Đang tải... (xem toàn văn)
Vật liệu nanocompozit trong đó có polyme clay nanocompozit là loại vật liệu mới, hiện nay đang được quan tâm nghiên cứu cả trong lĩnh vực công nghiệp cũng như trong phòng thí nghiệm do những tính năng ưu việt của loại vật liệu mới này như: độ bền và modul đàn hồi cao, ổn định kích thước cao, cách nhiệt tốt, giảm khả năng thẩm thấu khí, nước, các hợp chất hydro cacbon thấp, giảm khả năng bắt cháy
Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đồ án môn học MC LC M U 3 I.Vt liu Polyme Nanocompzit .4 I.1. nh ngha vt liu compozit 4 I.2. Vt liu Polyme Clay Nanocompozit 4 I.2.1. c im cu trỳc v bin tớnh clay .5 I.2.1.1. Cu trỳc Clay 5 I.2.1.2. Bin tớnh Clay .6 I.2.1.3. c im ca trng thỏi phõn b clay 9 I.2.1.3.1. Phng phỏp nhiu x tia X (XRD) .9 I .2.1.3.2. Phng phỏp hin vi in t truyn qua (TEM) .11 II. Polyme Clay Nanocompozit .12 II.1. Hỡnh thỏi cu to 12 II.2. Vt liu Polystyren Clay nanocompozit 14 II.2.1.Cỏc phng phỏp ch to .14 II.2.1.1.Trựng hp in-situ .14 ( In situ intercalative polymerization ) II.2.1.2.Phng phỏp dung dch .18 ( Intercalation of polymers from solution ) II.2.1.3.Phng phỏp trn hp núng chy .20 ( Melt intercalation method ) Vũ Phơng Thanh Polyme K46 1 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đồ án môn học II.2.2.Tớnh cht ca Polystyren Clay nanocompozit .23 II.2.2.1.Tớnh cht c hc .23 II.2.2.2Tớnh cht nhit .26 II.2.2.3.Tớnh cht che chn .27 KT LUN 29 TI LIU THAM KHO 30 Vũ Phơng Thanh Polyme K46 2 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đồ án môn học M U Vt liu nanocompozit trong ú cú polyme clay nanocompozit l loi vt liu mi, hin nay ang c quan tõm nghiờn cu c trong lnh vc cụng nghip cng nh trong phũng thớ nghim do nhng tớnh nng u vit ca loi vt liu mi ny nh: bn v modul n hi cao, n nh kớch thc cao, cỏch nhit tt, gim kh nng thm thu khớ, nc, cỏc hp cht hydro cacbon thp, gim kh nng bt chỏy. Trờn th gii vt liu nanocompozit u tiờn do nhúm nghiờn cu Toyota ch to thnh cụng vo nm 1987 l nylon 6 clay nanocompozit [18]. n nay ngi ta ó ch to thnh cụng nhiu loi polyme clay nanocompozit trờn cỏc nha nn khỏc nhau nh: polystyren, epoxy, polyamit, polyolefin (PE,PP) Vit Nam vt liu cú cu trỳc nano l lnh vc rt mi m v chỳng ta mi ch bc u tip cn lnh vc ny. Polystyren (PS) l loi polyme thụng dng, tng i r, c ng dng nhiu trong i sng cng nh k thut nh: cc, hp ng, bỳt, vũng dõy in cun, bc dõy cỏp in cao tn, chõn t in Tuy nhiờn PS cng cú nhiu nhc im nh: bn va p thp, dũn, d rn nt, bn nhit kộm, d bt chỏy, nhit bin dng thp. Vỡ vy vic nghiờn cu ch to v kho sỏt tớnh cht ca polystyren clay nanocompozit to ra mt loi vt liu PS khc phc c nhng nhc im trờn l vic rt cn thit. Vũ Phơng Thanh Polyme K46 3 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đồ án môn học I. VT LIU POLYME CLAY NANOCOMPOZIT: I.1. nh ngha vt liu polyme compozit: Vt liu