫu HEgsB, HEgsP và HEgsO ở các hàm lượng gypsum khác nhau 35

Hình 3.5: Đường TG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum 38

Hình 3.6: Đường DTG của các mẫu vật liệu HDPE/EVA/gypsum 40

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của gypsum phế thải từ nhà máy DAP

Đình Vũ - Hải Phòng 14Bảng 1.2 Thành phần các kim loại của gypsum phế thải từ nhà máy

DAP Đình Vũ- Hải Phòng 15Bảng 2: Bảng tóm tắt thành phần vật liệu compozit, ký hiệu mẫu ở các

hàm lượng gypsum và gypsum biến tính khác nhau 24Bảng 3.1 Momen xoắn cân bằng của vật liệu compozit tại hàm

lượnggypsum khác nhau 31Bảng 3.2: Độ dãn dài khi đứt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum 33Bảng 3.3: Mô đun đàn hồi của vật liệu HEgsB, HEgsP và HEgsO tại các

hàm lượng gypsum khác nhau 34Bảng 3.4 Khả năng chống cháy của vật liệu compozit HEgsO tại các

hàm lượng gypsum khác nhau theo phương pháp cháy ngang UL-94 36Bảng 3.5: Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng gypsum đến thời gian tắt

cháy của vật liệu HEgsB và HEgsP theo phương pháp cháy đứng UL-94 37

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Điểm mới của đề tài 2

PHẦN 2: NỘI DUNG 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tìm hiểu về polyme compozit (PC) 4

1.1.1.Khái niệm 4

1.1.2.Thành phần 4

1.1.3.Phân loại 4

1.1.4.Tính chất 5

1.1.5.Chất độn (cốt) 6

1.1.6.Ứng dụng 6

1.2 Nhựa nền HDPE, EVA và tổ hợp HDPE/EVA 7

1.2.1 Tìm hiểu về nhựa HDPE 7

1.2.2 Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) 9

1.2.3 Vật liệu tổ hợp HDPE/EVA 10

1.3 Tìm hiểu về ethylene bis stearamide (EBS 11

1.3.1.Cấu tạo, hình thái cấu trúc của EBS 11

1.3.2.Ứng dụng của EBS 12

1.4 Tổng quan về gypsum 12

1.4.1 Gypsum tự nhiên 12

1.4.2.Gypsum phế thải 13

1.4.3.Thực trạng và tác động của gypsum phế thải đến môi trường 15

1.5 Nghiên cứu khả năng chống cháy của vật liệu 17

1.5.1 Nguyên lý ngăn cản quá trình chống cháy 18

1.5.2 Phân loại các hợp chất chống cháy cho nhựa 19

1.6 Tình hình nghiên cứu vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum 20

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 23

2.1 Nguyên liệu và hóa chất 23

2.2 Chế tạo vật liệu 23

2.2.1.Xử lý gypsum phế thải 23

2.2.2.Biến tính hạt gypsum bằng EBS 23

2.2.3.Chế tạo vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum 24

2.3 Phương pháp và thiết bị nghiên cứu 25

2.3.1.Phương pháp lưu biến trạng thái nóng chảy 25

2.3.2.Phương pháp xác định tính chất cơ học 25

2.3.3.Phổ hồng ngoại phân tích chuỗi Fourri (FT-IR) 26

2.3.4.Xác định khả năng chống cháy 26

2.3.5 Tính chất nhiệt trọng lượng (TGA) 28

2.3.6 Độ cứng 28

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Phổ hồng ngoại(IR) 29

3.2 Khả năng chảy nhớt của vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum 30

3.3 Tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA/gypsum 31

3.3.1 Độ bền kéo đứt 31

3.3.2 Độ dãn dài khi đứt 33

3.3.3 Mô đun đàn hồi 34

3.4 Độ cứng 35

3.5 Khả năng chống cháy của vật liệu compozitHDPE/EVA/gypsum 36

3.6 Tính chất nhiệt của vật liệu polyme compozit HDPE/EVA/gypsum 38 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

1

MỞ ĐẦU 1.Lý do chọn đề tài

Ngày nay, vật liệu composite được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực cả về khoa học và đời sống Việc nghiên cứu và chế tạo thành công nhiều loại vật liệu tổ hợp với chất gia cường, với nhiều tính chất đang mở ra nhiều triển vọng mới trong lĩnh vực khoa học và công nghệ vật liệu Để đáp ứng những yêu cầu ngày càng khắt khe của các ngành công nghi ệp như công nghệ chế tạo máy, thiết bị, kỹ thuật điện, dầu khí… đòi hỏi các nhà khoa học phải luôn nghiên cứu, tìm tòi, phát hi ện các loại vật liệu mới với tính chất mới

Vật liệu composite đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới và trong nước Polyme compozit (PC)

là một loại nhựa nhiệt dẻo Trong đó, HDPE có nhiều ưu điểm nổ bật như giá thành tương đ ối rẻ, không độc hại trong quá trình gia công Đặc biệt HDPE là nhựa nhiệt dẻo nên có khả năng tái sinh,

do đó rất thân thiện với môi trường

Tuy nhiên, vật liệu này rất dễ cháy nên tôi nghiên cứu ảnh hưởng của HDPE tái sinh đến khả năng chống cháy và độ bền cơ học của HDPE/EVA có s ử dụng một số chất phụ gia Nhằm cải thiện độ bền, tính chất cơ học và khả năng chống cháy của HDPE/EVA cũng như giảm giá thành của sản phẩm khi ứng dụng trong một số lĩnh vực kỹ thuật

2

2.Mục đích nghiên cứu

 Chế tạo vật liệu tổ hợp HDPE + HDPE tái sinh/EVA có mặt gypsum và một số chất phụ gia chống cháy ứng dụng trong một số lĩnh vực kỹ thuật

3.Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng HDPE tái sinh đến

độ bền cơ học của tổ hợp vật liệu HDPE/EVA

 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia đến tính chất đến tính chất cơ học và khả năng chống cháy của vật liệu

 Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu tổ hợp HDPE/EVA có s ử dụng HDPE tái sinh và gypsum biến tính và không biến tính

4.Phương pháp nghiên c ứu

 Xác định tính chất cơ học của vật liệu trên thiết bị kéo đa năng Zwick (Cộng hòa LB Đức) theo tiêu chuẩn ASTM D638 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới

 Xác định cấu trúc của vật liệu bằng phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier (FT-IR) và ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)

 Xác định khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn UL-94 Mỹ trên thiết bị chống cháy tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới

 Xác định ảnh hưởng của gypsum và phụ gia tới mô men xoắn nóng chảy của vật liệu

5.Điểm mới của đề tài

 Điểm mới của đề tài là sử dụng HDPE tái sinh và gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ (Hải Phòng) để chế tạo vật liệu

tổ hợp HDPE+ HDPE tái sinh/EVA/gypsum có mặt phụ gia chông cháy ứng dụng trong một số lĩnh vực kỹ thuật Bên cạnh đó, để cải

3 thiện khả năng phân tán trong nhựa nền, gypsum được biến tính bởi chất hoạt động bề mặt ethylene bis stearamide (EBS)

4

PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tìm hiểu về polyme compozit (PC)

1.1.1.Khái niệm

Vật liệu PC là loại vật liệu tổ hợp được tạo nên bởi hai hay nhiều cấu tử khác nhau nhằm tạo ra một vật liệu mới có tính chất đặc biệt mà cấu tử ban đầu không có [10,11]

 Nền nhựa nhiệt rắn

Có cấu trúc mạch thẳng hoặc rắn, thường ở dạng lỏng Sản phẩm khi đóng rắn chuyển sang cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều có tính chất bất thuận nghịch không nóng chảy không hòa tan Nền polyme nhựa nhiệt rắn có tính chất ổn định hóa học và khả năng chống cháy dung môi tốt

Một số loại nhựa nhiệt rắn phổ biến nhất: polyeste không no, nhựa epoxy, nhựa phenolic, nhựa vinyl, nhựa polyuretan, nhựa polyimit [10,21]

 Nền nhựa nhiệt dẻo

Có cấu trúc mạch thẳng hoặc mạch nhánh và tồn tại ở trạng thái tinh thể, bán tinh thể hoặc vô định hình Có một số ưu điểm

Một số loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng như: polyetylen (PE), polypropylen (PP), polyamit (PA), polystyren (PS) [17]

Một số loại vật liệu dạng hạt thường hay được sử dụng: than đen kỹ thuật, than đen hoạt tính, BaSO4, CaSO4, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại, silica, đất sét, cao lanh, bột gỗ

 Vật liệu dạng sợi

Có tính năng cơ lý cao hơn dạng hạt

Một số loại vật liệu gia cường dạng hạt thông dụng như : sợi

tự nhiên (sơ dừa, xơ tre, bông, sợi lanh ) hoặc sợi nhân tạo (sợi vải, sợi polyamit, sợi thủy tinh, sợi cacbon ) [12,17]

1.1.4.Tính chất

Vật liệu PC gồm có những tính chất chung như: độ bền cơ học cao, bền ở nhiệt độ cao, chịu lạnh tốt, cách điện và cách nhiệt

6

tốt, có khối lượng riêng tương đối nhỏ, khả năng chịu tác động từ môi trường, hóa chất cao, thời gian sử dụng lâu, gia công dễ dàng,

dễ tạo hình tạo khối

Tuy nhiên dễ rạn nứt và chịu hóa chất kém, ở nhiệt độ cao bị bay hơi, khả năng phối trộn với các loại nhựa khác kém, độ bóng kém Nhưng nếu phối trộn với các loại nhựa khác hay bổ sung thêm chất độn có thể đạt tính năng ưu việt hơn [11-13]

1.1.5.Chất độn (cốt)

Chất độn có vai trò chịu ứng suất tập trung vì chất độn thường có tính cơ lý cao hơn nhựa Là chất được cho thêm vào vật liệu PC để làm tăng đặc tính của vật liệu như:

 Tăng tính cơ học, khả năng kết dính, chịu dung môi, hóa chất, chống oxi hóa, chống lão hóa tốt hơn, và các tác động từ ngoại cảnh

 Phân tán vào nhựa tốt

 Dễ tạo đúc khuân, tạo hình, tạo khối

 Cải thiện tính năng bề mặt vật liệu (giảm bọt khí do nhựa

có độ nhớt cao)

 Tiết kiệm chi phí sản xuất

 Tăng khả năng chịu va đập, chịu nhiệt và chịu mài mòn Tùy theo mục đích của sản phẩm mà chất độn đươc thêm vào

có thể là dạng hạt hay dạng sợi [13]

1.1.6.Ứng dụng

Vật liệu PC có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ có tính trội của nó nhờ độ bền cơ học và tính cách điện tốt Nó được sử dụng trong công nghiệp điện tử để làm vật liệu cách điện như: sản xuất công tắc cầu chì của tivi, tụ điện, thân lõi

Và một số đồ dùng trong y tế như cốc, chén, đĩa, khay thiết

bị bảo quản dược phẩm, máy móc phẫu thuật là những vật liệu cần được khử trùng ở nhiệt độ cao hay trong dung dịch sát trùng [12,19]

1.2.Nhựa nền HDPE, EVA và tổ hợp HDPE/EVA

1.2.1 Tìm hiểu về nhựa HDPE

1.2.1.1 Hình thái cấu trúc của HDPE

HDPE (polyetylen tỷ trọng cao): HDPE có dạng mạch thẳng dài với hàm lượng kết tinh (74 -95%) và độ bền kéo cao HDPE là sản phẩm của quá trình trùng hợp phân etylen có mặt các chất xúc tác như: crom/ silica, chất xúc tác Ziengler -Natta hoặc chất xúc tác metallocene tùy thuộc vào chất xúc tác và điều kiện phản ứng Nhựa nhiệt dẻo này có nhiệt độ nóng chảy: 130-135oC, tỷ trọng: 0,941-0,965g/cm3 [31]

1.2.1.2 Tính chất

 Nhựa HDPE là loại nhựa có độ bền kháng hóa chất cao, không bị ăn mòn, không bị rỉ sét

 Có khả năng chịu va đập và áp lực tốt

 Dễ uốn dẻo và chịu biến dạng dưới loại tải cao

 Không phản ứng với các dung dịch như: axit đậm đặc, kiềm muối, kể cả mưa axit

8

 Không bị lão hóa dưới tác động của tia cực tím từ ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu vào

 Khi bị tác dụng dưới ngọn lửa, khó bắt lửa, nó chỉ mềm

đi và biến dạng Chịu uốn lệch rất tốt và có sức chịu biến dạng dưới loại tải cao Nhiệt độ bắt lửa của nhựa HDPE là 327o

C [31] HDPE tái sinh: là hạt nhựa được tái chế từ các sản phẩm nhựa HDPE như: can nhựa, đồ dùng gia dụng, ống phục vụ cho ngành bưu điện cáp quang, ống thoát nước, vv [17]

Hình 1.1: Một số sản phẩn nhựa HDPE được dùng tái chế

Hạt nhựa HDPE sau khi tái sinh được dùng sản xuất túi, bao

bì, can nhựa và các sản phẩm từ môi trường Các sản phẩm của hạt nhựa tái sinh HDPE vẫn giữ được những đặc tính của nhựa HDPE như có tuổi thọ cao, không bị gỉ và không bị ăn mòn bởi các loại muối và axit Nó vừa giúp các doanh nghiệp giảm giá thành cho sản phẩm mà không làm mất đi tính chất của vật liệu vừa có tác dụng giúp bảo vệ môi trường [22]

9

Hình 1.2: Một số sản phẩm được làm từ HDPE tái sinh

1.2.2 Copolyme etylen vinyl axetat (EVA)

1.2.2.1 Cấu tạo, hình thái cấu trúc của co polyme etylen vinyl axetat

Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) là sản phẩm của phản ứng đồng trùng hợp vinyl axetat và các monome etylen, được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp khối hoặc trùng hợp trong dung dịch Ở nhiệt độ 50-80 oC, áp suất 2-8 Mpa, hàm lượng vinyl axetat từ 9-42% về khối lượng Phân tử EVA có các mắt xích vinyl axetat được phân bố ngẫu nhiên theo chiều dài của các mắt xích etylen

Hình 1.3: Phản ứng đồng trùng hợp tạo EVA

EVA mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, trong suốt, không thấm nước, khả năng chống vết nứt cao, nóng chảy dính và khả năng chống

1.2.2.2 Tính chất EVA

Khoảng nhiệt độ làm việc tốt nhất của EVA là từ -60oC đến

65oC Nhiệt độ bảo quản 218oC, lớn hơn nhiệt độ này có thể xảy

ra sự đứt đại mạch phân tử EVA tan trong một số dung môi hữu

cơ như: xilen, toluen, decanlin, tetrahydrofuran EVA có tỷ trọng khoảng 0,93-0.96g/cm3

phụ thuộc vào hàm lượng nhóm VA trong phân tử Độ dãn dài khi đứt trong khoảng 700 -1300% và độ bền kéo trong khoảng 6-29 MPa

EVA thường bền với các chất như: ozon, nước lạnh, nước nóng, dung dịch axit loãng, kiểm, rượu, chất béo, chất tẩy rửa Kém bền với dầu diezen, dầu máy và không bền trong các dung dịch clorua, hidrocacbon thơm, silicon, axeton, xăng, axit vô cơ đặc Độ thẩm thấu của EVA với các chất khí N2 , O2, CO2, hơi ẩm tăng khi hàm lượng VA [21]

1.2.3 Vật liệu tổ hợp HDPE/EVA

Trong tất cả các loại PE, HDPE có nhiều tính chất phù hợp

có thể tương hộ tốt với EVA như: có khả năng trộn với nhiều phụ gia, mềm dẻo, bền với thời tiết, nhiệt độ nóng chảy tương đối cao khó bắt lửa Do vậy, HDPE kết hợp với EVA có thể khắc phục được hạn chế của mỗi polyme thành phần, tăng khả năng gia công

do hiệu ứng giảm độ nhớt nóng chảy, góp phần làm tăng tính chất

cơ học như tăng độ mềm dẻo, độ dai và khả năng chống cháy,

Trong lĩnh vực chế tạo vật liệu polyme compozit sử dụng một số chất độn, EVA có độ phân cực cao HDPE sẽ hỗ trợ phân tán của chất độn vào vật liệu tốt hơn mà không làm mất đi tính chất của nó Do vậy khi chế tạo các vật liệu polyme compozit thường sử dụng thêm chất độn để cải thiện một số tính chất của nó [18]

1.3.Tìm hiểu về ethylene bis stearamide ( EBS)

1.3.1.Cấu tạo, hình thái cấu trúc của EBS

EBS là một hợp chất hữu cơ có công thức hóa học: C3 8H7 6N2O2 Chất rắn màu trắng và có độc tính thấp Hợp chất này

là sản phẩm của phản ứng ethylenediamine và axit stearic

Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của EBS

12

1.3.2.Ứng dụng của EBS

EBS được sử dụng rộng rãi trong chế biến nhựa như là chất bôi trơn, nhờ có khả năng tương thích tốt đối với hầu hết các loại nhựa:

 Giảm các vết nứt, cải thiện độ sáng bóng của sản phẩm

Gypsum tự nhiên hay còn có tên gọi canxi sun fat (thạch cao)

là một hợp chất vô cơ, có công thức hóa học CaSO4.2H 2O Chất rắn màu trắng, xám hoặc hung, không tan trong nước Tồn tại ở dạng muối kết tủa bền, được tìm thấy trong đá vôi và có mặt hầu hết trên trái đất [14]

Thạch cao tự nhiên được khai thác từ mỏ dưới dạng các tảng như đá vôi Rồi được đem nung trong lò giống như nung vôi Tuy nhiên, thì cấu trúc canxisunfat không bị phân hủy mà chỉ có phản ứng loại bỏ nước kết tinh [17]

CaSO4.2H2O → CaSO 4 1/2H2O + 3/2 H2O

Quá trình đóng rắn của thạch cao chính là quá trình Hidrat hóa, tạo tinh thể Hydrat

Một số đặc tính của gypsum:

 Tan ít trong nước

 Khó tan trong axit loãng nhưng độ tan lại tăng trong axit đặc do có khả năng tạo phức chất

Một số các tác dụng của gypsum tự nhiên: thạch cao được sử dụng rộng rãi trong đời sống và sự phát triển của con người như:

 Trong y tế; dùng làm thực phẩm, thuốc trong y học, sử dụng làm vật liệu bó bột định hình

 Trong nông nghiệp: sử dụng để cải tạo đ ất bùn nhão

 Trong vật liệu xây dựng nhờ đặc tính cách nhiệt, chịu tiếng ồn, chịu nước, bền, đẹp, rẻ được xem là vật liệu truyền thống thân thiện con người

 Trong công nghiệp nhựa: Nó được dùng phổ biến trong nhựa nhiệt dẻo do có các đặc tính như: màu trắng, độ bền chịu hóa chất, bền chịu nhiệt đặc biệt do có tỷ khối lớn nên gypsum được ứng dụng trong chế tạo vật liệu polyme compozit để làm giảm độ co ngót, chịu va dập, cải thiện độ bóng cho sản phẩm [10,14]

1.4.2.Gypsum phế thải

Gypsum phế thải là sản phẩn phụ của quá trình sản xuất phân lân Ở nước ta, sản xuấ t phân lân theo quy trình hòa tan quặng apatit được làm giàu trong dung dịch axit sunfuric dư theo phản ứng hóa học như sau [18]:

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 3H3PO4 + 5CaCO4.2H2O + HF

14

Theo quy trình này, gypsum phế thải được tạo ở dạng kết tủa, sau đó được lọc tách và chuyển ra bãi thải Qua phân tích thành phần gypsum cho thấy có tới 75% CaSO4.2H2O, ngoài ra là H2O, H2SO4, SiO 2, Al 2O 3, P2O5 và các chất khác chiếm 25% Được xác định bằng phương pháp ASS tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam (bảng 1.2) Thành phần hóa học của gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ được xác định bằng phương pháp ICP tại trường Khoa học tự nhiên - ĐHQG Hà Nội, kết quả được trình bày trên bảng 1.1

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của gypsum phế thải từ nhà máy

DAP Đình Vũ- Hải Phòng

Hợp chất với oxy

Hàm lƣợng (%kl)

Từ kết quả trên cho thấy quá trình sản xuất phân lân đã thải

ra môi trường nhiều tạp chất có chứa kim loại nặng và nồng độ axit cao gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và môi trường [17]

1.4.3.Thực trạng và tác động của gypsum phế thải đến môi trường

1.4.2.1.Thực trạng gypsum phế thải

Theo báo cáo của ngành phân bón Việt Nam Hiện tại phân DAP được sản xuất trong nước tại 2 nhà máy DAP Đình Vũ và DAP Lào Cai với công suất của mỗi đơn vị đạt 330 nghìn tấn/năm, đưa tổng công suất cả nước đạt 660 nghìn tấn/ năm Đối với sản phẩm là phân lân, sản lượng Supe lân mỗi năm các doanh nghiệp sản xuất đạt 950 nghìn tấn, đảm cho mức tiêu thị hàng năm khoảng 900 nghìn tấn Trong khi đó, đối với phân nung chảy, lượng sản xuất tiêu thụ hàng năm vào khoảng 900 nghìn tấn Hiện

16

nay, một số nhà máy sản xuất phân bón như : Lâm Thao,Văn Điển, Ninh Bình, Hải Phòng, Long Thành đang sử dụng nguyên liệu là quặng apatit Lào Cai

Tuy chưa có số liệu thống kê đ ầy đủ nhưng lượng gypsum phế thải phát sinh cũng tương đương, do vậy cần một diện tích lớn các bãi chứa, đất ruộng, gây ảnh hưởng đến môi trường , thủy vực

 Hệ thống kênh, đầm, hồ làm thay đổi độ p H trong nước Làm pH của đất, nước giảm gần với pH của axit làm thủy hải sản, thực vật chết

 Làm ô nhiễm môi trường không khí nếu bãi không được tập kết và che chắn khi có gió sẽ phát tán ra ngoài môi trường

17

Hình 1.5: Cá tại các kênh đầm sát bãi thải của DAP chết nổi trắng

Gypsum phế thải gây ô nhiễm môi trường, làm ảnh hưởng tới các hệ sinh thái xung quanh nó Việc tận dụng gypsum phế thải từ các nhà máy để sản xuất ra một số vật liệu có ý nghĩa lớn trong việc bảo vệ môi trường và cải thiện một số tí nh chất của vật liệu compozit [14,18]

Xuất phát từ thực tế trên, nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp của HDPE + HDPE tái chế/EVA/gypsum và phụ gia chống cháy sẽ góp phần mở rộng các ứng dụng của vật liệu trong một số lĩnh vực như: chế tạo ống xoắn bảo vệ cáp điện, vỏ dây điện Nhằm phục

vụ trong các nhà máy, khu công nghiệp và cơ sở hạ tầng khác

1.5 Nghiên cứu khả năng chống cháy của vật liệu

Quá trình cháy của nhựa: được hiểu là quá trình trì hoãn và chống cháy cho nhựa

Có thể thấy ba yếu tố chính trong quá trình cháy gồm:

 Oxy: là thành phần đóng vai trò không thể thiếu trong phản ứng cháy Oxy luôn có trong môi trường xung quanh

 Nhiệt độ: là yếu tó thúc đẩy phản ứng oxy hóa diễn ra nhanh hơn Nó cũng là yếu tố làm gãy mạch các hợp chất hữu cơ, tạo thành những hợp chất thấp phân tử dễ bắt cháy

 Nhiệt độ bắt cháy tương đối thấp

 Nhiệt lượng cháy sinh ra cao

 Dễ bị phân hủy nhiệt, tạo ra các thành phần hữu cơ thấp phân tử có tính cháy cao

1.5.1 Nguyên lý ngăn cản quá trình chống cháy

Từ việc phân tính về quá trình cháy của vật liệu nhựa, người ta đã thấy

có một số nguyên lý nhằm trì hoãn, ngăn chặn và dập tắt quá trình cháy của nhựa, như sau:

Nguyên lý 1: Thành phần có đặc tính cướp oxy trong quá trình cháy:

Đây là thành phần rất nhạy phản ứng với oxy; đòi hỏi lượng oxy cao và ít sinh

ra nhiệt lượng khi cháy

Nguyên lý 2: Tạo thành lớp ngăn cản sự tiếp xúc oxy và cách nhiệt: Là

thành phần sau khi cháy hình thành hợp chất có tính liên kết, tạo thành một lớp trơ với nhiệt bao quanh vật thể cháy (gọi là lớp xỉ trơ), nên giúp ngăn chặn việc tiếp xúc của oxy vào bên trong vật thể cháy

Nguyên lý 3: Làm suy giảm nhiệt năng của quá trình phản ứng cháy

Đây chủ yếu là các hợp chất khi phân hủy nhiệt hình thành ra các hợp chất có tính thu nhiệt cao, thường thấy nhất là sinh ra hơi nước

Nguyên lý 4: Dùng thành phần trơ để đẩy oxy khỏi vật cháy: Một số

hợp chất khi cháy, sinh ra một số khí trơ lớn nên tạo ra xu hướng đẩy xa oxy của môi trường ra xa khỏi vật thể cháy