Nghiên cứu chế tạo lớp phủ chống cháy từ một số hệ polyme hữu cơ và các chất phụ gia nhằm ứng dụng bảo vệ kết cấu, ngăn lửa cho các công trình công nghiệp và dân dụng

Nhan đề : Nghiên cứu chế tạo lớp phủ chống cháy từ một số hệ polyme hữu cơ và các chất phụ gia nhằm ứng dụng bảo vệ kết cấu, ngăn lửa cho các công trình công nghiệp và dân dụng Tác giả : Tạ Anh Việt Người hướng dẫn: Trịnh Xuân Anh Từ khoá : Chống cháy; Màng phủ trương nở chống cháy Năm xuất bản : 2020 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan về thép, kết cấu thép, nhựa Arcylic, màng phủ trương nở chống cháy; thực nghiệm; kết quả.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

H ọ và tên tác giả luận văn: ……… ………

Đề tài luận văn: ……… ……… ….

Chuyên ngành:……… ……… …

Mã s ố SV:……… ……… …

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày… ………… với các nội dung sau: ………

……… …

……… ……

……… ………

……… …………

……… ………

………

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo lớp phủ chống cháy từ một số hệ polyme hữu cơ và các chất phụ gia nhằm ứng dụng bảo vệ kết cấu, ngăn lửa cho các công trình công nghiệp và dân dụng

L ời cảm ơn

Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trịnh Xuân Anh,

Thầy đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn thạc sĩ này Em cũng xin

gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Thị Tuyết Mai, cô đã luôn tạo mọi điều kiện tốt

nhất cho em trong quá trình học tập và nghiên cứu Thầy cô đã truyền đạt cho em không chỉ kiến thức mà còn là động lực, kinh nghiệm giúp cho em có đủ quyết tâm

và lòng say mê khoa học để hoàn thành chương trình đào tạo Thạc sĩ Hóa Học

Tiếp theo, em xin chân thành cảm ơn Viện Kỹ Thuật Hóa Học – trường Đại

học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em cũng như các học viên cao học khác trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, đặc biệt là tập thể Liên chi đoàn – Liên chi hội sinh viên Viện Kỹ Thuật Hóa Học đã luôn là điểm

tựa vững chắc và đồng hành cùng em trong suốt hành trình 5 năm tại Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hà Nội, tháng 11 năm 2020

H ọc viên

Tóm t ắt nội dung luận văn

Cháy, nổ vẫn luôn là mối đe dọa thường trực tới tính mạng và tài sản của con người Nhiệt độ trong các đám cháy thường dễ dàng đạt tới 800-900°C đồng

thời phát sinh ra rất nhiều loại khí độc như CO, HCN (trong các đám cháy chất

dẻo) Những loại khí độc này dễ dàng khiến con người bất tỉnh, thậm chí là nguy

hiểm đến tính mạng chỉ với một nồng độ rất thấp khoảng từ 0,025% - 0,05% thể tích Bên cạnh đó, nhiệt độ cao trong đám cháy cũng khiến kết cấu thép chịu lực

của các công trình xây dựng trở nên suy yếu Khi nhiệt độ đạt 550°C, kết cấu thép

mất đi phần lớn khả năng chịu lực khiến cho công trình dễ dàng sụp đổ gây thiệt

hại lớn về nhân mạng cũng như tài sản Chính vì thế., các kết cấu thép, bê tông

chịu lực cần phải được phủ một lớp bao bọc chống cháy nhằm bảo vệ khả năng

chịu lực trong một khoảng thời gian nhất định phục vụ cho công cuộc sơ tán và

chữa cháy Theo Quy phạm QCVN 06-2010, yêu cầu chống cháy cho kết cấu chịu

lực công trình cấp 1, 2 lần lượt là 150 phút và 120 phút, do đó cột và dầm kết cấu thép cần phải được bảo vệ trong thời gian tương ứng

Tại Việt Nam, tuy kết cấu thép đã được sử dụng khá phổ biến từ nhiều năm nhưng chủ đầu tư công trình lại xem nhẹ việc chống cháy cho nó, chủ yếu là do

vấn đề chi phí Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả xin trình bày nghiên cứu

một trong các giải pháp bảo vệ kết cấu thép đã được sử dụng ở nhiều nước trên thế

giới – phương pháp sử dụng màng phủ trương nở Thông qua quá trình thử nghiệm, tác giả đã đưa ra được công thức cho màng phủ trương nở đồng thời tiến hành thử nghiệm thay thế các thành phần khác nhau và so sánh hiệu quả chống cháy của các công thức nhằm tối ưu hóa giữa khả năng chống cháy và chi phí màng phủ - đảm

bảo lợi ích kinh tế và hiệu quả ngăn cháy

Luận văn đã xây dựng được công thức màng phủ chống cháy phù hợp với

mục tiêu đã đặt ra ban đầu; đảm bảo khả năng ứng dụng trong thực tiễn Trong thời gian tới, nếu có thêm điều kiện nghiên cứu sâu, tác giả hướng tới việc nghiên cứu thêm các màng phủ chống cháy với các hệ dung môi khác nhau

HỌC VIÊN

Ký và ghi rõ họ tên

M ỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN 1

1.1 Đặc điểm chung của thép và kết cấu thép 1

1.1.1 Các khái niệm chung về thép 1

1.1.2 Các khái niệm chung về kết cấu thép 1

1.2 Sơ lược về nhựa Acrylic 3

1.3 Giới thiệu về màng phủ trương nở chống cháy 5

1.4 Giới thiệu về các loại hóa chất sử dụng trong luận văn 8

1.4.1 Giới thiệu các nguồn carbon hóa 8

1.4.2 Giới thiệu các gốc muối polyphosphate 10

1.4.3 Giới thiệu các tác nhân trương nở 12

1.4.4 Giới thiệu các phụ gia nano 14

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 20

2.1 Thực nghiệm chế tạo mẫu 20

2.1.1 Danh mục hóa chất, thiết bị sử dụng 20

2.1.2 Các phương pháp chế tạo mẫu 20

2.1.3 Thí nghiệm lựa chọn nguồn carbon cho màng phủ trương nở thông qua nghiên cứu khả năng carbon hóa của rượu đa chức ở nhiệt độ cao.22 2.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất gốc muối polyphosphate đến tính chất của màng phủ 24

2.1.5 Nghiên cứu lựa chọn tác nhân trương nở cho hệ màng phủ 26

2.1.6 Nghiên cứu tối ưu hóa tỉ lệ nguồn carbon, tác nhân tạo axit, tác nhân trương nở và phụ gia nano trong màng phủ 27

2.1.7 Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của các loại phụ gia nano khác nhau lên hiệu quả ngăn nhiệt của màng phủ 28

2.2 Các phương pháp phân tích 29

2.2.1 Xác định độ bền uốn 29

2.2.2 Xác định độ bền va đập 30

2.2.3 Kiểm tra độ nhớt 30

2.2.4 Phân tích khả năng che chắn nhiệt 31

2.2.5 Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM) 32

2.2.6 Phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X [20] 33

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Kết quả thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của lựa chọn nguồn carbon đến tính chất chống cháy màng phủ trương nở 36

3.2 Kết quả thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các hợp chất gốc muối polyphotphaste đến tính chất chống cháy màng phủ trương nở .37

3.3 Kết quả thí nghiệm lựa chọn tác nhân trương nở cho hệ màng phủ 39

3.4 Kết quả thí nghiệm nghiên cứu tối ưu hóa tỉ lệ nguồn carbon, tác nhân tạo axit, tác nhân trương nở và phụ gia nano trong màng phủ 44

3.5 Kết quả thí nghiệm lựa chọn phụ gia nano cho màng phủ chống cháy trương nở……… 51

K ẾT LUẬN 56

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 58

PH Ụ LỤC 60

DANH M ỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Công thức cấu tạo và cấu trúc phân tử của acrylic 4

Hình 1 2 Mẫu bột tinh thể của arylic 4

Hình 1 3 Ảnh mẫu trương nở khi tiếp xúc với nguồn nhiệt theo tài liệu tham khảo .6

Hình 1 4 Công thức cấu tạo 2D và 3D của pentaerythriol 8

Hình 1 5 Công thức cấu tạo 2D và 3D của dipentaerythriol 10

Hình 1 6 Công thức cấu tạo của Tripentaerythritol 10

Hình 1 7 Công thức cấu tạo của APP 11

Hình 1 8 Cơ chế phân hủy của APP khi gặp nhiệt độ cao và tương tác của nó với các thành phần khác 11

Hình 1 9 Công thức cấu tạo dạng 2D và 3D của M-AP 12

Hình 1 10 Cấu trúc phân tử nhựa urea formaldehyde 13

Hình 1 11 Tóm tắt các phản ứng phân hủy bởi nhiệt của melamine 14

Hình 1 12 Công thức cấu tạo của WO3 16

Hình 1 13 Cấu trúc phân tử La2O3 17

Hình 1 14 Cấu trúc phân tử của Anata Titan dioxit (a) và Rutin Titan dioxit (b) 19

Hình 2 1 Các loại máy khuấy sử dụng để chế tạo màng phủ……… 21

Hình 2 2 Máy nghiền bi sử dụng trong thực nghiệm 21

Hình 2 3 Sơ đồ quy trình chế tạo màng sơn phủ trương nở 22

Hình 2 4 Bề mặt của lớp phủ Mẫu 1 và 2 trên tấm thép trước khi nung 23

Hình 2 5 Hình ảnh mẫu màng sơn A1 và A2 trước khi nung 27

Hình 2 6 Sơ đồ quy trình thực nghiệm chế tạo hệ sơn phủ chống cháy 28

Hình 2 7 Thiết bị đo độ bền uốn 29

Hình 2 8 Thiết bị đo độ bền va đập 30

Hình 2 9 Nhớt kế Stormer tự động Brookfield Model: BGD-184 31

Hình 2 10 Hình ảnh của thử nghiệm quy mô nhỏ bằng cách sử dụng đầu đốt Bunsen 32

Hình 2 11 Hình ảnh hiển vi điện tử quét JSM-7600F tại viện Vệ sinh Dịch tễ (a) và sơ đồ nguyên lý làm việc (b) 33

Hình 2 12 Sơ đồ chùm tia tới và chùm tia nhiễu xạ trên tinh thể 34

Hình 2 13 Độ tù của pic phản xạ gây ra do kích thước hạt 34

Hình 2 14 Hệ đo phổ XRD D8-advance tại Khoa Hóa Học, ĐH KHTN 34

Hình 3 1 Kết quả thử nghiệm sau khi nung 2 mẫu tại 500oC trong 60 phút……36

Hình 3 2 So sánh khả năng che chắn nhiệt của màng phủ chống cháy trương nở sử dụng nguồn carbon từ penta, di-penta và tri-penta 37

Hình 3 3 Bề mặt của mẫu M1 và M2 sau khi nung ở nhiệt độ 500ºC trong 60 phút

37

Hình 3 4 Kết quả chụp SEM bề mặt mẫu M1 và M2 sau khi nung ở 500ºC trong 60 phút 38

Hình 3 5 Hình ảnh trước và sau khi nung ở nhiệt độ 500℃ của các mẫu lớp phủ chứa (a) MonoAmmoniumphosphate; (b) DiAmmoniumphosphate và (c) Ammonium polyphosphate 39

Hình 3 6 Bề mặt nền thép sau quá trình thử lửa của các mẫu màng phủ chứa (a) MAP, (b) DAP và (c) APP 39

Hình 3 7 Hình ảnh mẫu A1 và A2 sau khi nung ở 500oC trong 60 phút 40

Hình 3 8 Tóm tắt các phản ứng phân hủy bởi nhiệt đối với urea-formaldehyd trong mẫu thử A1 41

Hình 3 9 Biểu đồ khảo sát khả năng che chắn nhiệt của 2 mẫu thử 42

Hình 3 10 Phân tích SEM lớp tro xốp trương nở mẫu màng phủ A1 43

Hình 3 11 Phân tích SEM lớp tro xốp trương nở mẫu màng phủ A2 44

Hình 3 12 Mẫu 1 trước và sau khi đốt 46

Hình 3 13 Mẫu 2 trước và sau khi đốt 46

Hình 3 14 Mẫu 3 trước và sau khi đốt 47

Hình 3 15 Biến thiên nhiệt độ theo thời gian của các mẫu ở thí nghiệm 2.1.6 47

Hình 3 16 Ảnh SEM bề mặt tro của mẫu 1 48

Hình 3 17 Ảnh SEM bề mặt tro của mẫu 2 48

Hình 3 18 Ảnh SEM bề mặt tro của mẫu 3 49

Hình 3 19 Kết quả đo XRD mẫu 1 49

Hình 3 20 Kết quả đo XRD mẫu 2 50

Hình 3 21 Kết quả đo XRD mẫu 3 50

Hình 3 22 Biến thiên nhiệt độ theo thời gian của các mẫu ở thí nghiệm 2.1.7 52

Hình 3 23 Mẫu thử số 1 (thí nghiệm 2.1.7) trước và sau khi đốt 52

Hình 3 24 Mẫu thử số 2 (thí nghiệm 2.1.7) trước và sau khi đốt 53

Hình 3 25 Mẫu thử số 3 (thí nghiệm 2.1.7) trước và sau khi đốt 53

Hình 3 26 Mẫu thử số 4 (thí nghiệm 2.1.7) trước và sau khi đốt 54

Hình 3 27 Mẫu thử số 5 (thí nghiệm 2.1.7) trước và sau khi đốt 54

DANH M ỤC BẢNG

Bảng 2 1 Thành phần màng phủ mẫu 1 và mẫu 2 23

Bảng 2 2 Thành phần các mẫu thử 24

Bảng 2 3 Thành phần 2 mẫu màng phủ M1 và M2 25

Bảng 2 4 Thành phần các mẫu thử trong thí nghiệm lựa lựa chọn nguồn tạo gốc acid cho màng phủ 25

Bảng 2 5 Thành phần cấu tạo màng phủ A1 và A2 26

Bảng 2 6 Tỉ lệ thành phần các mẫu thử 28

Bảng 2 7 Thành phần các mẫu thử trong thí nghiệm sử dụng phụ gia nano 29

Bảng 3 1 Kết quả khảo sát độ bền uốn của thí nghiệm 2.1.6 45

Bảng 3 2 Kết quả khảo sát độ bền va đập thí nghiệm 2.1.6 45

Bảng 3 3 Kết quả khảo sát độ nhớt của các mẫu thử trong thí nghiệm 2.1.6 45

Bảng 3 4 Kết quả khảo sát độ bền uốn của thí nghiệm 2.1.7 51

Bảng 3 5 Kết quả khảo sát độ bền va đập thí nghiệm 2.1.7 51

Bảng 3 6 Kết quả đo độ nhớt trong thí nghiệm 2.1.7 51

Kính hiển vi điện tử quét

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe) và carbon, với carbon (C) chiếm từ 0,02% đến 2,14% theo trọng lượng, cùng với một số nguyên tố hóa học khác Chúng làm tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau Số lượng khác nhau

của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép nhằm mục đích kiểm soát các mục tiêu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi, tính dễ uốn, và sức bền kéo đứt Thép với

tỷ lệ carbon cao có thể tăng cường độ cứng và cường lực kéo đứt so với sắt, nhưng

lại giòn và dễ gãy hơn Tỷ lệ hòa tan tối đa của carbon trong sắt là 2,14% theo

trọng lượng (ở trạng thái Austenit) xảy ra ở 1147°C; nếu lượng carbon cao hơn hay nhiệt độ hòa tan thấp hơn trong quá trình sản xuất, sản phẩm sẽ là xementit có cường lực kém hơn Pha trộn với carbon cao hơn 2,06% sẽ được gang Thép cũng được phân biệt với sắt rèn, vì sắt rèn có rất ít hay không có carbon, thường là ít hơn 0,035% Ngày nay người ta gọi ngành công nghiệp thép (không gọi là ngành công nghiệp sắt và thép), nhưng trong lịch sử, đó là 2 sản phẩm khác nhau Ngày nay có một vài loại thép mà trong đó carbon được thay thế bằng các hỗn hợp vật

liệu khác, và carbon nếu có, chỉ là không được ưa chuộng

Có nhiều tiêu chí để phân loại thép tuy nhiên thép thường được phân chia

dựa trên thành phần hóa học của thép

Theo hàm lượng carbon chia ra:

- Thép carbon thấp: hàm lượng carbon ≤ 0,25%

- Thép carbon trung bình: hàm lượng carbon 0,25 - 0,6%

- Thép carbon cao: hàm lượng carbon 0,6 - 2%

Khi tăng hàm lượng carbon, tính chất của thép cũng thay đổi: độ dẻo giảm, cường độ chịu lực và độ giòn tăng Để tăng cường các tính chất kỹ thuật của thép

có thể cho thêm những nguyên tố kim loại khác như: mangan, crôm, niken, nhôm, đồng

Theo tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại thêm vào chia ra:

- Thép hợp kim thấp: tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác ≤ 2,5%

- Thép hợp kim vừa: tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác 2,5-10%

- Thép hợp kim cao: tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác > 10% Trong xây dựng thường dùng thép hợp kim thấp Thành phần các nguyên tố khác trong thép khoảng 1% Thép là vật liệu kim loại nên có ánh kim, dẫn điện,

dẫn nhiệt mạnh [1]

a) Khái niệm kết cấu thép: Kết cấu thép là một cấu trúc kim loại được hình thành từ các cấu kiện thép (vật liệu xây dựng thép được chế tạo với hình dạng và thành phần hoá học cụ thể, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của từng dự án) liên kết

với nhau để truyền tải và chịu lực Nhờ cường độ chịu lực cao của thép, kết cấu này rất chắc chắn và đòi hỏi ít nguyên liệu hơn các loại kết cấu khác như kết cấu

bê tông hay kết cấu gỗ

Trong xây dựng hiện đại, kết cấu thép được sử dụng cho hầu hết các loại kết

cấu công trình bao gồm các tòa nhà máy công nghiệp nặng, các tòa nhà cao tầng,

hệ thống đỡ thiết bị, cơ sở hạ tầng, cầu, tháp, sân bay, hệ thống giá đỡ…

Tùy thuộc vào chi tiết kỹ thuật áp dụng cho từng dự án, cấu kiện thép có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau, cách chế tạo khác nhau (cán nóng, hàn các

tấm thép với nhau hoặc uốn cong tấm thép) Các hình dạng phổ biến bao gồm beam, HSS, thép chữ C, thép góc và thép dĩa…

I-Các loại kết cấu chính bao gồm: Cấu trúc khung: Dầm và cột; Cấu trúc lưới:

cấu trúc dạng lưới hoặc mái vòm; Kết cấu dự ứng lực; Cầu dầm; Cầu cáp văng;

Cấu trúc giàn: thanh hoặc giàn; Cầu vòm; Kiến trúc vòm; Cầu treo; Cầu giàn: cấu

kiện giàn

b) Những ưu điểm của kết cấu thép trong xây dựng

- Độ tin cậy và khả năng chịu lực cao: Do vật liệu thép có cường độ lớn, lớn

nhất trong các vật liệu xây dựng nên kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn Độ tin

cậy cao là do cấu trúc thuần nhất của thép Sự làm việc đàn hồi và dẻo của vật liệu thép gần sát nhất với các giả thiết tính toán

- Tiết kiệm chi phí: Kết cấu thép được coi là phương án tiết kiệm nhất về chi phí thiết kế và nguyên vật liệu Loại kết cấu này tốn rất ít chi phí trong việc sản

xuất, lắp dựng và bảo hành so với các phương pháp truyền thống

- Dễ kiểm soát và quản lý: Được chế tạo tại nhà máy và nhanh chóng lắp

dựng tại công trường bởi đội ngũ nhân viên lành nghề Điều này giúp cho quá trình xây dựng diễn ra an toàn tuyệt đối Các cuộc nghiên cứu trong ngành luôn chứng minh kết cấu thép là giải pháp tối ưu trong quản lý xây dựng

- Linh hoạt: Có thể được sửa đổi trong tương lai cho các ứng dụng mới, điều

kiện tải, mở rộng theo chiều dọc, thay đổi theo yêu cầu của chủ đầu tư mà các hệ

thống khung khác không thể thực hiện được

- Bền vững: Có thể chịu được các lực cực mạnh hoặc điều kiện thời tiết

khắc nghiệt, như gió mạnh, động đất, bão và tuyết rơi Kết cấu này cũng không dễ

bị gỉ và không giống như khung gỗ, chúng không bị ảnh hưởng bởi mối, bọ và nấm

mốc

- Tính cơ động trong vận chuyển, lắp ráp: Do trọng lượng nhẹ, độ cứng lớn nên việc vận chuyển và lắp ráp kết cấu thép dễ dàng và nhanh chóng Kết cấu thép

dễ sữa chữa, thay thế, tháo gỡ, di chuyễn Điều này đặc biệt quan trọng khi cần cải

tạo các cơ sở sản xuất cho phù hợp với dây chuyền công nghệ mới, các công trình

phải di chuyển khi cần thiết, hoặc dễ khôi phục sữa chữa như cầu, nhà máy… Đã

bị hư hỏng, xuống cấp

c) Khuyết điểm kết cấu thép

- Bị ăn mòn: Trong môi trường không khí ẩm, nhất là trong môi trường xâm

thực, thép bị gỉ, từ gỉ bề mặt cho đến phá hoại công trình hoàn toàn

- Chịu lửa kém: Tuy thép không phải là vật liệu dễ cháy, nhưng thép lại dẫn nhiệt rất tốt, khi nhiệt độ thép thay đổi thì cấu tạo tinh thể cũng như tập hợp tinh

thể của thép cũng sẽ thay đổi, cụ thể: sắt nguyên chất xảy ra hiện tượng kết tinh lại

tại 500oC, ferrite xảy ra hiện tượng kết tinh lại tại 650oC Với hiện tượng kết tinh

lại xảy ra ở nhiệt độ cao (trên 500oC) đã nêu trên, các công trình sẽ sớm sụp đổ do

kết cấu thép chịu tải biến đổi và không đáp ứng được yêu cầu chịu tải của công trình

Bao phủ các kết cấu thép bằng màng sơn là một công tác phổ biến trong lĩnh vực xây dựng công trình trên thế giới do lợi ích mà nó mang lại trong bảo vệ

sự bền vững của kết cấu thép Các nhà sản xuất thường xuyên sáng chế các loại

phụ gia cho những hệ sơn khác nhau nhằm nâng cao độ bền và khả năng chống ăn mòn [2] Tuy nhiên, việc bảo vệ các kết cấu thép khỏi nguy cơ cháy và tăng độ

chịu nhiệt cho kết cấu lại chưa được chú trọng và quan tâm nhiều ở Việt Nam, việc

sử dụng các hệ sơn đặc biệt đáp ứng được các yêu cầu về độ bền, độ bám dính, khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt như ở các nước phát triển hiện chưa phổ biến do giá thành, yêu cầu cao về điều kiện thi công, điều kiện Việt Nam khó đáp ứng Do

đó, hướng nghiên cứu công nghệ chế tạo sơn chống cháy cho các công trình kết

cấu thép là công tác và thực tiễn trong giai đoạn hiện nay ở Việt Nam

Hệ sơn acrylic có khả năng bám dính rất tốt lên bề mặt bê tông, thép, gỗ và các loại vật liệu khác, rất thích hợp để làm lớp sơn lót bảo vệ các kết cấu công trình xây dựng nhằm mục đích chống cháy, chống thấm, chống mài mòn và chống rạn

nứt Đồng thời, trên cơ sở tiếp thu kết quả nghiên cứu trước đây, tôi cũng nhận

thấy rằng hệ keo acrylic cũng cấp khả năng chống cháy cách nhiệt rất tốt cho kết

cấu thép nếu như được xử lý bề mặt trước bằng một lớp sơn lót Chính vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi sẽ tiến hành nghiên cứu, thử nghiệm và tối ưu các quy trình công nghệ chế tạo sơn chống cháy cho vật liệu thép dựa trên hệ acrylic

Nhựa acrylic là một chất nhựa nhiệt dẻo hoặc nhiệt rắn có nguồn gốc từ axit acrylic, axit metacrylic hoặc các hợp chất liên quan khác Một ví dụ là polyhydroxyethylmethacrylate, tạo ra một polymer liên kết ngang khi được xử lý

bằng polyisocyanate Nhựa acrylic thích hợp làm chất kết dính cho ngành công nghiệp sản xuất sơn bởi những đặc tính cũng như độ phổ biến

Keo tạo màng acrylic có thành phần chính là các monome metyl methacrylic (MMA), n-butyl acrylate (nBA) và acid acrylic (AA) và các chất hoạt động bề mặt Triol CF10, CF12, Tritol X405, Orotan 1288 có tác dụng khơi mào cũng như làm

bền nhũ tương Nhũ tương được tổng hợp theo 3 quy trình cơ bản: sản xuất theo

từng mẻ, quy trình liên tục và quy trình bán liên tục Hạt nhũ tương acrylic tạo ra

với các đặc tính: chiếm 40-50% khối lượng chất rắn, đường kính các hạt latex từ 50-200 nm và có nhiệt độ chuyển thủy tinh trong khoảng 15-17℃ Quá trình trùng

hợp nhũ tương tạo ra các hạt latex acrylic thường được sản xuất trong công nghiệp theo quy trình liên tục hoặc bán liên tục Các hạt latex thu được có màu từ trắng đục đến xanh nhạt, từ màu sắc của các hạt mà có thể đánh giá về kích thước của nhũ tương sản phẩm Nếu đường kính hạt latex tạo ra khoảng 500 nm sẽ có màu

trắng đục, trong khi các hạt latex có đường kính 100 nm thì sẽ cho nhũ màu xanh

nhạt Màu sắc của các hạt latex thay đổi theo đường kính hạt và các hạt có kích thước khác nhau sẽ có độ tán xạ ánh sáng khác nhau Đồng thời, các hạt latex khi

tạo thành có nhiệt độ chuyển thủy tinh phù hợp với Tg xấp xỉ 15,1℃ thành các vi

hạt có hình dạng không đều, ổn định trong thời gian dài Các hạt nhanh chóng

phồng lên và hấp thụ nước, nước tiểu hoặc các dung dịch nước khác [3]

Có thể thấy trên công thức cấu tạo 1 mắt xích của acrylic có chứa 1 gốc OH, điều này dẫn đến acrylic có thể tạo liên kết hydro với nước, hay nói cách khác là

có thể tan trong nước, phù hợp với đặc điểm của dòng sơn latex Sơn sử dụng keo acrylic để kết dính có đặc điểm sau:

- Sử dụng dung môi là nước, không gây độc hại cho người sử dụng như các

loại sơn sử dụng dung môi

- Mùi sơn dễ chịu (do không dung các loại dung môi độc hại)

- Độ bám dính tốt, dễ dàng pha màu sắc

- Dễ lau chùi

- Độ bóng của bề mặt sơn rất cao

Tuy nhiên, vì là hệ sơn latex nên sơn sử dụng nền acrylic sẽ có những nhược điểm như sau:

- Lâu khô

- Giá thành cao

- Yêu cầu kỹ thuật của thợ sơn cao

Với các đặc tính như trên, sơn acrylic latex đã được sử dụng cho nhiều ứng

dụng khác nhau như sơn bề mặt gỗ, ứng dụng trong nghệ thuật, nội thất… và đặc

biệt là trong xây dựng Bề mặt tường bên ngoài bao gồm bê tông, vữa, và gạch có

thể được sơn bằng sơn latex acrylic Nó có khả năng chống bong tróc, nứt vỡ do tính chất linh hoạt của nó, giúp giữ cho bề mặt bên ngoài trông đẹp trong một thời gian dài mặc dù tiếp xúc với các điều kiện môi trường khắc nghiệt Màu sắc của

những loại sơn này cũng bám rất lâu nên không bị phai màu nhanh chóng Sơn sẽ bám dính tốt hơn nếu trước khi sơn bề mặt nơi cần sơn được đánh nhám bằng

phẳng và sạch sẽ Sơn ngoại thất với gốc acrylic latex khi bổ sung thêm một số

phụ gia còn có thể chống kiềm, chống thấm hay thậm chí là trở thành sơn chống cháy, phù hợp để sử dụng cho các công trình kiến trúc lớn

Các phương pháp và vật liệu mới đã và đang được tiếp tục nghiên cứu phát triển để đưa vào sử dụng nhằm ngăn ngừa và giảm thiểu tác hại của các vụ cháy

nổ Nhiều vật liệu chống cháy và vật liệu có khả năng kháng cháy như màng phủ,

vật liệu dập cháy và màng phủ ngoài hiện đang được sử dụng để chống lại lửa Các màng phủ chống cháy đang phát triển gần đây để chống cháy thụ động cho các kết

cấu chịu tải như:

Lớp phủ chống cháy truyền thống thụ động: Theo truyền thống, lớp phủ

chống cháy thụ động chủ yếu sử dụng chất kết dính xi măng Chúng là lớp phủ xi măng đặc biệt dựa trên xi măng Portland, khoáng chất, thạch cao hay các vật liệu khác Trong xây dựng, chúng được trộn trong nước với chất độn, chất kết dính và được phun phủ với độ dày đến vài cm phụ thuộc vào yêu cầu của công trình Chúng cung cấp khả năng chống cháy bằng các hiệu ứng cách nhiệt từ vài phút đến vài

giờ Hệ này có chi phí thấp, dễ chế tạo và sử dụng, tuy nhiên có hạn chế về trọng lượng, độ dày quá lớn dẫn đến độ thẩm mỹ kém Không chỉ vậy, chúng còn dễ dàng bị nứt và phá hủy trong đám cháy dữ dội Ngoài ra, bề mặt gồ ghề cho phép hơi nước thâm nhập và tích tụ, làm tăng độ ẩm lớp phủ, thúc đẩy sự ăn mòn kết

cấu

Lớp phủ vô cơ trương nở dựa trên thủy tinh lỏng được sử dụng rộng rãi trong

thời gian trước đây do chi phí thấp và hiệu quả khá tốt tuy nhiên lại có những hạn

chế nghiêm trọng về độ bền cũng như khả năng chịu nước Do tính thẩm mỹ và

hiệu suất của lớp phủ ngày càng yêu cầu gắt gao, màng phủ mỏng hữu cơ ngày càng trở nên phổ biến và thay thế các loại lớp phủ trước đây

Lớp phủ chống cháy trương nở: Lớp phủ chống cháy trương nở đã được sử

dụng như màng bảo vệ chống cháy thụ động trong hơn 20 năm để bảo vệ kết cấu thép trong các tòa nhà cao tầng nhằm tránh sự sụp đổ cấu trúc do lửa gây ra Lớp

phủ này sẽ trương phồng khi tiếp xúc với lửa một cách có kiểm soát và có độ dày

lớn hơn nhiều lần độ dày ban đầu của chúng, tạo ra một lớp bảo vệ có chứa carbon

và các chất vô cơ khác Lớp than hóa này hình thành sẽ hoạt động như rào ngăn

cản ngọn lửa và cách nhiệt giúp bảo vệ kết cấu thép như hình 1 3 Lớp phủ có thể

phồng lên tới nhiều lần độ dày ban đầu khi gia nhiệt (lớp bọt dày từ 1 cm đến 10 cm) Trong trường hợp hỏa hoạn, chúng có thể hoạt động như lớp bảo vệ cháy thụ động cho thép, tránh làm mất khả năng chịu tải khi nhiệt độ vượt quá 500°C và

hạn chế thiệt hại về kết cấu để kéo dài thời gian sơ tán trong quá trình cháy, ngăn

ngừa tổn thất về người và tài sản

Lớp phủ chống cháy trương nở ngày càng được sử dụng nhiều bởi vì chúng

tạo ra sản phẩm chất lượng cao và cũng có khả năng chống cháy tốt trong các công trình yêu cầu phòng cháy cao như: sân vận động, tòa nhà cao tầng Hầu hết các công trình xây dựng cao tầng và khung thép đều sử dụng lớp phủ dày đặc để bảo

vệ kết cấu khỏi đám cháy Lớp phủ chống cháy trương nở có thể giúp bảo vệ cấu trúc thép tránh tiếp xúc với nhiệt hoặc lửa và duy trì độ ổn định trong điều kiện

khắc nghiệt của môi trường

Việc sử dụng lớp phủ chống cháy là một trong những cách dễ nhất, lâu đời

nhất, và hiệu quả nhất để bảo vệ chất nền khỏi ngọn lửa Phương pháp này có một

số ưu điểm: nó không thay đổi tính chất bên trong của vật liệu (ví dụ: tính chất cơ

học), nó dễ dàng sử dụng và nó cũng có thể được sử dụng trên một số vật liệu bao

gồm vật liệu kim loại, polyme, hàng dệt và gỗ

Nghiên cứu công nghệ chế tạo và các tính chất của các vật liệu chống cháy – ngăn lửa là một vấn đề được nhiều nhà khoa học qua tâm và nghiên cứu trong

một thời gian tương đối dài Các kết quả nhận được từ các nghiên cứu trên bước đầu đã thiết lập được các yếu tố công nghệ trong nghiên cứu tổng hợp chế tạo vật

liệu màng phủ chống cháy và bào mòn cho công trình… Vấn đề đặt ra hiện nay là làm thế nào để có thể xây dựng được các quy trình ổn định cho chế tạo, sản xuất

ra các vật liệu này ở quy mô lớn hơn theo các chỉ tiêu ứng dụng của nhà sản xuất

để có thể đưa các vật liệu này vào ứng dụng

Màng phủ chống cháy trương nở là lớp phủ phản ứng với nhiệt bằng cách

phồng lên một cách có kiểm soát gấp nhiều lần độ dày ban đầu để tạo ra một màng carbon, hoạt động như một chất cách nhiệt bảo vệ thép Cả dung môi và nước sơn

trương nở được sử dụng phổ biến nhất để bảo vệ các thành phần thép kết cấu (dầm hay cột) trong các tòa nhà thương mại chống lại ngọn lửa mà nhiên liệu cháy có tính chất xenlulo như giấy, gỗ và vải Khái niệm trương nở cho phép cân bằng giữa tính chất cháy và mức độ phụ gia trong vật liệu Lớp phủ bên trong bao gồm các

chất phụ gia liên kết với nhau bởi một chất kết dính Nói chung, ba thành phần thường được sử dụng: một nguồn acid (ví dụ, ammonium polyphosphate), một nguồn carbon (nó có thể là chính polymer, cho ví dụ, dipentaerythritol) và tác nhân trương nở (ví dụ: amoni polyphosphate) Công thức của các lớp phủ này phải được điều chỉnh về tính chất vật lý và hóa học để tạo thành một màng bảo vệ hiệu quả Ngày nay, các quy định và luật pháp ngày càng nghiêm ngặt liên quan đến phát

thải dung môi hữu cơ dẫn tới việc sử dụng nhiều hơn sản phẩm lỏng dung môi nước [4]

Các lớp phủ trương nở được xem xét trong các trường hợp hỏa hoạn để duy trì tính toàn vẹn cấu trúc trong tối đa 3 giờ khi nhiệt độ xung quanh vượt quá 1100°C hoặc cao hơn Các lớp phủ ngăn lửa như lớp phủ trương nở được công

nhận rộng rãi để giảm tính dễ cháy của các cấu trúc khác nhau Việc sử dụng lớp

phủ trương nở cung cấp hai lợi ích chính: nó có thể ngăn chặn sự thâm nhập nhiệt

và sự lan rộng của ngọn lửa, và nó không làm thay đổi tính chất cơ học của vật liệu

phủ bên trong

Thông thường màng phủ chống cháy chứa 3 thành phần hoạt tính: (1) nguồn

chứa gốc acid (phốt phát, borat, sun phát), hợp chất carbon hoá (polyol, saccharide)

và chất trương nở (melamine, isocyanrat, urea) Khi gặp nguồn nhiệt thì nguồn acid bị phá vỡ để sinh ra gốc acid, gốc acid sẽ khử nước để carbon hoá tạo ra than

và cuối cùng là các tác nhân trương nở sẽ sinh khí để làm lớp phủ phồng lên để tạo

ra lớp phủ ngăn lửa, cách nhiệt và bền ở nhiệt độ cao [5] Các nghiên cứu cũng chỉ

ra rằng sự phù hợp của nhiệt độ phân hủy (Td) của 3 thành phần trên là yếu tố chính

để tạo thành một lớp tro xốp lý tưởng Nếu Td của chất trương nở thấp hơn chất

chứa gốc acid, khí sẽ thoát ra trước khi hình thành lớp than và không thể đóng vai trò quan trọng trong trạng thái bốc cháy, ngược lại thì khí sẽ thổi ra lớp than và không thể tạo thành lớp bọt tốt Tại một thời điểm, nếu Td của hợp chất chứa nguồn carbon thấp hơn chất chứa gốc acid, thì chất chứa nguồn carbon đã bị phân hủy hoàn toàn trước khi phân hủy nhiệt chất chứa gốc acid và cũng không tạo thành

lớp bọt tốt [6] Để tạo ra cấu trúc tro xốp bền nhiệt và cách nhiệt tốt thì nhiều công trình đã tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ trương nở, cấu trúc và

độ bền nhiệt của màng phủ như: (1) tỷ lệ các thành phần chính, (2) độ nhớt của

hỗn hợp, (3) sử dụng các chất độn tăng cường hoặc biến tính vật liệu ban đầu [7] [8] [9] [10] Tóm lại, công thức của lớp phủ phải được tối ưu hóa về mặt vật lý (cường độ màng, độ giãn nở, độ nhớt, ) và các tính chất hóa học (ổn định nhiệt,

phản ứng) theo thứ tự để tạo thành một màng bảo vệ hiệu quả sẽ có thể bảo vệ thép càng lâu càng tốt khi tiếp xúc với lửa Cấu trúc này phải là một khối dày, liên tục

và lớp tro có phân bố xốp, đồng đều, kín

1.4 Gi ới thiệu về các loại hóa chất sử dụng trong luận văn

Chức năng chính của các chất carbon hóa trong màng phủ trương nở là cung

cấp nguồn carbon, cụ thể là tạo thành than có chứa carbon do bị mất nước bới sự

có mặt của nguồn axit Pentaerythritol là chất carbon hóa được sử dụng nhiều nhất trong các nghiên cứu về màng phủ cách nhiệt trương nở đã báo cáo, kết hợp với nguồn axit là ammonium polyphosphate (APP) Khi gặp nguồn nhiệt, nguồn axit

bị phá vỡ để sinh ra các gốc axit, các gốc axit sẽ khử nước để carbon hóa chất cung

cấp nguồn carbon, tạo ra than đồng thời các tác nhân trương nở trong màng phủ khi gặp nhiệt sẽ sinh ra khí để lớp phủ phồng lên, tạo ra lớp tro xốp lý tưởng Trong luận văn sẽ tập trung nghiên cứu khả năng carbon hóa ở nhiệt độ cao

của các phân tử rượu đa chức, cụ thể là pentaerythritol, dipentaerythritol, tripentaerythritol

a) Pentaerythritol

Pentaerythritol là một hợp chất hữu cơ có công thức là C(CH2OH)4 có tên

gọi theo danh pháp IUPAC là 2,2-bis(hydroxymethyl)propane-1,3-diol, thuộc loại polyol, xuất hiện ở điều kiện thường dưới dạng chất rắn màu trắng Pentaerythritol

có khối lượng phân tử là 136,15 g/mol, khối lượng riêng là 1,596 g/cm3và có điểm sôi tại 258 – 260oC Hợp chất này bao gồm 5 nguyên tử carbon, trong đó 1 nguyên

tử carbon liên kết với 4 carbon chứa gốc rượu (OH-) còn lại (hình 1.4) Do có chứa nhóm chức OH- trong công thức cấu tạo nên pentaerythritol có thể tan tốt trong nước, cụ thể tại 25oC, 2,5g pentaerythritol có thể tan hoàn toàn trong 100 ml nước Ngoài ra pentaerythritol có thể hòa tan trong ethanol, glycerol, etylen glycol, formamide nhưng không tan được trong benzen, acetone

Pentaerythritol, hay chất cung cấp nguồn carbon gốc rượu, được coi là một trong bốn thành phần chính trong sản phẩm màng phủ chống cháy với các đặc tính

cụ thể của mỗi thành phần: chất chứa nguồn axit, chất bổ sung nguồn carbon, chất trương nở và chất kết dính Chất chứa nguồn axit (ví dụ ammonium polyphosphate, APP) với tác dụng cung cấp ra các gốc axit sẽ phản ứng với chất bổ sung nguồn carbon như pentaerythriol

Phản ứng giữa ammonium polyphosphate – APP và pentaerythritol là cơ sở

để có thể xác định tỷ lệ và hiệu quả sự trương nở của màng phủ, có cơ chế như sau:

Este photpho sinh ra từ phản ứng trên sẽ tiếp tục xảy ra quá trình đóng vòng ester, sinh ra nước và ammonia [11]:

Các phản ứng nêu trên có thể xảy ra một cách kết hợp sinh ra một lớp than

với thành phần chủ yếu là carbon, oxy photpho và nitơ nguyên tử [12] Đồng thời

với các phản ứng nêu trên, khi nhiệt độ tăng cao, một phản ứng cũng xảy ra với tác nhân trương nở (melamine) để giải phóng các chất bay hơi không cháy vào hệ

thống than vừa sinh ra của màng phủ:

Nước, NH3, CO2 và N2 sinh ra từ phản ứng đã trình bày ở trên chính là lý do khiến cho lớp than đã sinh ra từ phản ứng giữa ammonia polyphosphate và pentaerythritol bị phồng lên với độ dày hơn nhiều lần so với độ dày ban đầu

Chất kết dính (ví dụ poly acrylic, poly ureathane, poly vinylacetate, …) ngoài

chức năng chính là thành phần để liên kết các phụ gia lại với nhau còn có tác dụng như một chất bổ sung nguồn carbon và tham gia phản ứng với chất chứa nguồn axit Hơn nữa, chất kết dính cũng tham gia vào việc kiểm soát và mở rộng, trương

nở của lớp than, đảm bảo cấu trúc lớp bọt than trương nở đồng nhất, không bị nứt,

vỡ vụn, làm giảm hiệu quả

b) Dipentaerythritol

Dipentaerythritol tương tự như pentaerythritol, cũng là một rượu đa chức với công thức phân tử là C10H22O7, có tên theo danh pháp IUPAC là 2,2'-(Oxybis(methylene))bis(2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol), còn gọi là Bis(pentaerythritol), có khối lượng phân tử là 254,28 g/mol và chất này có điểm sôi tại 221,0°C Dipentaerythritol thường được sử dụng dưới dạng bột trắng – tinh

thể trắng Từ công thức cấu tạo của dipentaerythritol, có thể thấy cấu tạo của chất này có dạng gồm 2 phân tử pentaerythritol liên kết với nhau bởi 1 nguyên tử O chung Phân tử dipentaerythritol sở hữu 6 nhóm chức rượu (OH-)

Tại 25oC, Dipentaerythritol có khả năng hòa tan như sau: 0,30 g/100 g nước, 0,25 g/100 g metanol, 0,07 g/100 g ethanol, tan rất ít trong aceton và benzen Như

vậy, có thể thấy, do sở hữu tới 6 nhóm OH- trong cấu tạo mà dipentaerythritol có

khả năng tan trong nước tốt hơn các dung môi hữu cơ mặc dù sở hữu công thức

cấu tạo khá cồng kềnh, tuy nhiên khả năng hòa tan trong nước của dipentaerythritol kém hơn rất nhiều so với pentaerythritol Do vậy, dipentaerythritol có thể sử dụng làm phụ gia trong màng phủ chống cháy dung môi nước

c) Tripentaerythritol

Tripentaerythritol cũng tương tự như dipentaerythritol và pentaerythritol, đều

là các polyol có chứa nhiều nhóm chức rượu (OH-) Tripentaerythritol có công

thức phân tử là C15H32O10, có tên gọi theo danh pháp IUPAC là [[3-hydroxy-2,2-bis(hydroxymethyl)propoxy]methyl]2(hydroxymethyl) propoxy] methyl]-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol, hay còn được gọi là tris(pentaerythritol) Tripentaerythritol có khối lượng phân tử là 372,41 g/mol, điểm sôi tại 249oC

Từ công thức cấu tạo của tripentaerythritol, có thể thấy cấu tạo của chất này

có dạng gồm 3 phân tử pentaerythritol liên kết nối tiếp với nhau bằng 2 nguyên tử

O Phân tử tripentaerythritol sở hữu 8 nhóm chức rượu (OH-)

Do có cấu tạo khá tương đồng với pentaerythritol và đều sở hữu nhiều nhóm

chức OH- nên dipentaerythritol và tripentaerythritol đều có khả năng phản ứng với ammonia phosphate như đã trình bày ở trên, tạo thành một lớp than Qua đó cả tripenta lẫn dipenta đều có thể sử dụng trong việc tổng hợp màng phủ chống cháy

kiểu trương nở giống như pentaerythritol

Quá trình chống cháy được kích hoạt bởi một chất xúc tác axit hóa, ví dụ, ammonium polyphosphate (APP) giải phóng axit trên 250ºC trong trường hợp hỏa

hoạn Chất sinh khí, ví dụ melamine, phân hủy và giải phóng khí trong khối nóng

chảy dẫn đến tạo bọt, sau đó hóa rắn tạo thành màng phủ cản nhiệt APP mất amoniac và nước khi nhiệt cao Phản ứng xảy ra phá vỡ cấu trúc chuỗi của polyphosphate với việc loại bỏ amoniac, nước và giải phóng axit polyphosphoric Axit polyphosphoric sau đó phản ứng với pentaerythritol tạo thành este axit photphoric mạch vòng cũng hoạt động như tác nhân sinh khí.[12] Trong quá trình này, melamine và axit polyphosphoric cũng kết hợp để tạo thành melamine polyphosphate và dipolyphosphate hoạt động như các tác nhân sinh khí và tạo lớp than

a) Ammoium polyphosphate

Ammonium polyphotphate (APP) là chất tạo gốc acid được sử dụng rộng rãi nhất trong lớp phủ chống cháy có công thức phân tử là (NH4PO3)n(OH)2, dạng

bột trắng, khối lượng phân tử là 97g/mol, khối lượng riêng là 1,9g/cm3 Các tính

chất của ammonium polyphosphate phụ thuộc vào số lượng monome trong mỗi phân tử và ở một mức độ về tần suất phân nhánh Chuỗi ngắn hơn (n <100) nhạy

cảm với nước hơn và kém bền nhiệt hơn chuỗi dài hơn (n>1000) [13] nhưng chuỗi polymer ngắn (ví dụ pyro-, tripoly- và tetrapoly-) dễ hòa tan hơn và tăng độ hòa tan với chiều dài chuỗi tăng APP có công thức cấu tạo như sau:

b) MonoAmmoniumphosphate (M-AP)

MonoAmmoniumphosphate có công thức hóa học là (NH4)(H2PO4) M-AP

là thành phần chính của phân bón nông nghiệp và một số chất chữa cháy Nó cũng

có những ứng dụng quan trọng trong quang học và điện tử

Hình 1 9 Công th ức cấu tạo dạng 2D và 3D của M-AP

c) DiAmmoniumphosphate (D-AP)

Diamoni photphat (D-AP) (công thức hóa học (NH4)2HPO4, danh pháp IUPAC là diamoni hydrogen photphat) là một trong những muối amoni photphat hòa tan trong nước có thể được sản xuất khi amoniac phản ứng với axit phosphoric

Chất rắn diamoni photphat thể hiện áp lực phân ly của amoniac theo biểu thức và phương trình sau:

(NH4)2HPO4 (r) ⇔NH3 (k) + NH4H2PO4 (r) logP mmHg = -3063/T + 175logT +3.3

Trong đó: P: áp suất ly khai của ammoniac và T: Nhiệt độ tuyệt đối (K) D-AP có thể được sử dụng như một chất chống cháy Nó làm giảm nhiệt độ đốt của vật liệu, làm giảm tỷ lệ mất trọng lượng tối đa và làm tăng sản lượng dư lượng hoặc than Đây là những tác động quan trọng trong việc chống lại cháy rừng như giảm nhiệt độ phân huỷ và làm tăng lượng than củi tạo ra làm giảm lượng nhiên liệu có sẵn và có thể dẫn tới sự hình thành cháy Đây là thành phần lớn nhất

của một số sản phẩm chữa cháy phổ biến trên thị trường

Chức năng chính của các tác nhân trương nở trong màng phủ trương nở là sinh khí ở nhiệt độ cao Cụ thể, khi gặp nguồn nhiệt, nguồn axit bị phá vỡ để sinh

ra các gốc axit, các gốc axit sẽ khử nước để carbon hóa chất cung cấp nguồn carbon, tạo ra than Khi đó, các tác nhân trương nở có mặt trong màng phủ gặp nhiệt độ cao sẽ sinh ra khí để lớp phủ phồng lên, tạo ra lớp tro xốp lý tưởng Trong luận văn này, tác nhân trương nở được lựa chọn để nghiên cứu là các phân tử rượu chứa nhiều nguyên tử nitơ như: Urea formaldehyde, Melamine a) Urea formaldehyde

Là một chất thấm cho giấy và và gỗ, nhựa urea fomaldehyde đã được sử dụng

với lượng đáng kể Các báo cáo trước đây chỉ ra rằng, ammonium photphaste được

sử dụng đầu tiên cho quá trình xử lý gỗ, sau đó là nhựa phenolic, các sản phẩm này

có phần vượt trội hơn so với nhựa urea trong cũng một sản phẩm tẩm giấy

Nhựa urea formaldehyde cũng được biết đến như một vật liệu chịu lửa tốt

Do đó, nó được ứng dụng trong việc cách lửa bảo vệ các vật liệu khác Ví dụ, hỗn

hợp urea formaldehyde và natri bisulfite là một vật liệu cách lửa hiệu quả cho vải, đặc biệt là vải lylon Hỗn hợp urea và thiourea cũng đã được ứng dụng trong lớp cách nhiệt cho vải Việc sử dụng các hợp chất phospho hữu cơ và axit photphoric

hoặc muối photphat đã được nghiên cứu áp dụng để cải thiện tính chất chống cháy

của hệ thống lớp phủ ure fomaldehyde Các nghiên cứu sau này cũng đã đề cập đến vấn đề sử dụng nhựa urea cho nhiều thành phần gỗ và giấy chống cháy Một

ví dụ điển hình của ứng dụng này là phản ứng trùng hợp axit hóa urea và fomaldehyde sau khi ngâm tẩm các sản phẩm gỗ Gỗ, gỗ ép, gỗ ván và các sản

phẩm gỗ khác trước tiên được xử lý bằng hỗn hợp sản phẩm phản ứng thu được từ lượng urea và axit photphoric Sản phẩm sau khi ngâm tẩm được phun bằng dung

dịch formaldehyde và sấy khô Sản phẩm được xử lý có khả năng chống cháy lên đến 7 giờ

Như vậy, qua các ứng dụng mô tả như ở trên, nhựa urea fomaldehyde thể

hiện khả năng tốt như một vật liệu liên kết chéo cao, cùng là tác nhân chống cháy

tốt trong các hệ vật liệu chống cháy

Hình 1 10 Cấu trúc phân tử nhựa urea formaldehyde

b) Melamine

Melamine là chất sinh khí được sử dụng rộng rãi trong các công thức hợp

chất trương nở Khi ở nhiệt độ cao, melamine phân hủy giải phóng khí và các sản

phẩm dễ bay hơi khác Kết quả phân tích nhiệt TGA của melamine cho thấy nó thăng hoa hoàn toàn ở khoảng 250 – 350oC Ngoài vai trò là chất sinh khí, melamine còn giữ vai trò tương tác với amonium photphaste hình thành melamine photphaste cũng có tác dụng như một nguồn acid Ở nhiệt độ cao, melamine trải qua quá trình ngưng tụ và giải phóng amoniac, tạo thành sản phẩm không tan Melamine và amoniac hoạt động như các chất ức chế ngọn lửa, và hoạt động như

chất chống cháy trong pha khí

Nhựa melamine đã được sử dụng kết hợp với cả phenolics và nhựa formaldehyd để tạo thành lớp phủ chống cháy và chất kết dính Ngoài phụ gia melamine, axit photphoric, photphaste và borat đã được thêm vào hệ hỗn hợp

urê-chống cháy Ví dụ, hỗn hợp nhựa phenolic chứa 33% melamine và 5% natri borat

đã tạo ra khả năng chống cháy cao khi được sử dụng làm chất thấm cho giấy bao

bì Ngoài ra, các polyme khác như nylon 6 hoặc 6 – 6, polychloroprene và cao su, cũng như các chất điều chế polyurethane, đã được xử lý chống cháy hoặc tự dập

tắt bằng cách trộn với nhựa melamine cùng với các chất phụ gia khác như axit photphoric hoặc hợp chất photpho Khi 5-8% melamine được pha trộn với nylon nylon 6 hoặc 6 – 6, một hợp chất tự nổ dập lửa đã được báo cáo [9]

Hỗn hợp melamine 1: 1 theo trọng lượng và sản phẩm ngưng tụ của 3- (dimethylphosphono) propionamide và formaldehyd tạo ra một lớp phủ chống cháy cho nhiều loại sợi bao gồm nylon, trong những trường hợp này, lớp giàu nitơ

và phốt pho, được hình thành bởi sự phân hủy ban đầu của giấy, sợi

Nhiều báo cáo về việc sử dụng các hệ thống phụ gia có chứa melamine photphaste làm hỗn hợp chống cháy cho gỗ và các kết cấu khác có thể được tìm

thấy trong tài liệu Trong hầu hết các trường hợp, melamine đã được sử dụng cho các ứng dụng chống cháy khác nhau như là sự kết hợp của melamine pyrophosphate trong việc điều chế các chất chống cháy, lớp phủ trương nở kết hợp

với nhựa vinyl acetate và kết hợp với magiê carbonate và phenolics để cải thiện

khả năng chống cháy của hệ màng phủ [14]

Vật liệu nano là đối tượng nghiên cứu và tổng hợp chính của hai ngành nghiên

cứu là khoa học nano (nano science) và công nghệ nano (nano technology) Khoa

học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng, chức năng của vật liệu nano tác động lên các quá trình sử dụng chúng Công nghệ nano là việc thiết kế,

tổng hợp, phân tích đặc trưng, ứng dụng các cấu trúc, vật liệu, thiết bị có cấu trúc nano

Để được coi là vật liệu nano, một đơn vị của vật liệu nano (hạt, mảng, tấm)

cần có kích thước nằm trong khoảng từ 10 nm tới 100 nm Có thể phân loại vật

liệu nano theo chiều, ứng với 3 chiều số đo kích thước của đơn vị vật liệu như sau [15]:

- Vật liệu nano 1 chiều: có một kích thước có kích cỡ trong khoảng nano mét,

ví dụ như các tấm phim, lớp phủ, màng phủ có độ dày trong kích thước nano mét

- Vật liệu nano 2 chiều: có 2 trong 3 kích thước trong khoảng nano mét, ví

dụ như các sợi nano, polyme sinh học hay tiêu biểu là ống nano carbon (CNTs)…

- Vật liệu nano 3 chiều: có cả 3 kích thước trong khoảng nano mét, cụ thể là các hạt nano kim loại, hạt nano carbon…

Vật liệu nano được nhiều nhà khoa học cũng như giới kỹ thuật quan tâm vì tính chất đặc biệt của chúng Tính chất này được tạo ra phần lớn nhờ vào kích thước hạt của vật liệu Kích thước của vật liệu nano nằm giữa kích thước của vật

liệu lượng tử (có kích thước dưới 10 nm, có những tính chất rất đặc trưng về mặt hóa – lý, do kích thước nhỏ nên chỉ cần thay đổi nhỏ cũng làm thay đổi các tính

chất vật lý – quang học của vật liệu) và vật liệu micro (có kích thước vài trăm nano mét tới vài micro mét, là loại vật liệu có tính chất khối, đa dạng và nhiều ứng dụng, được giới khoa học sử dụng làm vật liệu xúc tác từ hàng chục năm nay), nên tính

chất của vật liệu nano có nhiều nét tương đồng với cả hai vật liệu kể trên

Với sự đa dạng về chủng loại cũng như kích thước, vật liệu nano cũng có rất nhiều ứng dụng và cách chế tạo Các vật liệu nano có thể được thu hồi bằng bốn phương pháp phổ biến, mỗi phương pháp đều có những điểm mạnh và điểm yếu,

một số vật liệu lại chỉ có một loại phương pháp tổng hợp, cụ thể như sau:

- Phương pháp hóa ướt (wet chemical): Bao gồm các phương pháp chế tạo

vật liệu dùng trong hóa keo (colloidal chemistry), phương pháp thủy nhiệt, sol-gel,

và kết tủa Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn

với nhau theo một tỷ phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất mà các

vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch Sau các quá trình lọc, sấy khô, ta thu được các vật liệu nano Ưu điểm của phương pháp hóa ướt là các vật liệu có thể chế tạo được rất đa dạng, chúng có thể là vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại Đặc điểm của phương pháp này là rẻ tiền và có thể chế tạo được một khối lượng lớn vật liệu Nhưng nó cũng có nhược điểm là các hợp chất có liên kết với phân tử nước có thể

là một khó khăn, phương pháp sol-gel thì không có hiệu suất cao

- Phương pháp cơ học (mechanical): Bao gồm các phương pháp tán, nghiền,

hợp kim cơ học Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước nhỏ hơn Ngày nay, các máy nghiền thường dùng là máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay Phương pháp cơ học có ưu điểm là đơn giản, dụng cụ

chế tạo không đắt tiền và có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu Tuy nhiên nó

lại có nhược điểm là các hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thước hạt không đồng

nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và thường khó có thể đạt được hạt có kích thước nhỏ Phương pháp này thường được dùng để tạo vật liệu không phải là

hữu cơ như là kim loại

- Phương pháp bốc bay: Gồm các phương pháp quang khắc (lithography),

bốc bay trong chân không (vacuum deposition) vật lí, hóa học Các phương pháp

này áp dụng hiệu quả để chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt tuy vậy người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu từ đế Tuy nhiên phương pháp này không hiệu quả lắm để có thể chế tạo ở quy mô thương

mại

- Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase): Gồm các phương pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện (electro-explosion), đốt laser (laser ablation),

bốc bay nhiệt độ cao, plasma Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành

vật liệu nano từ pha khí Nhiệt phân là phương pháp có từ rất lâu, được dùng để

tạo các vật liệu đơn giản như carbon, silicon Phương pháp đốt laser thì có thể tạo được nhiều loại vật liệu nhưng lại chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu suất

của chúng thấp Phương pháp plasma một chiều và xoay chiều có thể dùng để tạo

rất nhiều vật liệu khác nhau nhưng lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì nhiệt độ của nó có thể đến 9000oC Phương pháp hình thành từ pha khí dùng chủ

yếu để tạo lồng carbon C60 (fullerene) hoặc ống carbon, rất nhiều các công ty dùng phương pháp này để chế tạo mang tính thương mại

- Ứng dụng vật liệu vô cơ trong lớp phủ chống cháy

Gần đây, các tính chất của lớp phủ chống cháy hữu cơ được nghiên cứu sâu hơn về chức năng hóa và bổ sung thêm vào hệ thống phụ gia bằng các vật liệu nano

là vấn đề mà giới khoa học quan tâm Do cải thiện đồng thời một số lớp phủ [16] [17] [18], sự kết hợp chất vô cơ của các hạt nano với các hệ thống chống cháy thông thường khác xuất hiện như một cách đầy hứa hẹn để tìm chất nền có khả năng chống cháy vượt trội Không chỉ vậy, việc nghiên cứu và bổ sung các vật liệu nano phức tạp không chỉ cải thiện khả năng chống cháy, chịu nhiệt của lớp phủ mà còn tăng cường một số tính chất cơ – hóa của lớp phủ

b) WO3

Wolfram (VI) oxide, còn gọi là tungsten trioxit hoặc anhydrit tungstic, có công thức là WO3, là một hợp chất hóa học có chứa oxy và kim loại Wolfram chuyển tiếp Nó thu được như một chất trung gian trong việc thu hồi wolfram từ các khoáng chất của nó [19]

Wolfram (VI) oxit tồn tại trong tự nhiên dưới dạng ngậm nước, bao gồm các khoáng chất: wolfoat WO3.H2O, meymacit WO3.2H2O và hydrotungstit (có cùng thành phần như meymacit, tuy nhiên đôi khi được viết là H2WO4) Những khoáng chất này là những khoáng vật vonfram thứ cấp nên rất hiếm gặp

WO3 là một chất trơ không cháy, có khả năng ổn định nhiệt giúp hình thành rào cản ngăn nhiệt truyền qua màng phủ Do đó, WO3 được tác giả lựa chọn là một trong những phụ gia nano được thử nghiệm trong thành phần của màng phủ trương

nở trong luận văn

c) La2O3

Lantan oxit là một hợp chất có thành phần gồm hai nguyên tố: nguyên tố đất hiếm lantan và oxy, với công thức hóa học được quy định là La2O3 Hợp chất này được sử dụng để phát triển vật liệu sắt, cũng như đóng vai trò như là một thành

phần của vật liệu quang học và là một nguyên liệu cho một số chất xúc tác hóa

Titan dioxit (hay Titan oxit, Titanium dioxide, Titanium oxit) thường được

gọi là Titan oxit hay Titan trắng có công thức hóa học là TiO2 Có nguồn gốc từ các quặng ilmenit, rutile và anatase Titanium dioxide tồn tại ở điều kiện thường dưới dạng bột và có màu trắng tuyết Không tan trong các acid, kể cả các axit mạnh như như acid sulfuric, clohydric… Tuy nhiên khi được tổng hợp với kích thước nano, nó có thể tham gia một số phản ứng với axit và kiềm mạnh

Titan dioxit (TiO2) là một loại oxit kim loại bán dẫn được sử dụng một cách

rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất pin mặt trời, vi mạch điện tử, điện hóa học hay chất xúc tác Nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano, Titan dioxit còn được sử dụng như một nguyên liệu vô cùng quan trọng trong việc

sản xuất ceramic, dẫn điện Trong các pin mặt trời, cũng như trong những phản ứng xúc tác ở nhiệt độ cao hoặc dưới tác động của các tia UV Ngoài ra nó còn được sử dụng trong việc chế tạo sơn, màu men, mỹ phẩm, thực phẩm Ngoài ra, Titan dioxit được sử dụng rất nhiều nơi trên thế giới với hơn ba triệu tấn mỗi năm Titan dioxit phân làm 2 loại chính đó là Rutin Titan dioxit và Anata Titan dioxit Rutin Titan dioxit được sản xuất theo hai quy trình chính đó là Quy trình Chloride

và quy trình Sulfate

Titan dioxit được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp, làm phụ gia,

chất độn, pigment, cụ thể như sau:

- Ngành công nghiệp sơn – mực: TiO2 có tính chống ăn mòn cao nên được

sử dụng để chế tạo sơn cho cầu cống, các công trình xây dựng và thiết bị chống ăn mòn của khí quyển TiO2 có tính không thấm ướt, có độ bền hoá và bền nhiệt cao nên được dùng để sơn vỏ tàu thuỷ, vỏ máy bay, các ống dẫn chịu nhiệt, các thiết

bị ngâm trong nước như: ngư cụ, tàu ngầm,… Màng sơn TiO2 có tính bền cơ học nên được dùng để sơn lót trong sơn phủ ngoài các thiết bị chịu áp suất cao Và đặc

biệt dùng phối liệu dùng một số thứ khác để chế tạo máy bay tàng hình, vỏ tàu vũ

trụ…

- Ngành công nghiệp giấy: Người ta cần sản xuất giấy cao cấp có các tính

chất: độ đục cần thiết, độ mịn, mặt giấy mềm và mỏng, phụ gia cho giấy cần đạt

độ mịn và đều, không phản ứng với các axít tự do và các chất Clo hoá trong giấy… Đặc biệt là việc tăng độ trắng và độ đục cho tờ giấy mà TiO2 là một pigment rất được ưa chuộng khi làm các sản phẩm giấy cần chất lượng cao do giá thành của

vật liệu này không hề thấp

- Ngành da – dệt: TiO2 có tính bền màu nên cũng cần nhiều hợp chất Titan

ở các dạng Fluorua kép Titan và Kali, Chlorua Titan, oxalattitan Khi in màu vào

vải, bột màu TiO2 được dùng nhiều để cho sản phẩm bền màu hơn như: chịu được dưới tác dụng của ánh sáng, nước biển, môi trường axít hay kiềm Bột màu TiO2

được dùng để phối chế thuốc nhuộm màu sợi hoá học trong ngành sản xuất tơ sợi hoá học, công nghiệp da TiO2 có tính bền nhiệt và độ bền hoá học cao nên được dùng trong kỹ nghệ dệt để sản xuất các sợi cách nhiệt, vải dầu, vải nhựa, tơ sợi

quả đáng kể của tế bào mặt trời, TiO2 chỉ hấp thụ UV mà không hấp thụ ánh sáng nhìn thấy

- Ngành nhựa dẻo và cao su tổng hợp: TiO2 có độ đục và độ phân tán cao nên được sử dụng trong kỹ thuật sản xuất chất dẻo, nhựa tổng hợp, trong công nghệ cao su và trong công nghệ giấy TiO2 được dùng nhiều trong công nghiệp chế tạo săm lốp ô tô và xe đạp Người ta dùng TiO2 làm chất độn cho cao su với tỷ lệ 10 -15% TiO2 cũng được dùng để chế tạo vải bạt cao su Các loại cao su khác như cao

su màng mỏng, cao su lưu hoá, cao su tái sinh, cao su Clo hoá đều dùng TiO2

làm chất độn Trong ngành công nghiệp nhựa TiO2 được sử dụng làm pigment,

chất chắn sáng, chất ổn định trong polyethylene, polypropylene và PVC

Đa phần trong nghiên cứu cũng như trong công nghiệp, titan dioxit thường được sử dụng ở dạng anata (dạng hạt dài) do những ưu điểm về quang học – xúc tác của dạng thù hình này

Hình 1 14 C ấu trúc phân tử của Anata Titan dioxit (a) và Rutin Titan dioxit (b)

Như vậy, dựa trên các lý thuyết đã trình bày ở chương 1, tác giả rút ra kết

luận rằng màng phủ chống cháy trương nở cho hiệu quả chống cháy, ngăn nhiệt cũng như có các tính chất vật lý tốt nhất so với các loại màng phủ khác Do đó, tác

giả dự kiến lựa chọn phương pháp nghiền phụ gia kết hợp với phương pháp khuấy

trộn để chế tạo màng phủ chống cháy trương nở Các thí nghiệm được tiến hành

nhằm tối ưu hóa thành phần cũng như tỉ lệ của các thành phần như nguồn cacbon (đánh giá các phân tử rượu đa chức, cụ thể là pentaerythritol, dipentaerythritol, tripentaerythritol); nguồn chứa gốc acid (các gốc muối polyphosphate như APP, M-AP, D-AP); các tác nhân trương nở (melamine, urea formaldehyde) và các phụ gia nano (TiO2, WO3, La2O3…)

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM

- Cốc thủy tinh, cốc nhựa

a) Phương pháp khuấy trộn

Các mẫu hệ sơn trương nở được chuẩn bị trong các thiết bị đựng như cốc có

mỏ dung tích 500 ml, các thùng nhựa có dung tích 1 lít, 5 lít và 20 lít, sau đó sử

dụng các máy khuấy có công suất phù hợp khuấy trộn tất cả các thành phần thời gian thích hợp tương ứng Thứ tự bổ sung các nguyên liệu được thể hiện ở sơ đồ quy trình thực nghiệm

Hình 2 1 Các lo ại máy khuấy sử dụng để chế tạo màng phủ

b) Phương pháp nghiền bi

Phương pháp nghiền bi động năng cao là kỹ thuật dựa trên việc nghiền các

vật liệu nhờ sự va đập của các bi sứ (không rỉ) với vật liệu khi được đặt vào buồng kín được quay ly tâm với tốc độ rất cao (có thể đạt 650 vòng/phút đến vài ngàn vòng phút) Buồng chứa vật liệu được bao kín, có thể hút chân không cao và nạp các khí hiếm tạo môi trường bảo vệ Quá trình nghiền diễn ra nhờ sự va đập và nhào trộn khi buồng được quay với tốc độ cao Nhờ quá trình này, có thể thực hiện

phản ứng pha rắn tạo ra các hợp chất

2.1.3 Thí nghi ệm lựa chọn nguồn carbon cho màng phủ trương nở

độ cao

a) Quy trình chế tạo

Keo Acrylic được phân tán đều vào nước bằng cách phương pháp khuấy,

với tỷ lệ nước: keo AC là 3:2, tổng khối lượng nước + keo acrylic chiếm 45,5%

khối lượng toàn bộ thành phẩm

Sau khi phân tán hoàn toàn keo AC trong dung môi nước, bổ sung các phụ gia tham gia quá trình trương nở ở nhiệt độ cao là: Ammonium polyphosphate (APP), melamine và các hóa chất loại rượu đa chức (pentaerythritol (penta), dipentaerythritol (dipenta), tripentaerythritol (tripenta)), trong đó APP chiếm 24.5% khối lượng, melamine chiếm 14.5% khối lượng và các rượu đa chức chiếm 8.5% khối lượng Các hóa chất được bổ sung lần lượt và phải phân tán hoàn toàn trong hệ keo AC – nước, tránh hiện tượng vón cục, phân tán không đều Kết thúc giai đoạn này, sản phẩm thu được là huyền phù mịn

Tiếp theo, thêm silica gel vào huyền phù vừa thu được ở bước trên, với mức cho cỡ 2% khối lượng toàn bộ sản phẩm Tiếp tục duy trì quá trình khuấy, đồng

thời nhỏ từ từ silane vào huyền phù với mức cho là 4.5% Cuối cùng, bổ sung caboxylmethyl cellulose (CMC) đến mức khối lượng yêu cầu Khuấy đều hỗn hợp đến khi các hóa chất tan hoàn toàn, thu được hỗn hợp thành phẩm (huyền phù mịn)

Thành phẩm sau khi được chế tạo sẽ được phủ lên bề mặt thép hoặc bê tông

bằng phương pháp phun hoặc phủ để nghiên cứu và khảo sát các tính chất cơ lý

của lớp phủ và khả năng trương nở khi tăng nhiệt

phủ sau khi tổng hợp được phủ lên thép, để khô tự nhiên, sau đó nung tấm thép đã được phủ màng chống cháy trương nở tại 500oC trong thời gian 60 phút

B ảng 2 1 Thành phần màng phủ mẫu 1 và mẫu 2

Thành phần Mẫu 1 (% khối lượng) Mẫu 2 (% khối lượng)

Có thể thấy màng phủ của Mẫu 1 sau khi phủ có bề mặt đẹp hơn so với màng phủ của Mẫu 2 Điều này có thể được giải thích là do phải bù phụ gia cung

cấp nguồn carbon bằng các phụ gia khác, trong đó có melamine Melamine kém tan trong hỗn hợp keo acrylic/ nước hơn so với pentaerythritol, do pentaerythritol

là một hợp chất hữu cơ rượu đa chức tan tốt trong nước, điều này dẫn đến hỗn hợp

màng phủ Mẫu 2 có hiện tượng vón cục trên bề mặt và độ mịn của màng ở Mẫu 2 sau khi phủ kém hơn so với màng phủ Mẫu 1

- So sánh khả năng trương nở của 3 rượu đa chức

Để so sánh về hiệu quả trong màng phủ chống cháy trương nở của pentaerythritol (penta) với dipentaerythritol (di-penta) và tripentaerythritol (tri-penta), so sánh khả năng che chắn nhiệt của các màng phủ chống cháy (theo phương pháp nêu ở mục 2.2.4) chứa các hợp chất này khi tiếp xúc với nhiệt độ cao Màng phủ được chuẩn bị với công thức như sau:

Bảng 2 2 Thành phần các mẫu thử

Penta/ Di-penta/ Tri-penta 8,5

hợp chất trên thêm keo sữa acrylic, tiếp tục khuấy hỗn hợp với tốc độ để phản ứng

diễn ra hoàn toàn (iii) Thêm tiếp vào hỗn hợp các chất độn, phụ gia nhằm tăng

khả năng tạo độ xốp, bền cơ, nhiệt và tăng khả năng tạo màng cho hệ dung môi sơn Khấy đều hỗn hợp để phân tán hoàn toàn các hợp chất

b) Các thí nghiệm được tiến hành

- Đánh giá ảnh hưởng của hợp chất gốc muối polyphotphatse đến màng phủ

Để nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng của hợp chất gốc muối polyphotphatse đến tính chất màng phủ, cụ thể là ammonium polyphotphate (APP), chúng tôi tiến hành pha chế hai mẫu sơn: M1 – không có sự xuất hiện của APP trong thành phần

của sơn (bù lại bằng các thành phần khác) và M2 – có APP trong thành phần của

mẫu sơn với tỉ lệ như bảng 2.3

Tiếp theo, tiến hành phủ các mẫu M1 và M2 lên tấm thép có diện tích phủ 10

x 10 cm2 với độ dày 1,5 mm Sau đó, đưa các mẫu lớp phủ vào lò nung Lò được

vận hành tốc độ gia nhiệt 20°C/phút để đạt được 500°C và thời gian lưu nhiệt là

60 phút để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn các mẫu Các mẫu lớp phủ sau khi nung

được làm mát trong lò và độ giãn nở của tro xốp được đo và so sánh với độ dày ban đầu của lớp phủ

Hóa chất Thành phần M1

(% khối lượng)

Thành phần M2 (% khối lượng)

Tiếp theo, thực hiện thí nghiệm đánh giá khả năng trương nở của màng phủ

với APP, MAP và DAP bằng phương pháp nung các mẫu thử ở 500°C trong 30 phút Thành phần các mẫu thử được cho như bảng dưới đây: