compozit PEKN vs nano silica

4 17 0
  • Loading ...
1/4 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 30/12/2018, 20:12

TẠP CHÍ HĨA HỌC T 50(1) 82-85 THÁNG NĂM 2012 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA NỀN POLYESTE KHÔNG NO VÀ NANO SILICA A200 PHẦN II - CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN NỀN NHỰA POLYESTE KHÔNG NO VÀ NANO SILICA A200 KHI CÓ CHẤT LIÊN KẾT Trịnh Minh Đạt1, Bùi Chương2, Bạch Trọng Phúc2*, Đinh Văn Kải2, Lưu Văn Khuê2 Trung tâm Vật liệu hữu Hóa phẩm xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Đến Tòa soạn 15-9-2011 Abstract Effects of coupling agent on the structures and properties of nanocomposite materials based on unsaturated polyester resin and A200 silica nanoparticles were investigated The viscosity of the resin/A200 silica mixtures increased with increasing coupling agent content because of forming core-shell structures and the mechanical properties of polymer nanocomposites generally were better than those without coupling agent and appeared a maximum in mechanical properties at 4.0 wt% coupling agent content IR analyze indicated that the coupling agent had reacted with unsaturated polyester resin and A200 silica nanoparticles SEM, Fe-SEM and TG-SDC demonstrated more homogeneous dispersion of A200 silica nanoparticles in the polymer matrix and accompanied by lower glass transition temperature and melt temperature Furthermore, it was also found that the best dispersion route involved a methanol dispersion technique Để tăng khả phân tán hạt nanosilica polyme việc sử dụng chất liên kết silan trình trộn hợp làm gia tăng liên kết hạt độn nhựa hình thành cấu trúc vỏ-lõi xem xét Quá trình hình thành cấu trúc vỏ-lõi qua hai bước: hạt nanosilica bao bọc chất liên kết, sau chất liên kết tương tác với tạo thành oligome siloxanol bám dính dần bề mặt hạt có độ dày lên đến khoảng 20 nm, cuối tạo hạt có cấu trúc vỏ-lõi Để chống lại kết tụ, cấu trúc vỏ-lõi đơn lẻ kết hợp lại với thành tập hợp cấu trúc vỏ-lõi che chắn lớp màng mỏng nhựa có kích thước khoảng 20 nm tạo nên ổn định tập hợp (hình 1) [4] GIỚI THIỆU Tính chất vật liệu polyme nanocompozit phụ thuộc lớn vào polyme, hạt nano phương pháp chế tạo Các hạt nanosilica sơ cấp không tồn dạng đơn lẻ mà trì dạng tập hợp lực bám dính nội Các nhóm silanol siloxan tồn bề mặt silica theo kiểu liên kết [1, 2] Mật độ nhóm silanol bề mặt nanosilica từ 2,5 đến 3,5 SiOH/nm2 Ngay sau tạo thành hạt sơ cấp, nanosilica có nhóm silanol tự Sau thời gian, nước hấp phụ phản ứng với nhóm siloxan bị kéo giãn hình thành nhóm silanol ghép đơi [3] Chất liên kết Oligome Cấu trúc vỏ-lõi Hình 1: Cơ chế hình thành cấu trúc vỏ-lõi hiệu ứng che chắn không gian THỰC NGHIỆM Hiệu ứng che chắn không gian xypropyltrimetoxysilan) hãng Wacker Silicones (Đức) có khối lượng phân tử 248,4; tỉ trọng (25oC) 1,05; điểm chớp cháy > 100oC - Chất liên kết silan MPS (3-metacrylo82 TCHH, T 50(1), 2012 Bạch Trọng Phúc cộng - Các nguyên liệu hóa chất khác sử dụng phần I [5] - Đã tiến hành khảo sát chất liên kết MPS hàm lượng khác nhau, qui trình chế tạo tương tự phần I, khác thời điểm đưa MPS vào hỗn hợp nhựa sau phân tán nanosilica A200 nhựa - Các phương pháp xác định độ bền kéo, độ bền uốn, độ mài mòn, độ nhớt, TG-DSC, SEM, FE-SEM sử dụng phần I [5] - Phổ IR xác định máy Tensor 27 hãng Bruker Kết đo độ nhớt cho thấy, với PKL hàm lượng MPS độ nhớt hỗn hợp nhựa tăng từ 734 cP lên 1867 cP, tăng dần hàm lượng chất liên kết MPS độ nhớt hỗn hợp tăng lên Đối với hệ phân tán siêu mịn nanosilica A200 nhựa polyeste khơng no (PEKN), có mặt chất liên kết MPS hình thành cấu trúc vỏ-lõi theo chế mơ tả hình Cấu trúc vỏ-lõi hệ PEKN/nanosilica có mặt MPS hấp phụ vật lý lực waal der Vaalls Quá trình hấp phụ làm màng bề mặt hạt nanosilica A200 ngày dày lên nguyên nhân gây nên gia tăng độ nhớt tăng hàm lượng chất liên kết MPS Vì thế, độ nhớt hỗn hợp nhựa tăng tuyến tính với việc tăng hàm lượng chất liên kết MPS Kết đo tính chất học trình bày bảng cho thấy, tăng hàm lượng chất liên kết MPS tính chất học vật liệu tăng dần lên đạt tối ưu hàm lượng MPS PKL Nếu tiếp tục tăng hàm lượng chất liên kết, độ nhớt tăng cao, trình khuấy trộn cho chất đóng rắn sinh bọt khí lòng vật liệu điểm có ứng suất thấp làm cho tính chất học vật liệu giảm xuống KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng chất liên kết đến độ nhớt tính chất học Các mẫu ký hiệu M2, M4, M6 có hàm lượng MPS tương ứng 2, 4, PKL AMG0; AMG4 mẫu chứa 1,75 PKL nanosilica A200 phân tán trước metanol có hàm lượng MPS tương ứng PKL Bảng 1: Tính chất học vật liệu polyme nanocompozit với hàm lượng MPS khác Độ bền kéo, MPa Độ bền uốn, MPa Độ bền va đập, KJ/m2 Độ mài mòn, mg/1000 vòng M0 42,10 71,25 6,34 56,45 M2 43,67 72,77 7,54 53,25 M4 44,11 75,12 8,65 50,56 M6 42,82 73,13 7,32 51,38 AMG0 42,99 73,28 6,82 55,82 AMG4 45,30 75,60 8,75 50,07 Ký hiệu mẫu Khi tăng hàm lượng chất liên kết MPS, nanosilica A200 có xu hướng phân tán đồng tập hợp hạt có kích thước nhỏ nhựa Với hàm lượng PKL MPS, nanosilica A200 phân tán tốt tập hợp hạt lớn Mức độ phân tán tốt đạt hàm lượng chất liên kết MPS PKL Có thể nhận định rằng, nhóm metoxy MPS phản ứng với nhóm silanol bề mặt nanosilica A200 làm giảm thành phần phân cực lượng bề mặt nanosilica Thành phần phân cực lại tỉ lệ thuận với tương tác hạt-hạt (hoặc tác tập hợp hạt với nhau), chất liên kết MPS làm giảm lực tương tác nên làm tăng khả phân tán nanosilica A200 nhựa Ngồi ra, chất liên kết MPS làm tăng lượng liên kết bề mặt chất độn nhựa nền, dẫn đến silica tương hợp tốt nhựa Do yếu tố mà khả thấm ướt nhựa lên bề mặt nanosilica dễ dàng hơn, nguyên nhân làm tăng tính chất học vật liệu 3.2 Các đặc trưng vật liệu polyme nanocompozit có chất liên kết Trên hình 2, cường độ hấp thụ pic 1.126,6 cm-1 liên kết Si-O-Si tăng lên tăng hàm lượng hạt nanosilica đồng thời có mặt chất liên kết MPS cường độ pic liên kết C=C khoảng 1.632 cm-1 giảm xuống, điều chứng tỏ MPS liên kết với bề mặt silica, monome styren tham gia đồng trùng hợp bề mặt hạt silica ghép để tạo hình thái học dạng vỏ-lõi, điều khẳng định [6] Mức độ phân tán nanosilica A200 nhựa PEKN có khơng có chất liên kết MPS trình bày ảnh FE-SEM độ phóng đại 83 TCHH, T 50(1), 2012 Nghiên cứu chế tạo vật liệu… 5000 lần mẫu M0; M4 ảnh SEM độ phóng đại 20.000 lần mẫu AMG0 AMG4 Qua khảo sát hình thái cấu trúc bề mặt ảnh FESEM mẫu vật liệu nanocompozit PEKN/A200 có khơng có chất liên kết cho thấy, mẫu có chất liên kết MPS (hình 3b) có mức độ phân tán tốt hơn, đồng nhiều so với mẫu khơng có chất liên kết (hình 3a) có tạo cầu silan tập hợp hạt nanosilica, bề mặt phẳng mịn Ảnh SEM hình 3d độ phóng đại 20.000 lần mẫu AMG4 cho thấy, bề mặt mẫu mịn, phẳng, hạt tập hợp hạt nanosilica phân tán đồng nhiều so với mẫu khơng có chất liên kết (hình 3c) Khi có mặt chất liên kết MPS, tập hợp hạt nanosilica A200 phân tán đồng nhựa PEKN làm tăng đáng kể diện tích tiếp xúc, liên kết với nhựa Xem xét ứng xử nhiệt hình cho thấy, giai đoạn trước 300oC mẫu có chất liên kết (mẫu M3) bị phân hủy nhiệt sớm mẫu khơng có chất liên kết (mẫu M2) nhiệt độ tăng đến 500oC, mẫu M3 có độ phân hủy nhiệt (87,52%) cao mẫu M2 (84,94%) Điều MPS có liên kết với bề mặt silica với nhựa làm tăng mức độ phân tán nhựa, (a) thân MPS có nhiệt độ phân hủy nhiệt thấp (khoảng 150oC) mẫu M3 bền nhiệt mẫu M2 Hình 2: Phổ hồng ngoại vật liệu polyme nanocompozit có chất liên kết MPS (c) (b) (d) Hình 3: Ảnh Fe-SEM SEM vật liệu polyme nanocompozit: (a)- M0; (b)- M4; c- AMG0; d-AMG4 Hình 4: TGA DSC vật liệu polyme nanocompozit M2- khơng có chất liên kết MPS; M3- có chất liên kết MPS 84 TCHH, T 50(1), 2012 Bạch Trọng Phúc cộng KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Ở điều kiện khuấy trộn hàm lượng nanosilica A200 lựa chọn, hàm lượng chất liên kết tối ưu đạt PKL ứng với tính chất học cao đồng thời độ nhớt hỗn hợp nhựa tăng tăng hàng lượng chất liên kết MPS Phổ hồng ngoại IR cho thấy có phản ứng chất liên kết với nhựa PEKN tập hợp hạt nanosilica tạo hình thái học dạng vỏ-lõi Trên sở phân tích ảnh SEM, Fe-SEM TGA nanosilica A200 phân tán đồng nhựa, nhiên độ bền nhiệt mẫu có chất liên kết thấp mẫu khơng có chất liên kết Phương pháp phân tán trước nanosilica A200 metanol cho thấy có hiệu nanosilica A200 phân tán nhựa tốt tính chất học vật liệu nanocompozit cao Liên hệ: Bạch Trọng Phúc Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Số Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội Email: bachtrphuc@mail.hut.edu.vn 85 Shu-Xue Zhou, Li-Min Wu, Jian Sun, Wei-Dian Shen Effect of Nanosilica on the Properties of Polyester-Based Polyurethane, Journal of Applied Polymer Science, 88, 189-193 (2003) Alexander B Morgan Flame retarded polymer layered silicate nanocomposites: a review of commercial and open literature systems, Polym Adv Technol., 17, 206-217 (2006) Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Silica, Wiley-VCH, 58-66 (2007) Y C Ke, P Stroeve Polymer-Layered Silicate and Silica Nanocomposites, Elsevier B.V, 70-83 (2005) Trịnh Minh Đạt, Bùi Chương, Bạch Trọng Phúc, Đinh Văn Kải, Lưu Văn Khuê Tạp chí Hóa học, 49(6), 756-760 (2011) Kyung Min Do, Haldorai Yuvaraj, Min Hee Woo, Hyun Gyu Kim, Euh Duck Jeong, Keith P Johnston, Kwon Taek Lim Synthesis of polystyrene/SiO2 composite microparticles by dispersion polymerization in sPEKNrcritical fluid, Colloid Polym Sci., 286, 1343-1348 (2008) ... với hệ phân tán siêu mịn nanosilica A200 nhựa polyeste không no (PEKN) , có mặt chất liên kết MPS hình thành cấu trúc vỏ-lõi theo chế mơ tả hình Cấu trúc vỏ-lõi hệ PEKN/ nanosilica có mặt MPS hấp... có chất liên kết Phương pháp phân tán trước nanosilica A200 metanol cho thấy có hiệu nanosilica A200 phân tán nhựa tốt tính chất học vật liệu nanocompozit cao Liên hệ: Bạch Trọng Phúc Trung tâm... kết với bề mặt silica, monome styren tham gia đồng trùng hợp bề mặt hạt silica ghép để tạo hình thái học dạng vỏ-lõi, điều khẳng định [6] Mức độ phân tán nanosilica A200 nhựa PEKN có khơng có
- Xem thêm -

Xem thêm: compozit PEKN vs nano silica, compozit PEKN vs nano silica

Từ khóa liên quan

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay