การเตรียมอนุภาคนาโนซิลิกาจากแกลบและการใช้เป็นวัสดุหน่วงการติดไฟในยางธรรมชาติและพอลิสไตรีน

Abstract

ในงานวิจัยนี้ผู้วิจัยได้ทำการศึกษาการหน่วงการติดไฟของวัสดุเชิงประกอบระหว่างพอลิเมอร์และอนุภาคนาโนซิลิกา 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenantrene-10-oxide (DOPO) เมลามีน และบอแร๊กซ์ โดยใช้พอลิเมอร์สองชนิดคือ พอลิสไตรีนและยางธรรมชาติ โดยมีขั้นตอนหลักๆ ดังนี้ หนึ่ง ผู้วิจัย สังเคราะห์อนุภาคนาโนซิลิกาจากแกลบด้วยวิธีง่ายๆ ผ่านปฎิกิริยากับกรดและการทำแคลไซน์ และได้ทำการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคต่างๆ ได้แก่ Fourier transform infrared spectrometry, X-ray diffraction, Field emission scanning electron microscopy, Nitrogen adsorption-desorption, และ Dynamic light Scattering และพบว่า อนุภาคซิลิกามีลักษณะอสัณฐานและมีพื้นที่ผิวสูง สอง เพื่อเพิ่มความเข้ากันได้ระหว่างอนุภาคนาโนซิลิกาและพอลิเมอร์ ผู้วิจัยได้ทำการดัดแปรอนุภาคนาโนซิลิกาด้วยสารประกอบไซเลน ได้แก่ 3Aminopropytriethoxy silane, Phenyltriethoxy silane, และ n-Propyltriethoxy silane พบว่า อนุภาคนาโนซิลิกาที่เคลือบด้วย 3-Aminopropytriethoxy silane มีประสิทธิภาพดีที่สุด สาม จากนั้นผู้วิจัยทำอนุภาคนาโนซิลิกาดังกล่าวมาผสมกับ DOPO และเมบามีน/บอแร๊กซ์และวิเคราะห์สมบัติด้วยเทคนิคต่างๆ ได้แก่ Differential scanning calorimetry, Thermogravimetric analysis, Transmission electron microscopy, และ Limiting oxygen index พบว่า วัสดุเชิงประกอบมีการหน่วงการติดไฟดีขึ้นเมื่อเทียบกับพอลิเมอร์แบบไม่มีสารหน่วยงการติดไฟ และสี่ ผู้วิจัยได้ใช้แบบจำลองทางสถิติที่เรียกว่า Response surface method เพื่อช่วยวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณและประสิทธิภาพของการหน่วงการติดไฟ พบว่า การหน่วงการติดไฟของอนุภาคซิลิกาดีขึ้นเมื่อนำไปผสมกับ DOPO และเมลามีน/บอแร็กซ์ งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นอนุภาคนาโนซิลิกาสามารถสังเคราะห์ได้จากแกลบและสามารถประยุกต์ใช้เป็นวัสดุหน่วงการติดไฟที่ดีและถูก อีกทั้งจะมีประสิทธิภาพที่ดียิ่งขึ้นเมื่อนำไปผสมกับสารหน่วงการติดไฟอื่น

The flame retardancy of two types of polymers, including polystyrene (PS) and natural rubber (NR), in the presence of surface-modified SiNPs derived from rice husks, 9,10dihydro-9-oxa-10-phosphaphenantrene-10-oxide (DOPO), melamine, and borax, respectively, was studied. There are four steps in this research as follows. First, highly amorphous SiNPs, with high surface area and narrow particle size were successfully synthesized from rice husk using a simple method with acid treatment and calcination reactions. Fourier transform infrared spectrometry, X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy, nitrogen adsorption-desorption, and dynamic light scattering techniques were used to characterize the SiNPs. Differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, transmission electron microscopy, and flammability tests were used to characterize the polymer composites. Second, surface modification of SiNPs, performed using different silane coupling compounds namely 3-aminopropytriethoxy silane, phenyltriethoxy silane, and npropyltriethoxy silane, has improved the compatibility between SiNPs and polymers. Surface-modified SiNPs greatly reduced particle aggregations which improved the filler-matrix interaction in the composites. Third, the flammability of PS and NR was reduced as the limiting oxygen index (LOI) values increased when the flame retardant additives were added. Lastly, a fitting model was developed using response surface methodology, with percent loading of APTES-modified SiNPs, DOPO, and melamine/borax, as independent variables. The LOI response of SiNPs is greatly enhanced by addition of DOPO and melamine/borax. This indicates the potential of producing a cheaper, effective, and non-toxic multi-flame retardant system for polymeric system. This work also offers a cost-effective conversion of rice husk wastes to high-value silica nanoparticles.