Bao cao UVA hals Nghiên cứu sự thay đổi tính cvà cấu trúc của vật liệu compozitHDPE/EVA/gypsum trước và sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................1
2. Mục tiêu................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................2
1.1. Vật liệu compozit...............................................................................................2
1.1.1. Khái niệm và tính chất [7, 8, 12, 18, 33].....................................................2
1.1.2. Phân loại [7, 12, 18]......................................................................................2
1.1.3. Cấu tạo của vật liệu polyme compozit [7, 12, 18].....................................3
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu compozit [7]...........................................................4
1.2. Nhựa nền EVA [20, 52, 53].................................................................................4
1.2.1 Giới thiệu chung về nhựa nền EVA..............................................................4
1.2.2. Một số tính chất [8, 17, 29]........................................................................5
1.3. Nhựa nền HDPE [21,22].....................................................................................6
1.3.1. Giới thiệu chung về HDPE..........................................................................6
1.3.2. Một số tính chất của HDPE.........................................................................6
1.4. Giới thiệu về phụ gia chống tia UV [23,59,69,72]..............................................6
1.4.1.UV Absorbers (Chất hấp thu năng lượng sóng UV)(UVA)..........................7
1.4.2. Nhóm khóa hoạt tính của các gốc tự do(Free radical scavengers )..............9
1.5. Cơ chế phân hủy quang của PE........................................................................13
1.6. Vật liệu blend HDPE – EVA.............................................................................14
1.6.1. Khái niệm về vật liệu polymer blend.........................................................14
1.6.2. Polyme blend HDPE-EVA........................................................................17
1.7. Tổng quan về gypsum (thạch cao)....................................................................18
1.7.1 Gypsum tự nhiên......................................................................................18
1.7.2 Gypsum phế thải......................................................................................19

1.7.3. Ảnh hưởng của gypsum phế thải đến môi trường xung quanh.................20
1.8. Các hướng nghiên cứu, giải pháp cho gypsum hiện nay...................................22


1.8.1. Nghiên cứu vật liệu tổ hợp chứa gypsum trên thế giới..............................22
1.8.2. Nghiên cứu vật liệu tổ hợp chứa gypsum ở trong nước...........................25
Chương II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........28
2.1.Ngun vật việu và hóa chất..............................................................................28
2.2. Biến tính Gypsum.............................................................................................28
2.2.1. Biến tính hạt OGyp bằng SDS...................................................................28
2.2.2 Biến tính OGyp bằng EBS.........................................................................29
2.3.Chế tạo vật liệu polyme compozit........................................................................29
2.4. Các phương pháp và thiết bị nghiên cứu...........................................................30
2.4.1. Phương pháp lưu biến trạng thái nóng chảy.............................................30
2.4.2. Các phương pháp xác định tính chất cơ học............................................31
2.4.3. Phổ hồng ngoại phân tích chuỗi Fourrie (FT-IR).....................................32
2.4.5. Phương pháp hiển vi trường điện tử phát xạ (FESEM)............................34
2.4.6. Phương pháp phân tích màu sắc...............................................................35
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THẢO LUẬN................................................................36
3.1

Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng gypsum thích hợp.......................................36

3.1.1. Phổ FTIR của gypsum biến tính và khơng biến tính EBS.........................36
3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chất biến tính tới độ bền kéo của mẫu compozit
HDPE/EVA/gypsum............................................................................................37
3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia chống UV đến độ bền kéo của mẫu
compozit HDPE/EVA/gypsum................................................................................38
3.3. Nghiên cứu sự thay đổi tính chất và cấu trúc của vật liệu compozit
HDPE/EVA/gypsum trước và sau khi thử nghiệm gia tốc thời tiết..........................40

3.3.1. Đánh giá sự suy giảm tính chất cơ học......................................................40
3.3.2. Độ dãn dài khi đứt của các mẫu.................................................................41
3.3.3. Đánh giá hiệu quả bảo vệ liên hợp của HALS + UVA..............................42
3.3.4 Khảo sát độ thay đổi mầu của các mẫu nhựa..............................................43
3.3.5. Nghiên cứu phổ hồng ngoại của mẫu trước và sau thử nghiệm thời tiết....44
3.3.6. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của mẫu sau thử nghiệm gia tốc thời tiết 47
KẾT LUẬN................................................................................................................. 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................50
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU


HDPE
EVA
GS
Ogyp
Sgyp

Nhựa polyetylen tỉ trọng cao
Copolymer etylen vinylaxetat
Gypsum (thạch cao)
Gypsum chưa biến tính
Gypsum biến tính bằng SDS

Egyp
DAP
SDS
EBS
LDPE
FESEM
SBF

HDPE/EVA/GS
PE
PVC
HALS
UVA

Gypsum biến tính bằng EBS
Diamoniphotphat
Natri dodecyl sunfat
Ethylene Bis(Stearamide)
Polyetylen tỷ trọng thấp
Hiển vi điện tử quét phát xạ trường
Dung dịch mô phỏng cơ thể người
Nền polymer HDPE/EVA kết hợp với hạt gypsum
Polyetylen
Poly vinylclorua
Hindered Amines Light Stabilizers-nhóm khóa hoạt tính của gốc tự do
UV Absorbers -Chất hấp thu năng lượng sóng UV

FT - IR

Phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourrier

FESEM

Hiển vi điện tử quét phát xạ trường

PE

Mẫu nhựa HDPE

HE

Compozit HDPE/EVA

HEOG

Compozit HDPE/EVA/Ogypsum

HESG

Compozit HDPE/EVA/Sgyp với gypsum biến tính 4%SDS

HEEG2

Compozit HDPE/EVA/Egyp với gypsum biến tính 2%EBS

HEEG

Compozit HDPE/EVA/Egyp với gypsum biến tính 4%EBS

HEEG22

Compozit HDPE/EVA/Egyp/0,2%HALS/0,2%UVA

HEEG32

Compozit HDPE/EVA/Egyp/0,3%HALS/0,2%UVA

HEEG42

Compozit HDPE/EVA/Egyp/0,4%HALS/0,2%UVA

HEEG52

Compozit HDPE/EVA/Egyp/0,5%HALS/0,2%UVA

HEEG60

Compozit HDPE/EVA/Egyp/0,6%HALS/0 %UVA

HEEG06

Compozit HDPE/EVA/Egyp/0 %HALS/0,6%UVA


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các loại compozit: ......................................................................................2
Hình 1.2. Phản ứng đồng trùng hợp tạo thành EVA................................................4
Hình 1.3 Cơ chế của UVA............................................................................................7
Hình 1.4 Hấp thụ bức xạ UV.......................................................................................7
Hình 1.5. Minh họa cơ chế của HALS........................................................................9
Hình 1.6. Các dạng phân bố pha trong vật liệu polyme blend khơng tương hợp..15
Hình 1.7. Ảnh FE-SEM chụp bề mặt nứt gãy của vật liệu tổ hợp sử dụng ...........22
Hình 1.8. Ảnh hưởng bám dính của màng mỏng polyme SBR phủ lên vi cấu trúc
gốm của vật liệu sử dụng thạch cao..........................................................................23
Hình 1.9. Nền thạch cao chưa biến tính - một mạng tinh thể khối.........................23
Hình 1.10. a) Sử dụng 10% cao su SBR trong nền gốm (có thể quan sát thấy cao
su hình thành mạng polyme phân tán tốt trong nền thạch cao); b) Sử dụng 20%
cao su SBR trong nền gốm (có sự kết lắng polyme trong nền thạch cao)..............23

Hình 1.11. Giản đồ nhiễu xạ tia X của canxi cacbonat, thạch cao thương mại và
thạch cao phế thải......................................................................................................24
Hình 1.12. Ảnh FESEM của GS biến tính bằng axit stearic ở các hàm lượng khác
nhau: .......................................................................................................................... 26
Hình1.12. Ảnh FE-SEM của vật liệu tổ hợp EVA/LDPE/gypsum:........................26
Hình 2.1. Máy trộn kín hai trục và hệ thống đo lưu biến trạng thái nóng chảy
Rheomix 610...............................................................................................................30
Hình 2.2. Mẫu đo tính chất cơ lý...............................................................................31
Hình 2.3. Máy xác định tính chất cơ học Zwick Z2.5..............................................32
Hình 2.4. Máy đo phổ hồng ngoại NEXUS 670 (Mỹ)..............................................33
Hình 2.5: Tủ gia tốc thời tiết UVCON Model UC-327-2........................................34
Hình 2.6. Máy hiển vi trường điện tử phát xạ (FESEM) S-4800............................34
Hình 2.7.Thiết bị đo màu...........................................................................................35
Hình 3.1: Phổ IR của gypsum và gypsum BT bởi 4% EBS....................................36
Hình 3.2: Phần trăm độ dãn dài khi đứt còn lại của mẫu theo thời gian thử
nghiệm khác nhau......................................................................................................42
Hình 3.3: Giản đồ kéo đứt của mẫu HEEG42, HEEG60 và HEEG06 sau thử
nghiệm gia tốc thời tiết 56 chu kỳ.............................................................................42
Bảng 3.4: Các đặc trưng màu sắc vật liệu trước và sau thử nghiệm 56 chu kỳ.....43
Hình 3.4: Cơ chế 1 phản ứng thối hóa quang của HDPE......................................44
Hình 3.5: Cơ chế 2 phản ứng thối hóa quang của HDPE......................................44
Hình 3.6: Phổ IR của mẫu HEEG trước và sau gia tốc...........................................45
Hình 3.7: phổ IR của mẫu HEEG42 trước và sau gia tốc thời tiết.........................46
Hình 3.8: Bề mặt vật liệu sau thử nghiệm gia tốc thời tiết (độ phóng đại 100 lần)
..................................................................................................................................... 47
Hình 3.9: Bề mặt vật liệu tại x1000.............................................................................48


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Một số hệ polyme blend thường gặp trong kỹ thuật...............................16

Bảng 1.2. Thành phần các kim loại của gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình
Vũ- Hải Phịng............................................................................................................19
Bảng 1.3. Thành phần hố học của gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình VũHải Phịng................................................................................................................... 20
Bảng 1.4. Thành phần nước ao bãi thải gypsum.....................................................21
Bảng 2.1: Tỉ lệ phụ gia trong các mẫu vật liệu compozit HDPE/EVA/gypsum.....30
Bảng 3.1. Độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của các loại mẫu compzit có sử
dụng gypsum biến tính và không biến......................................................................37
Bảng 3.2 : Độ bền kéo của các mẫu compozit có sử dụng hàm lượng phụ gia khác
nhau............................................................................................................................ 39
Bảng 3.3: % độ bền kéo đứt còn lại của các mẫu có phụ gia sau thời gian thử
nghiệm......................................................................................................................... 40
Bảng 3.5: Chỉ số cacbonyl của các mẫu trước và sau thử nghiệm gia tôc thời tiết.......46


LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vật liệu composite (VLC) là một vật liệu quan trọng và được sử dụng trong
nhiều lĩnh vực cuộc sống do nhiều tính chất ưu việt và khả năng thay đổi tính chất tùy
vào mục đích của cơng việc.
Một số nhựa nhiệt dẻo thường được sử dụng như polypropylen (PP), LDPE
(Polyetylen tỉ trọng thấp), HDPE (Polyetyen tỉ trọng cao), LLDPE(Polyetylen mạch
thẳng tỉ trọng thấp), EVA, PVC…. Trong đó HDPE được sử dụng rộng rãi do có nhiều
tính chất ưu việt và có thể ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên HDPE
trong những ứng dụng ngoài trời dễ bị phân hủy do thời tiết dẫn đến nhưng thay đổi về
cấu trúc, thành phần hóa học và tính chất cơ lý làm giảm tuổi thọ, thẩm mỹ và hiệu quả
của sản phẩm khiến thời gian sử dụng của sản phẩm bị giảm, tuy đã có các nghiên cứu
về nâng cao độ bền thời tiết cho vật liệu nhưng chủ yếu sử dụng các phụ gia là chất
hấp thụ sóng UV (UVA) hoặc chất khóa hoạt tính các gốc tự do (HALS). Kết quả
nghiên cứu trước đây cho thấy cơ chế bảo vệ HDPE của HALS và UVA dựa trên hai
cơ chế khác nhau và có thể kết hợp với nhau tạo ra hiệu ứng hợp lực để tăng hiệu quả

bảo vệ so với một loại phụ gia.
Hàng năm, mỗi nhà máy thải ra lượng chất thải rắn - gypsum phế thải rất lớn từ
vài trăm ngàn đến 1 triệu tấn/năm (thành phần chủ yếu là CaSO 4– ngồi ra cịn có
lượng nhỏ một số tạp chất khác). Với mục tiêu góp phần giảm thiểu ơ nhiễm mơi
trường và tìm giải pháp khoa học sử dụng gypsum phế thải chế tạo vật liệu compozit
kỹ thuật và tăng độ bền của vật liệu trước các tác động tiêu cực của thời tiết . Do vậy,
đề tài sẽ tập trung vào:“Nghiên cứu nâng cao độ bền thời tiết cho vật liệu polyme
compozit HDPE/ gypsum biến tính”.
2. Mục tiêu
Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hỗn hợp chất phụ gia bao gồm HALS và UVA
đến tính chất cơ lý và độ bền thời tiết của vật liệu HDPE/EVA/gypusm. Từ đó tìm ra
hàm lượng thích hợp để chế tạo vật liệu compozit.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu compozit
1.1.1. Khái niệm và tính chất [7, 8, 12, 18, 33]
Vật liệu compozit là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo nên
vật liệu mới có tính năng là sự kết hợp của các vật liệu ban đầu. Vật liệu compozit
gồm một hay nhiều pha phân tán (hay gián đoạn) được phân bố trong một pha liên tục
duy nhất. Pha liên tục gọi là vật liệu nền, có vai trò liên kết các pha gián đoạn. Pha
phân tán được gọi là cốt hay vật liệu gia cường được trộn vào pha nền làm tăng cơ
tính, chống mịn, chống xước, độ bền nhiệt,...
1.1.2. Phân loại [7, 12, 18]
a) Phân loại theo hình dạng
Compozit sợi, compozit vảy, compozit hạt, compozit điền đầy, compozit phiến.

a)

b)

c)

d)

e)

Hình 1.1. Các loại compozit: a) Compozit hạt; b) Compozit sợi; c) Compozit phiến
d) Compozit vảy; e) Compozit đổ đầy
b) Phân loại theo bản chất và vật liệu thành phần
 Compozit nền hữu cơ (polyme compozit): nền là nhựa hữu cơ, cốt thường là sợi
hữu cơ hoặc sợi, hạt khoáng hoặc oxit kim loại...

2


 Compozit nền kim loại: nền là các kim loại như titan, nhôm, đồng, cốt thường là
sợi kim loại hoặc sợi khoáng như B, C, SiC...
 Compozit nền gốm: nền là các loại vật liệu gốm, cốt có thể là sợi hoặc hạt kim
loại hoặc cũng có thể là hạt gốm...
1.1.3. Cấu tạo của vật liệu polyme compozit [7, 12, 18]
Vật liệu polyme compozit được chế tạo gồm 2 pha: pha liên tục hay polyme nền và
pha phân tán (chất gia cường hay chất độn).
a) Polyme nền:
Là chất kết dính, tạo mơi trường phân tán, đóng vai trị truyền ứng suất sang
độn khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu. Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp
nhiều chất được trộn lẫn một cách đồng nhất tạo thể liên tục. Trong thực tế, người ta
có thể sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm polyme nền.

 Nhựa nhiệt dẻo: PE, PP, PS, ABS, PVC,… độn được trộn với nhựa, gia công
trên máy ép phun ở trạng thái nóng chảy.
 Nhựa nhiệt rắn: PU, UF, Epoxy, Polyeste, không no, gia công dưới áp suất và
nhiệt độ cao, riêng với Epoxy và Polyeste khơng no có thể tiến hành ở điều kiện
thường, gia cơng bằng tay. Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn
nhựa nhiệt dẻo.
b) Chất độn (cốt):
Mục tiêu:
 Tăng khả năng chịu được va đập, giãn nở cao, khả năng cách âm tốt, tính chiụ
ma sát - mài mịn, độ nén, độ uốn dẻo và độ đứt cao, khả năng chịu được trong mơi
trường ăn mịn như: muối, kiềm, axit…
 Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt, điện, khả
năng chậm cháy đối với độn tăng cường.
 Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao.
 Giảm giá thành.
Tùy thuộc vào yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà người ta có thể chọn loại vật
liệu độn cho thích hợp. Có hai dạng độn:
 Độn dạng sợi: Sợi có tính năng cơ lý hóa cao hơn độn dạng hạt, tuy nhiên, sợi
có giá thành cao hơn, thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: Sợi thủy
tinh, sợi carbon, sợi Bo, sợi Cacbua Silic, sợi amit…

3


 Độn dạng hạt: thường được sử dụng là: BaSO4, CaSO4, CuS, CdS, Silica, CaCO3,
vẩy mica, vẩy kim loại, cao lanh, đất sét, graphite, cacbon, bột tale, hay graphite,…
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu compozit [7]
Compozit sợi cacbon sử dụng để chế tạo than vỏ, vách ngăn tàu vũ trụ, chế tạo các
loại ăngten, đặc biệt ăngten cho tàu vũ trụ, chế tạo các thiết bị y tế, các bộ phận thay
thế như: xương, vỏ sọ não, chế tạo các thiết bị thể thao như: khung xe đạp đua, vợt các

loại, thuyền buồm, cán và cánh cung, chế tạo ống dẫn, các loại máy bơm,… compozit
sợi Bor được sử dụng trong các chi tiết hang không, của kĩ thuật tên lửa vũ trụ như các
dầm, khung panen, các sống dọc của phần chịu lực. Compozit chì- cacbon chế tạo các
máy móc trong thiết bị làm việc trong các mơi trường bị ăn mòn cao do ma sát, ức chế
được dao động âm thanh, hấp thụ được tia gama. Compozit nền đồng hoặc bạc, với cốt
là vonfram hoặc molipden có thể dùng để chế tạo các cơng tắc khơng mịn cho dòng
điện, điện thế cao. Hệ thống ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn dùng vật liệu
polymer compozit. Hệ thống sứ cách điện, sứ polyme, sứ silicon, sứ epoxy các loại sứ
chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các thiết bị điện,…
1.2. Nhựa nền EVA [20, 52, 53]
1.2.1 Giới thiệu chung về nhựa nền EVA
Polyme etylen vinyl axetat (EVA) được tạo ra từ phản ứng đồng trùng hợp các
monome etylen và vinyl axetat ở nhiệt độ 50-80 oC, áp suất 2-8 MPa [53], hàm lượng
vinyl axetat từ 9-42 % về khối lượng. Phân tử EVA có các mắt xích vinyl axetat được
phân bố ngẫu nhiên dọc theo chiều dài của các mắt xích etylen [52].

Hình 1.2. Phản ứng đồng trùng hợp tạo thành EVA
1.2.2. Một số tính chất [8, 17, 29]
a)

Tính chất vật lý
Nhiệt độ từ 600C đến 650C là khoảng nhiệt độ làm việc tốt nhất của EVA, nhiệt

độ bảo quản nhỏ hơn 2180C, trên nhiệt độ này có thể xảy ra sự đứt mạch đại phân tử.

4


EVA không tan trong nước nhưng tan trong một số dung mơi như xylen, toluen,
tetrahydrofuran,...EVA có tỉ trọng trong khoảng 0,93 – 0,96 g/cm 3, tùy vào hàm lượng

của VA trong phân tử, độ dãn dài khi đứt trong khoảng 700 – 1300%, độ bền kéo đứt
trong khoảng 6 – 29 MPa. Khả năng chịu hóa chất: bền với ozon, nước lạnh, nước
nóng, dung dịch amoniac 30%, kém bền với dầu máy, dầu diezen, không bền với dung
dịch clorua, silicon, xăng, axeton, axit sufuric 40%, axit nitric 10%, bị phân hủy bởi
bức xạ tử ngoại…
b)

Tính chất cơ học
Phụ thuộc vào hàm lượng nhóm vinyl axetat trong EVA: Khi hàm lượng vinyl

axetat tăng mức độ kết dính của EVA giảm, tính dẻo, dai, đàn hồi và khả năng hòa tan
trong các dung môi tăng nhưng độ bền với nước, muối và một số mơi trường khác
giảm. Các copolyme EVA có thể trộn với các phụ gia, bột màu với tỷ lệ khá cao. Điểm
nổi bật của EVA là có tính bám dính tốt với nhiều loại chất nền (giấy, polyeste, gỗ…)
và cách nhiệt tốt. Độ thẩm thấu của EVA với các chất khí O 2, N2, CO2, hơi ẩm tăng khi
lượng vinyl axetat tăng.
c)

Đặc tính của EVA
Do có tính linh hoạt nên ở nhiệt độ thấp nó có độ dẻo dai và mềm mại.
+ Nhẹ, trong suốt, có khả năng chịu lực và không độc hại
+ Nếu hàm lượng EVA tăng tính linh hoạt cũng tăng, nhưng nếu độ nóng chảy

giảm thì độ dính của nó sẽ tốt hơn.
+ So với cao su nhẹ, trong và không độc hại.
+ Trọng lượng thấp, tính kinh tế cao, lại vừa mang cả tính hấp thụ chốn rung.
+ Nó kết hợp tốt với các loại cao su, hạt nhựa PE, PP, PVC… cho nên nó được
dùng pha trộn với nhau để cải thiện sự tác động bên trong và trong gia công.
Do Etylen- Vinyl axetat có độ dẻo dai mềm mại, có khả năng chịu lực và khơng độc
hại, tính kinh tế cao, trọng lượng thấp, lại mang tính hấp thụ cao,… Vì vậy, EVA được

chọn làm đối tượng nghiên cứu với gypsum để cải thiện sự tác động bên trong và trong
gia công và cải thiện độ bền và độ dãn dài.

5


1.3. Nhựa nền HDPE [21,22]
1.3.1. Giới thiệu chung về HDPE
HDPE (High-density polyethylene) hay còn gọi là PEHD (polyethylene highdensity) là vật liệu nhựa nhiệt dẻo mật độ cao.
HDPE được biết đến với tỷ lệ sức bền trên mật độ lớn của nó. Mật độ HDPE có
thể nằm trong khoảng 0,93-0,97 g / cm3 hoặc 970 kg/m3. Mặc dù mật độ của nhựa
HDPE là chỉ cao hơn polyethylene mật độ thấp, nhưng do HDPE có ít phân nhánh, nên
nó có lực liên kết phân tử mạnh và do đó có độ bền kéo cao hơn LDPE (Low-density
polyethylene) – vật liệu nhựa nhiệt dẻo mật độ thấp.
1.3.2. Một số tính chất của HDPE
1. Tỷ trọng

: 0.95 – 0.97 g/cm3

2. Độ bền kéo đứt tối thiểu

: 21 Mpa

3. Hệ số giãn nở nhiệt

: < 0.2 mm/m. độ C

4. Điện trở suất bề mặt

: > 1013 Ω

5. Nhiệt độ làm việc tối đa

: 45 độ C

6. Nhiệt độ hóa mềm vi cat tối thiểu : 120 độ C
7. Nhiệt độ giòn, gãy

: < 0 độ C

8. Cách điện, cách nhiệt
1.4. Giới thiệu về phụ gia chống tia UV [23,59,69,72]
Dựa trên các bước phân hủy quang xảy ra trong polyme người ta đã phát triển
gia nhóm các phụ gia nhằm vơ hiệu hóa hoặc kiềm chế một hoặc một số bước trong
quá trình phân hủy quang hóa.
Theo đó chất kháng tia cực tím được phân thành một số nhóm: Hấp thụ tia UV
(UV Absorbers), nhóm khóa gốc tự do (Free radical scarvengers), quenchers, và
hydroperoxide decomposers.

6


1.4.1.UV Absorbers (Chất hấp thu năng lượng sóng UV)(UVA)

Hình 1.3 Cơ chế của UVA.
Đây là nhóm mà phân tử của UVA có tính nhạy cảm với các bước sóng trong
vùng cực tím (UV-A và UV-B), chúng sẽ hấp thu các năng lượng nhận được từ sóng
của tia UV, và chuyển các năng lượng trên thành dạng nhiệt vô hại cho polyme. Chúng
hoạt động nhằm vơ hiệu hóa tác động ở bước 1 trong quá trình đã nêu ở trên. Hình
mình họa mô tả: (1) Khi ánh sáng mặt trời chiếu làm tăng nhiệt vật liệu nhựa (2) Khi

sử dụng chất hấp thu UV thì giảm hiện tượng tích nhiệt, do chất UV kịp thời phân tỏa
nhiệt.
Chất hấp thụ ánh sáng cực tím (UVA) để làm chậm q trình tán sắc ánh sáng
UVA làm giảm q trình thối biến bằng cách hấp thụ các tia cực tím có hại và
giải tán nó như là năng lượng nhiệt.

Hình 1.4 Hấp thụ bức xạ UV
Sự hấp thụ tia UV được điều chỉnh bởi Luật của Lambert-Beer:
Hấp thụ = Hấp thụ Molar · Nồng độ · Độ dài Đường dẫn

7


hoặc A = ε.cl = log1/T trong đó T (transmitter) = I/Io (Io là cường độ ánh sáng
ban đầu)
Để có được sự hấp thụ tối ưu và do đó làm chậm q trình quang hóa , cần phải
có nồng độ chất hấp thụ cao và độ dày của polymer.
Các chất hấp thụ tia cực tím có hiệu quả:


Để bảo vệ lớp màng polyme



Bảo vệ sản phẩm khi sử dụng trong bao bì hoặc chai



Để bảo vệ các chất phụ gia khác, nhạy cảm với tia cực tím (ví dụ: chất nhuộm
và chất chống cháy)



Trong các chất hấp thụ tia UV, chẳng hạn như polystyrenes, polyesters, vv

Tuy nhiên, chúng ít hiệu quả hơn trong việc bảo vệ bề mặt (crazing) và các vật liệu
rất mỏng như màng phủ.
Chất hấp thụ UVA-531
 Cơ chế hoạt động
UV531 thuộc nhóm benzophenon là loại hấp thu tia cực tím (UV absorber). UV531
chủ động hấp thụ sóng của tia cực tím và chuyển chúng thành yếu tố năng lượng nhiệt
vô hại cho sản phẩm nhựa.
UV531 giúp cho sản phẩm nhựa kể cả các sản phẩm chứa bên trong sản phẩm nhựa
(trong) khỏi tác động có hại của bước song cực tím. Nhờ đó, UV531 giúp cho sản
phẩm hạn chế biến màu, biến chất.
Công thức phân tử:

 Tính chất vật lý
- Cơng thức phân tử : ethanone, 2-hydroxy-4-(octyloxy) –pheny
- Trọng lượng phân tử: 326,4 g/mol
- Trạng thái: rắn, dạng tinh thể, màu vàng nhạt

8


- Nhiệt độ chảy: 48 -49°C
- Đặc tính hịa tan : acetone 43; ethanol 3.5;
 Ứng dụng:
Làm phụ gia cho các sản phẩm: Ống, dây điện, màng PVC, PVC Profile, ABS,
LDPE và hầu hết các nhựa và cao su khác.

Màng nhà kính, màng nơng nghiệp
Bao bì trong chứa những thành phần nhay cảm với tia UV: nước hoa, xa bông,
…
Đồ trang trí ngồi trời, sơn phủ ngồi trời,…
Sử dụng cho các công nghệ: Thổi màng, cán màng, tạo hạt…
Tỉ lệ sử dụng: 0.1 đến 0.6%
1.4.2. Nhóm khóa hoạt tính của các gốc tự do(Free radical scavengers )- HALS
(Hindered Amines Light Stabilizers)

Hình 1.5. Minh họa cơ chế của HALS.
Polyme bị tác động bởi các yếu tố năng lượng như: cơ học, nhiệt, sóng năng
lượng (trong đó có sóng UV, hồng ngoại,…) và các chất có tính oxy hóa (oxy, peroxy,
…) đều xảy ra quá trình gãy mạch, và hình thành các gốc tư do khơng mong đợi. Từ
hình trên cho thấy các hợp chất khóa gốc tự do (sóng màu trắng) sẽ kịp thời chuyển
sang dạng kích hoạt bao quanh thành phần bị tăng nhiệt, và kịp thời dập tắt các gốc tự
do ngay vừa khi hình thành.

9


Vì thế nhóm phụ gia có khả năng khóa hoạt tính của các gốc tự do khơng chỉ
giúp polymer bền vững hơn khi tiếp xúc với tia cực tím mà cịn hữu ích trong q trình
chống phân hủy polymer ở q trình bị lão hóa, bị các tác động cơ học q mức.
Những chất có tính năng trên và hoạt động hiệu quả trong điều kiện nhiệt độ
thấp (như khi polymer tiếp xúc ánh sáng) sẽ được dùng như chất kháng tia cực tím.
Nhóm chất kháng tia cực tím loại này có một số phân nhóm rất phổ biến và
quan trọng, như: HALS (Hindered Amines Light Stabilizers), Hinered Phonols,
Thiosynergist,…
 Cơ chế bảo vệ HDPE của HALS
Chất ổn định quang (HALS) là một loại chất ức chế quan trọng quá trình oxi

hóa quang của polyme, đặc biệt có hiệu quả với polyolefin. Chất ổn định quang amin
cồng kềnh (HALS) thường được đưa vào các vật liệu chất dẻo khác nhau trong những
ứng dụng ngồi trời nhằm ngăn chặn q trình phân huỷ quang học. Các HALS bao
gồm một nhóm amin vịng bậc 2 hoặc bậc 3 và một thành phần axit cacboxylic. Để có
thế sử dụng làm chất ổn định quang, bất kỳ phụ gia polyme nào cũng phải tồn tại được
ở nhiệt độ cao sử dụng trong quá trình gia công chất dẻo, bởi vậy, độ bền nhiệt của
HALS là một tiêu chuẩn quan trọng để lựa chọn chất ổn định quang. Trong khoảng 2025 năm trở lại đấy, nhiều tác giả đã công bố các bài báo về cơ chế hoạt động của
chúng, sự tương tác giữa chúng với các chất ổn định khác (chất chống oxy hóa
phenolic, photphit, thioete. . .) Và cơ chế hoat động của chúng vẫn chưa hoàn toàn
được làm sáng tỏ. Trong hấu hết các ứng dụng, HALS được sử dụng cùng với các chất
ổn định khác để đạt được hiệu quả ổn định tốt nhất của sản phẩm cuối cùng qua tất cả
bước chế tạo. Theo các tài liệu cơng bố thì đã có hơn 100 hợp chất piperidine được
tổng hợp nhưng chỉ có một vài hợp chất được sử dụng hiệu quả làm chất ổn định
quang.
Cơ chế bảo vệ, ổn định quang của các hợp chất HALS liên quan tới quá trình
oxy hoá các amin thành gốc nitroxyl, các gốc này lại phản ứng bằng cách bẫy gốc ở
cacbon trung tâm từ polyme làm xuất hiện các hydroxylamin (>N-O-H) hay các
hydroxylamin ete (N-O-P) có khả năng tái tạo gốc nitroxyl.

10


Do đó, các chất ổn định HALS có thể sử dụng hoạt động bảo vệ của nó nhiều
lần trước khi bị cạn kiệt. Cơ chế tổng quát của quá trình làm bền HALS được trình
bày như sau:

Trong đó >NH là amin gốc ; >N-O* là gốc nitroxyl ; P* là gốc macroankyl;
>N- O-H là hydroxylamin; >N-O-P là ete hydroxylamin; POO* là peroxyl; POOH là
hydroperoxit; POOP là peroxit. Cơ chế ổn định quang của HALS đã được nghiên cứu
bằng cộng hưởng từ hạt nhân (chuyến dịch hóa học proton, sự tạo thành gốc tự do

nitroxy bền – NO’ và cơ chế bảo vệ quang của HALS). Kết quả cho thấy hiệu ứng cảm
ứng tồn tại trong vòng pipcridin của HALS. Các nhóm thế ở vị tri 1,4 trong vịng
piperidin có thế ảnh hưởng tới sự tạo thành – NO’. Cơ chế bảo vệ quang của HALS
khơng thế chỉ giải thích trên cơ sở hoạt động bắt gốc tự do của – NO’. Nó cịn kèm
theo q trình bẫy gốc tự do, phân huỷ hydropcoxit và dập trạng thái kích thích oxy.
HALS có thể tác động theo nhiều cách lên các yếu tố vật lí và hóa học để kiểm sốt độ
bền polyme:
+ Cơ chế oxi hóa khử cho – nhận bẻ gãy mạch thông qua trung gian
nitroxyl/hydroxylamin thể:
-Phân hủy các hidropeoxit bằng amin trong khi gia công
- Ức chế phản ứng quang của nhóm cacbonyl oc-[3 khơng no trong polyolefin.
-Giảm hiệu suất lượng tử của quá trình quang phân hidroperoxit
-Đập tắt phân tử oxi đơn điện tử (chỉ trong polydien)
-Tạo phức với hidropeoxit/oxi
-Tạo phức với ion kim loại chuyển tiếp

11


HALS 791
HALS 791 là hỗn hợp của UV-770 và UV-944
Thông số kĩ thuật:
Điểm nóng chảy: 110-130 oC
Chất bay hơi: tối đa 1.0%
Tro: tối đa 0.1%

 Đặc điểm
UV-791 là một hỗn hợp của UV-944 và UV-770. Nó là một chất chống tia cực
tím cho các bộ phận sử dụng nhựa PP hay PE dày có khả năng bảo vệ bề mặt tuyệt
vời. Nó cũng cho thấy sự ổn định cao hiệu quả cao trong các sản phẩm PP.

 Ứng dụng
Các lĩnh vực ứng dụng UV-791 là hỗn hợp PP, PP/ EPDM và PP/PE/EPDM
(TPO’s). UV-791 là chất chống tia cực tím tuyệt vời cho các bộ phận dày, ví dụ: cản xe
ơ tô, công tắc, vườn đồ nội thất …
Sự hiệp lực giữa các thành phần HALS trọng lượng phân tử cao và thấp của UV791 bảo đảm bảo vệ tối đa cho polymer chống lại sự xuống cấp từ bức xạ UV và tiếp
xúc nhiệt lâu dài.
 Tính chất vật lý
Nhiệt độ nóng chảy: >55.

12


Từ các phân tích trên, trong nghiên cứu này sẽ lựa chọn UVA 531 và HALS 791
được sử dụng làm phụ gia cho nhựa HDPE. Nghiên cứu sẽ đánh giá ảnh hưởng của
hàm lượng từng thành phần phụ gia và hỗn hợp phụ gia tới tính chất cơ học và độ bền
thời tiết của vật liệu.
1.5.

Cơ chế phân hủy quang của PE

Khả năng chịu thời tiết của PE thương mại có liên quan đến các phản ứng
quang oxy hóa. Chúng xảy ra chủ yếu ở gần bề mặt mẫu và do sự có mặt của các tạp
chất hoặc nhóm cacbonyl. Hai q trình quang hóa cơ bản được cho là ngun nhân
của q trình oxi hóa khơi mào nhóm cacbonyl:
Q trình Norrish kiểu 1:
Quá trình này dẫn tới sự hình thành các gốc tự do mà trạng thái kích thích đơn
hoặc ba cuả nhóm cacbonyl là các tiền chất:

Các đại phân tử H-C*-H trải qua các phản ứng tiếp theo với oxy cho ta gốc peroxy:

Gốc peroxy này có thể tách nguyên tử H từ polymer nền, P – H, để hình thành
nhớm hydroperoxit:

13


Quá trình norrish kiểu 2:
Quá trình chỉ xảy ra khi keton chứa ít nhất 1 nguyên tử H ở C gamma so với
nhóm cacbonyl. Phản ứng xảy ra qua trung gian vịng 6 cạnh có sự tách ngun tử
hydro nội phân tử và tạo thành 1 nhóm olefin và 1 nhóm enol trong polymer.

Nhóm etanol sau đó được sắp xếp lại thành nhóm ketol

Q trình phân hủy quang thường dẫn đến sự mất mầu, nứt bề mặt và làm suy
giảm tính chất cơ lý hóa của vật liệu. Do vậy điều này sẽ làm giảm tuổi thọ của vật
liệu. Việc nghiên cứu sử dụng các phụ gia chống UV là rất quan trọng trong việc đảm
bảo các tính chất của vật liệu, tuổi thọ, tính thẩm mỹ và tính kinh tế của sản phẩm.
1.6. Vật liệu blend HDPE – EVA
1.6.1. Khái niệm về vật liệu polymer blend
Vật liệu polyme blend là loại vật liệu polyme được cấu thành từ hai hoặc nhiều
polyme để làm tăng độ bền cơ lí hoặc hạ giá thành của vật liệu. Giữa các polyme có
thể tương tác hoặc khơng tương tác vật lí, hóa học với nhau. Polyme blend có thể là
một hệ đồng thể. Trong hệ đồng thể các polyme thành phần khơng cịn đặc tính riêng,

14


cịn trong polyme blend dị thể thì các tính chất của các polyme thành phần hầu như
vẫn được giữ nguyên.
Polyme blend thường là loại vật liệu có nhiều pha, trong đó có một pha liên tục

(pha nền, matrix) và một hoặc nhiều pha phân tán (pha gián đoạn), hoặc tất cả các pha
đều phân tán, mỗi pha được tạo nên bởi một polyme thành phần.
Trong vật liệu blend, sự tương hợp của các polyme là yếu tố rất quan trọng tạo nên
tính chất tốt của blend. Khả năng tương hợp của blend là sự tạo thành một pha tổ hợp
ổn định đồng thể từ hai hoặc nhiều polyme. Sự tương hợp của các polyme cũng chính
là khả năng trộn lẫn tốt của các polyme vào nhau, tạo nên một vật liệu polyme mới.
Khả năng trộn hợp: là khả năng những polyme dưới những điều kiện nhất định có
thể trộn lẫn vào nhau tạo thành tổ hợp đồng thể hoặc dị thể.
Đa phần các polyme không tương hợp với nhau, trong các hệ polyme không tương
hợp, khi trộn với nhau chúng tạo thành các vật liệu blend có cấu trúc ứng với một
trong ba dạng như hình dưới :

Hình 1.6. Các dạng phân bố pha trong vật liệu polyme blend không tương hợp.
Trong đó:
a: Một pha liên tục và một pha phân tán (thường gặp )
b: Hai pha liên tục
c: Hai pha phân tán (rất ít gặp )
Tính chất vật liệu polyme blend được quyết định bởi sự tương hợp của các polyme
thành phần (cao su, nhựa) trong blend. Từ những kết quả nghiên cứu, người ta chỉ ra
rằng sự tương hợp của các polyme phụ thuộc vào các yếu tố như : bản chất hóa học và

15


cấu trúc phân tử của các polyme, khối lượng phân tử và sự phân bố của khối lượng
phân tử, tỷ lệ các cấu tử trong tổ hợp, năng lượng bám dính ngoại phân tử, nhiệt độ.
Tính chất các tổ hợp không tương hợp phụ thuộc vào các yếu tố như : Sự phân bố
pha, kích thước hạt, loại bám dính pha. Những yếu tố này bị chi phối bởi điều kiện
chuẩn bị và gia công vật liệu. Trong thực tế để tăng độ tương hợp cũng như khả năng
trộn hợp của các polyme thành phần trong các polyme blend không tương hợp, người

ta dùng các chất làm tăng khả năng tương hợp (chất tương hợp) như các copolyme,
oligome đồng trùng hợp hoặc các chất hoạt tính bề mặt bên cạnh việc chọn chế độ
chuẩn bị và gia cơng thích hợp cho từng hệ blend thơng qua việc khảo sát tính chất lưu
biến của vật liệu blend
Bảng 1.1. Một số hệ polyme blend thường gặp trong kỹ thuật
Phạm vi tương
Polyme 1
Cis 1,4-polibitadien
Polyisopren
Polymetylstyren
Polyacrilic
Nitroxenlulozo
Polyvinylaxetat
Polymetylmetacrylat(iso

Polyme 2

hợp(%polime 2 so

Poly(butadiene-co-styren) (75/25)
Poly(butadiene-co-sytren) (75/25)
Poly-2,6-dimetyl1-1,4-phenylen
Polyetylen
Polyvinyllaxetat
Polymetylacrylat
Polymetylmetacrylat

với poly me 1)
20-80
50

0-100
>50
0-100
50
0-100

)
Polymetylmetacrylat
Polyetylmetacrylat
Polyvinylaxetat
Polyvinylaxetat
Polyvinylclorua

Polyvinylflorua
>65
Polyvinylflorua
>49
Polyvinylnitrat
0-100
Polye-caprolacton
>49
Poly-metystyren/Metacrylonitril
0-100
/etylaxetat(50/40/20)
Polyvinylclorua
Polye-caprolacton
>49
Từ kinh nghiệm thực tế có thể thấy rằng các polyme có bản chất hóa học giống
nhau dễ phối hợp với nhau, những polyme khác nhau về cấu tạo hóa học hoặc độ phân
cực sẽ khó trộn hợp với nhau. Trong trường hợp này người ta phải dùng các chất tương

hợp nhằm mục đích để chúng dễ trộn hợp với nhau

16


Trong vật liệu polyme blend nói chung hay cao su blend nói riêng , cấu trúc kết tinh
một phần làm tăng độ bền hóa học, độ bền hình dạng dưới nhiệt độ và độ bền mài mịn .
Phần vơ định hình làm tăng độ ổn định kích thước cũng như độ bền nhiệt.
1.6.2. Polyme blend HDPE-EVA
HDPE là một loại vật liệu nhiệt dẻo, có tính chất độc đáo như tính chất điện tốt,
kháng ozone và kháng hóa chất. Tuy nhiên, HDPE có sức đề kháng căng nứt kém, khả
năng tương hợp với chất phụ gia kém, khả năng chống nứt dưới tác động của môi
trường không cao. Mặt khác, EVA lại có những ưu điểm nổi trội, có khả năng kháng
căng nứt tốt, kháng lão hóa, linh hoạt ở nhiệt độ thấp, thấm oxy và hơi nước, hấp thụ
độ ẩm cao và điện trở cao, có khả năng phối trộn với nhiều phụ gia, có thể thay đổi
tính chất và tính năng sử dụng nhờ điều chỉnh hàm lượng VA trong phân tử. Tuy nhiên
EVA cũng có một số hạn chế như modul đàn hồi thấp, độ bền hóa chất thấp, nhiệt độ
nóng chảy thấp, dễ bị nhiệt phân tách ra phân tử axit axetic, không bền với một số
dung mơi hữu cơ. Trong khi đó HDPE và EVA có khả năng tương tác với nhau do đều
có nhóm etylen, có cấu trúc mạch phân nhánh, tỷ trọng thấp và nhiệt độ nóng chảy gần
nhau. Sự kết hợp của HDPE và EVA có thể khắc phục được những hạn chế của mỗi
polymer thành phần, góp phần tăng các tính chất cơ học như: tăng độ mềm dẻo, độ đàn
hồi, độ dai, tính cách âm tốt, khả năng chống ẩm, nứt xé dưới tác động của mơi trường
và hóa chất. Nhờ đó mà chúng có thể được áp dụng mở rộng trong các trong các loại
cáp, giày dép, linh kiện ô tô, và các sản phẩm đúc như các thành phần điện và đồ chơi.
Trong nghiên cứu này, EVA được lựa chọn là làm nhựa nền đồng thời như một chất
tương hợp để cải thiện khả năng phân tán của gypsum với nhựa HDPE, để nâng cao
tính chất cơ học, cải thiện khả năng đàn hồi và tính chịu va đập của vật liệu
HDPE/EVA/gypsum.
1.7. Tổng quan về gypsum (thạch cao)

1.7.1 Gypsum tự nhiên
Thạch cao (gypsum) là một loại chất khoáng rất phổ thơng có tên hóa học là canxi
sulfat (CaSO4.2H2O) [24]. Nó được tìm thấy trong đá vơi và hầu như có mặt ở mọi

17


vùng trên trái đất. Thạch cao là khoáng vật trầm tích hay phong hóa rất mềm, tinh thể
hạt, bột…
Gypsum tự nhiên được khai thác từ mỏ dưới dạng các tảng đá thạch cao. Nó được
đem nung trong lị giống như nung vôi nhưng cấu trúc canxisulfat không bị phân huỷ
mà chỉ có phản ứng loại bỏ nước kết tinh.
CaSO4.2H2O → Ca SO4 . 1/2H2O + 3/2 H2O.
Các đặc trưng của gypsum [15, 30]:
 Dạng thường tinh thể đồ sộ, phẳng, tinh thể kéo dài hình lăng trụ.
 Độ cứng Mohs
: 1,5-2
 Tỷ trọng riêng
:2,31 - 2,33 g/cm³.
 Chiết suất
:1,522
 Độ hịa tan trong nước rất thấp
 Khơng phản ứng với axít
 Các biến thể chính:
 Satin Spar khối có sợi như ngọc trai.
 Selenit tinh thể trong suốt và có phiến.
 Alabaster hơi có màu, hạt mịn.
Ứng dụng của gypsum tự nhiên [30]:
 Ứng dụng trong xây dựng:
 Vật liệu xây dựng không nung: hiện nay ở Việt Nam loại vật liệu này đang được

Chính phủ tập trung chú ý phát triển thay thế cho gạch nung nhờ tính cách nhiệt, ngăn
lửa, giảm tiếng ồn, chịu nước… tiện lợi, bền, đẹp, giảm chi phí khi sử dụng, gypsum
cịn được xem là loại vật liệu truyền thống thân thiện với con người và được thừa nhận
trên toàn thế giới.
 Ứng dụng trong nông nghiệp: Sử dụng để cải tạo một số loại đất bùn nhão, là
thành phần bổ sung trong nhiều loại phân lân sản xuất theo cơng nghệ cũ có hàm
lượng P2O5 thấp hiện đang được sản xuất và tiêu thụ tại Việt Nam…
 Ứng dụng trong y tế: sử dụng làm vật liệu bó bột định hình, khn.
 Ứng dụng trong công nghiệp nhựa: Sử dụng làm chất độn trong một số vật liệu
polyme compozit. Một số loại vật liệu compozit sử dụng thành phần chính là gypsum
và sử dụng một lượng nhỏ nhựa làm chất kết dính ứng dụng trong vật liệu xây dựng
khơng nung có khả năng ứng dụng tốt ở khí hậu nhiệt đới [30].
1.7.2 Gypsum phế thải

18


Bảng 1.2. Thành phần các kim loại của gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình VũHải Phịng
Ngun tố

Hàm lượng (ppm)

Ca
245410,256
Al
490,382
Si
917,183
P
672,523

Ni
174,336
Mn
315,750
Fe
4106,025
Mg
619,738
Gypsum phế thải [10] là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất phân lân, cơng nghệ
sản xuất phân lân trong nước theo quy trình trích ly quặng apatit làm giàu với axit
sunfuric theo phản ứng hóa học sau:
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 3H3PO4 +

5CaCO4.2H2O + HF

Theo phương pháp này, gypsum phế thải có chứa 75% CaSO 4.2H2O, H2O; H2SO4;
P2O5; SiO2; Al2O3 và các chất khác chiếm 25% được xác định bằng phương pháp phân
tích phổ 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 Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG Hà Nội, kết quả trình
bày ở bảng 1.2.
Bảng 1.3. Thành phần hoá học của gypsum phế thải từ nhà máy DAP Đình Vũ- Hải
Phịng
Hợp chất với oxy

Hàm lượng

SO4-2
CaO
CO2

Al2O3
Fe2O3
MgO
SiO2
MnO
P2O5

(%khối lượng)
45 – 50
35 – 40
0,8 – 1
0,5 – 1
1,2 – 1,5
0,98 – 1,1
8 – 15
0,4 – 0,5
0,15 – 1

19


Chất đen

2–5

Từ kết quả trên cho thấy, quá trình sản xuất phân lân thải ra một lượng chất thải vô
cơ lớn có chứa nhiều tạp chất bền nhiệt, có tính axit, có thể gây ơ nhiễm tới mơi trường
nước và khơng khí xung quanh.
1.7.3. Ảnh hưởng của gypsum phế thải đến môi trường xung quanh
Ngày nay, các yêu cầu về bảo vệ mơi trường địi hỏi khắt khe hơn, vì vậy việc thải

gypsum ra sông, biển rất hạn chế. Các bãi thải gypsum trong đất liền phải được quy
hoạch và chống thấm tốt nhằm hạn chế việc rò rỉ nước thải chứa axit và các tạp chất
khác ra môi trường. Đây là một vấn đề khá nan giải cho việc xây dựng các nhà máy
DAP và MAP mới.
Bãi chứa gypsum thải phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể và các quy định về môi
trường của khu vực. Những bãi thải hiện đại nhất có thể chứa được đến 0,5 triệu tấn
GS/ha đất. Tại Mỹ và Tây Âu các bãi thải gypsum thường địi hỏi chi phí đầu tư cao.
Hệ thống nước của nhà máy axit photphoric là một trong những vấn đề quan trọng cần
phải quan tâm. Nước thải được sử dụng tạo bùn gypsum để bơm đến bãi thải. Tuy
nhiên lượng mưa thường vượt lượng bay hơi dẫn đến chảy tràn nước của ao thải.
Thành phần của nước ao hồi lưu trong bãi thải gypsum được đưa ra ở bảng 1.4.
Bảng 1.4. Thành phần nước ao bãi thải gypsum
Thành phần
P2O5
F
CaO/MgO
Na2O/K2O
Fe2O3/Al2O3
Ph

Thấp (mg/l)
8.000

Phân loại
Cao (mg/l)
20.000

TB (mg/l)
12.000

900

12.000

10.000

2.400

9.000

4.000

560

5.280

2.400

292

3.140

2.250

230

1.500

450

1,2

2,5

1,5

Bã thải gypsum chứa chủ yếu là CaSO4.2H2O, một số nguyên tố có trong quặng
apatit (bảng 1.2) và một lượng dư H 2SO4 trong quá trình phân hủy quặng apatit. Khi

20