polyme compozit l mt loi vt liu c to thnh t nhng hp cht rt khỏc nhau v bn cht hoỏ hc v khụng ho tan vo nhau. Trong ú pha liờn tc gi l pha nn (matrix), cũn pha phõn b giỏn on gi l pha gia cng. Tớnh cht ca vt liu compozit khụng bao hm tớnh cht ca cỏc cu t thnh phn m ch kt hp nhng tớnh cht tt ca cu t thnh phn v phỏt huy chỳng lờn. Tớnh cht ca vt liu polyme compozit b nh hng ln bi kớch thc v cu trỳc ca pha gia cng. [8-807] Vt liu Polyme compozit thng cú pha nn l cỏc hp cht hu c cao phõn t, cũn pha gia cng thng l hp cht vụ c cú dng ht hay si. I.2. Vt liu polyme clay nanocompozit: Polyme clay nanocopozit l mt loi vt liu mi kt hp gia mt loi polyme úng vai trũ cht nn v mt lng nh (vi % khi lng) cht gia cng l khoỏng vụ c clay cú kớch thc c nano một.(1ữ1000 nm)[15] Do cú cu trỳc nano nờn polyme clay nanocompozit cú nhng tớnh cht c hc, tớnh cht nhit hn hn vt liu polyme compozit truyn thng. [9-12] Hn na nú cũn lm gim kh nng bt chỏy, tng kh nng chng thm khớ ca vt liu v tng tc phõn hu ca polyme phõn hu sinh hc. [1-1540] Chớnh vỡ nhng tớnh cht ni bt ny, hin nay loi vt liu nay ang c cỏc chớnh ph (M, Nht Bn, Hn Quc), cỏc vin nghiờn cu v cỏc nh khoa hc rt quan tõm. [11-412] Vũ Phơng Thanh Polyme K46 4 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đồ án môn học Vt liu polyme clay nanocompozit u tiờn c ch to bi nhúm nghiờn cu Toyota. Nh phộp phõn tớch nhiu x tia X (XRD) v hin vi in t truyn qua (TEM) ó quan sỏt thy tng lp clay riờng bit ( dy 1nm) trúc lp trong nn polyme (Nylon6). [16,17] I.2.1. c im cu trỳc v bin tớnh clay: Clay hay silicat tỏch lp l loi khoỏng sột cú sn trong t nhiờn. Trong ú Hectorit v montmorillonite (MMT) l hai loi clay trng (smectite-type) c s dng ph bin nht ch to nanocompozit. Clay trng l mt loi khoỏng c ng dng rng rói trong cụng nghip do nú cú kh nng trao i cation ln, b mt riờng ln, kh nng hp ph ln v c bit Hectorit cũn cú nht ln v trong sut cao khi trng thỏi dung dch. [1-1539] Mc dự s an xen hoỏ hc ca cỏc loi polyme khi trn hp vi nhng loi clay bin tớnh hoc clay tng hp ó c bit n t lõu, nhng lnh vc vt liu nanocompozit trờn c s polyme v clay mi c phỏt trin trong thi gian gn õy khi mt nhúm nghiờn cu ca Toyota a ra bỏo cỏo v vt liu Nylon6/MMT nanocompozit. Vi ch mt lng nh clay gia cng nhng tớnh cht c v tớnh cht nhit ca vt liu ó tng lờn ỏng k. [18]. I.2.1.1. Cu trỳc clay: Clay c cu to t cỏc n v c s l cỏc tm phi trớ t din silica SiO 4 liờn kt vi tm bỏt din AlO 6 hoc Magiờ hydroxyt. Thng clay cú hai lp n v bao gm hai lp t din liờn kt vi mt lp bỏt din (t l 2:1). Lp hỡnh bỏt din kp gia hai lp hỡnh t din. Chỳng liờn kt vi nhau cỏc nh ca t din v bỏt din. Chiu dy mi lp clay khong 1nm v kớch thc cnh ca cỏc lp ny thay i t 30nm n vi micro một hoc ln hn tu thuc cỏc lp clay n v.(Hỡnh 1) Vũ Phơng Thanh Polyme K46 5 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đồ án môn học Cỏc lp clay liờn kt vi nhau nh lc Vandervan v gia cỏc lp l khong trng gi l khong liờn lp hay ng hm (gallery). Khong cỏch ca mt lp n v v khong trng gia hai lp gi l khong cỏch c bn (d). Khong cỏch ny c nanomột v khỏc nhau vi mi loi clay.[1- 1541] Hỡnh 1. Cu trỳc c s ca clay (2:1). Trong cu trỳc mng tinh th ca clay, do s thay th ng hỡnh ca Si 4+ bng Al 3+ trong tõm t din v Al 3+ bng Mg 2+ hoc Fe 2+ trong tõm bỏt din ó lm xut hin in tớch õm trong cỏc lp. Cỏc in tớch õm ny c cõn bng bi cỏc cation Ca 2+ ,Na + .Clay c c trng bng mc trao i in tớch b mt gi l kh nng trao i ion (CEC). n v thng dựng l mili ng lng/100g. Kh nng trao i ny khỏc nhau gia cỏc lp v thng c ly giỏ tr trung bỡnh cho c tinh th. [1-1541] I.2.1.2.Bin tớnh clay: Clay khi cha bin tớnh l cht a nc, polyme l cht hu c k nc nờn rt khú tng hp vi clay cha bin tớnh. tng kh nng tng tỏc Vũ Phơng Thanh Polyme K46 6 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đồ án môn học gia clay v nn polyme phi bin tớnh clay t a nc tr thnh a cỏc hp cht hu c. bin tớnh clay to clay hu c (organoclay) ngi ta thng dựng phn ng trao i cation ca cỏc alkylamino hoc alkylphotphat bc 1,2,3 hoc 4. [1-1542] Trong ú R - Mch hydrocacbon di S thay i nhng cation vụ c bng nhng cation hu c trờn b mt ca loi clay smectic khụng nhng to ra phõn cc b mt phự hp vi phõn cc ca polyme m nú cũn cú tỏc dng gión n khong cỏch gia cỏc lp clay. iu ny lm cho quỏ trỡnh thõm nhp ca polyme hoc monome vo khong trng gia cỏc lp thun tin hn. Ph thuc vo s thay i t trng ca clay v cu trỳc ca cht (ion) hot ng b mt m cỏc ion hu c s cú s sp xp khỏc nhau. Chiu di mch ca cht hot ng b mt v t trng ca clay tng dn ti khong cỏch gia cỏc lp tng v th tớch gia cỏc lp cng tng. [4-14] Mt khỏc,cỏc cation hu c ny cũn cung cp cỏc nhúm chc cú kh nng phn ng vi nn polyme hoc monome, do ú lm tng kh nng kt dớnh[1-1542]. Quỏ trỡnh ch to nanocompozit lai ghộp bng phn ng trựng hp nh tng styren trong clay hu c hot tớnh nh sau: clay hu c hot tớnh c tng hp bng phn ng trao i cation vụ c ca clay ban u vi mui aminometylstyren bc 4.Quỏ trỡnh trựng hp ti ch trong trng hp ny khụng nhng b nh hng bi nhúm chc ca monomer m cũn b nh hng bi liờn kt gia mui amoni v MMT vụ c, do vy mụ hỡnh cu trỳc nanocompozit nh hỡnh 2.Trong trng hp ny liờn kt gia mch polyme v clay vụ c tng lờn do mch copolyme liờn kt vi clay bng lc hỳt tnh in. [5-2884] Vũ Phơng Thanh Polyme K46 7 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đồ án môn học Hỡnh 2: Biu cu trỳc ca nanocompozit ch to t clay hot tớnh. Ph thuc vo mt ca clay, cỏc mch alkyl s sp xp theo cỏc ng song song trờn b mt clay to cu trỳc n lp,lp kộp, gi ba lp hoc cu trỳc parafin nghiờng. [4-14] Hỡnh 3: Cu trỳc ca clay hu c. Vũ Phơng Thanh Polyme K46 8 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đồ án môn học I.2.1.3. c im ca trng thỏi phõn b: Tu thuc c im phõn b ca clay trong nn polyme m phõn bit cỏc loi nanocompozit khỏc nhau. xỏc nh trng thỏi phõn b ca clay trong nn polyme s dng hai phng phỏp ch yu l: * Phng phỏp nhiu x tia X (XRD). * Phng phỏp kớnh hin vi in t truyn qua (TEM). 