Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC **************** PHẠM THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ BLEND EPDM/LDPE VÀ NANOSILICA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ môi trƣờng Hà Nội - 2012 Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, đề tài "Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su nanocompozit sở blend EPDM/LDPE nanosilica" hoàn thành Phòng Công nghệ Vật liệu Polyme - Viện Hóa học - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành đến PGS.TS Đỗ Quang Kháng, người hướng dẫn tận tình suốt trình nghiên cứu Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới ThS Lương Như Hải, ThS Lưu Đức Hùng, toàn thể cô, anh, chị Phòng Công nghệ Vật liệu Polyme - Viện Hóa học - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ động viên em suốt trình hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa Hóa học, Trường ĐHSP Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ cung cấp cho em kiến thức để giúp em hoàn thành khóa luận Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè tạo điều kiện giúp đỡ động viên em trình hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 14 tháng 05 năm 2012 Sinh viên Phạm Thị Hạnh Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT EPDM: Cao su etylen- propylen- dien đồng trùng hợp SEM: Kính hiển vi điện tử quét IR: Phổ hồng ngoại TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam LDPE: Polyetylen tỉ trọng TGA: Phân tích nhiệt trọng HDPE: High density polietylen thấp lƣợng MA : Anhydrit maleic PA: Polyamit PET: Polyetylen terephatalat PMMA: Polymetylmetacrylat Ppy: Polypyrol PU: Polyuretan PVA : Polyvinylaxetat PVC : Polyvinylclorua Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển mạnh mẽ công nghiệp đại dẫn tới nhu cầu to lớn việc sử dụng vật liệu có tính đặc biệt mà vật liệu truyền thống đứng riêng rẽ đƣợc Và vật liệu compozit nói chung, nanocompozit nói riêng đời đáp ứng đƣợc yêu cầu Vật liệu compozit vật liệu tạo thành từ hai loại vật liệu trở lên có chất khác Tính chất thú vị vật liệu dễ chế tạo, cho sản phẩm có giá thành thấp nhƣng đáp ứng đƣợc yêu cầu chất lƣợng nhƣ: khả chịu va đập cao, độ bền xé rách lớn, chịu mài mòn tốt, hệ số dãn nở nhiệt nhỏ, bền môi trƣờng, nên vật liệu đƣợc ứng dụng nhiều lĩnh vực Vật liệu cao su blend EPDM/LDPE (cao su etylen propylen dien monome/polyetylen tỷ trọng thấp) loại vật liệu đƣợc quan tâm nghiên cứu ứng dụng Vật liệu có nhiều ƣu điểm bật kết hợp đƣợc tính chất cao su EPDM nhƣ bền thời tiết, khả chống nƣớc, hóa chất, ozon tốt, độ cao tính chất nhựa LDPE độ bền học cao, mềm dẻo, chống thấm nƣớc, giá thành hợp lý Tuy nhiên, để nâng cao tính chất Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp vật liệu cao su blend EPDM/LDPE cần phải tiếp tục nghiên cứu Hạt nanosilica chất phụ gia nano phổ biến nay, đặc biệt lĩnh vực kỹ thuật chúng có độ bền nhiệt cao, bề mặt riêng lớn, có khả gia cƣờng cho nhiều loại vật liệu khác Trên giới có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sở hạt nanosilica Trong đó, nƣớc ta có số nghiên cứu bƣớc đầu chế tạo vật liệu nanosilica số sở nghiên cứu nhƣ Viện Hoá học thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam,… Tuy nhiên, việc nghiên cứu ứng dụng nanosilica để chế tạo vật liệu cao su nanocompozit đƣợc thực cao su thiên nhiên Từ thực tế đó, chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su nanocompozit sở blend EPDM/LDPE nanosilica” để thực luận văn tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu Chế tạo đƣợc vật liệu cao su nanocompozit sở blend EPDM/LDPE nanosilica có tính lý, kĩ thuật đáp ứng yêu cầu sản xuất số sản phẩm cao su kĩ thuật dân dụng Nội dung nghiên cứu Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - Chế tạo vật liệu nanocompozit từ blend EPDM/LDPE nanosilica - Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu - Xác định tính chất học vật liệu polymenanocompozit - Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su nanocompozit sở blend EPDM/LDPE nanosilica vấn đề Việt Nam Những kết nghiên cứu thu đƣợc có giá trị định hƣớng cho việc mở rộng phạm vi ứng dụng cho cao su sản xuất sản phẩm cao su kĩ thuật dân dụng Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu polyme compozit polyme nanocompozit 1.1.1 Vật liệu polyme compozit Vật liệu compozit vật liệu tạo thành từ hai loại vật liệu trở lên có chất khác Vật liệu tạo thành có đặc tính ƣu việt đặc tính vật liệu thành phần xét riêng rẽ [4] Trong thực tế, phần lớn vật liệu compozit loại hai pha, gồm pha liên tục toàn khối cốt pha phân tán Trong đó, giữ vai trò chủ yếu liên kết toàn phần tử cốt thành khối compozit thống nhất, tạo khả để tiến hành phƣơng pháp gia công compozit thành chi tiết theo thiết kế che phủ, bảo vệ cốt tránh hƣ hỏng tác động hóa học, học môi trƣờng Ngoài ra, phải nhẹ có độ dẻo cao, cốt đóng vai trò tạo độ bền modul đàn hồi cao cho compozit [19, 21] Đối với compozit, liên kết tốt cốt vùng danh giới pha yếu tố quan trọng đảm bảo cho kết hợp đặc tính tốt hai pha Tính chất compozit phụ thuộc vào chất nền, khả liên kết cốt và trình sản xuất [21] Nền compozit đƣợc sử dụng polyme, kim loại, gốm hỗn hợp nhiều pha Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Với compozit có polyme loại nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn, elastome vật liệu tổ hợp polyme (polyme blend) Trên sở cốt khác để phân loại compozit, có loại compozit: compozit cốt hạt, compozit cốt sợi compozit cấu trúc [19]  Compozit cốt hạt: Đặc điểm compozit cốt hạt hóa bền có đƣợc nhờ biến dạng vùng lân cận với cốt chèn ép Ngƣời ta đƣa hạt với vai trò chất độn vào polyme để tăng độ bền học vật liệu nhƣ: độ bền va đập, khả cách âm, tính chịu mài mòn - ma sát, độ bền kéo đứt, tăng khả chịu môi trƣờng ăn mòn nhƣ muối, axit, kiềm,… Các hạt độn thƣờng bột thạch anh, bột thủy tinh, oxit nhôm, đất sét, bột CaCO3, bột than đen,…  Compozit cốt sợi: Compozit cốt sợi loại compozit có độ bền riêng modul đàn hồi riêng cao Tính chất compozit cốt sợi phụ thuộc vào phân bố định hƣớng nhƣ kích thƣớc hình dạng sợi Tính chất học compozit cốt sợi bị ảnh hƣởng yếu tố hình học sợi (chiều dài đƣờng kính sợi) điều quan trọng compozit kết cấu cốt sợi phải có cấu trúc cho tải trọng đặt vào compozit phải đƣợc dồn vào sợi pha có độ Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp bền cao, tập trung vào pha dẫn đến phá hủy pha nhanh chóng Những loại sợi thƣờng dùng sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi kim loại sợi polyme Ngoài ra, ngƣời ta hay dùng hai hay nhiều loại sợi Compozit cấu trúc: Compozit cấu trúc loại bán thành phẩm dạng nhiều lớp đƣợc tạo thành cách kết hợp vật liệu đồng với compozit theo phƣơng pháp khác Do tính chất compozit tạo thành phụ thuộc vào tính chất vật liệu thành phần mà vào thiết kế hình học chúng kết cấu Compozit đƣợc phân làm hai loại: Loại lớp panen săng đuých (panel sandwich) 1.1.2 Vật liệu polyme nanocompozit Công nghệ nano kĩ thuật sử dụng hạt từ 0,1 đến 100 nanomet để tạo biến đổi hoàn toàn lý tính vật liệu hiệu ứng kích thích lƣợng tử [4,15] Vật liệu polyme nanocompozit có polyme cốt hạt khoáng thiên nhiên hạt tổng hợp nhân tạo có kích thƣớc hạt khoảng - 100 nm (kích thƣớc nanomet) [11] Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Nền sử dụng chế tạo polyme nanocompozit đa dạng, phong phú bao gồm nhựa nhiệt dẻo nhựa nhiệt rắn, thƣờng là: nhựa polyetylen (PE), nhựa polypropylen (PP), nhựa polyeste, nhựa polystyren (PS), cao su thiên nhiên, cao su butadien, nhựa epoxy,… [4, 22, đề cập tới vật liệu polyme blend sở EPDM/LDPE Khoáng thiên nhiên: chủ yếu đất sét - vốn hạt silica có cấu tạo dạng lớp nhƣ montmorillonit, vermicullit, flourominca, bentonit kiềm tính nhƣ hạt graphit,… Các hạt nhân tạo: tinh thể nhƣ silica, CdS, PbS, CaCO3, bột than,… Ngƣời ta phân biệt ba loại nanocompozit dựa vào số chiều có kích thƣớc nanomet hạt phân tán [4, 22]: Loại 1: Là loại hạt có ba chiều có kích thƣớc nanomet, chúng hạt nano Nanocompozit đƣợc tạo thành phƣơng pháp trùng hợp solgel phƣơng pháp trùng hợp chỗ Loại 2: Là loại hạt có hai chiều có kích thƣớc nanomet, chiều thứ ba có kích thƣớc lớn hơn, thƣờng ống nano sợi nano đƣợc dùng làm phụ gia nano tạo cho polyme tính chất đặc biệt Loại 3: Là loại có chiều có kích thƣớc nanomet Nó dạng phiến, với chiều dày có kích thƣớc nanomet chiều dài, chiều rộng có kích thƣớc từ hàng trăm đến hàng ngàn nanomet Đặc điểm vật liệu polyme nanocompozit [4, 15]: Với pha phân tán loại bột có kích thƣớc nano nên chúng phân tán tốt vào polyme, tạo liên kết mức độ phân tử pha với nên chế khác hẳn với compozit thông thƣờng Các phần tử nhỏ phân tán vào pha có tác dụng hãm lực bên tác dụng vào vật Phạm Thị Hạnh Lớp K34C – Khoa Hóa học 10 Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.1.5 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới độ mài mòn vật liệu Hình 3.5 dƣới biểu đồ quan hệ hàm lƣợng nanosilica tính chất mài mòn vật liệu Độ mài mòn (cm3/1,61km) 1,08 1,075 1,07 1,065 1,06 1,055 1,05 1,045 1,04 1,035 1,03 10 20 30 40 Hàm lượng SiO2 (%) Hình 3.5: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica đến độ mài mòn vật liệu Quan sát biểu đồ thấy rằng: Khi hàm lƣợng nanosilica tăng từ đến 10% độ mài mòn giảm Nhƣng hàm lƣợng nanosilica tăng từ 10% đến 30% độ mài mòn tăng Điều giải thích phối hợp với chất độn khác, silica thƣờng làm tăng độ bền mài mòn cho vật liệu cao su Tuy nhiên dùng riêng rẽ, có mặt silica độ bền mài mòn vật liệu có xu hƣớng giảm chút so với cao su không Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 12 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp độn Trong nghiên cứu độ bền mài mòn giảm không đáng kể hàm lƣợng silica khoảng 25% Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 13 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Kết khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới tính chất học vật liệu đƣợc tập hợp lại bảng sau: T í n h c h ấ t H m lư ợn g Si O2 (% ) Đ ộ Đ ộ Đ ộ Đ ộ Đ ộ b ề n d ã n d ã n c ứ n g m i k é o d i d đ ứ t ( % ) k h i ( S h o r e m ò n ( c m ( M P a ) đ ứ t , , 3 Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học A ) / , k m ) , , , 6 ( % ) 14 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp , 0 , , , , , 7 , , 6 , , , 7 , , , , 1 , 7 , , , , 6 , 4 , , , , , 9 , 3 , , , , 3 , 3 , , , Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 15 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp , , , , 3.1: Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica cới tính chất học vật liệu Từ kết nghiên cứu thu đƣợc cho thấy, hàm lƣợng nanosilica tối ƣu cho vào vật liệu cao su blend EPDM/LDPE 25% Tại vật liệu thu đƣợc tính chất lý tốt 3.2 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu Để đánh giá cấu trúc hình thái vật liệu, dùng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để chụp bề mặt gãy số mẫu vật liệu tiêu biểu dƣới đây: Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 16 Lớp B , ả n g Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.6: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu blend EPDM/LDPE (80/20) Hình 3.7: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu blend EPDM/LDPE/nano-SiO2 (80/20/25) Từ ảnh SEM cho thấy, mẫu cao su blend EPDM/LDPE pha cao su phân tán vào tốt, tƣợng phân pha Khi mẫu cao su blend EPDM/LDPE (80/20) có nanosilica, bề mặt gãy vật liệu mịn, hạt nanosilica phân tán tƣơng đối đồng đều, tƣơng tác pha tốt, không gây ảnh hƣởng đến khả tƣơng tác pha Vì cấu trúc hình thái vật liệu mịn màng chặt chẽ dẫn đến tính chất lý vật liệu tăng lên mạnh 3.3 Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 17 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Để đánh giá khả bền nhiệt vật liệu, sử dụng phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) Dƣới giản đồ TGA mẫu vật liệu cao su EPDM, blend EPDM/LDPE blend EPDM/LDPE/nanosilica Hình 3.8: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu cao su EPDM Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 18 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.9: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu blend EPDM/LDPE Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 19 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.10: Biểu đồ TGA mẫu vật liệu blend EPDM/LDPE/nanosilica Bảng 3.2: Kết phân tích TGA mẫu vật liệu Nhiệt độ bắt đầu phân hủy (oC) Nhiệt độ phân hủy mạnh (oC) M 255,28 436,95 M/LDPE 215,34 419,58 M/LDPE/nanosilica 219,12 429,62 Mẫu vật liệu Từ kết bảng cho thấy, độ bền nhiệt blend EPDM/LDPE thấp độ bền nhiệt cao su EPDM Điều giải thích, EPDM có độ bền nhiệt, nhiệt độ bắt đầu phân hủy cao hơn, LDPE có độ bền nhiệt, nhiệt độ bắt đầu phân hủy thấp Khi phối trộn với làm cho độ bền nhiệt nhƣ nhiệt độ bắt đầu phân hủy blend giảm xuống Độ bền nhiệt vật liệu đƣợc cải thiện đáng kể biến tính cao su blend EPDM/LDPE nanosilica Cụ thể nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt độ phân hủy mạnh vật liệu tăng Nhất nhiệt độ phân hủy mạnh vật liệu tăng mạnh từ 419,58 lên 429,62oC Đồng thời tổn hao khối lƣợng Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 20 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đến 600oC vật liệu giảm từ 99,958 xuống 97,003% Điều giải thích, mặt nanoSiO2 chất độn vô nên đƣa vào polyme làm tăng ổn định nhiệt chúng đóng vai trò cách nhiệt tốt làm hàng rào ngăn cản trình chuyển khối chất dễ bay sinh trình phân hủy Mặt khác, SiO2 có kích cỡ nano nên làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc silica polyme Chính với hàm lƣợng nano-SiO2 thích hợp làm tăng khả bền nhiệt vật liệu Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 21 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thu đƣợc cho thấy rằng: Hàm lƣợng nanosilica tối ƣu dùng cho biến tính blend EPDM/LDPE 25%, hàm lƣợng vật có tính chất lý cao Ở tỷ lệ vật liệu có tính lý cao nhƣ: + Độ bền đứt: 13,67 MPa + Độ dãn dài đứt: + Độ cứng: 533,3 % 74,4 Shore A + Nhiệt độ bắt đầu phân hủy: 219,120C Cấu trúc hình thái vật liệu mịn màng, chặt chẽ tƣợng phân pha Các hạt nanosilica phân tán đồng polyme Khả bền nhiệt vật liệu blend EPDM/LPDE đƣợc cải thiện đáng kể đƣợc gia cƣờng nanosilica Vật liệu polyme nanocompozit sở blend EPDM/LDPE/silica đáp ứng yêu cầu chế tạo số sản phẩm cao su kĩ thuật dân dụng Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 22 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Thế Anh, Thái Hoàng, Nguyễn Thạc Kim, Đỗ Quang Thẩm, Nguyễn Tiến Dũng, Lữ Ánh Ngọc, (2006), “Khả chảy nhớt, cấu trúc tính chất lý vật liệu compozit polylvinylclorua/nanoclay”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, tập 44 (2), trang 18-23 [2] Đặng Xuân Hoàng (2007), Phƣơng pháp sol-gel tạo hạt mịn SiO2 từ thủy tinh lỏng axit sunfuric, Luận văn thạc sĩ khoa học, chuyên ngành Công nghệ Hóa học, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Thái Hoàng, Vật liệu polyme Blend, Tập giảng cho lớp Công nghệ vật liệu polyme khóa 45 [4] Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu polyme nanocompozit, http://Vi.wikipedia.org/ wiki/polyme_nanocomposit [5] Phạm Hiệp (2002), Vật liệu (PNCs), Hóa học ứng dụng, số 7, trang 6-8 [6] Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Văn Khôi, Đỗ Trƣờng Thiện; Vật liệu tổ hợp polyme ứng dụng; Tạp chí hoạt động khoa học, số 10, tr 37 -41,1995 [7] Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Văn Khôi, Đỗ Trƣờng Thiện; Vật liệu tổ hợp polyme ứng dụng; Tạp chí hoạt động khoa học, số 3, tr 40 -42,1996 [8] Vƣơng Quốc Nam, “Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit từ cao su thiên nhiên chất độn nano”, Luận văn thạc sĩ khoa học, trƣờng ĐH bách khoa Hà Nội [9] Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô tập 2, NXB Giáo dục Hà Nội, trang 134 Tiếng Anh [10] J.P.Arlie,Synthetic Rubbers – 2nd Edition, Editions technic 27 Rue ginoux 75737 Paris cedex 15 technip, P.45-54, 1993 Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 23 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp [11] M.Arroyo, Organo-Montmorillonite as substitute of carbon black in natural rubber compounds, Polymer, 44, p 2447-2453, 2000 [12] Jungnickel.B, Polymer blends, Carl Hasner Verlag, Muenchen, Wien, 1990 [13] Sol-gel methods, http://cheminfo.chemi.muni.cz/materials/ InorgMater/ sol_gel Pdf [14] http://devlin.olsza.krakow.pl/serwis/ServiceTips/tips_plastic.htm [15] Polymer nanocomposit, http://vi.wikipedia.org/wiki/polyme_ nanocompozit [16] http://www.coloradolining.com/products/epdm.htm [17] http://www.rubberimpex.com/ [18] http://www.rpikorea.com/psg.html [19] Vgo – Kinzig, Composite application the role of matrix fiber and interface, VHC publisher Inc, p 3-30, 1992 [20] Yu E Pivinskii (2007), Nanodisperse silica and some aspects of nanotechnologies in the field of silicate materials science, part 1, Refractories and Industrial Ceramics, Vol 48, No [21] Ajayan P.M, L.S.Schader, P V Braun (2003), Nanocomposite Science and Technology ISBN 3-527-30359-6 Weley –VCH Verlag Co KGaA [22] Hua Zou, Shishan Wu, Jian Shen (2008), Polymer/Silica Nanocomposites: Preparation, Characterization, Properties, and Applications, Chem Rev, Vol 108, 3893–3957 [23] Tong Hui Zhou, Wen Hong Ruan, Yu Liang Mai, Min Zhi Rong, Ming Qiu Zhang (2008), Performance improvement of nanosilica/polypropylene composites through in-situ cross-linking approach, Composites Science and Technology, Vol 68, 2858– 2863 Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 24 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu polyme compozit polyme nanocompozit 1.1.1 Vật liệu polyme compozit 1.1.2 Vật liệu polyme nanocompozit 1.1.3 Một số phƣơng pháp chế tạo vật liệu polyme nanocompozit 11 1.2 Vật liệu polyme blend, cao su EPDM, nhựa LDPE 13 1.2.1 Khái niệm, phân loại, ƣu nhƣợc điểm vật liệu polyme blend 13 1.2.2 Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu blend 15 1.2.3 Cao su EPDM (etylen – propylen – dien đồng trùng hợp) 16 1.2.4 Nhựa LDPE (Polyetylen tỉ trọng thấp) 21 1.3 Giới thiệu silica 23 1.3.1 Cấu trúc silica 23 1.3.2 Tính chất vật lý 24 1.3.3 Tính chất hóa học 25 1.3.4 Tính chất hạt silica kích thƣớc nano 25 1.3.5 Ứng dụng hạt nano silica 28 1.3.6 Các phƣơng pháp chế tạo hạt SiO2 30 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 34 2.1 Thiết bị chế tạo vật liệu 34 2.1.1 Máy trộn kín brabender (CHLB Đức) 34 2.1.2 Máy cán trục 34 2.1.3 Máy ép thủy lực 35 2.2 Vật liệu nghiên cứu 36 2.2.1 Cao su EPDM nhựa LDPE 36 2.2.2 Nanosilica 37 2.2.3 Các phụ gia khác 37 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 37 2.3.1 Thành phần mẫu nghiên cứu 37 2.3.2 Chế tạo mẫu nghiên cứu 2.4 Khảo sát tính chất vật liệu 2.4.1 Tính chất lý Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 25 Lớp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 2.4.2 Đánh giá độ bền nhiệt vật liệu phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) 2.4.3 Phân tích cấu trúc hình thái vật liệu CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới tính chất lý vật liệu 3.1.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ bền kéo đứt vật liệu 3.1.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ dãn dài đứt vật liệu8 3.1.3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ dãn dƣ vật liệu 3.1.4 Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ cứng vật liệu 10 3.1.5 Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanosilica tới độ mài mòn vật liệu 12 3.2 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu 16 3.3 Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu 17 KẾT LUẬN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 Phạm Thị Hạnh K34C – Khoa Hóa học 26 Lớp [...]... Quá trình nghiên cứu và chế tạo sản phẩm mới trên cơ sở vật liệu tổ hợp polyme nhanh hơn nhiều so với sản phẩm từ vật liệu mới khác vì nó đƣợc chế tạo trên cơ sở vật liệu và công nghệ có sẵn ♦ Tạo khả năng phối hợp các tính chất mà một loại vật liệu khó hoặc không đạt đƣợc Do đó đáp ứng đƣợc nhiều yêu cầu kĩ thuật cao của hầu hết khắp các lĩnh vực khoa học và kinh tế ♦ Những kiến thức rộng rãi về cấu... việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu tổ hợp polyme blend đóng một vai trò rất quan trọng Tốc độ tăng trƣởng các sản phẩm từ vật liệu này tới hơn chục phần trăm mỗi năm Những ƣu thế của vật liệu này là: ♦ Lấp đƣợc khoảng trống về tính chất công nghệ cũng nhƣ kinh tế giữa các loại nhựa nhiệt dẻo Ngƣời ta có thể tối ƣu hóa về mặt giá thành và tính chất của vật liệu sử dụng ♦ Quá trình nghiên cứu và chế tạo. .. chế tạo vật liệu nano dƣới dạng bột hay dạng màng mỏng Cơ sở của phƣơng pháp này là chuyển các hợp chất (hidroxit, muối, bazơ) về dạng phân tán cao, sau đó phân hủy dạng phân tán cao này thu đƣợc hạt có kích thƣớc nano 1.2 Vật liệu polyme blend, cao su EPDM, nhựa LDPE 1.2.1 Khái niệm, phân loại, ưu nhược điểm về vật liệu polyme blend 1.2.1.1 Khái niệm Vật liệu tổ hợp polyme (hay còn gọi là polyme blend) ... rất nhanh trong những năm gần đây tạo cơ sở cho việc phát triển loại vật liệu này 1.2.2 Các phương pháp chế tạo vật liệu blend 1.2.2.1 Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme Theo phƣơng pháp này thì các polyme thành phần phải hòa tan tốt trong cùng một dung môi hoặc tan tốt trong các dung môi có khả năng trộn lẫn vào nhau Để các polyme trong dung dịch phân tán tốt vào nhau cần phải khấy chúng ở Phạm... blend và khả năng kết dính ngoại • Nhiệt độ phối trộn Tính chất các vật liệu tổ hợp không tƣơng hợp phụ thuộc vào: • Sự phân bố pha • Kích thƣớc hạt • Loại bám dính pha Những yếu tố này bị chi phối bởi điều kiện chuẩn bị và gia công của vật liệu [6] Phạm Thị Hạnh Lớp K34C – Khoa Hóa học 14 Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 1.2.1.3 Những ưu điểm của vật liệu polyme blend Trong khoa học vật liệu, ... nghiệp liệu, làm tăng độ bền của vật liệu đồng thời làm cho vật liệu ổn định ở nhiệt độ cao Do các hạt có kích thƣớc nhỏ (ở mức độ phân tử) nên khi phân tán vào pha nền có thể tạo ra các liên kết vật lý tƣơng đƣơng liên kết hóa học, cho phép tạo ra vật liệu có nhiều tính chất mới Các hạt có kích thƣớc siêu nhỏ nên có thể phân tán trong pha nền tạo ra cấu trúc rất đặc, do đó có khả năng dùng làm vật bảo... pha nền polyme, vật liệu polyme nanocompozit có tính chất tốt hơn hẳn so với vật liệu compozit thông thƣờng 1.1.3 Một số phương pháp chế tạo vật liệu polyme nanocompozit 1.1.3.1 Phương pháp trộn nóng chảy Phƣơng pháp trộn nóng chảy thƣờng đƣợc sử dụng nhiều nhất do tính hiệu quả, tính khả thi và tính thân thiện với môi trƣờng Tuy nhiên, nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là trong sản phẩm tạo thành thƣờng... 1.2.2.3 Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy Phƣơng pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy là phƣơng pháp kết hợp đồng thời các yếu tố cơ nhiệt, cơ hóa và các tác động cững bức lên các polyme thành phần, phụ gia, trên máy gia công nhựa nhiệt dẻo để trộn hợp chúng với nhau (nhƣ máy ép đùn, đúc phun) 1.2.3 Cao su EPDM (etylen – propylen – dien đồng trùng hợp) 1.2.3.1 Nguồn gốc và điều chế. .. nghiệp nhiệt độ cao và kèm theo quá trình gia nhiệt trong thời gian khá dài Sau khi thu đƣợc màng polyme blend cần phải đuổi hết dung môi bằng phƣơng pháp sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp để tránh rạn nứt bề mặt màng và tránh hiện tƣợng màng bị phân hủy nhiệt hay phân hủy oxy hóa nhiệt [3] 1.2.2.2 Chế tạo polyme blend từ hỗn hợp các latex polyme So với phƣơng pháp chế tạo polyme blend từ dung dịch... có khả năng dùng làm vật bảo vệ theo cơ chế che chắn rất tốt Hầu hết các vật liệu polyme nanocompozit đều có tính chống cháy cao hơn so với các vật liệu polyme compozit tƣơng ứng Khả năng chống cháy cao là do cấu trúc của than đƣợc hình thành trong quá trình cháy, chính lớp muội than trở thành rào cách nhiệt rất tốt cho vật liệu, đồng thời ngăn cản sự hình thành và thoát các chất bay hơi trong quá trình ... loại vật liệu khác Trên giới có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sở hạt nanosilica Trong đó, nƣớc ta có số nghiên cứu bƣớc đầu chế tạo vật liệu nanosilica số sở nghiên cứu nhƣ... việc nghiên cứu ứng dụng nanosilica để chế tạo vật liệu cao su nanocompozit đƣợc thực cao su thiên nhiên Từ thực tế đó, chọn đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su nanocompozit sở blend. .. tính chất học vật liệu polymenanocompozit - Nghiên cứu khả bền nhiệt vật liệu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su nanocompozit sở blend EPDM/LDPE nanosilica vấn