Nghiên cứu chế tạo compozit chống cháy trên nền polyolefin và epoxy sử dụng phụ gia cấu trúc nano

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- HẮC THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO COMPOZIT CHỐNG CHÁY TRÊN NỀN POLYOLEFIN VÀ EPOXY SỬ DỤNG PHỤ GIA CẤU TRÚC NANO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT HÀ NỘI – 2026 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- HẮC THỊ NHUNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO COMPOZIT CHỐNG CHÁY TRÊN NỀN POLYOLEFIN VÀ EPOXY SỬ DỤNG PHỤ GIA CẤU TRÚC NANO Ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 9 44 01 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Xác nhận của Học viện Người hướng dẫn 1 Người hướng dẫn 2 Khoa học và Công nghệ PGS. Hoàng Mai Hà TS. Lê Nhật Thuỳ Giang HÀ NỘI – 2026 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận án này là kết quả nghiên cứu do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Hoàng Mai Hà và TS.

Lê Nhật Thùy Giang. Các tài liệu và thông tin tham khảo được sử dụng trong luận án đều được trích dẫn đầy đủ, đúng quy định và ghi rõ nguồn gốc. Những kết quả nghiên cứu được công bố chung với các tác giả khác đã nhận được sự đồng thuận của các đồng tác giả khi đưa vào nội dung luận án. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác ngoài các công trình công bố của tác giả.

Luận án được hoàn thành trong thời gian tôi là nghiên cứu sinh tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2026 Tác giả luận án NCS. Hắc Thị Nhung ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự quan tâm, hỗ trợ và giúp đỡ quý báu từ các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và bạn bè. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.

Hoàng Mai Hà và TS. Lê Nhật Thùy Giang – những người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, tận tâm chỉ bảo, định hướng chuyên môn và dành nhiều thời gian trao đổi học thuật, đồng thời luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và bộ phận đào tạo của Học viện Khoa học và Công nghệ đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và hoàn thiện luận án. Tôi cũng xin gửi lời tri ân sâu sắc đến các thầy cô giảng viên của Học viện vì sự tận tâm trong giảng dạy và những định hướng quý báu dành cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học cùng toàn thể cán bộ nghiên cứu Phòng Vật liệu tiên tiến - Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã luôn hỗ trợ về chuyên môn, cơ sở vật chất và tạo môi trường nghiên cứu thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Luận án được thực hiện trong khuôn khổ đề án khoa học công nghệ trọng điểm “Phát triển các hệ vật liệu thế hệ mới, hiệu quả, thân thiện môi trường dùng chế tạo sản phẩm chữa cháy và chống cháy” (mã số: TĐPCCC.00/21-23) và đề tài “Nghiên cứu ứng dụng một số vật liệu cấu trúc nano (vật liệu khung cơ kim, hydrotalcit và phyllosilicat) trong chế tạo nanocompozit có khả năng chống cháy cao và cơ tính tốt. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí và điều kiện nghiên cứu từ các đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF), Viện Nghiên cứu Dữ liệu lớn (VinBigdata) đã tài trợ học bổng cho quá trình thực hiện luận án của tôi (Mã số: VINIF.

Sự hỗ trợ quý báu này đã góp phần quan trọng giúp tôi hoàn thành luận án. iii Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã luôn đồng hành, khích lệ và là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho tôi trong suốt chặng đường học tập và nghiên cứu. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2026 Tác giả luận án NCS. Hắc Thị Nhung iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU. ix DANH MỤC HÌNH ẢNH. TỔNG QUAN VỀ CƠ CHẾ CHỐNG CHÁY.

Cơ chế hoá học. TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY. Các chất chống cháy truyền thống. Các vật liệu chống cháy cấu trúc nano.

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU COMPOZIT CHỐNG CHÁY TRÊN CÁC NỀN POLYPROPYLENE, POLYETHYLENE VÀ EPOXY. Tình hình nghiên cứu trên thế giới. Tình hình nghiên cứu trong nước. Những vấn đề còn tồn tại và định hướng nghiên cứu chế tạo compozit chống cháy trên các nền nhựa polypropylene, polyethylene và epoxy.

THỰC NGHIỆM, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ BIẾN TÍNH VẬT LIỆU CẤU TRÚC NANO. Tổng hợp graphite có khả năng giãn nở nhiệt.

Tổng hợp nanoclay hữu cơ. Tổng hợp vật liệu Fe-MOF-NH2. Biến tính Fe-MOF-NH2 với DOPO. PHƯƠNG PHÁP HỮU CƠ HÓA BỀ MẶT CÁC PHỤ GIA CHỐNG CHÁY THƯƠNG MẠI.

Hữu cơ hóa bề mặt các phụ gia chống cháy bằng phương pháp nghiền khô. Tổng hợp vật liệu cấu trúc lõi-vỏ APP@UMF. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO COMPOZIT CHỐNG CHÁY. Chế tạo compozit chống cháy trên nền nhựa polypropylene.

Chế tạo compozit chống cháy trên nền nhựa polyethylene. Chế tạo compozit chống cháy trên nền nhựa epoxy. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

KẾT QUẢ TỔNG HỢP, BIẾN TÍNH VẬT LIỆU CẤU TRÚC NANO 57 3. Các đặc trưng của graphite có khả năng giãn nở nhiệt. Các đặc trưng của nanoclay hữu cơ. Các đặc trưng của vật liệu Fe-MOF-NH2 và MOF-DOPO.

KẾT QUẢ HỮU CƠ HÓA BỀ MẶT CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY THƯƠNG MẠI. Hữu cơ hóa bề mặt các chất chống cháy thương mại bằng phương pháp nghiền khô. Kết quả tổng hợp vật liệu cấu trúc lõi-vỏ APP@UMF. KẾT QUẢ CHẾ TẠO COMPOZIT CHỐNG CHÁY.

Nghiên cứu các tính chất đặc trưng của compozit chống cháy trên nền nhựa polypropylene. Nghiên cứu các tính chất đặc trưng của các compozit chống cháy trên nền nhựa polyethylene. Nghiên cứu các tính chất đặc trưng của các compozit chống cháy trên nền nhựa epoxy. 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

126 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 128 vi DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. - 1 - vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng anh Diễn giải APP Ammonium polyphosphate Ammonium polyphosphate Ar Aromatic Vòng thơm ATH Aluminum hydroxide Aluminum hydroxide Cast Calcium stearate Calcium stearate DCM Dichloromethane Dung môi dichloromethane Dung môi N,N- DMF N,N-Dimethylformamide Dimethylformamide 9,10-Dihydro-9-oxa-10- DOPO phosphaphenanthrene-10- Chất chống cháy DOPO oxide Đường đạo hàm mất khối DTG Derivative thermogravimetry lượng Energy-dispersive X-ray EDS Phổ tán xạ năng lượng tia X spectroscopy Graphite có khả năng giãn nở EG Expandable graphite nhiệt EP Epoxy resin Nhựa epoxy Field emission scan electron Hiển vi điện tử quét phát xạ FE-SEM microscopy trường Fourier transform infrared Phổ hồng ngoại biến đổi FT-IR spectroscopy Fourier HDPE High-density polyethylene Polyethylene tỷ trọng cao HNT Halloysite nanotube Ống nano halloysite IFR Intumescent flame retardant Hệ chống cháy trương phồng LOI Limiting oxygen index Chỉ số oxy giới hạn viii MC Melamine cyanurate Melamine cyanurate MEL Melamine Melamine Mgst Magnesium stearate Magnesium stearate MH Magnesium hydroxide Magnesium hydroxide Vật liệu khung hữu cơ - kim MOF Metal-organic framework loại Na-MMT Sodium montmorillonite Sodium montmorillonite NCS N-chlorosuccinimide N-chlorosuccinimide NMR Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân PE Polyethylene Nhựa polyethylene Phần khối lượng trên 100 phr Part per hundred resin phần nhựa nền PMHS Poly(methylhydrosiloxane) Poly(methylhydrosiloxane) PP Polypropylene Nhựa polypropylene RP Red phosphorus Phốt pho đỏ Si Silicone oil Dầu silicone TEA Triethylamine Triethylamine TGA Thermogravimetric analysis Phân tích nhiệt trọng lượng Underwriters Laboratories 94 Thử nghiệm cháy đứng UL UL94-V vertical burning test 94 Polyme urea-melamine- UMF Urea-melamine-formaldehyde formaldehyde wt Weight Khối lượng XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. Hóa chất và dụng cụ, thiết bị thí nghiệm sử dụng trong luận án.

Thành phần của các compozit chống cháy trên nền nhựa PP. Thành phần của các compozit chống cháy trên nền nhựa PP. Thành phần của các compozit chống cháy trên nền nhựa PE. Thành phần của các compozit chống cháy trên nền nhựa epoxy.

Tiêu chí phân loại khả năng chống cháy của vật liệu theo UL94-V. Dữ liệu TGA trong môi trường N2 của các mẫu clay trước và sau khi biến tính. Các thông số TGA của Fe-MOF-NH2, DOPO và MOF-DOPO trong môi trường N2. Tính chất chống cháy của các compozit trên nền nhựa PP.

Các thông số TGA của nhựa PP và các compozit trong môi trường không khí. Các thông số TGA của các compozit PP với các tỷ lệ RP/MC khác nhau. Tính chất cơ học của nhựa PP và các compozit chống cháy. Tính chất chống cháy của các compozit trên nền nhựa PP.

Các thông số TGA của nhựa PP và các compozit trong môi trường không khí. Các thông số TGA của các compozit PP với các tỷ lệ MH/RP khác nhau. Kết quả phân tích XRD và EDS của lớp than của các compozit ở các tỷ lệ khối lượng MH/RP khác nhau sau khi nung ở 900oC. Tính chất cơ học của các compozit PP.

Tính chất chống cháy của các compozit trên nền nhựa PE. Các thông số TGA quan trọng của nhựa PE và các compozit chống cháy trong môi trường không khí. Khả năng chống cháy và cơ tính của nhựa epoxy và các compozit của nó. Các thông số TGA của epoxy và các compozit trong môi trường không khí .116 x DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.

Cơ chế cháy theo sơ đồ tam giác lửa Emmon (a) và tứ giác lửa (b) 6 Hình 1. Cấu trúc hoá học của các phụ gia chống cháy chứa halogen được sử dụng phổ biến. Cơ chế chống cháy của chất chống cháy chứa phốt pho. Cấu trúc hoá học của APP I và APP II.

Cấu trúc hoá học của các hợp chất phốt pho hữu cơ có khả năng chống cháy. Sự phân huỷ nhiệt của melamine và các sản phẩm liên quan. Sự phân huỷ nhiệt của melamine phosphate. Minh họa cấu trúc mạng (a); ảnh SEM (b) và TEM (c) của MMT 24 Hình 1.

Cấu trúc của graphite. (a) Cấu trúc tinh thể của HNT, (b) Ảnh SEM và (c) TEM của HNT. Phương pháp tổng hợp HNTs@MEL-PA; B. Ảnh TEM của (a) HNTs và (b) HNTs@MEL-PA; C.