1. Phng phỏp nhiu x tia X (XRD): Do d s dng v hiu qu cao nờn phng phỏp nhiu x tia X c dựng rng rói nht nghiờn cu cu trỳc ca nanocompozit. Thụng qua hỡnh nh phn x v v trớ, hỡnh dng v mt ca clay cú th bit c ú l loi nanocompozit no (an xen hay trúc lp). Vớ d i vi nanocompozit trúc lp, do cỏc lp silicat b phõn lp hon ton v b nộn cht trong nn polyme nờn cỏc tia nhiu x X kt hp b bin mt. Vi nanocompozit an xen s cho mt tia phn x cú bc súng di hn. [1-1545] Phng phỏp nhiu x tia X cho phộp xỏc nh khong cỏch c bn d gia cỏc lp da theo phng trỡnh Bragg: d = n/2sin Trong ú: l bc súng ca tia ti, nm. n l s nguyờn c trng cho nhiu x. l gúc hp bi tia ti v b mt mu. d l khong cỏch c bn gia cỏc lp, nm. Qua ph XRD ta thy: nu h polyme v clay khụng th trn ln thỡ ph XRD khụng thay i. Nu to clay nanocompozit cú cu trỳc an xen thỡ Vũ Phơng Thanh Polyme K46 9 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Đồ án môn học ph XRD xut hin cỏc pic lựi v phớa cú gúc nhiu x bộ hn so vi ph ban u. H clay nanocompozit cú cu trỳc an xen thỡ cỏc pic s bin mt. (Hỡnh 4). Hỡnh 4: Ph XRD ca cỏc h nanocompozit khỏc nhau. Tuy nhiờn khi khong cỏch c bn gia cỏc lp trong nanocompozit an xen vt quỏ 6ữ7 nm hoc cỏc lp trong nanocompozit trúc lp sp xp ln xn thỡ nh nhiu x b m nờn phng phỏp nhiu x tia X s khụng c s dng. [1-1545] Vũ Phơng Thanh Polyme K46 Ph ban u H khụng trn ln c Cú trt t H xen k Hn n H trúc lp 10 [...]... cơ học cao nhất trong ba dạng nanocompozit và là cấu trúc mong muốn đạt được khi chế tạo vật liệu polyme clay nanocompozit Vò Ph¬ng Thanh – Polyme – K46 13 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 §å ¸n m«n häc Hình 7: Các dạng cấu trúc của vật liệu polyme clay nanocompozit II.2 Vật liệu Polystyren clay nanocompozit: II.2.1.Các phương pháp chế tạo: Có 3 phương pháp chính... polyme và clay ( biến tính hay không biến tính ), chia vật liệu Vò Ph¬ng Thanh – Polyme – K46 12 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 §å ¸n m«n häc polyme/ clay nanocompozit thành 3 loại có cấu trúc nhiệt động như sau: [11543] a,Dạng đan xen (Intercalated nanocomposites): trong nanocompozit dạng đan xen thì các mạch polyme được đan xen vào cấu trúc clay và khoảng cách... Ph¬ng Thanh – Polyme – K46 18 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 §å ¸n m«n häc II.2.1.2.Phương pháp dung dịch: Phương pháp này phụ thuộc nhiều vào hệ dung môi mà polyme hay tiền polyme hoà tan và clay bị trương trong đó Đầu tiên, clay bị trương trong các dung môi như nước, clorofom hoặc toluen Khi polyme và dung dịch clay được trộn lẫn thì các mạch polyme sẽ đan... thừa nhận rằng tỷ trọng polyme không bị ảnh hưởng bởi sự giam cầm của các lớp clay, điều này cho thấy rằng quá trình lai tạo xảy ra với trên 30% khối lượng polyme, trừ trường hợp polyme không đan xen [1-1554] II.2.1.3.Phương pháp trộn hợp nóng chảy: Phương pháp này bao gồm các giai đoạn: ủ, để tĩnh hay nén chặt hỗn hợp polyme và clay biến tính hữu cơ ở trên nhiệt độ chảy mềm của polyme Phương pháp này... cấu trúc tróc lớp ổn định Phương pháp này sử dụng các loại polyme mà không phù hợp với phương pháp trùng hợp tại chỗ hay trùng hợp dung dịch [1-1549] Quá trình này gồm các giai đoạn ủ hỗn hợp polyme và clay biến tính hữu cơ ở nhiệt độ trên điểm chảy mềm của polyme, sau đó để tĩnh hoặc nén chặt.Trong khi ủ, các mạch polyme phân tán vào khối polyme nóng chảy ở giữa các lớp clay Nanocompozit có cấu trúc... một cách định tính về cấu trúc, sự phân bố pha và khuyết tật cấu trúc vật liệu một cách trực tiếp, nó đại diện cho mặt cắt ngang của mẫu.Tuy nhiên phương pháp này cần thời gian dài và cho thông tin về toàn bộ mẫu Vò Ph¬ng Thanh – Polyme – K46 11 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 §å ¸n m«n häc Nền polyme Phương pháp trùng hợp khối Lớp clay Phương pháp trùng hợp nhũ... lại và tạo polyme clay nanocompozit [1-1548] *Ưu điểm: [1-1549] - Áp dụng tốt cho polyme có cấu trúc mạch nhỏ - Thích hợp cho việc chế tạo polyme clay nanocompozit làm lớp phủ bảo vệ - Không cần biến tính clay do dung môi đóng vai trò kích lớp giống như muối amoni *Nhược điểm: - Chi phí cao do phải sử dụng dung môi - Gây ô nhiễm môi trường - Ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người Các dung dịch polyme như... polyme được đan xen vào cấu trúc clay và khoảng cách giữa các lớp tăng lên (vài nm), tạo cấu trúc tinh thể đều đặn Không tính đến tỷ lệ giữa polyme và clay Song clay vẫn còn cấu trúc lớp như khi chưa kết hợp với polyme Tính chất của nanocompozit này giống như vật liệu gốm b, Dạng kết tụ (Flocculated nanocomposites): có cấu trúc gần giống với nanocompozit đan xen nhưng có hiện tượng một số lớp clay dính... pháp trùng hợp khối II POLYME CLAY NANOCOMPOZIT II.1 Hình thái cấu tạo: Clay có độ dày khoảng 1nm và chiều dài khá lớn so với bề dày (gấp 101000 lần) Khi cho vài phần trăm trọng lượng clay phân tán vào nền polyme sẽ làm diện tích bề mặt tương tác giữa polyme và chất gia cường tăng lên rất nhiều so với loại compozit thông thường Tuỳ thuộc vào cách phân bố và lực tương tác giữa polyme và clay ( biến tính... đây là điểm lưu ý quan trọng của tương tác giữa polyme/ OMLS Tác giả còn cố gắng đan xen dung dịch PS trong Toluen vào cùng một loại OMLS bằng phương pháp trộn hợp nóng chảy nhưng kết quả dung môi đan xen thay vì PS Vì vậy để làm tăng tính đặc thù đan xen của polyme bằng phương pháp trộn hợp nóng chảy phải khử hoàn toàn tương tác giữa vật chủ-dung môi và polyme- dung môi Vaia và cộng sự đã nghiên cứu sâu