intTypePromotion=3

Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính nhựa polystyren bằng các hợp chất acrylat

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

0
36
lượt xem
5
download

Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính nhựa polystyren bằng các hợp chất acrylat

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo đề cập đến việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính nhựa PS sử dụng máy trộn Brabender, chất khởi đầu DCP với sự có mặt của các hợp chất acrylat như MMA và TMPTA nhằm thu được sản phẩm nhựa PS có độ bền va đập cao hơn.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính nhựa polystyren bằng các hợp chất acrylat

  1. T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (5A), Tr. 136 - 141, 2007 Kh¶o s¸t mét sè yÕu tè ¶nh h ëng ®Õn qu¸ tr×nh biÕn tÝnh nhùa polystyren b»ng c¸c hîp chÊt acrylat §Õn Tßa so¹n 16-8-2007 NguyÔn Thanh Liªm, B¹ch Träng phóc, Lª V¨n L ¬ng, § o V¨n §«ng Trung t©m Nghiªn cøu VËt liÖu Polyme, Tr2êng §¹i häc B¸ch khoa H7 Néi Summary This paper shows the results of study on modifying polystyrene resin (PS) by dicumyl peroxide (DCP) in the presence of some acrylate monomers such as methylmethacrylate (MMA) and trimethylolpropane triacrylate (TMPTA). The results of mechanical property determination shown that the impact strength of modified PS has been increased with increasing concentration of DCP and acrylate monomers. I - Më ®Çu Metymetacrylat cña Trung Quèc, ®é tinh khiÕt 99,0%, tØ träng 0,9410 - 0,9440 g/cm3 ë Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y cïng víi sù ph¸t 20oC, chiÕt suÊt n25D = 1,4119, nhiÖt ®é s«i triÓn cña ng!nh c«ng nghiÖp gia c«ng chÊt dÎo ë (25oC, 1 atm): 101oC. ViÖt Nam th× nhu cÇu sö dông c¸c chñng lo¹i Trimetylolpropan triacrylat cña H
  2. ISO 527-1 trªn m¸y INSTRON-5582 100 KN cÊu tö. (Mü), tèc ®é kÐo 5 mm/phót. - §é bÒn uèn: ®Bîc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn B¶ng 1: §¬n phèi trén ban ®Çu ISO 178-1993(E) trªn m¸y INSTRON-5582 100 KN (Mü), tèc ®é uèn 5 mm/phót. CÊu tö Tû lÖ, PKL - §é bÒn va ®Ëp: ®Bîc x¸c ®Þnh theo tiªu Nhùa PS 100 chuÈn ISO 179-1993 trªn m¸y RADMANA ITR MMA/TMPTA 1 -2000 (óc), tèc ®é va ®Ëp 3,5 m/s. DCP 0,5 III - KÕt qu¶ v th¶o luËn NhiÖt ®é trén: 190oC; Thêi gian lBu: 4 phót; ¸p lùc trén: 50 MPa. Dùa v!o kÕt qu¶ nghiªn cøu cña mét sè t¸c 1. Kh¶o s¸t ¶nh h#ëng cña nhiÖt ®é trén ®Õn gi¶ kh¸c vÒ biÕn tÝnh nhùa nhiÖt dÎo b»ng c¸c hîp chÊt acrylat ®< lùa chän ®Bîc ®¬n phèi liÖu, tÝnh chÊt c¬ lý cña s¶n phÈm c¸c ®iÒu kiÖn trén ban ®Çu trªn m¸y trén hë §< kh¶o s¸t ¶nh hBëng cña nhiÖt ®é trén ®Õn Brabender [2, 3, 6]. tÝnh chÊt c¬ lý cña nhùa PS biÕn tÝnh. NhiÖt ®é Nguyªn liÖu ®Bîc ®Ba v!o m¸y trén theo trén thay ®æi theo tõng bBíc nh¶y l! 10oC cßn mét tr×nh tù x¸c ®Þnh: nhùa PS-DCP- c¸c yÕu tè kh¸c nhB tû lÖ cÊu tö, thêi gian lBu, MMA/TMPTA. ¸p lùc trén ®Bîc gi÷ nguyªn nhB ®¬n phèi liÖu ban ®Çu. KÕt qu¶ ®o tÝnh chÊt c¬ lý cña nhùa PS C¸c ®iÒu kiÖn trén sÏ ®Bîc thay ®æi theo c¸c biÕn tÝnh ë c¸c nhiÖt ®é trén kh¸c nhau ®Bîc qóa tr×nh kh¶o s¸t víi môc ®Ých t×m ra ®Bîc ®iÒu tr×nh b!y trong b¶ng 2. kiÖn gia c«ng thÝch hîp v! tû lÖ tèi Bu cña c¸c B¶ng 2: ¶nh hBëng cña nhiÖt ®é trén ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña nhùa PS ChØ sè §é bÒn §é bÒn NhiÖt ®é, H!m lBîng §é bÒn va ®Ëp, MÉu o ch¶y, kÐo, uèn, C phÇn gel, % KJ/m2 g/10p MPa MPa I - 13,2 - 43,7 63,8 3,09 A1 190 12,7 17,5 39,7 43,4 2,90 A2 200 11,4 30,2 40,4 61,4 3,25 A3 210 12,2 28,4 40,0 53,1 3,10 B1 190 11,9 29,1 38,2 56,6 3,02 B2 200 10,9 31,1 40,6 60,3 3,30 B3 210 11,0 30,6 39,0 62,8 3,15 Ghi chó: MÉu I: mÉu nhùa PS ban ®Çu. MÉu A: mÉu ®Bîc biÕn tÝnh víi MMA. MÉu B: mÉu ®Bîc biÕn tÝnh víi TMPTA. KÕt qu¶ ë b¶ng 2 cho thÊy, khi sö dông hîp §< tiÕn h!nh chôp phæ hång ngo¹i cña nhùa chÊt acrylat ®Ó biÕn tÝnh nhùa PS th× nhiÖt ®é PS ban ®Çu v! c¸c s¶n phÈm ghÐp víi MMA v! trén thÝch hîp nhÊt l! ë 200oC. S¶n phÈm thu TMPTA, kÕt qu¶ cho thÊy ®< xuÊt hiÖn pic trong ®Bîc cã ®é bÒn kÐo, ®é bÒn uèn gi¶m ®i so víi kho¶ng 1740 cm-1 ®Æc trBng cho liªn kÕt C=O nhùa PS ban ®Çu nhBng ®é bÒn va ®Ëp t¨ng lªn. cña hîp chÊt acrylat, ®iÒu ®ã cã nghÜa l! ®< cã §< lùa chän nhiÖt ®é trén l! 200oC ®Ó thùc hiÖn hiÖn tBîng ghÐp MMA v! TMPTA lªn m¹ch ®¹i c¸c bBíc nghiªn cøu tiÕp theo. ph©n tö nhùa PS (h×nh 1). 137
  3. H×nh 1: Phæ IR cña nhùa PS-MMA/PS - TMPTA 1. Phæ IR cña nhùa PS nguyªn chÊt; 2. Phæ IR cña nhùa biÕn tÝnh b»ng TMPTA; 3. Phæ IR cña nhùa biÕn tÝnh b»ng MMA 2. Kh¶o s¸t ¶nh h#ëng cña thêi gian l#u ®Õn lBîng phÇn gel cña c¸c mÉu víi thêi gian trén tÝnh chÊt c¬ lý cña s¶n phÈm kh¸c nhau. §< lùa chän thêi gian lBu cña hçn hîp l! 5 phót cho c¸c qu¸ tr×nh nghiªn cøu tiÕp §< kh¶o s¸t ¶nh hBëng cña thêi gian lBu hçn theo. hîp nguyªn liÖu ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña nhùa PS biÕn tÝnh víi nhiÖt ®é lùa chän l! 200oC. Thêi 3. Kh¶o s¸t ¶nh h#ëng cña h m l#îng DCP gian lBu thay ®æi tõ 4 - 8 phót kÓ tõ khi b¾t ®Çu ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña s¶n phÈm ®Ba hçn hîp nhùa PS v!o trong buång trén. H!m lBîng chÊt khëi ®Çu t¹o gèc tù do trong H×nh 2 m« t¶ ¶nh hBëng cña thêi gian trén ®Õn ph¶n øng ghÐp cã ¶nh hBëng ®Õn tÝnh chÊt c¬ nhiÖt ®é v! momen xo¾n cña hçn hîp trén. häc v! hãa häc cña s¶n phÈm sau n!y. §< kh¶o KÕt qu¶ kh¶o s¸t cho thÊy, momen xo¾n v! s¸t ¶nh hBëng cña h!m lBîng DCP ®Õn tÝnh chÊt nhiÖt ®é ®¹t ®Õn c©n b»ng tB¬ng øng víi thêi c¬ lý cña nhùa PS biÕn tÝnh, kÕt qu¶ ®o tÝnh chÊt gian trén 5 phót. NÕu thêi gian trén ng¾n th× hçn c¬ häc cña nhùa PS biÕn tÝnh b»ng MMA v! hîp chBa ®Bîc trén hîp kü v! l!m gi¶m hiÖu TMPTA ®Bîc tr×nh b!y trong b¶ng 3. qu¶ cña qu¸ tr×nh trén hîp. NÕu thêi gian trén d!i h¬n th× cã thÓ x¶y ra hiÖn tBîng ®øt m¹ch do KÕt qu¶ ë b¶ng 3 cho thÊy, khi kh«ng sö nhiÖt dÉn ®Õn l!m suy gi¶m tÝnh chÊt cña s¶n dông DCP l!m chÊt khëi ®Çu hiÖn tBîng ghÐp phÈm. §iÒu n!y ®Bîc thÓ hiÖn ë ®Bêng biÓu diÔn còng ®< x¶y ra nhBng víi møc ®é nhá h¬n so sù biÕn thiªn cña nhiÖt ®é trén - thêi gian trén víi c¸c mÉu sö dông DCP l!m t¸c nh©n t¹o gèc (®Bêng 1) cã xu hBíng ®i lªn v! momen xo¾n tù do. §iÒu n!y cã thÓ ®Bîc gi¶i thÝch l! mÆc dï (®B¬ng 2) gi¶m xuèng. KÕt qu¶ n!y còng ®Bîc kh«ng sö dông chÊt khëi ®Çu t¹o gèc nhBng kh¼ng ®Þnh l¹i khi kh¶o s¸t chØ sè ch¶y v! h!m dBíi t¸c dông cña nhiÖt ®é c¸c liªn kÕt yÕu 138
  4. 1 2 H×nh 2: ¶nh hBëng thêi gian trén ®Õn cña momen xo¾n, nhiÖt ®é cña hçn hîp nhùa §Bêng 1: BiÕn thiªn cña nhiÖt ®é theo thêi gian trén §Bêng 2: BiÕn thiªn cña momen xo¾n theo thêi gian trén B¶ng 3: ¶nh hBëng cña h!m lBîng DCP ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña nhùa PS biÕn tÝnh Khèi lBîng ChØ sè ch¶y, H!m lBîng §é bÒn kÐo, §é bÒn §é bÒn va MÉu DCP, g g/10p phÇn gel, % MPa uèn, MPa ®Ëp, KJ/m2 II 0 13,1 7,4 41,1 60,8 2,86 III 0 12,9 9,0 41,9 62,0 2,92 A4 0,5 11,4 30,2 40,4 61,4 3,25 A5 1,0 10,2 42,8 39,5 61,0 3,37 A6 1,5 10,5 29,3 38,1 53,7 3,20 B4 0,5 10,9 31,1 40,6 60,3 3,30 B5 1,0 8,3 47,7 42,8 59,2 3,59 B6 1,5 9,6 43,4 41,1 53,0 3,49 Ghi chó: MÉu II: mÉu kh«ng sö dông DCP, biÕn tÝnh b»ng MMA; MÉu III: mÉu kh«ng sö dông DCP, biÕn tÝnh b»ng TMPTMA; MÉu A: mÉu ®Bîc biÕn tÝnh víi MMA MÉu B: mÉu ®Bîc biÕn tÝnh víi TMPTA; trong m¹ch ®¹i ph©n tö cña nhùa PS (nhB c¸c 4. Kh¶o s¸t ¶nh h#ëng cña h m l#îng MMA liªn kÕt ®Çu nèi ®Çu) ®< cã thÓ bÞ ®øt ra v! t¹o v TMPTA ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña nhùa gèc tù do kÝch ho¹t qu¸ tr×nh ghÐp víi monome PS biÕn tÝnh acrylat. Víi h!m lBîng DCP l! 1% th× c¶ hai mÉu ghÐp víi MMA v! TMPTA ®Òu cã ®é bÒn §< kh¶o s¸t ¶nh hBëng cña h!m lBîng va ®Ëp cao nhÊt v! ®< lùa chän tû lÖ n!y cho qu¸ MMA v! TMPTA ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña nhùa tr×nh kh¶o s¸t tiÕp theo. PS biÕn tÝnh v! tËp trung v!o ®é bÒn va ®Ëp cña 139
  5. s¶n phÈm. KÕt qu¶ kh¶o s¸t ¶nh hBëng cña h!m nhùa PS biÕn tÝnh ®Bîc tr×nh b!y ë h×nh 3. lBîng MMA v! TMPTA ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña 5 4 §é bÒn va ®Ëp KJ/m2 3 TMPTA MMA 2 1 0 1 2 3 4 5 Khèi lBîng monome, g H×nh 3: ¶nh hBëng cña h!m lBîng MMA v! TMPTA ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña nhùa PS biÕn tÝnh H×nh 3 cho thÊy, h!m lBîng monome acrylat nghiªn cøu khi sö dông monome acrylat l!m t¸c cã ¶nh hBëng ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña s¶n phÈm. nh©n kh©u m¹ng nhùa nhiÖt dÎo [2, 3, 6]. Khi sö dông MMA th× víi h!m lBîng MMA 2% ¶nh chôp kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt bÒ mÆt cho mÉu cã ®é bÒn va ®Ëp cao nhÊt, t¨ng tõ 3,09 mÉu nhùa PS ban ®Çu v! s¶n phÈm ghÐp MMA KJ/m2 lªn 3,56 KJ/m2 (t¨ng 15,6%). Khi h!m v! TMPTA bÞ ph¸ huû dBíi t¸c dông cña lùc va lBîng MMA trong hçn hîp lín h¬n 2% th× cã ®Ëp ®< kh¼ng ®Þnh l¹i kÕt qu¶ ®o tÝnh chÊt c¬ lý thÓ lBîng MMA dB kh«ng tham gia v!o qu¸ nãi trªn. BÒ mÆt nhùa PS ban ®Çu th« r¸p (¶nh tr×nh ghÐp ®< l!m gi¶m kh¶ n¨ng chÞu va ®Ëp 1.a), bÒ mÆt mÉu sau khi ghÐp MMA v! cña vËt liÖu. TMPTA (¶nh 1.b v! 1.c) mÞn h¬n. §iÒu ®ã Khi sö dông TMPTA ®Ó biÕn tÝnh nhùa PS chøng tá sau khi ghÐp monome acrylat, liªn kÕt th× ®é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu thu ®Bîc còng gi÷a c¸c m¹ch ®¹i ph©n tö v÷ng ch¾c h¬n dÉn t¨ng nhB khi sö dông MMA nhBng h!m lBîng ®Õn ®é bÒn va ®Ëp ®Bîc t¨ng lªn. monome tèi Bu l! 3% v! ®é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu t¨ng nhiÒu h¬n so víi khi sö dông MMA: IV - KÕt luËn t¨ng tõ 3,09 KJ/m2 lªn 3,83 KJ/m2 (t¨ng 23,9%). §iÒu n!y còng cã thÓ ®Bîc gi¶i thÝch l! tuy 1. Thùc hiÖn ph¶n øng ghÐp MMA v! c¶ hai monome (MMA v! TMPTA) còng tham TMPTA lªn nhùa PS trong thiÕt bÞ trén gia v!o qu¸ tr×nh ghÐp lªn m¹ch ®¹i ph©n tö Brabender theo phB¬ng ph¸p trén hîp nãng nhùa PS nhBng do TMPTA l! mét monome ®a ch¶y v! kh¶o s¸t ¶nh hBëng cña ®iÒu kiÖn trén chøc nªn cã thÓ ®< x¶y ra hiÖn tBîng kh©u m¹ng ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña s¶n phÈm thu ®Bîc. KÕt l!m t¨ng ®é bÒn v÷ng cña s¶n phÈm thu ®Bîc qu¶ chôp phæ hång ngo¹i cña mÉu sau khi trén dÉn ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña s¶n phÈm t¨ng lªn. víi MMA v! TMPTA cho thÊy ®< x¶y ra hiÖn Tuy nhiªn còng nhB khi sö dông MMA, nÕu tBîng ghÐp c¸c monome acrylat lªn m¹ch ®¹i TMPTA dB th× ngo!i ph¶n øng ghÐp cã thÓ diÔn ph©n tö nhùa PS. ra ph¶n øng oligome hãa gi÷a c¸c ph©n tö 2. §< t×m ra ®iÒu kiÖn trén tèi Bu cho qu¸ TMPTA v! ®< dÉn ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña s¶n tr×nh trén l!: nhiÖt ®é trén 200oC, h!m lBîng phÈm ph¶n øng gi¶m xuèng. VÊn ®Ò n!y còng DCP 1%, thêi gian lBu 5 phót v! h!m lBîng ®< ®Bîc ®Ó cËp ®Õn trong mét sè c«ng tr×nh monome acrylat l! 2% v! 3% khèi lBîng so víi 140
  6. (a) (b) (c) ¶nh 1: bÒ mÆt mÉu nhùa PS ban ®Çu v! sau khi biÕn tÝnh b»ng MMA v! TMPTA nhùa PS tB¬ng øng víi monome sö dông l! Polym. Sci., Vol. 81, P. 581 - 590 (2001). MMA v! TMPTA. 2. Th¸i Hoang, Neil Varshney. T¹p chÝ Hãa 3. §< kh¶o s¸t mét sè tÝnh chÊt c¬ häc cña häc, T. 41, Tr. 127 - 132 (2003). nhùa PS biÕn tÝnh kÕt qu¶ cho thÊy monome 3. Th¸i Ho!ng, Neil Varshney. T¹p chÝ Hãa TMPTA t¹o cho s¶n phÈm cã tÝnh chÊt c¬ häc häc, T. 42, Tr. 110 - 114 (2004). cao h¬n so víi khi sö dông MMA. Khi sö dông 3% TMPTA ë ®iÒu kiÖn ghÐp tèi Bu ®< t¹o cho 4. J. C. Garcia - Quesada, M. Gilbert. J. Appl. s¶n phÈm thu ®Bîc cã ®é kÐo, ®é bÒn uèn gÇn Polym. Sci, Vol. 77, P. 2657 - 2666 (2000). tB¬ng ®B¬ng so víi nhùa PS ban ®Çu trong khi 5. Th¸i Ho!ng, §ç V¨n C«ng, Lª V¨n Toan. ®é bÒn va ®Ëp cao h¬n 23,9% (t¨ng tõ 3,09 T p chÝ Hãa h c, T. 42, Tr. 332 - 336 KJ/m2 lªn 3,83 KJ/m2) so víi nhùa PS ban ®Çu. (2004). T i liÖu tham kh¶o 6. Kim Byung Kyu, Shon Kyung Ho, Jeong Han Mo. J. Appl. Polym. Sci., Vol. 92(3), 1. N. Torres, J. J. Robin, B. Boutevin. J. Appl. P. 1672 (2004). 141

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản