NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU POLYME BẰNG KHOÁNG TALC BIẾN TÍNH HỮU CƠ
Khoa học Vật liệu
Luận án này tập trung vào "Nghiên cứu nâng cao tính chất của một số vật liệu polyme bằng khoáng talc biến tính hữu cơ". Khoáng talc (Mg3Si4O10(OH)2), một khoáng chất silicat với cấu trúc tinh thể dạng phiến và tính chất hóa học bề mặt đặc thù, 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, công nghiệp thực phẩm, và hóa mỹ phẩm. Tuy nhiên, Việt Nam, dù có mặt trên bản đồ khoáng talc thế giới, vẫn chưa khai thác và sử dụng hiệu quả loại khoáng chất này.
Mục tiêu chính 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, đồng thời sử dụng khoáng talc gia cường tính chất vật liệu polyme, cụ thể là cao su thiên nhiên và blend cao su NBR/PVC, cũng như tăng khả năng bảo vệ và phồng nở chống cháy của lớp phủ trên cơ sở nhựa epoxy.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khoáng talc có cấu trúc dạng phiến, tỷ lệ hình học cao và bền vững ở nhiệt độ dưới 800°C, phù hợp làm bột độn cho vật liệu polyme làm việc ở nhiệt độ cao. Quá trình biến tính bề mặt talc bằng y-MPTMS đạt hiệu quả tối ưu trong dung dịch 2% γ-MPTMS/etanol nước, pH=5, ở 40°C trong 4 giờ, sau đó sấy 60°C trong 8 giờ, đạt hàm lượng 1,132% y-MPTMS hấp phụ.
Khi ứng dụng, talc chưa biến tính bề mặt có khả năng gia cường đáng kể tính chất cơ học, đặc biệt là độ bền kéo đứt của cao su thiên nhiên, với hàm lượng tối ưu 30 pkl. Việc biến tính talc bằng aminosilan còn xúc tiến quá trình lưu hóa, giúp tăng độ bền kéo đứt lên 23 MPa. Đối với cao su blend P70K, việc thay thế 5 pkl than đen bằng 5 pkl bột talc biến tính đã tạo ra vật liệu có độ bền kéo cao nhất (25,2 MPa) và độ mài mòn thấp nhất (0,041 cm³/1,61 km), phù hợp cho bạc trượt.
Trong ứng dụng màng phủ epoxy, hàm lượng 20% bột talc mang lại khả năng bảo vệ chống ăn mòn cao nhất. Bột talc biến tính bằng y-APTMS tham gia phản ứng với epoxy, cải thiện tính chất lớp phủ và khả năng bảo vệ qua điện trở màng, đồng thời tăng độ bám dính và ít ảnh hưởng đến độ bền va đập. Đặc biệt, khoáng talc còn tăng độ phồng nở và độ bền vững của lớp than hóa trong lớp phủ chống cháy, cải thiện khả năng cản nhiệt.
Luận án đã lần đầu tiên nghiên cứu có hệ thống về talc vùng Thanh Sơn, Phú Thọ, góp phần định hướng ứng dụng khoáng talc trong công nghệ vật liệu polyme và khuyến khích chế biến sâu loại khoáng sản này.