intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lí bề mặt sợi tre bằng anhiđrit axetic đến tính chất kéo của vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa polypropylen

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

35
lượt xem
2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

This paper showed the effect of acetylation of bamboo surface by anhydride acetic (AA) on tensile strength of polymer composite (PC) based on polypropylene (PP) reinforced by short bamboo fibers. The best conditions for acetylation is ratio of –OH to AA was 1:3, at the temperature of 100o C within 8 hours. The tensile strength of 50% fibers content’s PC has been increased in comparison with unreinforced PP.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lí bề mặt sợi tre bằng anhiđrit axetic đến tính chất kéo của vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa polypropylen

T¹p chÝ Hãa häc, T. 43 (4), Tr. 479 - 483, 2005<br /> <br /> <br /> Nghiªn cøu ¶nh h ëng cña xö lý bÒ mÆt sîi tre b»ng<br /> anhi®rit axetic ®Õn tÝnh chÊt kÐo cña vËt liÖu polyme<br /> compozit trªn c¬ së nhùa polypropylen<br /> §Õn Tßa so¹n 3-8-2005<br /> TrÇn VÜnh DiÖu, NguyÔn Ph¹m Duy Linh, § o Minh Anh<br /> Trung t©m nghiªn cøu vËt liÖu polyme, Tr.êng §¹i häc B¸ch Khoa H3 Néi<br /> <br /> <br /> Summary<br /> This paper showed the effect of acetylation of bamboo surface by anhydride acetic (AA) on<br /> tensile strength of polymer composite (PC) based on polypropylene (PP) reinforced by short<br /> bamboo fibers. The best conditions for acetylation is ratio of –OH to AA was 1 : 3, at the<br /> temperature of 100oC within 8 hours. The tensile strength of 50% fibers content’s PC has been<br /> increased in comparison with unreinforced PP.<br /> <br /> <br /> I - Më ®Çu - Nhùa PP sö dông cña Basell (¶ RËp) cã<br /> chØ sè ch¶y 12 g/10 phót (ë 230oC v' t¶i träng<br /> Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, viÖc sö dông sîi 2,16 kg), nhiÖt ®é nãng ch¶y 165oC, ®é bÒn kÐo<br /> tù nhiªn trong polyme compozit (PC) ng'y c'ng 35,5 MPa v' m«®un kÐo 659 MPa.<br /> ®(îc quan t©m [1, 2]. §Æc ®iÓm næi bËt cña sîi - Tre t(¬i cña tØnh Hßa B×nh. Sîi tre ng¾n<br /> tù nhiªn l' kh¶ n¨ng t¸i t¹o, ph©n hñy ®(îc ®(îc chÕ t¹o theo ph(¬ng ph¸p c¬ häc nh( sau:<br /> trong nh÷ng ®iÒu kiÖn m«i tr(êng x¸c ®Þnh v' ChÎ c¸c èng tre th'nh c¸c thanh d'y 2 - 3 mm,<br /> ch¸y hÕt kh«ng g©y t¾c lß ®èt nh( c¸c lo¹i sîi c¸n dËp trªn m¸y c¸n 2 trôc (NhËt B¶n) v' c¾t<br /> thñy tinh [3]. Nh( vËy, sîi tù nhiªn cã t¸c dông nhá trªn m¸y c¾t Restch (§øc) víi l(íi läc 0,25<br /> tÝch cùc ®Õn viÖc b¶o vÖ m«i tr(êng. Trong c¸c mm. C¸c sîi tre ng¾n nhËn ®(îc cã ®(êng kÝnh<br /> lo¹i sîi tù nhiªn, tre ®ãng mét vai trß quan träng trung b×nh 17 µm, chiÒu d'i 160 µm.<br /> do cã nguån dù tr÷ dåi d'o v' sinh tr(ëng<br /> nhanh. GÇn ®©y, ®N cã nhiÒu nghiªn cøu vÒ xö - ChÊt trî t(¬ng hîp MAPP (PP biÕn tÝnh<br /> lý bÒ mÆt sîi tre b»ng ph(¬ng ph¸p hãa häc b»ng anhi®rit maleic) do Trung t©m nghiªn cøu<br /> nh»m l'm t¨ng kh¶ n¨ng t(¬ng hîp cña sîi tre vËt liÖu polyme, Tr(êng §¹i häc B¸ch khoa H'<br /> víi nhùa nÒn, ®Æc biÖt l' nÒn nhùa nhiÖt dÎo [4, Néi chÕ t¹o cã h'm l(îng anhi®rit maleic (MA)<br /> 5]. Trong khu«n khæ nghiªn cøu n'y, c¸c t¸c gi¶ l' 0,5% khèi l(îng v' tû träng d = 0,9 g/cm3.<br /> ®N kh¶o s¸t qu¸ tr×nh sö dông sîi tre ng¾n nhËn - Anhi®rit axetic (Trung Quèc), tû träng d =<br /> ®(îc tõ ph(¬ng ph¸p gia c«ng c¬ häc v' ®(îc 1,08 g/cm3, nång ®é C = 98,5%.<br /> xö lý bÒ mÆt b»ng anhi®rit axetic (AA) l'm chÊt - ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt HL-04 (Trung Quèc).<br /> gia c(êng cho PP nh»m t¹o ra mét lo¹i vËt liÖu<br /> PC cã tÝnh chÊt kÐo mong muèn. 2. C¸c ph ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt cña<br /> vËt liÖu<br /> II - Thùc NghiÖm - §é bÒn kÐo ®(îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn<br /> ISO 527 trªn m¸y Lloyd 0,5 KN (Anh) víi tèc<br /> 1. Nguyªn liÖu v hãa chÊt ®é kÐo 5 mm/phót.<br /> 479<br /> - BÒ mÆt sîi tr(íc v' sau khi xö lý hãa häc axetyl hãa. Nh( vËy, ph(¬ng ph¸p n'y ®(îc<br /> ®(îc x¸c ®Þnh th«ng qua gãc tiÕp xóc b»ng xem l' ph(¬ng ph¸p gÇn ®óng.<br /> ph(¬ng ph¸p Willhelmy trªn m¸y Thermal Cahn Qu¸ tr×nh ph¶n øng gi÷a xenlulo v' AA x¶y<br /> DCA 322. ra theo s¬ ®å sau:<br /> - ¶nh h(ëng cña viÖc xö lý bÒ mÆt sîi ®(îc Nh( vËy khi xö lý b»ng AA, hiÖu suÊt cña<br /> ®¸nh gi¸ b»ng ph(¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ hång ph¶n øng sÏ ®(îc ®¸nh gi¸ b»ng sù thay ®æi vÒ<br /> ngo¹i FTIR bÒ mÆt sîi trªn m¸y Brucker Tensor khèi l(îng cña sîi tre sau khi ®(îc xö lý.<br /> 27 (Mü).<br /> a) ¶nh h.ëng cña kiÒm ®Õn ph¶n øng axetyl hãa<br /> - CÊu tróc h×nh th¸i cña vËt liÖu PC ®(îc x¸c sîi tre<br /> ®Þnh b»ng ¶nh kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM)<br /> trªn m¸y JEOL JSM6360LV (NhËt B¶n). Sîi tre ®(îc tiÕn h'nh xö lý kiÒm b»ng dung<br /> dÞch NaOH 0,1 N trong 72 giê, sau ®ã ®(îc<br /> III - KÕt qu¶ v th¶o luËn axetyl hãa b»ng anhi®rit axetic víi tû lÖ gi÷a<br /> AA v' xenlulo tÝnh theo nhãm OH l' nOH : nAA<br /> 1. Kh¶o s¸t ph¶n øng axetyl hãa sîi tre l' 1 : 1 (mol), nhiÖt ®é ph¶n øng 80oC trong 8<br /> giê. KÕt qu¶ ®(îc tr×nh b'y ë h×nh 1a. Tõ h×nh<br /> Do hÖ thèng gåm nhiÒu cÊu tö v' khi cã mÆt 1a nhËn thÊy, khi xö lý tr(íc b»ng kiÒm th× ®é<br /> AA ë nhiÖt ®é n©ng cao cã thÓ cã mét sè qu¸ gi¶m khèi l(îng cña sîi sau khi axetyl hãa thÊp<br /> tr×nh x¶y ra ®ång thêi. §Ó ®¬n gi¶n hãa ®N dïng h¬n so víi sîi kh«ng ®(îc xö lý tr(íc, chØ t¨ng<br /> ph(¬ng ph¸p träng l(îng ®Ó theo dâi ph¶n øng 1,18% sau 10 giê xö lý.<br /> <br /> 2 1.18 12 10.77<br /> Sù thay ®æi khèi l(îng, %<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> §é t¨ng khèi l(îng, %<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0 10<br /> 7.67<br /> -2 4 6 -0.44 8 10 8<br /> 6.03<br /> -1.97 6 5.12<br /> -4 -2.6<br /> 4<br /> -6<br /> -5.64 -5.68 2<br /> -6.25<br /> -8 0<br /> ch(a xö lý xö lý kiÒm<br /> -10 -9.36 4 6 8 10<br /> Thêi gian, giê Thêi gian, giê<br /> (a) (b)<br /> 18<br /> §é t¨ng khèi l(îng, %<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 15.44 20<br /> 16<br /> 15.44<br /> §é t¨ng khèi l(îng, %<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 14<br /> 15 12.1 11.27<br /> 12 10.77 10.43<br /> 10 7.77 8.47<br /> 10<br /> 5.08<br /> 8<br /> 5<br /> 6<br /> 3.7 0<br /> 4<br /> 2 1:0,5 1:1,0 1:1,5 1:2,0 1:3,0 1:4,0<br /> 0 Tû lÖ nOH : nAA, mol<br /> 70 80 90 100<br /> NhiÖt ®é, oC<br /> <br /> (c) (d)<br /> H×nh 1: ¶nh h(ëng cña xö lý kiÒm (a), cña thêi gian (b); cña nhiÖt ®é (c) v'<br /> cña tû lÖ cÊu tö nOH : nAA®Õn sù thay ®æi khèi l(îng sîi tre<br /> b) ¶nh h.ëng cña thêi gian ®Õn ph¶n øng axetyl TiÕn h'nh axetyl hãa sîi tre ®N ®(îc xö lý<br /> hãa sîi tre b»ng kiÒm ë c¸c thêi gian 4 giê, 6 giê, 8 giê, 10<br /> <br /> 480<br /> giê v' c¸c ®iÒu kiÖn ph¶n øng kh¸c nh( sau nOH tèi (u cho ph¶n øng axetyl hãa sîi tre l' sîi tre<br /> : nAA l' 1 : 1 (mol), ë nhiÖt ®é ph¶n øng 80oC. Sù ®(îc xö lý tr(íc b»ng NaOH 0,1 N trong 72<br /> thay ®æi khèi l(îng cña sîi tre sau khi axetyl giê; thêi gian axetyl hãa 8 giê ë nhiÖt ®é 100oC<br /> hãa tr×nh b'y ë h×nh 1b. Cã thÓ thÊy víi thêi víi tû lÖ cÊu tö nOH : nAA = 1 : 3 (mol).<br /> gian axetyl hãa l' 8 giê th× ®é t¨ng khèi l(îng<br /> cña sîi tre l' cao nhÊt (10,77%) v' thêi gian n'y 2. ¶nh h ëng cña qu¸ tr×nh axetyl hãa ®Õn<br /> ®(îc lùa chän cho ph¶n øng axetyl hãa sîi tre. ®é ph©n cùc cña sîi<br /> <br /> c) ¶nh h.ëng cña nhiÖt ®é ®Õn ph¶n øng axetyl TÝnh ph©n cùc cña bÒ mÆt sîi tre sau khi<br /> axetyl hãa ®(îc ®¸nh gi¸ th«ng qua gãc tiÕp<br /> hãa sîi tre<br /> xóc. Sù thay ®æi vÒ gãc tiÕp xóc cña sîi tre tr(íc<br /> Sîi tre ®N xö lý b»ng kiÒm ®(îc tiÕn h'nh v' sau khi axetyl hãa ®(îc tr×nh b'y ë b¶ng 1.<br /> axetyl hãa ë c¸c nhiÖt ®é: 70oC, 80oC, 90oC v'<br /> 100oC trong 8 giê, tû lÖ cÊu tö nOH : nAA l' 1 : 1 B¶ng 1: Gãc tiÕp xóc cña sîi tre tr(íc v' sau khi<br /> v' kÕt qu¶ vÒ sù thay ®æi khèi l(îng ®(îc thÓ axetyl hãa<br /> hiÖn ë h×nh 1c. Tõ h×nh 1c nhËn thÊy, ®é t¨ng<br /> khèi l(îng cña sîi tû lÖ thuËn víi t¨ng nhiÖt ®é MÉu tre Gãc tiÕp xóc (§é)<br /> v' cao nhÊt ë 100oC (15,44%). Kh«ng xö lý hãa häc 63,08<br /> d) ¶nh h.ëng cña tû lÖ cÊu tö ®Õn ph¶n øng §N xö lý AA 85,73<br /> axetyl hãa sîi tre<br /> §Ó kh¶o s¸t ¶nh h(ëng cña tû lÖ cÊu tö nOH : Tõ b¶ng 1 nhËn thÊy bÒ mÆt sîi tre sau khi<br /> nAA ®Õn ph¶n øng axetyl hãa sîi tre ®N ®(îc xö axetyl hãa cã gãc tiÕp xóc t¨ng 30% so víi sîi<br /> lý tr(íc b»ng kiÒm, ph¶n øng axetyl hãa ®(îc kh«ng ®(îc xö lý. §iÒu n'y chøng tá ®é ph©n<br /> tiÕn h'nh ë 100oC trong 8 giê víi c¸c tû lÖ cÊu cùc cña bÒ mÆt sîi tre gi¶m râ rÖt do sù gi¶m<br /> tö kh¸c nhau nOH : nAA = 1 : 0,5; 1 : 1; 1 : 1,5; 1 : ®¸ng kÓ cña nhãm –OH ph©n cùc. ¶nh SEM<br /> 2; 1 : 3; 1 : 4. §é t¨ng khèi l(îng cña sîi tre sau tr×nh b'y ë h×nh 2a,b còng ®N chøng minh thªm<br /> khi axetyl hãa ®(îc tr×nh b'y ë h×nh 1d. Tõ h×nh v× bÒ mÆt sîi tre cã thay ®æi sau khi xö lý b»ng<br /> 1d nhËn thÊy, tû lÖ cÊu tö tèt nhÊt dïng cho qu¸ AA. Gãc tiÕp xóc cña bÒ mÆt sîi tre t¨ng lªn<br /> tr×nh axetyl hãa sîi tre l' 1 : 3 (®é t¨ng khèi l'm t¨ng kh¶ n¨ng t(¬ng hîp cña sîi tre v' nhùa<br /> l(îng ®¹t 15,44%). nÒn PP do ®ã l'm t¨ng tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt<br /> Tõ c¸c kh¶o s¸t trªn cã thÓ rót ra ®iÒu kiÖn liÖu PC.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (a) (b)<br /> H×nh 2: ¶nh SEM bÒ mÆt sîi tre ch(a xö lý hãa häc (a) v' bÒ mÆt sîi tre sau khi axetyl hãa<br /> 3. ¶nh h ëng cña sîi tre axetyl hãa ®Õn tÝnh chÊt kÐo cña vËt liÖu PC<br /> VËt liÖu PC ®(îc chÕ t¹o trªn c¬ së nhùa PP v' sîi tre ®N ®(îc axetyl hãa víi c¸c tû lÖ sîi tre<br /> 45%, 50%, 55%. §é bÒn kÐo v' mo®un kÐo cña vËt liÖu PC tr×nh b'y ë h×nh 3 v' 4.<br /> 481<br /> 40 35.4 36.5 35.8 1600 1370 1350 1340 1380 1400<br /> 32.6 31.7 1300<br /> §é bÒn kÐo, MPa<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Mo®un kÐo, MPa<br /> 30 25.1 24 1200<br /> <br /> 20 800 659<br /> <br /> <br /> 10 400<br /> 0 0<br /> 45 50 55 PP Bassel 45 50 55 PP Bassel<br /> H'm l(îng sîi tre, % H'm l(îng sîi tre, %<br /> Tre ch(a xö lý Tre xö lý AA<br /> Tre ch(a xö lý Tre xö lý AA<br /> <br /> <br /> H×nh 3: ¶nh h(ëng cña sîi tre axetyl hãa ®Õn H×nh 4: ¶nh h(ëng cña sîi tre axetyl hãa ®Õn<br /> ®é bÒn kÐo cña vËt liÖu PC m«®un kÐo cña vËt liÖu PC<br /> <br /> Tõ h×nh 3 v' 4 nhËn thÊy, ®é bÒn kÐo cña Tõ h×nh 5 nhËn thÊy:<br /> vËt liÖu PC sö dông sîi tre ®N ®(îc axetyl hãa - Cã sù t¨ng c(êng ®é pic ë vïng 1745 cm-1<br /> t¨ng cao h¬n so víi vËt liÖu PC sö dông sîi tre<br /> ®Æc tr(ng cho nhãm cacbonyl C=O, nh( vËy cã<br /> kh«ng xö lý v' PP nguyªn thÓ. §é bÒn kÐo cña<br /> vËt liÖu ®¹t cao nhÊt ë h'm l(îng sîi tre 50% sù t¨ng h'm l(îng cña nhãm cacbonyl trong<br /> (36,45 MPa) v' t¨ng 2% so víi PP nguyªn thÓ. th'nh phÇn cña sîi.<br /> Mo®un kÐo cña lo¹i vËt liÖu PC n'y cao h¬n so - Cã sù t¨ng c(êng ®é pic ë vïng 1375 cm-1<br /> víi vËt liÖu PC sö dông sîi kh«ng ®(îc xö lý v' ®Æc tr(ng cho dao ®éng hãa trÞ C-H trong CH3.<br /> cao h¬n rÊt nhiÒu so víi PP nguyªn thÓ. M«®un<br /> kÐo dao ®éng trong kho¶ng 1200 - 1400 MPa v' - Cã sù t¨ng c(êng ®é pic ë vïng 1240 cm-1<br /> ®¹t cao nhÊt ë h'm l(îng sîi 55% (1400 MPa). ®Æc tr(ng cho liªn kÕt C=O.<br /> 4. Ph©n tÝch phæ hång ngo¹i FTIR víi c¸c - Cã sù t¨ng c(êng ®é pic ë vïng 2900 cm-1<br /> mÉu sîi ®Æc tr(ng cho liªn kÕt C-H trong CH3.<br /> §é hÊp thô, %<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 5: Phæ hång ngo¹i FTIR cña c¸c mÉu sîi tre<br /> <br /> 482<br /> IV - KÕt luËn T i liÖu tham kh¶o<br /> <br /> 1. §N tiÕn h'nh nghiªn cøu qu¸ tr×nh axetyl 1. TrÇn VÜnh DiÖu, Lª ThÞ Ph¸i, Phan Minh<br /> hãa sîi tre v' x¸c ®Þnh ®(îc ®iÒu kiÖn thÝch hîp Ngäc, Lª Ph(¬ng Th¶o, Lª Hång Quang.<br /> cho viÖc xö lý sîi: T¹p chÝ Hãa häc, T. 40, sè §B, Tr. 8 (2002).<br /> - Xö lý tr(íc sîi b»ng NaOH 0,1 N trong 72 2. TrÇn VÜnh DiÖu, Lª ThÞ Ph¸i. H(íng ph¸t<br /> giê. triÓn cña vËt liÖu PC. B¸o c¸o khoa häc-Héi<br /> - BiÕn tÝnh sîi b»ng anhi®rit axetic víi tû lÖ NghÞ khoa häc vËt liÖu ViÖt Nam (1994).<br /> nOH : nAA = 1 : 3, ë nhiÖt ®é 100oC, trong 8 giê. 3. A. K. Bledzki, J. Gassan. J. Progress in<br /> - §é t¨ng khèi l(îng cña sîi ®(îc axetyl Polym. Sci., Vol. 24, P. 221 - 274 (1999).<br /> hãa theo ®iÒu kiÖn ®N nªu ë trªn l' 15,44%. 4. Seema Jain, Rakesh Kumar. Mech. behavior<br /> 2. §N x¸c ®Þnh gãc tiÕp xóc cña tre tr(íc v' of bamboo and bamboo composite. Mater.<br /> sau khi xö lý. Qu¸ tr×nh axetyl hãa ®N l'm t¨ng Sci., P. 4598 - 4604 (1992).<br /> gãc tiÕp xóc cña sîi tre tõ 63,060 lªn 85,730. 5. Seema Jain, Rakesh Kumar. Process. of<br /> Nh( vËy, qu¸ tr×nh axetyl hãa l'm gi¶m kh¶ Bamboo Fiber Reinforced Plastic<br /> n¨ng hót Èm cña sîi tre, t¨ng ®é b¸m dÝnh gi÷a Composites. J. Mater. and Manufact.<br /> sîi tre v' nhùa nÒn PP v' t¨ng tÝnh chÊt c¬ häc Processes. Vol. 9, No. 5, P. 813 - 828<br /> cña vËt liÖu. (1994).<br /> 3. VËt liÖu PC nhËn ®(îc trªn c¬ së PP gia 6. Khalil, H. P. S. Abdul, Rozman, H. D.<br /> c(êng b»ng sîi tre ng¾n víi h'm l(îng 50% cã Ahmad, M. N. Ismail, H. Journal of<br /> ®é bÒn kÐo ®¹t cao nhÊt (36,45 MPa) t¨ng 2% so Polym.-Plast. Tech. and Engin., Vol. 39,<br /> víi PP nguyªn thÓ. No. 4, P. 757 - 781, Sept. (2000).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 483<br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2