intTypePromotion=1

Nghiên cứu cấu trúc và một số tính chất của vật liệu poly(vinyl clorua) nanoclay compozit

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

0
49
lượt xem
3
download

Nghiên cứu cấu trúc và một số tính chất của vật liệu poly(vinyl clorua) nanoclay compozit

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

Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu, khảo sát tính chất, cấu trúc của vật liệu compozit chế tạo từ PVC và clay biến tính của Việt Nam.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu cấu trúc và một số tính chất của vật liệu poly(vinyl clorua) nanoclay compozit

T¹p chÝ Hãa häc, T. 44 (5) Tr. 566 - 570, 2006<br /> <br /> <br /> nghiªn cøu cÊu tróc vµ mét sè tÝnh chÊt cña vËt liÖu<br /> poly(vinyl clorua)/nanoclay compozit<br /> §Õn Tßa so¹n 13-10-2005<br /> Th¸i Ho ng1, NguyÔn Th¹c Kim1, §ç Quang ThÈm1, Phan Quang Th¸i2,<br /> NguyÔn ThÞ Thanh H ¬ng2<br /> 1<br /> ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v, C«ng nghÖ ViÖt Nam<br /> 2<br /> Khoa Hãa häc, Tr1êng §¹i häc S1 ph¹m H, Néi<br /> <br /> SUMMARY<br /> Poly(vinyl chloride) (PVC)/nanoclay composites were prepared via direct melt compouding<br /> in a intermixer. Their structures and properties were investigated by X-ray diffraction (XRD),<br /> transmission electron microscopy (TEM) and mechanical testing. The results showed that PVC<br /> chains could be intercalated into the gallery of nanoclay to form exfoliated this and structure of<br /> PVC/nanoclay composites consist exfoliated structure fraction alternated with intercalated<br /> structure fraction. Tensile this strength, elongation at break and thermo-oxidative stability of<br /> PVC/nanoclay composites were higher than those of PVC/DOP when content of nanoclay is 1<br /> and 1.5 wt%.<br /> <br /> <br /> I - Më ®Çu ng êi ta th êng tiÕn h nh trén hîp PVC víi clay<br /> ë tr¹ng th¸i nãng ch¶y [4 - 6].<br /> Khoa häc v c«ng nghÖ nano ®ang ® îc §Ó clay vèn a n íc v PVC vèn kÞ n íc cã<br /> ph¸t triÓn m¹nh mÏ ë nhiÒu n íc trªn thÕ giíi. thÓ trén hîp tèt víi nhau, ng êi ta biÕn tÝnh h÷u<br /> Trong c«ng nghÖ chÕ t¹o vËt liÖu polyme c¬ clay b»ng ankyl amoni clorua [1]. B i b¸o<br /> nanocompozit míi, ng êi ta ®Æc biÖt quan t©m n y tr×nh b y kÕt qu¶ nghiªn cøu, kh¶o s¸t tÝnh<br /> ®Õn nanocompozit chÕ t¹o tõ polyme nhiÖt dÎo chÊt, cÊu tróc cña vËt liÖu compozit chÕ t¹o tõ<br /> v clay. ChØ víi mét h m l îng v i phÇn tr¨m PVC v clay biÕn tÝnh cña ViÖt Nam.<br /> khèi l îng nanoclay biÕn tÝnh h÷u c¬, vËt liÖu<br /> nanocompozit t¹o ra cã nh÷ng tÝnh chÊt v u II - Thùc nghiÖm<br /> ®iÓm v ît tréi so víi polyme ban ®Çu nh tÝnh<br /> c¬ häc cao, bÒn nhiÖt, chèng ch¸y tèt, chèng 1. Nguyªn liÖu v hãa chÊt<br /> thÊm [1, 2].<br /> Bét PVC m¸c TH-1600 do NhËt B¶n s¶n<br /> Trong sè c¸c polyme nhiÖt dÎo, xuÊt, m u tr¾ng, h»ng sè Ficken KF = 62 - 63.<br /> poly(vinylclorua) (PVC) l mét lo¹i polyme ChÊt æn ®Þnh Irgastab 17M l hîp chÊt thiÕc h÷u<br /> th ¬ng m¹i quan träng v ® îc øng dông réng c¬ cña hOng Ciba-Geigy (Thuþ SÜ), chÊt láng<br /> rOi trong c«ng nghiÖp [3]. Tuy nhiªn, do mét sè nhít, kh«ng m u. DÇu ®Ëu n nh epoxy hãa cña<br /> nh îc ®iÓm nh ®é bÒn nhiÖt thÊp, dÔ ch¸y khi Malayxia, chÊt láng m u v ng nh¹t, h m l îng<br /> cã chÊt hãa dÎo, dÔ bÞ oxi hãa... nªn PVC v vËt nhãm epoxy 15,2%. ChÊt hãa dÎo ®ioctyl<br /> liÖu compozit tõ PVC bÞ h¹n chÕ øng dông trong phtalat (DOP), tû träng 0,986 g/cm3, do H n<br /> mét sè lÜnh vùc. §Ó t¨ng c êng tÝnh chÊt c¬ lý, Quèc s¶n xuÊt. Nanoclay ë d¹ng bét l kho¸ng<br /> ®é bÒn nhiÖt, kh¶ n¨ng chèng ch¸y cña PVC, sÐt tù nhiªn montmorilonit (B×nh ThuËn, ViÖt<br /> 566<br /> Nam) ® îc biÕn tÝnh b»ng muèi tri(n- m«men xo¾n-thêi gian ghi bëi phÇn mÒm<br /> hexa®ecyl) amoni clorua cã kho¶ng c¸ch c¬ b¶n PolyLab kÕt nèi víi m¸y trén néi HAAKE<br /> d = 40,3 Å). (§øc). Gi¶n ®å nhiÔu x¹ tia X ® îc x¸c ®Þnh<br /> trªn m¸y Siemens D5000 (§øc). ¶nh hiÓn vi<br /> 2. ChÕ t¹o vËt liÖu PVC/nanoclay compozit ®iÖn tö truyÒn qua (TEM) cña mÉu nghiªn cøu<br /> PVC, DOP, chÊt æn ®Þnh gåm Irgastab 17 M ® îc chôp trªn m¸y JEOL JEM 1010 (NhËt<br /> v dÇu ®Ëu n nh epoxy hãa, ë tØ lÖ khèi l îng B¶n). TÝnh chÊt c¬ lý cña mÉu nghiªn cøu ® îc<br /> (klg) 100:30:1:2 ® îc trén ®Òu v ñ trong tñ sÊy x¸c ®Þnh trªn m¸y ZWICK Z2.5 (§øc), theo tiªu<br /> cã kh«ng khÝ håi l u ë 100oC trong 2 giê ®Ó chuÈn ASTM D638. §é bÒn oxi hãa nhiÖt cña<br /> DOP v c¸c phô gia thÈm thÊu v o c¸c ®¹i ph©n mÉu ® îc x¸c ®Þnh b»ng tû lÖ ®é bÒn kÐo ®øt v<br /> tö PVC. KÕt thóc qu¸ tr×nh ñ thu ® îc hçn hîp ®é dOn d i khi ®øt sau v tr íc khi gi nhiÖt 72<br /> bét PVC kh« v t¬i. TiÕp ®ã, trén nãng ch¶y hçn giê ë 100oC trong tñ sÊy cã kh«ng khÝ håi l u.<br /> hîp PVC thu ® îc víi bét nanoclay trªn m¸y<br /> trén néi HAAKE (§øc) ë 180oC trong 3 phót, III - KÕt qu¶ v th¶o luËn<br /> tèc ®é r«to 50 vßng/phót. MÉu ® îc lÊy ra,<br /> nhanh chãng Ðp ph¼ng trªn m¸y Ðp thuû lùc 1. Kh¶ n¨ng ch¶y nhít cña vËt liÖu<br /> TOYOSEIKI ë 200oC trong 2 phót víi lùc Ðp 10 PVC/nanoclay compozit trong qu¸ tr×nh<br /> - 12 MPa. B¶o qu¶n mÉu Ðp trong ®iÒu kiÖn trén hîp nãng ch¶y<br /> chuÈn Ýt nhÊt 24 giê tr íc khi x¸c ®Þnh cÊu tróc<br /> v c¸c tÝnh chÊt c¬ lý-nhiÖt. Kh¶ n¨ng ch¶y nhít cña vËt liÖu polyme<br /> ® îc ph¶n ¸nh bëi sù thay ®æi m«men xo¾n cña<br /> 3. Ph"¬ng ph¸p nghiªn cøu vËt liÖu theo thêi gian trén ë tr¹ng th¸i nãng<br /> Kh¶ n¨ng ch¶y nhít cña vËt liÖu ch¶y (m«men xo¾n l ®¹i l îng tû lÖ thuËn víi<br /> PVC/nanoclay compozit ® îc ph¶n ¸nh qua gi¶n ®é nhít ch¶y t ¬ng ®èi cña vËt liÖu).<br /> ®å<br /> <br /> 35<br /> 0% nanoclay<br /> M« men xo¾n, Nm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 30 2% nanoclay<br /> 25 3% nanoclay<br /> <br /> 20<br /> <br /> 15<br /> <br /> 10<br /> <br /> 5<br /> <br /> 0<br /> 0 1 2 3<br /> Thêi gian trén, phót<br /> <br /> H×nh 1: Gi¶n ®å m«men xo¾n cña vËt liÖu PVC/nanoclay compozit<br /> <br /> M«men xo¾n cña vËt liÖu PVC/nanoclay ma s¸t néi cña vËt liÖu. MÆt kh¸c, d íi ®iÒu kiÖn<br /> compozit t¨ng theo h m l îng nanoclay (h×nh n y kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp clay cã thÓ bÞ níi<br /> 1). ë nhiÖt ®é 180oC, PVC ®O nãng ch¶y nh ng réng, thËm chÝ clay bÞ bãc t¸ch ho n to n th nh<br /> nanoclay vÉn cßn ë tr¹ng th¸i r¾n nªn l m t¨ng c¸c phiÕn nhá bëi c¸c ph©n tö PVC v ph©n t¸n<br /> <br /> 567<br /> ®ång ®Òu trong nÒn PVC. Sù t ¬ng t¸c gi÷a pha PVC kh«ng cã nanoclay.<br /> nÒn PVC v nanoclay h×nh th nh liªn kÕt hi®ro<br /> (-Cl H-O-) v liªn kÕt cÇu (–Cl-O-clay) l m 2. Gi¶n ®å nhiÔu x¹ tia X cña vËt liÖu<br /> t¨ng kh¶ n¨ng b¸m dÝnh cña PVC v nanoclay. PVC/nanoclay compozit<br /> Do ®ã, m«men xo¾n cña vËt liÖu compozit<br /> PVC/nanoclay lín h¬n so víi hçn hîp<br /> Lin, Cps<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2-Theta-Scale<br /> H×nh 2: Gi¶n ®å nhiÔu x¹ tia X cña hçn hîp PVC cã 0% nanoclay (1);<br /> 0,5% nanoclay (2), 1% nanoclay (3), 1,5% nanoclay (4) v nanoclay (5)<br /> <br /> Gi¶n ®å nhiÔu x¹ tia X cña vËt liÖu 3. ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö truyÒn qua cña vËt liÖu<br /> PVC/nanoclay compozit cã h m l îng nanoclay PVC/nanoclay compozit<br /> kh¸c nhau (so víi khèi l îng PVC) ® îc tr×nh<br /> b y trªn h×nh 2. Tõ h×nh 2 cho thÊy, pic nhiÔu x¹ Ph©n tÝch ¶nh TEM cña vËt liÖu compozit<br /> PVC cã 30% DOP, 0,5% nanoclay còng thu<br /> cña nanoclay (® êng sè 5) xuÊt hiÖn ë gãc 2 ® îc c¸c th«ng tin minh chøng cho c¸c suy<br /> 2,30 t ¬ng øng víi kho¶ng c¸ch c¬ b¶n d = 40,3 ®o¸n nªu ë trªn. Nh ®O thÊy trªn h×nh 3,<br /> Å = 4,03 nm (®Æc tr ng cho clay ®O biÕn tÝnh) nanoclay ®O ph©n bè kh¸ ®ång ®Òu trong nÒn<br /> v pic ë gãc 2 = 4,50 t ¬ng øng víi d = 19,6 Å PVC. Vïng m u s¸ng l nÒn PVC, c¸c v¹ch ®en<br /> (1,96 nm - ®Æc tr ng cho clay tù nhiªn). C¸c pic l c¸c líp clay cã chiÒu d y kho¶ng 3 - 10 nm,<br /> n y ®Òu kh«ng thÊy xuÊt hiÖn trªn gi¶n ®å nhiÔu chiÒu d i kho¶ng 25 - 100 nm. C¸c d¶i m u<br /> x¹ tia X cña c¸c mÉu compozit. §iÒu n y chøng s¸ng v tèi xen kÏ nhau cho thÊy c¸c ®¹i ph©n tö<br /> tá r»ng c¸c m¹ch ®¹i ph©n tö PVC ®O chÌn ® îc PVC ® îc chÌn v o gi÷a c¸c líp clay, h×nh<br /> v o kh«ng gian gi÷a c¸c líp nanoclay v cÊu th nh cÊu tróc chÌn líp. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c<br /> líp clay ® îc më réng (3 - 5 nm). Nanoclay khi<br /> tróc líp cña nanoclay ®O bÞ ph¸ vì hay bÞ bãc<br /> ®ã vÉn gi÷ ® îc cÊu tróc líp cã trËt tù trong<br /> t¸ch. §©y cã thÓ l kÕt qu¶ cña sù t ¬ng t¸c cña<br /> nÒn PVC. Ngo i ra, mét sè líp clay cã chiÒu d i<br /> c¸c nguyªn tö clo trong PVC víi c¸c nhãm OH ng¾n h¬n (25 - 50 nm) ph©n bè kh«ng trËt tù<br /> cña clay v do t¸c ®éng c¬ häc cña qu¸ tr×nh chøng tá nanoclay ®O ® îc bãc t¸ch v ph©n t¸n<br /> trén nãng ch¶y. trong nÒn PVC.<br /> 568<br /> NÒn PVC Líp clay<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 3: ¶nh TEM cña vËt liÖu compozit PVC/30% DOP/0,5% nanoclay<br /> <br /> Tõ kÕt qu¶ ph©n tÝch ¶nh TEM v gi¶n ®å gi÷a nanoclay v pha nÒn PVC h×nh th nh liªn<br /> nhiÔu x¹ tia X cã thÓ kÕt luËn r»ng vËt liÖu kÕt hi®ro -Cl···H-O- hoÆc liªn kÕt cÇu C-O-clay.<br /> PVC/nanoclay compozit thu ® îc cã cÊu tróc MÆt kh¸c, m¹ch ankyl d i n-hexa®ecyl trong<br /> hçn hîp l cÊu tróc nanocompozit d¹ng chÌn nanoclay dÔ d ng trén lÉn, rèi cuén, ®an mãc<br /> líp, bãc t¸ch v cÊu tróc micro. víi c¸c ®¹i ph©n tö PVC, v× thÕ, cÊu tróc cña vËt<br /> 4. TÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu PVC/nanoclay liÖu compozit trë nªn chÆt chÏ h¬n. Khi h m<br /> l îng nanoclay trong hçn hîp PVC lín h¬n<br /> compozit<br /> 1,5%, c¸c h¹t nanoclay cã thÓ kÕt tô víi nhau<br /> KÕt qu¶ x¸c ®Þnh m«®un ® n håi, ®é bÒn l m gi¸n ®o¹n pha nÒn PVC, c¶n trë kh¶ n¨ng<br /> kÐo ®øt, ®é dOn d i khi ®øt cña vËt liÖu duçi v tr ît cña m¹ch PVC. Do ®ã, c¸c tÝnh<br /> PVC/DOP v vËt liÖu compozit PVC/nanoclay chÊt c¬ lý nªu trªn cña vËt liÖu compozit cã xu<br /> ® îc thÓ hiÖn trªn b¶ng 1. Tõ kÕt qu¶ ë b¶ng 1, h íng gi¶m dÇn.<br /> khi t¨ng h m l îng nanoclay, m«®un ® n håi,<br /> 5. §é bÒn oxi hãa nhiÖt cña vËt liÖu<br /> ®é bÒn kÐo ®øt v ®é dOn d i khi ®øt cña vËt liÖu<br /> PVC/nanoclay compozit<br /> compozit t¨ng v ®¹t cùc ®¹i ë h m l îng<br /> nanoclay 1 v 1,5%. §é bÒn oxi hãa nhiÖt cña vËt liÖu<br /> HiÖn t îng n y chøng tá l trong ®iÒu kiÖn PVC/nanoclay compozit ® îc x¸c ®Þnh theo ®é<br /> gia c«ng, c¸c líp clay ®O bÞ chÌn bëi c¸c ph©n tö bÒn kÐo ®øt ( ) v ®é dOn d i khi ®øt ( ) cña vËt<br /> PVC v bÞ bãc t¸ch, ph©n t¸n t ¬ng ®èi ®ång liÖu tr íc v sau gi nhiÖt (ë 100oC, 72 giê trong<br /> ®Òu trong nÒn PVC, t¹o ®iÒu kiÖn t ¬ng t¸c tèt kh«ng khÝ ®èi l u).<br /> <br /> B¶ng 1: TÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu PVC/nanoclay compozit<br /> H m l îng M« ®un ® n håi, §é bÒn kÐo ®øt, §é dOn d i<br /> nanoclay, % MPa MPa khi ®øt, %<br /> 0,0 65,10 25,76 229,20<br /> 0,5 69,70 29,05 299,57<br /> 1,0 72,80 29,32 316,92<br /> 1,5 90,67 31,97 302,89<br /> 2,0 84,80 28,32 276,05<br /> 3,0 73,35 27,05 245,74<br /> <br /> 569<br /> B¶ng 2: §é bÒn oxi hãa nhiÖt cña vËt liÖu PVC/nanoclay compozit tr íc (t) v sau (s) gi nhiÖt<br /> <br /> H m l îng §é bÒn kÐo ®øt §é dOn d i khi ®øt<br /> nanoclay, % s/ t % gi¶m /<br /> s t % gi¶m<br /> 0,0 0,911 8,9 0,923 7,7<br /> 1,5 0,923 7,7 0,963 3,7<br /> <br /> Tõ b¶ng 2 cho thÊy, ®é bÒn kÐo ®øt v ®é d i khi ®øt cña vËt liÖu PVC/nanoclay compozit<br /> dOn d i khi ®øt cña vËt liÖu PVC/DOP v vËt ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i ë h m l îng nanoclay 1 v<br /> liÖu compozit sau khi gi nhiÖt ®Òu bÞ gi¶m 1,5% khèi l îng.<br /> xuèng, nh ng chØ gi¶m d íi 10% v ë c¸c mÉu 4. VËt liÖu PVC/nanoclay compozit cã ®é<br /> PVC compozit c¸c ®¹i l îng , gi¶m Ýt h¬n so bÒn oxi hãa nhiÖt lín h¬n so víi hçn hîp PVC<br /> víi mÉu PVC/DOP. Nguyªn nh©n cã thÓ gi¶i kh«ng cã nanoclay.<br /> thÝch l ë nhiÖt ®é cao, chuyÓn ®éng nhiÖt cña<br /> c¸c ®¹i ph©n tö PVC trong vËt liÖu compozit T i liÖu tham kh¶o<br /> t¨ng, liªn kÕt hi®ro gi÷a c¸c ®¹i ph©n tö PVC<br /> (C-Cl···H-C), gi÷a PVC víi nanoclay (C-Cl···H- 1. Simonik, A. Kalendova, L. Kovarova.<br /> O-) cã thÓ bÞ ph¸ vì, ph¶n øng t¸ch HCl cña Nano'02, Brno 2002, 109 - 112.<br /> PVC cã thÓ x¶y ra t¹o th nh c¸c liªn kÕt ®«i<br /> 2. J. Trlica, A. Kalendova, Z. Malac, J.<br /> C=C. §ång thêi, d íi t¸c dông cña nhiÖt ®é cao<br /> Simonik, L. Pospisil. Antec 2001, 2162 -<br /> v oxi kh«ng khÝ, c¸c liªn kÕt ®«i C=C t¹o th nh<br /> 2165.<br /> cã kh¶ n¨ng bÞ oxi hãa. Nanoclay nhê hiÖu øng<br /> bÒ mÆt cao v kÝch th íc v« cïng nhá cña m×nh, 3. Th¸i Ho ng. Chuyªn ®Ò “PVC v gia c«ng<br /> ®O t¨ng c êng c¸c t ¬ng t¸c hãa häc gi÷a ph©n PVC”, ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi-ViÖn Khoa<br /> tö PVC v clay, dÉn ®Õn cÊu tróc cña vËt liÖu häc v C«ng nghÖ ViÖt Nam, H Néi<br /> PVC/DOP/nanoclay compozit trë nªn kh¸ chÆt (1999).<br /> chÏ, h¹n chÕ sù x©m nhËp cña oxi v o bªn trong 4. J. L. Capitaneo and F. T. Da Silva, V. R.<br /> vËt liÖu [7]. KÕt qu¶ l l m t¨ng ®é bÒn oxi hãa Caffarena. Applied Mineralogy, Pecchio et<br /> nhiÖt cña vËt liÖu compozit. al. (eds), ICAM-BR, SOo Paulo, ISBN 85-<br /> 98656-01-1, P. 53 - 56 (2004).<br /> IV - kÕt luËn<br /> 5. A. Kalendova, L. Kovarova, J. Malac, J.<br /> Simonik. European Polymer Congress, June<br /> 1. M«men xo¾n cña vËt liÖu PVC/nanoclay<br /> 27-July 1, Moscow, Russia (2005).<br /> compozit t¨ng theo h m l îng nanoclay trong<br /> qu¸ tr×nh nãng ch¶y. 6. W. Xu, M. Ge and W. P. –Pan. Journal of<br /> Themal Analysis and Calorimetry, Vol. 78,<br /> 2. VËt liÖu PVC/nanoclay compozit cã cÊu<br /> 1 - 9 (2004).<br /> tróc hçn hîp cña nanocompozit bãc t¸ch v<br /> chÌn líp. 7. Günter Beyer, Plastics Additives &<br /> 3. M«®un ® n håi, ®é bÒn kÐo ®øt v ®é dOn Compounding, 8/2002.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 570<br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2