1. Trang Chủ
  2. Khoa học tự nhiên
  3. Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở polyamit 6,6 và nano boehmite

Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở polyamit 6,6 và nano boehmite

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm có: Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nano boehmit tới tính chất cơ học của vật liệu; nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu polyamit 6,6/boehmit nanocompozit; nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu polyamit 6,6/boehmit nanocompozit. Mời các bạn cùng tham khảo. Mời các bạn cùng tham khảo. ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ------------------------- VŨ THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ POLYAMIT 6,6 VÀ NA

Thể loại Tài liệu miễn phí Khoa học tự nhiên

Số trang 46

Ngày tạo 4/2/2023 8:32:45 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.34 M

Tên tệp

Tải Khóa luận tốt nghiệp đại học: Nghiên cứu chế tạo v... (.pdf)

Xem mẫu

  1. ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ------------------------- VŨ THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ POLYAMIT 6,6 VÀ NANO BOEHMITE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa công nghệ - Môi trƣờng Hà Nội – 2018
  2. ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ----------------------- VŨ THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ POLYAMIT 6,6 VÀ NANO BOEHMITE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa công nghệ - Môi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS. LƢƠNG NHƢ HẢI Hà Nội – 2018
  3. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu và học tập nhờ vào nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo, em đã hoàn thành khóa luận của mình đúng với thời gian quy định. Với lòng biết ơn sâu sắc, trƣớc tiên em xin chân thành cảm ơn TS Lương Như Hải - Trung tâm Phát triển công nghệ cao, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã trực tiếp hƣớng dẫn, định hƣớng và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn các cô chú, anh chị, cán bộ công nhân viên của Trung tâm Phát triển công nghệ cao đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập tại đây. Em xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Hóa Học – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng 05 năm 2018 Sinh viên thực hiện Vũ Thị Thanh Nga Vũ Thị Thanh Nga K40A – Hóa học
  4. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình của cá nhân, đƣợc thực hiện trên cơ sở nghiên cứu thực tiễn dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của TS Lƣơng Nhƣ Hải. Các số liệu và những kết quả trong khóa luận là hoàn toàn trung thực, do chính cá nhân em tiến hành thí nghiệm. Một lần nữa, em xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên. Hà Nội, ngày 19 tháng 05 năm 2018 Sinh viên thực hiện Vũ Thị Thanh Nga Vũ Thị Thanh Nga K40A – Hóa học
  5. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................................................. 3 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu compozit và nanocompozit .......................... 3 1.1.1. Vật liệu compozit ..................................................................................... 3 1.1.2. Phân loại và đặc điểm của vật liệu compozit ............................................. 3 1.1.3. Vật liệu polyme nanocompozit ................................................................. 5 1.1.3.1. Phân loại ................................................................................................ 6 1.1.3.2. Đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit ......................................... 6 1.1.3.3. Các phƣơng pháp chế tạo ....................................................................... 7 1.1.3.4. Ƣu điểm của vật liệu nanocompozit ..................................................... 10 1.2.1. Lịch sử phát triển .................................................................................... 10 1.2.2. Đặc điểm cấu tạo .................................................................................... 11 1.2.3. Tính chất của polyamit 6,6 ..................................................................... 11 1.2.3.1. Tính chất vật lý .................................................................................... 11 1.2.3.2. Tính chất hóa học ................................................................................ 11 1.2.4. Tình hình nghiên cứu polyamit ............................................................... 12 1.2.5. Ứng dụng................................................................................................ 14 1.3. Nano boehmit....................................................................................... 14 1.4. Tình hình nghiên cứu vật liệu polyme nanocompozit ............................. 18 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ........................................................................ 21 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 21 2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 21 2.3. Thiết bị, hoá chất.................................................................................. 21 2.3.1. Thiết bị ................................................................................................... 21 2.3.2. Hoá chất ................................................................................................. 21 2.4. Phƣơng pháp chế tạo mẫu ..................................................................... 22 Vũ Thị Thanh Nga K40A – Hóa học
  6. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 2.5. Phƣơng pháp xác định một số tính chất cơ lý của vật liệu ...................... 22 2.5.1. Phƣơng pháp xác định độ bền kéo đứt .................................................... 22 2.5.2. Phƣơng pháp xác định hệ số mài mòn Taber .......................................... 23 2.5.3. Độ bền va đập ......................................................................................... 23 2.6. Nghiên cứu cấu trúc vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét trƣờng phát xạ (FESEM) ............................................................................................... 24 2.7. Nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu trên máy phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA)............................................................................................... 25 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 26 3.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit tới tính chất cơ học của vật liệu ............................................................................................................. 26 3.1.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit tới độ bền kéo của vật liệu ..... 26 3.1.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit tới độ bền va đập của vật liệu ...... 27 3.1.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit tới độ mài mòn của vật liệu.... 28 3.2. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu ............................................. 29 3.3. Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu ........................................... 31 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 35 Vũ Thị Thanh Nga K40A – Hóa học
  7. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại và đặc tính vật lý của boehmit ...................................... 15 Bảng 3.1: Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu trên cơ sở polyamit 6,6 ................................................................................................................ 33 Vũ Thị Thanh Nga K40A – Hóa học
  8. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ phƣơng pháp In- situ ............................................................. 8 Hình 1.2: Sơ đồ phƣơng pháp trộn hợp nóng chảy.......................................... 8 Hình 1.3: Cấu trúc của boehmite: trực thoi (trái) và kiểu lớp (bên phải) ....... 15 Hình. 1.4: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng boehmite tới ứng suất kéo của vật liệu ..................................................................................................................... 16 Hình 1.5: Phản ứng biến tính boehmite bằng TESPT ................................... 17 Hình 1.6: Cấu trúc SBR/BM nanocompozit đƣợc biến tính với MAA .......... 18 Hình 2.1: Sơ đồ chế tạo polyamit/boehmit nanocompozit............................. 22 Hình 2.2: Mẫu và máy thử va đập charpy ..................................................... 24 Hình 3.1: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng BM tới độ bền kéo đứt của vật liệu .... 26 Hình 3.3: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng boehmit tới độ bền mài mòn của ........ 29 vật liệu ......................................................................................................... 29 Hình 3.4: Ảnh FESEM mẫu polyamit 6,6/boehmit tỷ lệ (100/4) ................... 30 Hình 3.5: Ảnh FESEM mẫu polyamit 6,6/boehmit tỷ lệ (100/6 .................... 30 Hình 3.6: Ảnh FESEM mẫu polyamit 6,6/boehmit tỷ lệ (100/8) ................... 31 Hình 3.7: Giản đồ TGA của mẫu polyamit 6,6 ............................................. 32 Hình 3.8: Giản đồ TGA của mẫu polyamit 6,6/boehmit tỷ lệ (100/6) ........... 32 Vũ Thị Thanh Nga K40A – Hóa học
  9. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BM Boehmit CHLB Cộng hòa liên bang ENR Cao su thiên nhiên epoxy hóa EU Liên minh châu Âu FESEM Kính hiển vi điện tử quét trƣờng phát xạ HNBR Cao su nitrile butadiene hidro hóa MAA Axit Methacrylic PA Polyamide PE Polyethylene PET Polyethylene Terephthalate Pkl Phần khối lƣợng PP Polypropylene SBR Cao su Styrene Butadiene SEBS-g-MA Styrene-ethylene/butylene-styrene triblock ghép anhydride maleic TESPT Bis-(3-triethoxysilyl propyl) tetrasulphit TGA Phân tích nhiệt trọng lƣợng Vũ Thị Thanh Nga K40A – Hóa học
  10. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Polyme nanocompozit có đặc tính rất độc đáo khi đƣợc bổ sung thêm một lƣợng nhỏ chất độn nano mà không thể thu đƣợc khi sử dụng chất độn micro thông thƣờng. Việc bổ sung chất độn nano sẽ nâng cao tính chất cơ học, điện, quang học và các tính chất khác của vật liệu polyme compozit mà không ảnh hƣởng nhiều tới đặc tính nhƣ độ dẻo dai, độ cứng,… của vật liệu. Các polyme đã đƣợc sử dụng để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit nhƣ các loại cao su (cao su thiên nhiên (CSTN), cao su styren-butadien (SBR), cao su chloropren (CR),…), nhựa nhiệt dẻo (nylon 6, polypropylen (PP), polyetylen terephtalat (PET), polycarbonat,...), và các polyme blend. Boehmit (BM) với công thức hóa học lý tƣởng là -AlO(OH), với cấu tạo gồm hai lớp Al-O đƣợc nối với nhau bằng liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl. Tƣơng tự nhƣ nanoclay, hầu hết các BM thƣơng mại hóa cũng có kết cấu tấm nano. Đây là chất độn vô cơ nano loại 2 chiều (2-D) đã thu hút đƣợc sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong chế tạo polyme nanocompozit với khả năng cải thiện độ bền cơ học, khả năng chống cháy hoặc thay đổi đặc tính kết tinh của vật liệu polyme. Bi văng là một chi tiết trong phần nồi trƣớc, bi văng đóng vai trò lăn ra lăn vào để đẩy puli chạy ra vào khi động cơ chuyển động (điều tốc cho xe ga). Hiện nay, có nhiều hãng sản xuất bi văng và nổi tiếng nhất là hãng Bando của Đài Loan. Về cấu tạo, bi văng gồm hai phần là phần lõi trong và phần vỏ ngoài. Phần lõi trong thƣờng đƣợc làm từ kim loại nhƣ đồng, nhôm, sắt,... Việc dùng kim loại nào làm lõi là tuỳ thuộc vào từng nhà sản xuất lựa chọn. Phần vỏ ngoài làm từ hợp chất nhựa đặc biệt theo bí quyết riêng của từng nhà sản xuất. Tuổi thọ và hiệu năng của bi sẽ đƣợc quyết định dựa trên chất lƣợng nguyên liệu chế tạo bi và độ chính xác của bi. Vũ Thị Thanh Nga 1 K40A – Hóa học
  11. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Trên cơ sở phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc cho thấy rằng, polyme nền là polyamit 6,6 và phụ gia nano boehmit có thể đáp ứng làm nguyên liệu để sản xuất bi văng xe ga. Vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở polyamit và phụ gia nano boehmit sẽ tạo ra một loại vật liệu mới có tiềm năng ứng dụng trong thực tế. Chính vì vậy, vấn đề nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyamit/boehmit nanocompozit định hƣớng ứng dụng sản xuất bi văng xe ga rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Vì lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở polyamit 6,6 và nano boehmite” để thực hiện khoá luận tốt nghiệp đại học của mình. * Mục tiêu của đề tài - Đánh giá khả năng gia cƣờng của nano boehmit cho vật liệu polyamit 6,6. - Định hƣớng ứng dụng của vật liệu trên trong chế tạo các sản phẩm nhựa kỹ thuật. * Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit tới tính chất cơ học của vật liệu. - Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu polyamit 6,6/boehmit nanocompozit. - Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu polyamit 6,6/boehmit nanocompozit. Vũ Thị Thanh Nga 2 K40A – Hóa học
  12. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu compozit và nanocompozit 1.1.1. Vật liệu compozit Vật liệu compozit là loại vật liệu đƣợc chế tạo từ hai hay nhiều thành phần khác nhau. Mỗi thành phần có tính chất đặc trƣng cơ, lý, hóa riêng biệt, khi tổ hợp chúng lại sẽ cho một vật liệu có tính chất hoàn toàn mới, khác ƣu việt hơn so với vật liệu ban đầu. Ngƣời ta có thể định nghĩa, vật liệu compozit là vật liệu gồm nhiều pha khác nhau kết hợp lại trong đó có một pha liên tục là pha nền và pha còn lại là pha gia cƣờng có thể ở dạng sợi, hạt,… Trong thực tế compozit phần lớn là loại hai pha gồm nền (là pha liên tục trong toàn khối) và cốt (là pha phân tán). Trong đó, nền giữ các vai trò chủ yếu là liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành một khối compozit thống nhất, tạo khả năng để tiến hành các phƣơng pháp gia công compozit thành các chi tiết theo thiết kế và che phủ, bảo vệ cốt tránh các hƣ hỏng do các tác động hoá học, cơ học và môi trƣờng. Ngoài ra, nền phải nhẹ và có độ dẻo cao. Cốt đóng vai trò tạo độ bền và mô đun đàn hồi (độ cứng vững) cao cho compozit đồng thời cốt phải nhẹ để tạo độ bền riêng cao cho compozit, cốt có khối lƣợng riêng nhỏ hay lớn tùy thuộc theo mục đích sử dụng của compozit [8]. Đối với compozit, liên kết tốt giữa nền và cốt tại vùng ranh giới pha là yếu tố quan trọng nhất đảm bảo cho sự kết hợp các đặc tính tốt của hai pha trên. Tính chất của compozit phụ thuộc vào bản chất của nền, khả năng liên kết giữa nền và cốt và quá trình sản xuất compozit. 1.1.2. Phân loại và đặc điểm của vật liệu compozit Khi phân loại các compozit, ngƣời ta dựa vào đặc trƣng của nền và cốt. Nền của compozit có thể đƣợc sử dụng từ polyme, kim loại, gốm và các hỗn hợp nhiều pha. Nhƣng trong phạm vi luận văn này, chúng tôi chỉ đề cập đến compozit có nền là polyme, polyme làm nền cho compozit có thể là các loại Vũ Thị Thanh Nga 3 K40A – Hóa học
  13. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn, các elastome và các vật liệu tổ hợp polyme (polyme blend). Trên cơ sở cốt khác nhau để phân loại compozit, có các loại compozit: compozit cốt hạt, compozit cốt sợi và compozit cấu trúc.  Compozit cốt hạt Đây là compozit có sự phân tán hạt trong vật liệu nền. Hạt cũng có phân loại theo kích cỡ khác nhau. Do vậy, cũng có compozit phân loại dựa trên kích cỡ hạt đó là compozit và nanocompozit. Đặc điểm của compozit cốt hạt là sự hoá bền của nó có đƣợc là nhờ sự cản trở biến dạng của nền ở vùng lân cận với hạt cốt do sự chèn ép. Ngƣời ta có thể đƣa các hạt với vai trò là chất độn vào polyme để cải thiện độ bền cơ học của vật liệu nhƣ: độ bền va đập, khả năng cách âm, tính chịu mài mòn, ổn định kích thƣớc, chịu nhiệt,… Các hạt độn thƣờng là bột thạch anh, bột thuỷ tinh, bột nhẹ, ôxit nhôm, đất sét, bột CaCO3, bột than đen,...  Compozit cốt sợi Compozit cốt sợi là loại compozit kết cấu quan trọng nhất vì nó có độ bền riêng và mô đun đàn hồi riêng cao. Tính chất của compozit cốt sợi phụ thuộc vào sự phân bố và định hƣớng sợi cũng nhƣ kích thƣớc và hình dạng sợi. Tính chất cơ học của compozit cốt sợi bị ảnh hƣởng bởi yếu tố hình học của sợi (chiều dài và đƣờng kính của sợi). Bởi vì điều quan trọng nhất đối với compozit kết cấu cốt sợi là phải có cấu trúc sao cho tải trọng đặt vào compozit phải đƣợc dồn vào sợi là pha có độ bền cao, nếu tập trung vào nền là pha kém bền hơn sẽ dẫn đến phá hủy pha này một cách nhanh chóng, hay nói khác đi cơ tính của compozit phụ thuộc vào mức độ truyền tải trọng từ nền vào sợi. Những loại sợi đƣợc dùng để chế tạo compozit cốt sợi là sợi thuỷ tinh, sợi cacbon, sợi polyme và sợi kim loại. Ngoài ra ngƣời ta còn dùng hai hay nhiều loại sợi trong cùng một nền.  Compozit cấu trúc Vũ Thị Thanh Nga 4 K40A – Hóa học
  14. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Compozit cấu trúc là loại bán thành phẩm dạng tấm nhiều lớp đƣợc tạo thành bằng cách kết hợp các vật liệu đồng nhất với compozit theo những phƣơng án cấu trúc khác nhau. Do đó tính chất compozit tạo thành không những phụ thuộc vào tính chất các vật liệu thành phần mà còn cả vào thiết kế hình học của chúng trong kết cấu. Compozit cấu trúc thƣờng dùng hai loại: loại lớp và tấm xen kẽ. Trong đó compozit loại lớp đƣợc làm bởi các lớp có độ bền dị hƣớng cao (nhƣ gỗ, compozit cốt sợi liên tục thẳng hàng), đƣợc sắp xếp sao cho phƣơng có độ bền cao nhất của các lớp và đƣợc ép kết dính với nhau. Loại tấm xen kẽ gồm ba lớp, trong đó hai lớp mặt đƣợc chế tạo từ vật liệu có độ bền hay độ vững cứng cao (nhƣ hợp kim nhôm, titan, thép) và compozit dạng lớp có chức năng chịu tải trọng theo phƣơng song song với mặt tấm. Lớp giữa có hai chức năng: ngăn cách lớp hai bên và chống biến dạng theo phƣơng vuông góc tạo độ cứng vững và tránh cong vênh. Vật liệu làm lõi có thể là polyme xốp, cao su nhân tạo, chất kết dính vô cơ, gỗ nhẹ hoặc có cấu trúc tổ ong. 1.1.3. Vật liệu polyme nanocompozit Công nghệ nano là kĩ thuật sử dụng hạt từ 0,1 đến 100 nanomet để tạo ra sự biến đổi hoàn toàn hợp lý của vật liệu do hiệu ứng kích thích lƣợng tử. Vật liệu polyme nanocompozit có nền là các polyme và cốt là các hạt khoáng thiên nhiên hoặc các hạt tổng hợp nhân tạo có kích thƣớc hạt trong 1- 100 nm (kích cỡ nanomet) [14,22]. Nền sử dụng trong chế tạo polyme nanocompozit rất đa dạng, phong phú bao gồm cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, thƣờng là: nhựa polyetilen (PE), nhựa polypropylen (PP), nhựa polyeste, cao su thiên nhiên,… Nhƣng trong khóa luận này chỉ đề cập đến nền là vật liệu polyamit. Vũ Thị Thanh Nga 5 K40A – Hóa học
  15. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Khoáng thiên nhiên: chủ yếu là đất sét – vốn là các hạt silica có cấu tạo dạng lớp nhƣ montmorillonit, vermicullit, flourominca, bentonit kiềm tính cũng nhƣ các hạt graphit… Các hạt nhân tạo: các tinh thể nhƣ silica, CdS, PbS, CaCO3, bột than,… 1.1.3.1. Phân loại Ba loại polyme nanocompozit đƣợc phân loại dựa vào số chiều có kích thƣớc nanomet của vật liệu gia cƣờng: - Loại 1: Là loại hạt có cả ba chiều có kích thƣớc nanomet, chúng là các hạt nano (SiO2, CaCO3,…). - Loại 2: Là loại hạt có hai chiều có kích thƣớc nanomet, chiều thứ ba có kích thƣớc lớn hơn, thƣờng là ống nano hoặc sợi nano (thƣờng là ống, sợi nano cacbon) và đƣợc dùng làm phụ gia nano tạo cho polyme nanocompozit có các tính chất đặc biệt. - Loại 3: Là loại chỉ có một chiều có kích thƣớc cỡ nanomet. Nó ở dạng phiến, bản với chiều dày có kích thƣớc cỡ nanomet còn chiều dài và chiều rộng có kích thƣớc từ hàng trăm đến hàng ngàn nanomet. Vật liệu dạng này thƣờng có nguồn gốc là các loại khoáng sét, graphen,… 1.1.3.2. Đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit * Với pha phân tán là các loại bột có kích thƣớc nano rất nhỏ nên chúng phân tán rất tốt vào trong polyme, tạo ra các liên kết ở mức độ phân tử giữa các pha với nhau cho nên cơ chế khác hẳn với compozit thông thƣờng. Các phần tử nhỏ phân tán tốt vào các pha nền có tác dụng hãm lực bên ngoài tác dụng vào vật liệu, làm tăng độ bền của vật liệu đồng thời làm cho vật liệu ổn định ở nhiệt độ cao. * Do các hạt có kích thƣớc nhỏ (mức độ phân tử) nên khi kết hợp với các pha nền có thể tạo ra các liên kết vật lý nhƣng tƣơng đƣơng với liên kết Vũ Thị Thanh Nga 6 K40A – Hóa học
  16. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp hoá học, vì thế cho phép tạo ra các vật liệu có nhiều tính chất mới, ví dụ nhƣ tạo ra các polyme dẫn có nhiều ứng dụng trong thực tế. * Vật liệu có kích thƣớc nhỏ nên có thể phân tán trong pha nền tạo ra cấu trúc rất đặc, do đó có khả năng dùng làm vật bảo vệ theo cơ chế che chắn rất tốt. * Hầu hết các vật liệu polyme nanocompozit đều có tính chống cháy cao hơn so với các vật liệu polyme compozit tƣơng ứng. Khả năng chống cháy cao là do cấu trúc của than đƣợc hình thành trong quá trình cháy, chính lớp muội than trở thành rào cách nhiệt rất tốt cho vật liệu, đồng thời ngăn cản sự hình thành và thoát các chất bay hơi trong quá trình cháy. * Tóm lại, nhờ kích thƣớc rất nhỏ của các hạt phân tán trong pha nền của vật liệu nanocompozit cho nên có thể tạo ra các vật liệu có các tính chất nổi trội hẳn so với các vật liệu thông thƣờng. 1.1.3.3. Các phương pháp chế tạo Polyme nanocompozit có thể đƣợc chế tạo theo một số phƣơng pháp tùy theo cách thức kết hợp giữa hai pha vô cơ và hữu cơ. Cho tới nay, ngƣời ta đƣa ra 3 phƣơng pháp chính để chế tạo polyme nanocompozit, tuỳ theo nguyên liệu ban đầu và kỹ thuật gia công: phƣơng pháp trộn hợp (nóng chảy hoặc dung dịch,…), phƣơng pháp sol-gel và phƣơng pháp trùng hợp in-situ [1,2,6,7]. 1.1.3.3.1. Trùng hợp In-situ Trùng hợp In-situ là phƣơng pháp mà trong giai đoạn đầu tiên các hạt nano đƣợc phân tán trong monome. Sự phân cực của monome, cách xử lý bề mặt cũng nhƣ nhiệt độ và thời gian là các đặc điểm quan trọng của giai đoạn này. Sau đó, hỗn hợp này đƣợc khơi mào nhờ chất khởi đầu hay chất xúc tác, nhiệt độ hay bức xạ. Cuối cùng hỗn hợp đƣợc trùng hợp để tạo thành vật liệu polyme nanocompozit. Vũ Thị Thanh Nga 7 K40A – Hóa học
  17. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Chất khởi đầu Monome Trƣơng Trùng hợp Nanocompozit Hạt nano Hình 1.1: Sơ đồ phương pháp In- situ 1.1.3.3.2. Trộn hợp nóng chảy Sự tƣơng tác giữa các phân tử nano và nền polyme (nhựa nhiệt dẻo) xảy ra trong quá trình trộn. Khi polyme và hạt nano đƣợc gia nhiệt đến nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ hoá thuỷ tinh của polyme, các mạch polyme có thể đan xen vào những khoảng trống của phân tử nano. Nhựa nhiệt dẻo Trộn hợp Gia nhiệt Nanocompozit Hạt nano Hình 1.2: Sơ đồ phương pháp trộn hợp nóng chảy Vũ Thị Thanh Nga 8 K40A – Hóa học
  18. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Ƣu điểm của phƣơng pháp trộn hợp nóng chảy: + Tiến hành khá đơn giản: polyme và chất gia cƣờng đƣợc trộn ở tỷ lệ thích hợp, tùy theo yêu cầu của sản phẩm cuối cùng. + Thích hợp cho các loại nhựa nhiệt dẻo do quá trình nóng chảy không làm ảnh hƣởng đến tính chất của nó. + Không gây ô nhiễm môi trƣờng do không dùng dung môi. 1.1.3.3.3. Phương pháp sol – gel Phƣơng pháp sol-gel dựa trên quá trình thủy phân và trùng ngƣng các phân tử alcoxide kim loại có công thức M(OR) 4, dẫn đến việc hình thành polyme có mạng liên kết M-O-M, ví dụ nhƣ Si-O-Si. Phƣơng pháp sol-gel cho phép đƣa phân tử hữu cơ R’ có dạng R’ n M(OR)4-n vào trong mạnh vô cơ để tạo ra vật liệu hữu cơ-vô cơ lai tạo có kích thƣớc nano. Có hai loại nanocompozit lai tạo đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp sol- gel. Sự phân chia chúng dựa vào bản chất của bề mặt ranh giới giữa thành phần hữu cơ và vô cơ: * Nhóm 1: Các thành phần hữu cơ và vô cơ trong polyme nanocompozit không có liên kết đồng hóa trị. Ở loại vật liệu này, tƣơng tác giữa các thành phần dựa trên lực tƣơng tác hydro, lực tĩnh điện và lực Van- der-Waals. * Nhóm 2: Thành phần hữu cơ và vô cơ trong vật liệu đƣợc liên kết với nhau bằng liên kết hóa học. Phƣơng pháp sol-gel đã đƣợc ứng dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu lai vô cơ – hữu cơ. Ƣu điểm chính của phƣơng pháp này là điều kiện phản ứng êm dịu, nhiệt độ và áp suất tƣơng đối thấp. Trong trƣờng hợp polyme nanocompozit mục tiêu của phƣơng pháp là tiến hành phản ứng sol-gel với sự có mặt của polyme và polyme chứa các nhóm chức để nâng cao khả năng liên kết với pha vô cơ. Vũ Thị Thanh Nga 9 K40A – Hóa học
  19. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Quá trình sol-gel gồm 2 bƣớc: - Thủy phân alkoxide kim loại; - Quá trình đa tụ. Điểm đặc biệt của phƣơng pháp ở chỗ mạng lƣới oxide đƣợc tạo thành từ alkoxide cơ kim ngay trong nền hữu cơ. Phƣơng pháp này thƣờng hay sử dụng với chất gia cƣờng là nanosilica. 1.1.3.4. Ưu điểm của vật liệu nanocompozit So với vật liệu polyme compozit truyền thống, vật liệu polyme nanocompozit có những ƣu điểm chính nhƣ sau: - Do kích thƣớc cực nhỏ cỡ nanomet của vật liệu gia cƣờng nên chỉ cần một lƣợng nhỏ của nó cũng đã cải thiện đáng kể tính chất nền và làm cho vật liệu polyme nanocompozit nhẹ hơn, dễ gia công thành sản phẩm hơn so với vật liệu polyme compozit truyền thống. - Sự chuyển ứng suất từ nền sang chất độn hiệu quả hơn do diện tích bề mặt lớn và khả năng bám dính bề mặt phân cách pha tốt. 1.2. Polyamit 1.2.1. Lịch sử phát triển Polyamit hay Nylon đƣợc Carothers phát hiện vào năm 1931. Ngày 28/10/1938 nylon 6,6 bắt đầu sản xuất thƣơng mại, polyamit lần đầu tiên đƣợc giới thiệu dƣới dạng polyme sợi. Ứng dụng thƣơng mại đầu tiên là bàn chải đánh răng, và năm 1941 bột nylon ép đúc đã bắt đầu sản xuất thƣơng mại. Nylon 6 đƣợc phát triển vào năm 1940. Nylon ép đúc không đƣợc sử dụng rộng rãi cho đến những năm 1950. Ngày nay, nylon đƣợc sử dụng trong rất nhiều sản phẩm. Năm 2006, lƣợng nylon 6 và nylon 6,6 đƣợc sản xuất tại Mỹ ƣớc tính khoảng 1,6 triệu kg. Năm 2011, lƣợng nylon 6,6 đƣợc sản xuất trên toàn thế giới là 2 triệu tấn. Vũ Thị Thanh Nga 10 K40A – Hóa học
  20. Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 1.2.2. Đặc điểm cấu tạo Công thức hóa học của nylon 6,6: [- CO(CH2)4CO-NH(CH2)6 NH -] n Ở nhiệt độ thƣờng nylon 6,6 chỉ tồn tại ở trạng thái kết tinh một phần, song sự kết tinh chỉ có khi kéo dãn. Cấu trúc của nylon 6,6 kết tinh ở dạng tam tà α và β. Trong đó dạng α ổn định hơn nên chiếm ƣu thế hơn trong cấu trúc của tơ. 1.2.3. Tính chất của polyamit 6,6 1.2.3.1. Tính chất vật lý - Tồn tại dạng viên màu trắng, bột hoặc dạng sợi. - Nhiệt độ nóng chảy cao: 260-280oC. - Nhiệt độ chuyển pha: 50oC. - Khối lƣợng phân tử khoảng 12.000-20.000 g/mol. - Khối lƣợng riêng khoảng 1,09g/cm3. - Ít bị ăn mòn hoá học. - Có độ bền dƣới nhiệt độ thấp. - Đặc tính về ma sát, chịu mài mòn tốt. - Khả năng chống chịu hoá chất tốt. - Cách nhiệt tốt. 1.2.3.2. Tính chất hóa học - Polyamit không bền trong môi trƣờng axit và bazơ. Nó dễ bị thủy phân trong môi trƣờng axit và bazơ sẽ làm mạch polyme có thể thủy phân hoàn toàn thành các monome tạo thành chúng. H [ NH(CH 2 )6 NHC(CH 2 )4 C ] n OH  nNH 2 (CH 2 )6 NH 2 II O  nHOC(CH 2 )4 COH II II O O Vũ Thị Thanh Nga 11 K40A – Hóa học
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược