I. Tổng quan
Nghiên cứu chế tạo màng phủ từ oligomer urethane và silica biến tính tập trung vào việc phát triển một hệ thống màng phủ có khả năng chống trầy xước và kháng mài mòn cho nhựa PMMA và PC. Màng phủ này được thiết kế để đóng rắn bằng tia tử ngoại, nhằm tạo ra một lớp bảo vệ hiệu quả cho các sản phẩm nhựa trong suốt. Silica được tổng hợp từ tro bay, một nguồn nguyên liệu có sẵn, và được biến tính để cải thiện tính chất cơ lý của màng phủ. Việc sử dụng silica biến tính không chỉ giúp tăng cường độ cứng mà còn cải thiện khả năng chịu mài mòn của màng phủ, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng thực tiễn. Theo báo cáo, màng phủ có độ cứng tối đa đạt được là 12N khi kết hợp với 3% silica biến tính.
1.1. Màng phủ đóng rắn bằng tia tử ngoại
Hệ tạo màng phủ đóng rắn bằng tia tử ngoại thường bao gồm nhựa nền, chất pha loãng, chất khơi mào quang hóa và các phụ gia khác. Nhựa nền là yếu tố quyết định tính chất của màng phủ, với các loại nhựa như polyurethane và polyester acrylate thường được sử dụng. Các chất khơi mào quang hóa có vai trò quan trọng trong việc tạo ra gốc tự do khi hấp thụ tia UV, từ đó kích thích quá trình polymer hóa. Hệ thống này cho phép tạo ra màng phủ với độ bền cao và khả năng chống lại các tác động bên ngoài, phục vụ cho nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống.
1.2. Tính chất và ứng dụng của silica
Silica đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất cơ lý của màng phủ. Tính chất vật lý của silica, bao gồm kích thước hạt và cấu trúc bề mặt, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của màng phủ. Nghiên cứu cho thấy rằng việc biến tính silica với vinyltrimethoxysilane giúp tạo ra các hạt silica có khả năng phân tán tốt hơn trong dung môi, từ đó nâng cao tính đồng nhất và khả năng tương tác của màng phủ. Ứng dụng của màng phủ này không chỉ giới hạn trong ngành công nghiệp nhựa mà còn có thể mở rộng sang các lĩnh vực như điện tử và xây dựng, nơi yêu cầu cao về độ bền và tính thẩm mỹ.
II. Phương pháp nghiên cứu
Quá trình nghiên cứu được chia thành bốn giai đoạn chính: tổng hợp silica từ tro bay, biến tính silica bằng phương pháp nghiền bi, tổng hợp oligomer urethane methacrylate, và cuối cùng là chế tạo màng phủ. Silica được tổng hợp từ tro bay nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 1, với kích thước hạt được kiểm soát để đạt được các đặc tính mong muốn. Biến tính silica với vinyltrimethoxysilane giúp tạo ra các hạt silica có nhóm vinyl trên bề mặt, từ đó tăng cường khả năng tương tác với oligomer. Quá trình tổng hợp oligomer urethane được thực hiện với tỷ lệ chính xác của các thành phần để đảm bảo độ chuyển hóa cao và chất lượng sản phẩm cuối cùng. Các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại Fourier và phân tích nhiệt trọng lượng được sử dụng để đánh giá tính chất của các vật liệu đã tổng hợp.
2.1. Tổng hợp silica từ tro bay
Tổng hợp silica từ tro bay được thực hiện qua các bước làm sạch và kết tủa. Phân tích thành phần hóa học của tro bay cho thấy hàm lượng SiO2 cao, điều này cho phép thu được silica với độ tinh khiết cao. Quá trình này không chỉ giúp tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có mà còn góp phần vào việc giảm thiểu chất thải từ các nhà máy nhiệt điện. Kết quả cho thấy silica thu được có kích thước hạt đồng đều và có khả năng tương tác tốt với các thành phần khác trong hệ tạo màng.
2.2. Biến tính silica bằng phương pháp nghiền bi
Biến tính silica là bước quan trọng trong quá trình chế tạo màng phủ. Phương pháp nghiền bi được áp dụng để tạo ra các hạt silica nhỏ hơn, có khả năng phân tán tốt hơn trong dung môi. Thời gian nghiền bi và hàm lượng rắn của silica là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm cuối cùng. Kết quả khảo sát cho thấy rằng việc tăng thời gian nghiền bi dẫn đến sự gia tăng hàm lượng hữu cơ trên bề mặt hạt silica, điều này giúp cải thiện khả năng tương tác của silica với oligomer urethane trong quá trình chế tạo màng phủ.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng màng phủ chế tạo từ oligomer urethane và silica biến tính có độ cứng và khả năng kháng mài mòn cao. Đặc biệt, độ cứng Erichsen của màng phủ tăng lên khi có sự hiện diện của silica biến tính, cho thấy sự tương tác tích cực giữa các thành phần trong hệ tạo màng. Chỉ số mài mòn cũng giảm đáng kể khi thêm silica, chứng tỏ tính hiệu quả của phương pháp chế tạo này. Những kết quả này không chỉ góp phần vào việc phát triển các sản phẩm nhựa có độ bền cao mà còn mở ra cơ hội cho việc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
3.1. Đánh giá tính chất cơ lý của màng phủ
Các chỉ tiêu như độ cứng, chỉ số mài mòn và độ truyền quang của màng phủ được đánh giá thông qua các thử nghiệm tiêu chuẩn. Kết quả cho thấy rằng màng phủ có thể đạt được độ cứng tối đa là 12N và chỉ số mài mòn giảm xuống còn 17,33 mg/1000 vòng khi có 3% silica biến tính. Điều này chứng tỏ rằng việc bổ sung silica không chỉ cải thiện tính chất cơ lý mà còn nâng cao khả năng bảo vệ cho các sản phẩm nhựa trong suốt.
3.2. Ứng dụng thực tiễn của màng phủ
Màng phủ chế tạo từ oligomer urethane và silica biến tính có thể được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm nhựa như kính, cửa sổ máy bay và các thiết bị quang học khác. Khả năng chống trầy xước và mài mòn của màng phủ giúp kéo dài tuổi thọ sử dụng của sản phẩm, đồng thời duy trì tính thẩm mỹ. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị về mặt lý thuyết mà còn mang lại lợi ích thiết thực cho ngành công nghiệp sản xuất nhựa.
