Xem mẫu
T¹p chÝ Hãa häc, T. 43 (2), Tr. 207 - 209, 2005
ChÕ t¹o polyme nanocompozit trªn c¬ së polyetylen biÕn tÝnh b»ng silicon vµ nano-clay
§Õn Tßa so¹n 5-8-2004
§o ThÕ Minh, Vò H¶i Long
1ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v- C«ng nghÖ ViÖt Nam 2K44 ng-nh c«ng nghÖ vËt liÖu polyme, §HBK H- Néi
Summary
Firstly we carried out modification of clay by a quatenary salt containing alkyl chain C18. The XRD result showed that the basical spacing of starting clay is 1.41 nm and increases to 1.732 nm after modification. Afterwards, we prepared nanocomposite based on polyethylene modified by silicon and organoclay in the ratios of 1% to 4% by HAAKE internal mixer. The XRD image of nanocomposite showed that the peak at 2 = 50corresponding to basical spacing of 1.732 nm was disappeared. It proved that the organoclay was totally exfoliated. The TEM image showed that the organoclay layers at nanoscale were orderly dispersed in silicon modified polyethylene matrix.
I - më ®Çu
Polyetylen (PE) kh©u m¹ch ®îc øng dông nhiÒu ®Ó l m vá c¸p ®iÖn lùc, d©y th«ng tin, do cã tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn cao, che ch¾n Èm tèt, chÞu nhiÖt v bÒn thêi tiÕt. Cã 3 ph¬ng ph¸p ®Ó chÕ t¹o PE kh©u m¹ch: (1) kh©u m¹ch b»ng bøc x¹, kh©u m¹ch b»ng peroxit v (2) kh©u m¹ch b»ng c¸c hîp chÊt silan. Kh©u m¹ch b»ng bøc x¹ chØ thÝch hîp cho c¸c chi tiÕt cã kÝch thíc máng. Ph¬ng ph¸p n y còng cã nh÷ng h¹n chÕ do gi¸ th nh n¨ng lîng bøc x¹ cao v vÊn ®Ò an to n. Kh©u m¹ch b»ng peroxit thêng rÊt khã kiÓm so¸t v ®iÒu khiÓn ®îc qu¸ tr×nh kh©u m¹ch cña s¶n phÈm. Kh©u m¹ch PE b»ng c¸c hîp chÊt silan cã nhiÒu u ®iÓm l tiÕt kiÖm n¨ng lîng, gi¸ th nh thÊp, dÔ triÓn khai trong c«ng nghiÖp. Polyme nanocompozit l lo¹i vËt liÖu míi, ®îc chó ý nghiªn cøu v øng dông tõ nhiÒu n¨m trë l¹i ®©y. Do hiÖu øng nano (hiÖu øng kÝch thíc v hiÖu øng diÖn tÝch bÒ mÆt riªng) polyme nanocompozit cã nhiÒu tÝnh chÊt tèt h¬n nhiÒu so víi polyme compozit sö dông chÊt gia cêng v« c¬ ë d¹ng h¹t th«ng thêng, nh: tÝnh chÊt c¬
häc, kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt v ®é æn ®Þnh kÝch thíc cao, tÝnh chÊt che ch¾n, tÝnh chÊt chèng ch¸y v dÔ gia c«ng [1 - 4]. Trong c«ng tr×nh n y chóng t«i tr×nh b y kÕt qu¶ nghiªn cøu chÕ t¹o nanocompozit trªn nÒn nha PE kh©u m¹ch b»ng silicon v gia cêng b»ng nano-clay ®Ó l m c¸p ®iÖn v d©y th«ng tin bÒn thêi tiÕt v khã ch¸y.
II - Thùc nghiÖm
1. Nguyªn liÖu v hãa chÊt ban ®Çu
- Polyetylen m¹ch th¼ng tû träng thÊp (LLDPE): cña H n Quèc, tû träng: 0,9175 g/cm3.
- Clay: cña hcng Aldrich (Mü), pH: 7 - 10,6, diÖn tÝch bÒ mÆt riªng: 300 m2/g.
- Muèi amoni bËc 4: dimetyldioctadexyl-amoniclorua (DDOA) cña hcng Fluka (Thôy SÜ).
- Vinyltrimetoxysilan (VMTS) cña hcng ABCR (§øc) cã c«ng thøc CH2=CH-Si(OCH3)3, nhiÖt ®é s«i: 122 - 124 C, ®é tinh khiÕt 98%.
207
- Dicumyl peoxit (DCP): cña hcng Merck (§øc), ®é tinh khiÕt 99%.
2. BiÕn tÝnh clay
10 g clay, 2,34 g muèi DDOA v 120 ml hçn hîp rîu v níc (tû lÖ 1 : 1) ®îc ®a v o b×nh cÇu 250 ml v khuÊy trong 6 giê ë 80oC. KÕt thóc ph¶n øng s¶n phÈm ®îc läc b»ng giÊy läc, röa kho¶ng 3 lÇn, mçi lÇn kho¶ng 15 ml rîu/níc (tû lÖ 1 : 1) cho ®Õn khi pH ~ 7 l ®îc. Clay d¹ng nhco ®îc lÊy ra, cho sang ®Üa thñy tinh v sÊy trong tñ sÊy ë 80oC trong 15 giê. S¶n phÈm thu ®îc l clay h÷u c¬ ®îc b¶o qu¶n trong lä kÝn v ®Ó trong b×nh hót Èm
III - KÕt qu¶ v th¶o luËn
1. BiÕn tÝnh clay
2: d = 1,76 nm
1: d = 1,41 nm
3. ChÕ t¹o PE-g-VTMS/clay nanocompozit
a) ChÕ t¹o PE ghÐp silan (PE-g-VTMS)
H×nh 1: XRD cña clay (1) v clay biÕn tÝnh DDOA (2)
Hçn hîp 42 g PE, 1% VTMS v 0,1% DCP ®îc trén trªn m¸y trén kÝn Haake (§øc) ë nhiÖt ®é 160oC víi tèc ®é quay cña roto l 50 vßng/phót trong thêi gian 6 phót. MÉu sau khi chÕ t¹o ®îc c¾t th nh h¹t v chÕ t¹o nano-compozit ngay.
b) ChÕ t¹o PE-g-VTMS/clay nanocompozit
Tæ hîp PE-g-VTMS víi c¸c h m lîng clay h÷u c¬ kh¸c nhau 1, 2, 3 v 4% ®îc trén trªn m¸y trén kÝn Haake, ë nhiÖt ®é 160oC trong 7 phót, sau ®ã ®îc lÊy ra, Ðp th nh tÊm trªn m¸y Ðp thñy lùc TOYOSEIKY (NhËt B¶n), ë nhiÖt ®é 160oC, lùc Ðp P = 100 - 150 kg/cm2 trong thêi gian 2 phót.
4. Ph,¬ng ph¸p nhiÔu x¹ tia X (XRD)
MÉu ®o nhiÔu x¹ tia X ®îc x¸c ®Þnh trªn m¸y Siemens D5000 cña §øc t¹i Phßng Xray, ViÖn Khoa häc VËt liÖu thuéc ViÖn Khoa häc v C«ng nghÖ ViÖt Nam. Gãc quÐt trong kho¶ng tõ 0o - 45o.
5. Ph,¬ng ph¸p kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö truyÒn qua (TEM)
MÉu ®o ®îc t¹o th nh d¹ng m ng máng trªn ®Õ epoxy v ®îc ®o trªn m¸y JEOL JEM 1010 thuéc phßng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö truyÒn qua, ViÖn VÖ sinh dÞch tÔ Trung ¬ng, víi ®iÖn thÕ gia tèc 100 kV.
H×nh 1 l ¶nh nhiÔu x¹ tia X cña clay v clay biÕn tÝnh b»ng muèi am«ni bËc 4 cã m¹ch alkyl d i C18. KÕt qu¶ cho thÊy clay cã kho¶ng c¸ch c¬ b¶n l 1,41 nm ë 2 = 6o. Sau khi biÕn tÝnh ®c cã sù chuyÓn dÞch pic vÒ gãc thÊp h¬n 2 = 5o, t¬ng øng víi kho¶ng c¸ch c¬ b¶n l 1,76 nm. Nh vËy, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp clay ®c ®îc níi réng. §iÒu n y chøng tá ®c x¶y ra qu¸ tr×nh trao ®æi cation gi÷a muèi amoni bËc 4 v c¸c ion trªn bÒ mÆt clay, m¹ch alkyl ®c ®i v o gi÷a c¸c líp clay v l m t¨ng kho¶ng c¸ch c¬ së cña clay lªn.
2. Sù h×nh thnh nanocompozit PE-g-VTMS/ clay h÷u c¬
2: d= 1,76 nm
3
H×nh 2: ¶nh nhiÔu x¹ tia X cña nanocompozit PE-g-VTMS/clay h÷u c¬ (3)
H×nh 2 cho thÊy, sau khi trén clay h÷u c¬ víi PE-g-VTMS pic ë 2 = 50 øng víi d001 = 1,76 nm cña clay h÷u c¬ ®c mÊt ho n to n. §iÒu n y
208
®c chøng tá r»ng PE-g-VTMS ®c ®îc chÌn v o v c¸c líp clay ®c ®îc t¸ch ra.
NÒn polyme
Líp clay
H×nh 3: ¶nh TEM cña nanocompozit PE-g-VTMS/clay h÷u c¬
KÕt qu¶ ¶nh TEM ë h×nh 3 cho thÊy c¸c líp clay (c¸c sîi cã m u ®en) cã kÝch thíc nano ®îc ph©n bè cã trËt tù trong nÒn polyme (m u s¸ng). Tõ kÕt qu¶ chôp ¶nh XRD, ¶nh TEM cã thÓ kh¼ng ®Þnh vËt liÖu compozit chÕ t¹o trªn c¬ së nÒn nhùa PE ghÐp silan v gia cêng b»ng clay h÷u c¬ cã cÊu tróc nano ë d¹ng bãc líp.
IV - KÕt luËn
nano bÞ t¸ch ra khái nhau.
Ti liÖu tham kh¶o
1. T. J Pinnavaia, G. W. Beall. Polymerclay nanocomp., John Wiley&Sons, Ltd. (2000).
2. S. Shinha Ray, M. Okamoto. Progress in Polym. Sci., Vol. 28, No. 11, P. 1539 - 1641 (2003).
1. §c biÕn tÝnh clay b»ng muèi dimetyldioctadecyl amoni clorua l m t¨ng kho¶ng c¸ch c¬ b¶n cña clay tõ 1,41 nm lªn 1,76 nm.
2. §c nghiªn cøu cÊu tróc cña PE-g-VTMS/ clay naocompoziy b»ng ph¬ng ph¸p XRD v TEM. KÕt qu¶ cho thÊy c¸c líp clay cã cÊu tróc
3. Ki Hyun Wang, Min Ho Choi, Chong Min Koo, Mingzhe Xu, In Jae Chung, Min Cheol Jang, Sun Woong Choi, Hyun Hoon Song. J. Polym. Sci., Part B, Vol. 40, 1454 - 1463 (2002).
4. S. C. Tjong, Y. Z. Meng, Y. Xu. J. Polym. Sci., Part B, Vol. 40, 2860 - 2870 (2002).
TiÕp theo trang 206
Cao su dÉn ®iÖn trªn c¬ së than ®en Ng« KÕ THÕ1, §ç Quang Kh¸ng2, L.¬ng NH. H¶i2
Plastics, Elsevier, London (1970).
2. V. Haddadi-Asl, M. Kazacos, J. Applied Polym. Sci., Vol. 57, P. 1455 - 1463 (1995).
3. GB Patent 741738 (1955).
8. A. S. Chemopetro. Inspection Certificate, Litvinov (2000).
9. L. Kar¸sek, M. Sumita. J. Mater. Science, Vol. 31, P. 281 - 289 (1996).
4. GB Patent 701156 (1953). 5. GB Patent 602677 (1948).
6. WO Patent 97/ 25 375 (1997).
7. EP Patent 1 065 238 A2 (2001).
10. I. M. Aminabhavi, P. E. Cassidy and C. M. Thompson, ibid., Vol. 63, P. 451 (1990).
11. Ng« Phó Trï. Kü thuËt chÕ biÕn v gia c«ng cao su, §H B¸ch khoa H Néi (1995).
209
...
- tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn