Nghiên cứu nâng cao tính chất của một số vật liệu polyme bằng khoáng talc biến tính hữu cơ TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

NGUYỄN VĂN THỦY

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ
VẬT LIỆU POLYME BẰNG KHỐNG TALC
BIẾN TÍNH HỮU CƠ

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU

HÀ NỘI – 2021


Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS. TS. Ngô Kế Thế

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ họp tại Học viện Khoa
học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Vào hồi ……..

giờ, ngày…….tháng……..năm 2021

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thƣ viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thƣ viện Quốc gia Việt Nam

0


MỞ ĐẦU
Talc (Mg3Si4O10(OH)2) là khống chất thuộc nhóm khống silicat. Với cấu trúc tinh
thể, các đặc tính lý hóa đặc thù, khoáng chất talc đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
ngành công nghiệp như: gốm sứ, thủy tinh, chất dẻo, cao su, sơn và vật liệu phủ; giấy, nông
nghiệp, cơng nghiệp thực phẩm, và hóa mỹ phẩm.
Talc là một khống chất được sử dụng nhiều trong cơng nghiệp chủ yếu do tính chất
hóa học bề mặt độc đáo và tinh thể dạng phiến của nó với tỷ lệ hình hoc rất lớn. Talc tương
tác khá tốt với nhiều polyme nền [1-4].
Để tương tác giữa chất độn và vật liệu nền polymer được tốt hơn, nhiều tác giả [5-7]
đã biến đổi bề mặt chất độn bằng các hợp chất silan trước khi đưa vào nền polyme.
Việt Nam là nước có mặt trên bản đồ khoáng talc thế giới nhưng chưa khai thác và sử
dụng có hiệu quả loại loại khống chất đặc biệt này. Xuất phát từ tầm quan trọng của
khống talc cũng như tính đặc thù về khả năng tương tác của chúng với các vật liệu nền,
trong dó có vật liệu nền polymer, chúng tơi đã đề xuất luận án tiến sỹ: “Nghiên cứu nâng
cao tính chất của một số vật liệu polyme bằng khống talc biến tính hữu cơ”.
Mục tiêu của luận án là:
Nghiên cứu biến tính bề mặt khoáng talc bằng hợp chất silan để tăng khả năng tương
hợp với vật liệu cao su và nhựa epoxy.
Nghiên cứu sử dụng khống talc để gia cường tính chất vật liệu polyme, điển hình là
cao su thiên nhiên và blend cao su NBR/PVC; tăng khả năng bảo vệ và khả năng phồng nở
chống cháy của lớp phủ trên cơ sở chất tạo màng là nhựa epoxy.

Các nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:
Khảo sát khoáng talc và nghiên cứu biến tính bề mặt khống talc
Nghiên cứu khả năng gia cường của khoáng talc cho cao su
Nghiên cứu ảnh hưởng của khoáng talc đến khả năng bảo vệ của màng phủ
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1. 1. Talc và các đặc điểm cơ bản
Cơng thức hóa học của talc là Mg3Si4O10(OH)2 [8,9], nó như là một bánh kẹp có cấu trúc
tinh thể. Talc bao gồm một lớp Mg(OH)2 kẹp giữa là hai lớp SiO2 [10].

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể khống talc [10]

Hình 1.2. Talc dưới kính hiển vi điện tử quét [12]
1


1.1.1. Tính chất hóa lý của khống talc
Talc ổn định ở nhiệt độ cao, tới 1650 0F (900 0C), có tính dẫn nhiệt thấp và khả năng
chống sốc nhiệt cao. Talc tinh khiết ổn định nhiệt đến 930 0C và mất nước liên kết tinh thể
(4,8%) trong khoảng từ 9300C đến 9700C, tạo ra enstatit (anhydrit magiê silicat) và cặn
cristobalit. Enstatit cứng hơn đáng kể so với talc với độ cứng 5-6 moh [28]. Hầu hết các sản
phẩm talc thương mại đều bị phân hủy ở nhiệt độ 9300C do sự hiện diện của cacbonat, nó
mất cacbon dioxit ở 6000C và clorit mất nước ở 8000C. Nhiệt độ nóng chảy của talc là
15000C. Khi nung, talc có hiệu ứng nhiệt mạnh bắt đầu từ 9000C, thông thường là 9201060°C nếu nung nóng trong mơi trường khơng khí. Ở khoảng nhiệt độ này talc bị mất nước
hóa học tạo thành magiê metasilicat [29,30]:
3 MgO.4SiO2.H2O

3 MgSiO3 + SiO2 + H2O

(talc)
Khi đó SiO2 được tách ra ở trạng thái vơ định hình. Ở 11000C nó chuyển một phần

sang cristobalit kèm theo giãn nở thể tích. Cristobalit có khối lượng riêng nhỏ và nó sẽ bù
trừ sức co khi nung talc. Vì thế, thể tích khống talc khi nung rất ổn định. Nhờ tính ổn định
thể tích và độ mềm của nó cho phép ta tạo quặng talc thành dạng viên, có thể sử dụng làm
gạch xây lị, buồng đốt nhiên liệu khí.
1.1.2. Nguồn gốc hình thành khống talc
1.1.3. Thành phần hóa học và thành phần khoáng talc
1.1.4. Phân loại
Talc dạng tấm: loại talc này có cấu trúc dạng tấm rõ ràng, rất mềm mịn, thường chứa
tới >90% khống vật talc (có thể tự nhiên hoặc có thể do đã chế biến). Loại talc này có thể
được sử dụng trong mỹ phẩm, dược phẩm, và chất gia cường.
Talc steatit: là loại talc có độ tinh khiết cao, đặc sít, hạt rất mịn (có thể do nghiền).
Loại talc này có tính chất cách điện cao và được sử dụng trong sản xuất sứ cách điện. Đây là
loại talc thương phẩm tinh khiết nhất.
Đá xà phòng: là loại talc ít tinh khiết hơn talc steatit, có thể được chạm khắc, xẻ,
khoan hoặc chế biến. Do có tính chất bền hóa học, độ chịu nhiệt cao và đặc sít, talc dạng
này có thể dùng để chế tạo các sản phẩm như bồn, bếp lò.
Talc tremolit: là loại talc hạt mịn nhưng rất cứng, thường chứa <50% khoáng vật talc,
nhưng các tính chất lại bị quyết định bởi khoáng vật tremolit cứng và khoáng vật serpentin
dạng tấm, mịn.
1.2. Hợp chất silan
Tác nhân liên kết silan là các hợp chất hóa học của nguyên tử silic có chứa hai nhóm
hoạt động trên cùng một nguyên tử với cấu trúc điển hình của nó là:
(RO)3SiCH2CH2CH2-X
Trong đó RO là nhóm có khả năng thủy phân như: metoxy, etoxy hay acetoxy,…và
X là nhóm chức hữu cơ như: amino, metacryloxy, epoxy,…[46,47].
2


1.2.1. Biến tính bề mặt bột khống bằng các hợp chất silan
Q trình biến tính bề mặt khống xảy

ra qua bốn giai đoạn:
1. Đầu tiên 3 nhóm alkoxy bị thuỷ phân
tạo thành silanol,
2. Tiếp đó là q trình ngưng tụ của các
silanol thành oligome,
3. Các oligome sau đó tạo liên kết hydro
với các nhóm hydroxyl có trên bề mặt
của bột khống,
4. Cuối cùng là q trình làm khơ cùng
với sự tách nước tạo thành các liên kết
hóa trị giữa hợp chất silan với bột
khống.
Hình 1.6. Cơ chế phản ứng silan hóa trên bề
mặt chất độn
1.2.2. Biến tính bề mặt bột talc bằng các hợp chất silan
Biến tính bề mặt talc là một quá trình quan trọng. Khác với một số chất độn gia
cường khác như oxit silic, talc có đặc trưng kiềm nhẹ trong nước và q trình biến tínhbề
mặt phải có sự có mặt của một tác nhân có tính axit. Khi tác nhân liên kết được sử dụng, các
liên kết hóa học có thể được tạo ra trên bề mặt chất độn giữa các nhóm hydroxyl hay silanol
và các nhóm alkoxy của tác nhân liên kết.

Hình 1.12. Cơ chế proton hóa phân tử silan

Hình 1.13. Cơ chế silan hóa bề mặt bột talcvới sự có mặt của tác nhân axit
1.3. Ứng dụng của khoáng talc trong các ngành cơng nghiệp
1.3.1. Khống talc trong mỹ phẩm và dược phẩm
1.3.2. Khống talc trong cơng nghiệp giấy, nơng nghiệp và thực phẩm
3

1.3.3. Khoáng talc trong cao su
Talc làm giảm độ nhớt của các hợp chất cao su, do đó làm cho các bộ phận đúc và ép
dễ dàng hơn. Chúng cũng cải thiện điều kiện cơng nghệ của các q trình này, tăng tốc độ
sản xuất và nâng cao khả năng chống tia cực tím cho các bộ phận bên ngồi thường xuyên
tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. Trong các loại đệm cao su, chúng cung cấp khả năng kháng
nén tốt. Trong dây cáp điện, talc đóng vai trị như chất cách điện [16].
1.3.4. Khoáng talc trong chất dẻo
1.3.5. Khoáng talc trong sơn và vật liệu phủ phồng nở chống cháy
1.3.5.1. Khoáng talc trong sơn
Dạng phiến của talc làm cho sơn dễ dàng sử dụng và cải thiện khả năng chống rạn nứt và
làm võng màng sơn. Chúng cũng tăng khả năng làm bóng, chống ăn mịn lớp sơn lót, talc được sử
dụng để cải thiện tính chống ăn mịn và bám dính màng sơn [16].
1.3.5.2. Khống talc trong vật liệu phủ phồng nở chống cháy
Talc được sử dụng như là chất độn trong lớp phủ phồng nở vì nó có nhiệt độ nóng
chảy cao, khoảng 1300 °C, nó có thể chịu được nhiệt độ cao hơn. Talc cũng là chất độn
silicat nhiều lớp có thể tạo thành lớp bảo vệ để bảo vệ lớp nền bên dưới. Talc đã được sử
dụng trong nghiên cứu này là phyllosilicat. Lý do chọn talc làm chất độn phồng nở liên
quan khả năng chống cháy của chúng do khả năng ổn định nhiệt và đặc tính tự dập tắt của
nền polyme khi chúng được kết hợp với talc [88]. Cấu trúc dạng phiến của talc dễ dàng
trong việc hình thành lớp rào cản với tỷ lệ hình học lớn và khả năng trương nở cao cho hiệu
quả tốt khi đưa vào nền polyme [88].
1.4. Khoáng talc và nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam
Cơng tác tìm kiếm khống sản talc ở Việt Nam mới được bắt đầu từ những năm 90
của thế kỷ 20 tại nhiều nơi trên cả nước. Chỉ riêng 16 tụ khoáng và điểm, quặng talc đã phát
hiện tập trung chủ yếu ở khu vực Tây Bắc Bộ, có trữ lượng vào khoảng 7 triệu tấn [96,97].
Bộ công thương đã tiến hành lập quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến và sử
dụng nhóm khống chất cơng nghiệp talc đến năm 2015, có xét đến năm 2025 [98]. Theo
quy hoạch này thì trữ lượng và tài nguyên talc nằm trên địa bàn huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú
Thọ là 2.714.555 tấn chiếm tới trên 96 % tổng trữ lượng và tài nguyên talc trong cả nước.
Kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy các mỏ khoáng talc trong vùng Thanh Sơn Phú Thọ có

hàm lượng talc tương đối cao, dao động từ 24,39–27,83 % MgO, cá biệt có mẫu tới 30,86 %.
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên vật liệu
2.1.1. Khoáng talc và chất biến tính bề mặt
2.1.2. Cao su và các phụ gia của cao su
2.1.3. Nhựa epoxy và các phụ gia
2.2. Phƣơng pháp chế tạo mẫu
4


2.2.1. Biến tính bề mặt bột khống talc
2.2.2. Chế tạo mẫu CSTN
2.2.3. Chế tạo mẫu cao su blend (P70K)
2.2.4. Chế tạo sơn chứa bột talc
2.2.5. Chế tạo lớp phủ phồng nở
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Nghiên cứu tính chất cơ lý vật liệu
2.3.1.1. Phương pháp xác định độ bền kéo đứt
2.3.1.2. Phương pháp xác định độ giãn dài khi đứt
2.3.1.3. Phương pháp xác định độ giãn dư
2.3.1.4. Phương pháp xác định độ cứng vật liệu cao su
2.3.1.5. Phương pháp xác định độ bền mài mòn
2.3.1.6. Phương pháp xác định độ bền va đập của màng phủ
2.3.1.7. Phương pháp xác định độ cứng của màng phủ
2.3.1.8. Phương pháp xác định độ bền uốn của màng phủ
2.3.1.9. Phương pháp xác định độ bám dính của màng phủ theo phương pháp kéo nhổ
2.3.2. Nghiên cứu cấu trúc vật liệu
2.3.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt xác định thành phần cấu trúc vật liệu
2.3.2.2. Phương pháp phổ hồng ngoại IR xác định cấu trúc vật liệu
2.3.2.3. Phương pháp SEM xác định cấu trúc hình thái của vật liệu

2.3.3. Nghiên cứu khả năng chống cháy vật liệu
2.3.3.1. Khảo sát độ phồng nở lớp phủ bằng phương pháp nung
2.3.3.2. Khảo sát khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn UL 94
2.3.3.3. Khảo sát khả năng chống cháy theo LOI
2.3.4. Các phương pháp khác
2.3.4.1. Xác định độ ngấm dầu bột talc
2.3.4.2. Phổ hồng ngoại FT-IR đánh giá khả năng đóng rắn màng epoxy
2.3.4.3. Phương pháp tổng trở điện hóa đánh giá khả ăng bảo vệ màng phủ
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát về khoáng talc và nghiên cứu biến tính bề mặt khống talc
3.1.1. Khảo sát cấu trúc và độ bền nhiệt khoáng talc
3.1.1.1. Khảo sát cấu trúc hạt khống talc
Khống talc có cấu trúc tinh thể và hình thái dạng vảy. Ở hình dạng này, khi đưa
chúng vào làm chất gia cường cho các vật liệu polyme sẽ làm giảm đáng kể độ co ngót của
5


sản phẩm. Các vật liệu được gia cường bằng talc sẽ hạn chế được sự phồng rộp. Sơn được
gia cường bằng talc có khả năng bảo vệ xâm thực tốt hơn.

Hình 3.1. Talc dưới kính hiển vi điện tử qt
Sau q trình tuyển tách, khống talc được nghiền bằng cối nghiền sứ với tỷ lệ
bi:mẫu là 10:1. Quá trình nghiền này sẽ đưa tồn bộ mẫu bột talc xuống kích thước phù hợp,
khơng có các hạt thơ. Kích thước trung bình đạt được là 6,56 μm với Q90 = 15,875 μm.
Tiến hành nghiền rồi tuyển nổi, chúng tôi thu được các mẫu khống talc A, B và C
với các kích thước hạt khác nhau. Mẫu khống talc A có kích thước trung bình là 4,9661 µm
và kích thước trội ở 4,7890 µm. Mẫu khống talc B có kích thước trung bình là 6,4740 µm
và kích thước trội ở 5,4826 µm. Mẫu khống talc C có kích thước trung bình là 17,4378 µm
và kích thước trội ở 18,5767 µm.
Các mẫu talc A, talc B, talc C dùng để nghiên cứu tăng khả năng chống mài mịn của

khống talc cho cao su P70K
3.1.1.2. Khảo sát độ bền nhiệt và độ hấp thụ dầu của khống talc
Talc bền vững, khơng bị phân hủy ở nhiệt độ dưới 8000C. Khống talc có thể sử dụng
để làm bột độn cho các vật liệu polyme làm việc ở nhiệt độ cao, nhất là cho các loại sơn
chịu nhiệt. Đến khoảng 11000C talc bị phân hủy gần như hoàn toàn và trên khoảng nhiệt độ
này chỉ xảy ra sự chuyển pha và phản ứng giữa các pha rắn
Bảng 3.1. Độ hấp thụ dầu của một số mẫu
vật liệu
Mẫu
Độ hấp
STT
bột
thụ dầu
khống (ml/100g)
1
Talc
55
2

Sericit

51

3
Tro bay
24
Hình 3.7. Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TG
mẫu talc Phú Thọ
Talc là loại khoáng kỵ nước và ưa hữu cơ hơn. Tuy nhiên, để tăng khả năng tương tác với
các pha nền hữu cơ thì talc vẫn cần phải được biến tính bề mặt.

3.1.2. Nghiên cứu biến tính bề mặt bột talc bằng hợp chất silan
6


3.1.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ hợp chất biến tính bề mặt
a) Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hợp chất biến tính bề mặt bằng phổ hồng ngoại
Hình 3.8 biểu diễn phổ hồng ngoại của γ-metacryloxypropyltrimetoxysilan. Các píc
hấp thụ ở 2947 cm-1 và 2842 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H. Píc hấp
thụ nhọn và mạnh ở 1719 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C=O. Dao động
hóa trị của nhóm vinyl C=C có đỉnh hấp thụ ở 1637 cm-1

Hình 3.8. Phổ FT-IR của γHình 3.9. Phổ FT-IR của mẫu bột talc ban
metacryloxypropyltrimetoxysilan
đầu
Hình 3.9 biểu diễn phổ hồng ngoại của mẫu khống talc ban đầu. Píc hấp thụ ở
3676,84 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết của nhóm OH khơng tạo liên kết
hydro. Nhóm hydroxyl này có trong tinh thể của khống talc. Liên kết Si-O-Si có các dao
động hóa trị đặc trưng ở vùng 1010 cm-1
Phổ hồng ngoại của mẫu bột talc biến
tínhtrong dung dịch chứa 1%, 2%, 4% và 6% hợp
chất silan thể hiện các pic đặc trưng cho phân tử
silan ở 2933 cm-1 và 1717 cm-1.

Hình 3.11. Phổ FT-IR của mẫu bột talc biến tínhvới 2% γ- MPTMS
b) Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hợp chất biến tính bề mặt bằng phân tích nhiệt
Khống talc khá bền với nhiệt. Sự thay đổi về khối lượng chỉ diễn ra từ khoảng
800°C. Dưới nhiệt độ này gần như khơng có sự thay đổi về khối lượng nào. Với các mẫu bột
talc biến tính bằng hợp chất silan, có nhiệt độ phân hủy thấp, chúng tơi chỉ khảo sát các mẫu
bột talc biến tính bề mặt đến 400°C, tốc độ gia nhiệt thấp 5°C/phút.
Bảng 3.2: Hàm lượng silan trên bề mặt khoáng talc

Nồng độ hợp chất silan (%)
1
2
4
6
Khối lượng suy giảm (%)
0,432 1,132 2,261 2,501
Khi tăng hàm lượng hợp chất silan trong dung dịch biến tính trong khoảng nồng độ
từ 1-4% thì hàm lượng hợp chất silan có trên bề mặt khống talc tăng khá mạnh. Tuy nhiên,
khi tăng nồng độ hợp chất silan đến 6% thì hàm lượng hợp chất silan trên bề mặt khống
talc tăng khơng nhiều. Kết quả này cũng phù hợp với các phổ đồ hồng ngoại đã chỉ ra ở

7


trên. Với nồng độ dung dịch silan biến tính bề mặt khoáng talc 2% là phù hợp với hàm
lượng hợp chất silan có trên bề mặt khống là 1,132%.
c) Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ hợp chất biến tính bề mặt đến độ hấp thụ dầu
Hình 3.18 biểu diễn đồ thị hấp thụ dầu của mẫu bột talc ban đầu và các mẫu bột talc
biến tính bề mặt bằng hợp chất silan γ- MPTMS với hàm lượng 0%, 1%, 2%, 4% và 6%.
Đã có sự khác biệt độ hấp thụ dầu khá rõ giữa các mẫu bột talc biến tính và khơng
biến tính bề mặt bằng các hợp chất silan. Các mẫu bột talc biến tính bề mặt có khả năng hấp
thụ dầu tốt hơn các mẫu bột talc chưa biến tính khá nhiều (tăng khoảng 16%). Điều này cho
biết khả năng tương tác của khống talc biến tính bề mặt với các chất hữu cơ đã được cải
thiện đáng kể.
Độ hấp thụ dầu (ml/100g)

70
60

63

64

64

65

1

2

4

6

55

50
40
30
20
10
0
0

Hàm lượng hợp chất silan (% )

Hình 3.18. Độ hấp thụ dầu của các mẫu bột talc
3.1.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến q trình biến tính bề mặt

a) Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng biến tínhbề mặt khống talc bằng phương
pháp phổ hồng ngoại

Hình 3.19. Phổ FT-IR của mẫu bột talc biến Hình 3.20. Phổ FT-IR của mẫu bột talc biến
tínhbề mặt với nhiệt độ phản ứng 30°C
tínhbề mặt với nhiệt độ phản ứng 40°C
So sánh với phổ hồng ngoại của mẫu bột talc biến tính bề mặt trong dung dịch silan ở
nhiệt độ 30°C có thể thấy rằng, với nhiệt độ phản ứng được tăng lên 40°C cường độ các
vạch phổ đặc trưng cho phân tử silan tăng nhẹ ở các vạch phổ 2936cm-1 và 1719 cm-1 (xem
hình 3.20), điều này cho thấy rằng nhiệt độ cũng đã có ảnh hưởng tới phản ứng biến tínhbề
mặt của khống talc
b) Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng biến tính bề mặt khống talc bằng phương
pháp phân tích nhiệt
Có thể thấy khi tăng nhiệt độ phản ứng từ 30°C lên 40°C có sự tăng nhẹ về khối
lượng hợp chất silan trên bề mặt khoáng talc (1,132% lên 1,162%). Tuy nhiên, khi tăng
8


nhiệt độ phản ứng lên 60°C thì hàm lượng hợp chất silan lại suy giảm khá nhiều xuống
0,901%. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ phản ứng lên 90°C thì khối lượng hợp chất silan có trên
bề mặt khống talc chỉ cịn 0,332%. Các kết quả này hồn tồn phù hợp với kết quả phổ FTIR chúng tôi đã chỉ ra ở trên.
Bảng 3.3: Hàm lượng silan trên bề mặt bột talc biến tínhở các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ dung dịch biến tính(°C)
30
40
60
90
Hàm lƣợng silan (%)
1,132 1,162 0,901 0,332
c)Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứngbiến tính bề mặt khống talc đến độ hấp thụ dầu

Kết quả đo độ hấp thụ dầu của khoáng talc cho thấy các mẫu bột talc biến tínhbề mặt
đều có độ hấp thụ dầu cao hơn mẫu khống talc chưa được được biến tínhbề mặt. Mẫu bột
talc biến tínhbề mặt ở nhiệt độ phản ứng 40°C có độ hấp thụ dầu cao nhất với 66 ml/100g
(tăng 20 % so với mẫu chưa được biến tính bề mặt).
Độ hấp thụ dầu (ml/100g)

64

66

64
60

60

55

50
40
30
20
10
0
Khoáng tan

Khoáng
talc
ban đầu
ban đầu

30

40

60

90

Nhiệt độ phản ứng (°C)

Hình 3.27. Độ hấp thụ dầu của các mẫu talc
biến tínhbề mặt ở nhiệt độ khác nhau
Điều này cho biết rằng, mẫu bột talc biến tính bề mặt ở nhiệt độ 40°C cho khả năng
tương tác pha với chất nền hữu cơ tốt nhất. Các mẫu bột talc biến tính bề mặt ở 30°C và
60°C tuy có hàm lượng silan trên bề mặt khác nhau nhưng có độ hấp thụ dầu ngang nhau.
Mẫu bột talc biến tính ở nhiệt độ 90°C có hàm lượng silan thấp nhất nên có độ hấp thụ dầu
thấp nhất, tuy nhiên, nó vẫn cao hơn so với mẫu khơng được biến tính bề mặt. Điều này cho
thấy rằng với một hàm lượng hợp chất silan trên bề mặt thấp, tính chất của bề mặt hay khả
năng tương tác pha với chất nền cũng đã được cải thiện.
3.1.2.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến q trình biến tính bề mặt
Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng silan hóa khống talc được thực hiện
ở nồng độ hợp chất γ-metacryloxypropyltrimetoxysilan 2% và nhiệt độ 400C
a) Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến q trình biến tính bề mặt bằng phương
pháp phổ
Với thời gian phản ứng là 1 giờ (xem hình 3.29), trên phổ hồng ngoại của mẫu bột
talc biến tính đã thấy xuất hiện pic đặc trưng cho phân tử silan ở vùng 2900 cm-1. Tuy nhiên,
cường độ của pic đặc trưng này rất nhỏ, vì vậy cần tiếp tục tăng thêm thời gian phản ứng để
các phân tử silan tạo các liên kết hydro ổn định trong dung dịch.
Đã có sự tăng đáng kể cường độ của các pic đặc trưng cho phân tử silan khi tăng thời
gian phản ứng lên 2 giờ (xem hình 3.30). Tiếp tục tăng thời gian phản ứng lên 4 giờ (xem

9


hình 3.31). Có sự gia tăng cường độ các pic đặc trưng cho phân tử silan ở 2936 cm-1 và
1719 cm-1. Tuy nhiên sự gia tăng cường độ này so với trường hợp tăng thời gian phản ứng
từ 1 giờ lên 2 giờ là ít hơn.

Hình 3.29. Phổ FT-IR mẫu bột talc biến tính Hình 3.30. Phổ FT-IR mẫu bột talc biến tính
bề mặt trong thời gian 1 giờ
bề mặt trong thời gian 2 giờ
Khi tăng thời gian phản ứng lên trong khoảng 2-4 giờ, quá trình tạo liên kết hydro
trong dung dịch gần như đã ổn định khi cường độ các pic đặc trưng cho phân tử silan tăng
lên đáng kể.
b) Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến q trình biến tính bề mặt bằng phân
tích nhiệt
Bảng 3.4: Hàm lượng silan trên bề mặt bột talc biến tínhbề mặt ở thời gian khác nhau
Thời gian phản ứng (giờ)
0,5
1
2
4
8
Hàm lƣợng silan (%)
0,126 0,296 0,902 1,162 1,262
Thời gian phản ứng khoảng 4h cho hàm lượng silan trên bề mặt khống talc gần như
bão hịa với hàm lượng 1,162% do khi tăng thời gian phản ứng khá nhiều lên 8 giờ nhưng
hàm lượng hợp chất silan hấp phụ trên bề mặt khoáng talc chỉ tăng nhẹ lên 1,262%. Điều
này cho biết rằng thời gian phản ứng silan hóa bề mặt khống talc thích hợp là 4 giờ với
hàm lượng hợp chất silan trên bề mặt đạt 1,162%.
c) Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng biến tính bề mặt khống talc đến độ hấp thụ

dầu.
Có thể nhận thấy rằng khi tăng
thời gian phản ứng, hàm lượng hợp
chất silan trên bề mặt khống talc
tăng, do đó độ hấp thụ dầu tăng. Tuy
nhiên, quá trình tăng này chỉ tương
ứng ở thời gian phản ứng thấp, với
thời gian phản ứng cao hơn, khi hàm
lượng hợp chất silan tăng mạnh
nhưng độ hấp thụ dầu chỉ tăng nhẹ và
Hình 3.38. Độ hấp thụ dầu của các mẫu bột talc
đạt gia trị cao nhất 66 ml/100g ở thời
biến tính bề mặt với thời gian khác nhau
gian phản ứng 4h.
3.1.2.4. Ảnh hưởng của môi trường phản ứng đến q trình biến tính bề mặt bột talc
Theo một số nghiên cứu đã cho thấy rằng, các hợp chất silan thủy phân nhiều nhất
trong mơi trường có pH vào khoảng 4-5 [106]. Ở khoảng pH này, khả năng ngưng tụ của
10


các phân tử silan sau khi thủy phân cũng nhỏ nhất.
a) Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường phản ứng bằng phương pháp phổ hồng ngoại

Hình 3.39. Phổ FT-IR của mẫu bột talc biến Hình 3.40. Phổ FT-IR của mẫu bột talc biến
tính trong dung dịch được điều chỉnh pH
tính trong dung dịch không điều chỉnh pH
Rõ ràng ở đây, cường độ các vạch phổ đặc trưng cho phân tử silan ở 2939 cm -1 và
1724 cm-1 có sự suy giảm so với trường hợp bột talc biến tính bề mặt trong dung dịch silan
được điều chỉnh pH
b) Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường phản ứng bằng phương pháp phân tích nhiệt

Sự suy giảm khối lượng của mẫu bột talc biến tính bề mặt trong mơi trường khơng
được điều chỉnh pH ít hơn so với trong trường hợp dung dịch biến tính bề mặt có được điều
chỉnh pH. Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả chụp phổ hồng ngoại như đã khảo sát.
Với mẫu bột talc biến tính bề mặt trong dung dịch chứa 2% γ-MPTMS được điều chỉnh pH
có hàm lượng hợp chất silan trên bề mặt đạt 1,162% trong khi mẫu bột talc biến tính bề mặt
trong dung dịch khơng được điều chỉnh pH có hàm lượng hợp chất silan trên bề mặt là
0,902%. Hiệu suất của phản ứng biến tính bề mặt lớn hơn so với q trình biến tính bề mặt
trong dung dịch không được điều chỉnh pH.
c) Nghiên cưu ảnh hưởng của mơi trường phản ứng qua độ hấp thụ dầu
Có thể thấy ở đây độ hấp thụ
dầu chỉ có sự khác biệt giữa các mẫu
biến tính bề mặt và khơng biến tính
bề mặt. Giữa các mẫu có và khơng
điều chỉnh pH khơng có sự khác biệt
nhiều. Điều này cũng phản ánh đúng
giá trị phân tích nhiệt đã xác định
được ở trên. Các mẫu bột talc đều có
hàm lượng nhất định hợp chất silan
trên bề mặt. Sự có mặt các hợp chất
silan trên bề mặt khống talc đã thay
đổi đáng kể tính chất bề mặt của
chúng.

Hình 3.43. Độ hấp thụ dầu của mẫu khống talc
khơng điều chỉnh và điều chỉnh pH
3.1.2.5. Ảnh hưởng của q trình polyme hóa đến độ bền của lớp phủ silan

a) Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình polyme hóa bằng phương pháp phổ
11

Khơng có sự thay đổi nhiều về cường độ các vạch phổ đặc trưng cho phân tử silan
trên phổ đồ hồng ngoại của mẫu talc biến tính bề mặt được rửa giải sau q trình polyme
hóa. Tuy nhiên, với mẫu bột talc biến tính bề mặt được rửa giải trước khi thực hiện q trình
polyme hóa, gần như khơng thấy sự xuất hiện của các phân tử silan trên phổ đồ hồng ngoại.

Hình 3.44. Phổ FT-IR của mẫu bột talc biến Hình 3.46. Phổ FT-IR của mẫu bột talc biến
tính bề mặt được rửa giải sau q trình
tính bề mặt được rửa giải trước q trình
polyme hóa
polyme hóa
b-Nghiên cưu ảnh hưởng của q trình polyme hóa bằng phương pháp phân tích nhiệt
Với mẫu bột talc được rửa giải sau quá trình polyme hóa, hàm lượng hợp chất silan
cịn lại trên bề mặt khoáng talc là 0,705% so với hàm lượng 1,132% hàm lượng silan nếu
khơng rửa giải. Trong khi đó, nếu mẫu khống talc được rửa giải trước q trình polyme
hóa thì hàm lượng silan cịn lại trên bề mặt khoáng talc chỉ là 0,204%.
3.1.2.6. Ảnh hưởng của hợp chất silan khác nhau đến q trình biến tính bề mặt khống talc
a) Biến tính bề mặt bột talc bằng các hợp chất silan khác nhau

Hình 3.49. Phổ FT-IR của talc biến tính
bề mặt với γ-APTMS

Hình 3.51. Phổ FT-IR của talc biến tính
bề mặt với γ-MPTMS

Trên phổ đồ hồng ngoại của mẫu talc biến tính bằng γ-APTMS ta thấy có píc hấp thụ
3418,43 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết N-H. Píc dao động hóa trị của các
liên kết C-H no ở vùng 2934,25 cm-1và 2860 cm-1 trong phân tử silan.
Phổ FT-IR của mẫu bột talc biến tính bề mặt bằng γMetacryloxypropyltrimethoxysilan (γ-MPTMS). Băng sóng hấp thụ ở vùng 2900 cm-1 đặc
trưng cho liên kết C-H bão hịa. Băng sóng hấp thụ có đỉnh nhọn ở 1720 cm-1 đặc trưng cho

dao động hóa trị của liên kết C=O trong phân tử silan. Ngồi ra ta cịn thấy băng sóng hấp
thụ yếu ở khoảng 1650 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=C.
12


Phổ FT-IR của mẫu bột talc biến tính bề mặt
bằng hợp chất vinyl silan có các píc đặc trưng
của liên kết C-H không no ở khoảng 3040 cm1
. Dao động hóa trị của liên kết C=C ở 1627
cm-1.
Hình 3.52. Phổ FT-IR của talc biến tính
bề mặt với VTMS
b) Độ hấp thụ dầu của các mẫu bột talc biến tính bề mặt

Độ hấp thụ dầu
(ml/100g)

80
60

55

61

62

Trong đó:
1- Mẫu bột talc ban đầu
2- Bột talc biến tính bề mặt với
aminosilan

3- Bột talc biến tính bề mặt với
metacryl silan
4- Bột talc biến tính bề mặt với vinyl
silan

69

40
20
0
1

2
3
Mẫu bột talc

4

Hình 3.53. Độ hấp thụ dầu của các mẫu bột talc biến
tính bề mặt bằng hợp chất silan khác nhau
Chúng tơi nhận thấy đã có sự gia tăng độ hấp thụ dầu của các mẫu bột talc biến tính
bề mặt so với mẫu ban đầu. Mẫu bột talc được biến tính bề mặt bằng aminosilan cũng có độ
hấp thụ dầu cao hơn đáng kể so với mẫu bột talc ban đầu.
3.2. Nghiên cứu khả năng gia cƣờng của khoáng talc cho cao su
3.2.1. Nghiên cứu khả năng gia cường của khoáng talc cho cao su thiên nhiên
3.2.1.1. Ảnh hưởng của khống talc chưa biến tínhbề mặt tới tính chất cơ lý của CSTN.
Bảng 3.6: Ảnh hưởng hàm lượng khống talc chưa biến tính bề mặt
tới tính chất cơ lý vật liệu CSTN
Mẫu thử
Hàm lượng

Độ bền kéo Độ dãn dài
nghiệm
talc (pkl)
(MPa)
khi đứt (%)
T0
0
16
700
T10
10
17
669
T20
20
21
650
T30
30
22
615
T50
50
20
560
Bột talc có khả năng làm chất độn gia cường độ bền kéo đứt cho CSTN. Khi hàm
lượng bột talc là 30 pkl, mẫu có độ bền kéo đứt đạt giá trị cực đại (22 MPa), tăng gần 40%
so với mẫu cao su ban đầu. Khi đó, độ dãn dài khi đứt có suy giảm song còn giá tri tương
13

đối cao (615%). Trên cơ sở đó chúng tơi lựa chọn hàm lượng bột talc là 30 pkl để khảo sát
tiếp
3.2.1.2. Ảnh hưởng của q trình biến tính bề mặt khống talc đến tính chất cơ lý của vật
liệu CSTN
Chúng tơi đã tiến hành nghiên cứu biến tính bề mặt khoáng talc bằng 3 loại hợp chất
silan khác nhau. Các hợp chất silan này đều có những tương tác hóa học hoặc vật lý khác
nhau đối với nền cao su thiên nhiên. Trong phần này, chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của
các hợp chất biến tính bề mặt đến tính chất của vật liệu nhằm xác định hợp chất biến tính
phù hợp cho CSTN.
Bảng 3.7: Ảnh hưởng hàm lượng khống talc biến tính bề mặt
tới tính chất cơ lý vật liệu CSTN
Tên mẫu
Hàm lượng Độ bền kéo
Độ dãn
bột talc
(MPa)
dài khi đứt
(pkl)
(%)
T0
0
16
700
T30
30
22
699
T2A30
30

23
661
T2Mc30
30
21
558
T2S30
30
21
688
Trong đó: T0: Mẫu CSTN khơng chứa chất độn; T3: Mẫu CSTN chứa 30 pkl talc ban
đầu; T2A30: Mẫu CSTN chứa 30 pkl talc biến tínhbằng aminosilan; T2Mc30: Mẫu CSTN
chứa 30 pkl talc biến tính bằng mecaptosilan; T2S30: Mẫu CSTN chứa 30 pkl talc biến
tínhbằng Si69.
Tất cả các khống talc được biến tính bề mặt đều có tác dụng gia tăng độ bền kéo đứt
cho vật liệu CSTN, trong đó vật liệu được gia cường talc biến tính bằng aminosilan có độ
bền kéo đứt lớn hơn cả, đạt giá trị 23 MPa.
3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng khoáng talc biến tính bề mặt bằng aminosilan đến tính
chất CSTN
Bảng 3.8: Tính chất của vật liệu CSTN chứa hàm lượng khoáng talc
biến tínhbề mặt bằng aminosilan
Hàm lượng Độ bền kéo
Độ dãn dài
Độ dãn Độ cứng
Tên mẫu
talc T2A
(MPa)
khi đứt (%)
dư (%) (ShoreA)
(pkl)

0
16
700
T0
8
55
10
20
626
T2A10
13
60
20
22
578
T2A20
20
62
30
23
561
T2A30
24
65
50
22
443
T2A50
28
68

14


Khi tăng hàm lượng bột talc trong khoảng từ 0-30 pkl, độ bền kéo đứt của vật liệu
tăng và đạt giá trị cao nhất ở 30 pkl (23 MPa). Khi tiếp tục tăng hàm lượng bột talc lên 50
pkl, độ bền kéo đứt của vật liệu bắt đầu suy giảm. Ở đây có thể thấy rằng, với hàm lượng 30
pkl bột talc biến tính bề mặt bằng aminosilan đã tạo ra được sự đồng đều nhất về cấu trúc
cũng như sự liên kết bền vững hơn giữa các mạch phân tử của CSTN
3.2.2. Nghiên cứu khả năng gia tăng độ kháng mịn của khống talc cho cao su blend P70K
3.2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng than đen đến tính chất của cao su blend
P70K
Bảng 3.9: Tính chất của vật liệu cao su P70K chứa hàm lượng than đen
Hàm lượng Độ bền
Độ mài mòn Độ dãn dài
Độ cứng
Tên mẫu
than đen
kéo
3
(cm /1,61km) khi đứt (%) (Shore A)
(PKL)
(MPa)
CB20
20
23,197
0,089
572,76
73
CB35
35

24,972
0.069
515,043
79
CB50
50
25
0,061
438,499
85
CB65
65
20,985
0,157
318,683
92
CB80
80
19,495
---221,708
94
Than đen đã có tác dụng gia tăng độ bền cơ học của vật liệu P70K. Tuy nhiên hàm
lượng tối ưu của than đen là 50 PKL, ở hàm lượng này độ bền kéo đứt đạt giá trị cực đại 25
MPa. Ở 50 PKL, mẫu vật liệu cho độ bền kéo tốt nhất. Khi tăng hàm lượng than đen từ 20
PKL tới 50 PKL, độ mài mòn của vật liệu giảm dần, hai mẫu CB35 và CB50 có độ mài mịn
thấp nhất.
3.2.2.1. Ảnh hưởng của khống talc tới tính chất vật liệu cao su blend P70K
Bảng 3.10: Ảnh hưởng khoáng talc đến độ bền kéo đứt vật liệu

Tên mẫu

CB50
CB50.1B
CB50.3B
CB50.5B
CB50.10B
CB50.15B

Hàm lƣợng
than đen
(pkl)
50
49
47
45
40
35

Hàm lƣợng
bột talc
(pkl)
0
1
3
5
10
15

Độ bền
kéo
(MPa)

25
23,54
23,81
25,16
22,03
21,53

Độ dãn dài
khi đứt
(%)
363
402,53
430,42
432,08
457,69
477,86

Khi thay 1, 3, 5, 10 và 15 pkl than đen bằng lượng bột talc B đã biến tính bề mặt bằng
aminosilan độ bền kéo của các mẫu ban đầu có giảm hơn mẫu CB50 nhưng sau đó đạt cực đại
ở mẫu CB505B, khi tiếp tục thay than đen bằng bột talc độ bền kéo của mẫu suy giảm.
3.2.2.3. Ảnh hưởng kích thước hạt khống talc đến tính chất vật liệu cao su P70K
Mẫu cao su không chứa bột khống talc (CB50) có độ mài mịn ở giá trị rất thấp. Chỉ
có mẫu CB50.5A (độ mài mịn 0,041cm3/1,61km) là mẫu cao su có chứa bột khống talc có
15


kích thước trung bình của hạt nhỏ nhất mới có độ mài mòn thấp hơn mẫu CB50 (độn mài
mòn 0,061cm3/1,61km).
Bảng 3.11: Ảnh hưởng kích thước hạt khống talc đến độ tính chất vật liệu
Kính thước

Tên mẫu trung bình
talc (µm)
CB50.5T
6,4740
CB50.5B
6,4740
CB50.5C
17,4378
CB50.5A
4,9961

Hàm lượng
bột talc
(PKL)
5
5
5
5

Độ bền
kéo
(MPa)
23,5
25,16
21,12
25,2

Độ giãn
dài khi
đứt (%)

436,62
432,08
420,07
388,9

Độ mài mòn
(cm3/1,61km)

Độ cứng
(ShoreA)

-0,09
0,105
0,041

-86
86
86

3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của khoáng talc đến khả năng bảo vệ của màng phủ
3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của khoáng talc đến khả năng bảo vệ của màng phủ epoxy
3.3.2.1. Xác định tỷ lệ hàm lượng chất đóng rắn/epoxy bằng phổ FT-IR
Ở đây nhận thấy rằng, Mẫu M-I và M-II phản ứng đóng rắn nhựa epoxy chưa hồn
tồn, độ chuyển hóa mới chỉ đạt 77 và 86% tương ứng. Các mẫu M-III, M-IV và M-V đã có
độ chuyển hóa nhóm epoxy 100%. Từ mẫu M-III phản ứng đóng rắn epoxy đã xảy ra hồn
tồn. Tỷ lệ chất đóng rắn là 20/100 so với hàm lượng epoxy của mẫu M-III được lựa chọn
để chế tạo mẫu màng phủ trong các nội dung nghiên cứu tiếp theo của đề tài.
Bảng 3.12: Thành phần các mẫu màng phủ epoxy
Hàm lƣợng (g)
Thành phần

M-0
M-I
M-II
M-III
Epoxy YD-011X75
100
100
100
100
KINGMIDE 315-L
0
10
15
20

M-IV
100
25

M-V
100
30

Bảng 3.13: Độ chuyển hóa nhóm epoxy của các mẫu màng phủ epoxy
Tên mẫu
M-I
M-II
M-III
M-IV
M-V

Hàm lƣợng
Đóng rắn (g)/100g epoxy
10
15
20
25
30

Độ chuyển hóa
%
77
86
100
100
100

3.3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chất biến tính bề mặt
a) Khảo sát bằng phương pháp điện hóa
Để khảo sát ảnh hưởng của tác nhân biến tínhbề mặt đến tính chất điện hóa của màng
phủ epoxy, đề tài đã sử dụng 2 loại bột talc được biến tính bằng -APTMS và -MPTMS kết
hợp với bột talc khơng biến tính. -APTMS và -MPTMS là 2 loại tác nhân kết nối silan đặc
trưng, có giá thành hợp lý, có độ ngấm dầu đủ cao. Màng phủ epoxy được ký hiệu là epoxy16


T2A, epoxy-T2Mt và epoxy-talc, có thành phần bột talc được biến tính bề mặt bằng APTMS và -MPTMS và khơng biến tính bề mặt tương ứng, với cùng hàm lượng 30%.
10

11

10

10

epoxy 2A

10
2

9

10

8

10

7

10

6

10

5

Epoxy-T2A
epoxy 2MT
Epoxy-T2Mt

epoxy talc
Epoxy-talc

Rf (Ω.cm )

0

10

20

30

40

Thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% (ngày)

Hình 3.68. Điện trở màng của các màng phủ epoxy có các bột talc biến tính và khơng
biến tính bề mặt ngâm trong dung dịch NaCl 3%
b) Khảo sát bằng phổ IR
Bảng 3.14: Độ chuyển hóa nhóm epoxy của các lớp phủ có bột talc khác nhau
Mẫu

Độ chuyển hóa, %

Epoxy-talc

0

Epoxy-T2A

4.8

Epoxy-T2Mt

2.1

Kết quả cho thấy rằng, bột talc khơng có ảnh hưởng đến phản ứng đóng rắn epoxy.
Bột talc biến tính bề mặt bằng các hợp chất silan đã có ảnh hưởng tới q trình đóng rắn
epoxy. Trong đó aminosilan đã làm cho hàm lượng nhóm epoxy giảm thiểu tới 4,8%. Có thể
khẳng định rằng các nhóm amin của silan trên bề mặt bột talc đã tham gia phản ứng với
nhóm epoxy. Metacryl silan trên bề mặt khống talc có làm suy giảm hàm lượng epoxy
song khơng nhiều.
3.3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng khống talc đến tính chất lớp phủ
a) Nghiên cứu ảnh hưởng của bột talc đến tính chất điện hóa màng phủ epoxy
Bảng 3.15: Hàm lượng bột talc trong các mẫu lớp phủ
Mẫu
% Bột talc
M0
0
M1
10
M2
20
M3
30
17


Để nghiên cứu chế tạo màng phủ chứa bột talc, chúng tôi tiến hành chế tạo 4 mẫu

chứa hàm lượng bột talc T2A khác nhau. Mẫu trắng được ký hiệu là M0, các mẫu có chứa
10, 20, 30% bột khống talc T2A được ký hiệu bằng M1, M2, M3 tương ứng.

Phần ảo (Ω.cm2)

Ta thấy sau 1 giờ ngâm trong dung dịch NaCl 3 % phổ tổng trở của mẫu M0, M1 và
M3 được đặc trưng bởi 2 cung trong khi phổ tổng trở của mẫu M2 chỉ có 1 cung. Cung thứ
nhất ở tần số cao, đặc trưng cho các tính chất của màng phủ, cung thứ hai ở tần số thấp đặc
cho các qua trình ăn mịn trên bề mặt thép. Điều này cho thấy, với mẫu M2 chất điện li
chưa thẩm thấu đến bề mặt kim loại, trong khi với 3 mẫu còn lại chất điện li đã ngấm qua
màng phủ đến bề mặt kim loại.

Phần thực (Ω.cm2)

Phần ảo (Ω.cm2)

Hình 3.72. Phổ tổng trở của màng phủ sau 1 giờ ngâm trong dung dịch NaCl 3%

Phần thực (Ω.cm2)

Hình 3.73. Phổ tổng trở của màng phủ sau 2 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3%
18


Phần ảo (Ω.cm2)

Phần thực (Ω.cm2)

Hình 3.74. Phổ tổng trở của màng phủ sau 7 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3%
Khi thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% tăng lên 2 ngày giá trị tổng trở của các

mẫu đều giảm. Giá trị tổng trở của mẫu M2 cao hơn 3 mẫu còn lại.
Sau 7 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3 %, dạng phổ tổng trở của các mẫu M0, M1
và M3 giống nhau và có 2 cung. Phổ tổng trở của mẫu M2 vẫn chỉ có 1 cung ở tần số cao.
Như vậy thấy mẫu M2 có khả năng che chắn và bảo vệ cao hơn các mẫu còn lại.
b) Nghiên cứu ảnh hưởng của bột talc đến tính chất cơ lý màng phủ epoxy
Bảng 3.16: Tính chất cơ học của màng phủ epoxy
Độ bám
Độ bền
Độ bền
Độ cứng
Mẫu dính dính va đập
uốn (mm) tƣơng đối
(N/mm2)
(kg.cm)
M0
2,6
200
1
0,26
M1
2,7
200
1
0,27
M2
3,0
>200
1
0,29
M3

3,2
190
1
0,32
Tính chất cơ lý của màng phủ được thể hiện trên bảng 3.16. Kết quả cho thấy, độ
bám dính và độ cứng của màng phủ epoxy tăng khi hàm lượng bột talc tăng. Như vậy, sự có
mặt của bột talc biến tính đã có tác dụng tăng độ bám dính của màng phủ epoxy. Sự tăng độ
bám dính có thể được giải thích do tác dụng của tác nhân liên kết silan trong bột talc biến
tính. Độ bền uốn của mẫu vật liệu khơng đổi khi hàm lượng bột talc tăng. Trong khi đó, độ
bền va đập của màng phủ đạt giá trị cao nhất ở hàm lượng bột talc là 20%.
3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của talc trong lớp phủ phồng nở chống cháy
3.3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng khoáng talc đến độ phồng nở lớp phủ
19


Sau khi nung ở 800oC, các mẫu đều phồng nở. Mẫu D1 tạo thành lớp than xốp, dễ
vỡ. Lớp than tạo thành của mẫu D2, D3, D4, D5, D4-T2A xốp, cứng và giữ được hình khối.
Mẫu TQ sau khi nung ở 800oC cháy vụn. Kết quả cho thấy, hệ lớp chống cháy của đề tài có
khả năng phồng nở và chịu nhiệt tốt; khi có mặt của talc, khả năng phồng nở tạo lớp than
được cải thiện đáng kể cả về độ xốp, độ cứng và độ phồng nở.

Độ phồng nở (lần)

8

4

6.1

5.8

6
3.9

4.6

5

4.7

2
0

D1 (0%
talc)

D2 (5% D3 (10% D4 (15% D5 (20% D4-T2A
talc)
talc)
talc)
talc)
(15%
Hàm lƣợng talc (%)
talc)

Hình 3.79. Mức độ phồng nở của các mẫu với hàm lượng talc thay đổi
3.3.2.2. Ảnh hưởng của khống talc đến cấu trúc hình thái lớp than phồng nở

Hình 3.80. Ảnh SEM của mẫu D1

Hình 3.81. Ảnh SEM của mẫu D4

Hình 3.82. Ảnh SEM của mẫu D4-T2A
Quan sát cấu trúc hình thái của lớp than sau khi nung cho thấy rằng, lớp phủ khơng
chứa chất độn khống gần như khơng có sự xuất hiện của các lỗ trống của cấu trúc xốp kín,
20


trong khi các mẫu lớp phủ có chứa khống talc có cấu trúc xốp với rất nhiều các lỗ trống
được hình thành (hình 3.80 và 3.81).
3.3.2.3. Tính chất nhiệt của hệ sơn chống cháy có sử dụng bột khống talc
Q trình phân hủy nhiệt của các vật liệu thơ APP, PER và MEL sử dụng trong
nghiên cứu này được thể hiện trên hình 3.59. Kết quả cho thấy APP bắt đầu phân hủy ở trên
250°C, giải phóng NH3 và H2O. PER bắt đầu nóng chảy và phân hủy trong khoảng nhiệt độ
từ 170 – 320°C. Do nhiệt độ phân hủy của APP và PER ở trong cùng khoảng nhiệt độ nên
chúng có thể phản ứng với nhau hình thành lớp than. MEL bắt đầu phân hủy ở 250°C giải
phóng khí NH3, vì vậy có thể thổi lớp than cacbon hình thành bởi APP và PER để tạo ra lớp
than phồng nở.

Hình 3.85. Giản đồ phân tích nhiệt của APP, PER, MEL
Khống talc có khối lượng cịn lại sau khi nung ở 1000°C là trên 95%. Điều này cho
thấy rằng talc có điểm chảy rất cao, ngồi ra, việc sử dụng talc làm chất độn cịn giúp cho
lớp phủ có khả năng chống oxi hóa tốt và tăng cường khả năng chậm cháy của lớp phủ.
Hình 3.60, 3.61 và 3.62 thể hiện các giản đồ phân tích nhiệt cho các lớp phủ được
nghiên cứu trong đề tài. Giản đồ TG của các mẫu D1, D4 và D4-T2A, có nhiệt độ phân hủy
mạnh nhất trong khoảng 328°C-340°C bởi quá trình phân hủy và hình thành lớp than phồng
nở của các thành phần chậm cháy APP, PER và MEL. Hiệu ứng của quá trình này là thu
nhiệt.

Hình 3.86. Giản đồ phân tích nhiệt TGA

mẫu D1

Hình 3.87. Giản đồ phân tích nhiệt TGA
mẫu D4

21


Hình 3.88. Giản đồ phân tích nhiệt TGA
mẫu D4-T2A

Bảng 3.18: So sánh nhiệt độ phân hủy mạnh nhất và % khối lượng
còn lại của các mẫu D1, D4 và D4-T2A sau q trình nâng nhiệt đến 850oC
Kí hiệu
Nhiệt độ phân hủy
Khối lƣợng còn lại
o
mẫu
mạnh nhất ( C )
(%)
D1
328,6
30,67
D4
337,1
44,31
D4-T2A
339,3
44,5
Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của mẫu có D4 có chứa 15% khống talc cao hơn rất

nhiều mẫu D1 khơng sử dụng khống talc, điều này chứng tỏ khống talc có tác dụng làm
tăng độ bền nhiệt của lớp phủ phồng nở.
Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của mẫu D4-T2A sử dụng khống talc biến tính bề mặt
cao hơn mẫu có chứa khống talc khơng biến tínhbề mặt D4 chứng tỏ hiệu quả cũng như
ảnh hưởng của q trình biến tínhbề mặt đến khả năng bền nhiệt của vật liệu.
3.3.2.4. Khảo sát khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn UL 94:
Bảng 3.19: Kết quả đo khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn UL 94 của 5 mẫu D1, D2, D3,
D4 và D5
Kí
Thời gian cháy
Vận tốc cháy
Hiện tượng
Kết quả
hiệu
(s)
(mm/phút)
Cháy đến kẹp, khơng có giọt
D1
250s
18
Đạt
chảy xuống
Cháy đến kẹp, khơng có giọt
D2
330s
13,6
Đạt
chảy xuống
Cháy đến kẹp, khơng có giọt
D3

330s
13,6
Đạt
chảy xuống
120s (thời gian cháy Tự tắt cháy trước vạch 2,5 cm
D4 sau khi bỏ ngọn lửa là 0,5 cm. Khơng có giọt chảy
Đạt
mồi đến tắt)
xuống.
186s (thời gian cháy Tự tắt cháy sau vạch 2,5 cm là
D5 sau khi bỏ ngọn lửa 0,5 cm. Khơng có giọt chảy
Đạt
mồi đến tắt)
xuống.
Từ bảng 3.15, ta thấy 5 mẫu D1, D2, D3, D4 và D5 đều đạt chống cháy theo tiểu
chuẩn UL 94 ở mức độ HB. Trong đó, mẫu D4 và D5 có khả năng tự tắt cháy, mẫu D4 tự tắt
cháy trước vạch 2,5cm là 0,5cm. Mẫu D5 tự tắt cháy sau vạch 2,5cm là 0,5cm. Mẫu D1, D2,
22


và D3 cháy đến kẹp, xong tốc độ cháy vẫn nhỏ hơn tốc độ cháy tiêu chuẩn (6mm/phút)
nhiều lần, tốc độ cháy giảm khi hàm lượng talc tăng. Điều đó chứng tỏ, khi tăng hàm lượng
talc, khả năng chống cháy của lớp phủ phồng nở tăng, và đạt tốt nhất với mẫu D4.
Bảng 3.20: Kết quả đo khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn UL 94 của mẫu
t1 t1+t2 Giọt rơi Cháy đến Phân
TT Tên mẫu
(s)
(s)
xuống
k p

loại
1 D4
14,3 145,3
khơng
có
HB
2 D4 - T2A
9,4 15,1
không
không
V-0
Kết quả kiểm tra vật liệu theo tiêu chuẩn UL 94 cho thấy rằng hợp phần lớp phủ D4T2A có chứa bột talc biến tính bề mặt có khả năng bắt cháy được cải thiện đáng kể so với
hợp phần chứa bột talc khơng được biến tínhbề mặt
- Khảo sát khả năng chậm cháy theo phương pháp LOI
Bảng 3.21: Kết quả đo khả năng chống cháy theo LOI
TT
Tên mẫu
LOI( %)
Phân loại
1 D4
28,1
Tự dập lửa
2 D4 - T2A
28,9
Tự dập lửa
KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu rút ra các kết luận như sau:
1. Talc có cấu trúc dạng phiến, tỷ lệ hình học cao, khơng bị phân hủy ở nhiệt độ dưới
8000C. Khống talc có thể sử dụng để làm bột độn cho các vật liệu polyme làm việc ở
nhiệt độ cao, nhất là cho các loại sơn chịu nhiệt. Biến tính bề mặt talc bằng γ-MPTMS

cho thấy rằng, điều kiện phản ứng tối ưu xảy ra trong dung dịch 2% γ-MPTMS/etanol
nước được điều chỉnh pH=5, ở nhiệt độ 40°C, thời gian kéo dài 4 giờ. Polyme hóa được
thực hiện khi sấy ở nhiệt độ 60°C trong 8 giờ. Hàm lượng γ-MPTMS được hấp phụ trên
bề mặt talc đạt giá trị 1,132 %.
2. Talc khơng biến tính bề mặt cũng có thể sử dụng làm chất độn cho CSTN, gia tăng đáng
kể tính chất cơ, nhất là độ bền kéo đứt. Hàm lượng talc tối ưu để làm chất độn cho CSTN
là 30 %. Tuy nhiên, khoáng talc biến tính bề mặt bằng aminosilan có tác dụng xúc tiến
q trình lưu hóa, làm cho q trình lưu hóa triệt để hơn, tăng độ bền kéo đứt của vật liệu
CSTN. Khi thay 5 pkl than đen bằng 5 pkl bột talc, mẫu vật liệu cao su blend P70K có độ
bền kéo cao nhất (25,2 MPa), độ mai mòn thấp nhất (0,041 cm3/1,61 km), vật liệu phù
hợp để chế tạo bạc trượt cho trục động cơ.
3. Hàm lượng bột talc 20 % cho màng phủ epoxy có khả năng bảo vệ chống ăn mịn cao
nhất. Sự có mặt của bột talc khơng ảnh hưởng đến q trình đóng rắn màng epoxy. Bột
talc biến tính bề mặt bằng -APTMS tham gia phản ứng với epoxy, gia tăng các tính chất
của lớp phủ, đặc biệt là khả năng bảo vệ thông qua giá trị điện trở màng. Bột talc có tác
dụng tăng độ bám dính của màng epoxy, ít ảnh hưởng đến độ bền va đập của màng phủ.
Khống talc có khả năng gia tăng độ phồng nở của lớp phủ phồng nở chống cháy, độ bền
vững của lớp than hóa. Lớp than hóa cịn có khả năng cản nhiệt, cách nhiệt tốt hơn.
23