Xem mẫu
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả thực nghiệm được trình bày trong luận án là trung thực và chưa được tác giả
nào khác công bố trong bất kỳ công trình nào. Các thí nghiệm được tiến hành một
cách nghiêm túc trong quá trình nghiên cứu, không có sự sao chép từ bất kỳ tài liệu
khoa học nào.
TẬP THỂ HƯỚNG DẪN
TÁC GIẢ
HD1: PGS. TS. Nguyễn Huy Tùng
Nguyễn Thị Thu Thủy
HD2: GS. TS. Bùi Chương
i
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới Phó
giáo sư, Tiến sỹ Nguyễn Huy Tùng và Giáo sư, Tiến sỹ Bùi Chương, những người
thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn, động viên, khích lệ và dành nhiều thời gian
trao đổi góp ý cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Đặng Việt Hưng,
PGS.TS.Nguyễn Thanh Liêm, TS. Nguyễn Phạm Duy Linh và các thầy cô giáo, cán
bộ Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polyme-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và
các khóa sinh viên chuyên ngành vật liệu polyme & compozit đã cộng tác, trao đổi,
thảo luận và đóng góp cho luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn TS. Đỗ Trần Hải, Viện trưởng Viện Nghiên
cứu KHKT Bảo hộ Lao động, đã tạo điều kiện giúp đỡ về cả vật chất và thời gian
cho tác giả hoàn thành luận án này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với sự hợp tác và giúp đỡ của phòng Vật
liệu Cao phân tử- Viện Hóa học Vật liệu, TS. Phạm Minh Tuấn, ThS. Phạm Như
Hoàn.
Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu nặng đối với sự ủng hộ và động viên
của gia đình, là chỗ dựa vững chắc trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Trong quá trình thực hiện luận án không thể tránh khỏi những thiếu sót,
hạn chế. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và bổ sung của các thầy cô và
đồng nghiệp để luận án được hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 09 tháng 01 năm 2018
Tác giả
Nguyễn Thị Thu Thủy
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC .................................................................................................................. iii
DANH MỤC VIẾT TẮT .......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................. xii
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
A. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................... 2
B. Đối tượng và nội dung nghiên cứu ................................................................................ 2
C. Ý nghĩa khoa học của luận án........................................................................................ 2
D. Giá trị thực tiễn của luận án .......................................................................................... 2
E. Những điểm mới của luận án ......................................................................................... 3
F. Nội dung của luận án ...................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 4
1.1. Giới thiệu chung ........................................................................................................... 4
1.2 Polyme blend ................................................................................................................. 4
1.2.1 Khái niệm về polyme blend .................................................................................. 4
1.2.2 Phân loại polyme blend ........................................................................................ 5
1.2.3 Các phương pháp chế tạo polyme blend............................................................... 5
1.2.4 Yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu polyme blend ................................. 7
1.2.5 Sự tương hợp của các polyme ............................................................................. 8
1.2.5.1 Tương hợp và quá trình chế tạo blend ........................................................... 9
1.2.5.2 Vai trò của chất tương hợp trong polyme blend ......................................... 11
1.2.6 Các phương pháp tăng cường tương hợp polyme blend [19,31,78] .................. 14
1.2.6.1 Tương hợp bằng các copolyme khối và copolyme ghép ............................. 14
1.2.6.2 Tương hợp bằng polyme có khả năng phản ứng ........................................ 15
1.2.6.3 Tương hợp bằng các ionme ......................................................................... 15
1.2.6.4 Biến tính polyme ........................................................................................ 16
iii
1.2.6.5 Sử dụng các chất tương hợp là polyme ...................................................... 17
1.2.6.6 Tương hợp bằng hợp chất thấp phân tử ....................................................... 18
1.2.6.7 Tương hợp bằng hệ thống các chất khâu mạch chọn lọc............................ 18
1.3 Cao su nhiệt dẻo (TPE) ............................................................................................... 19
1.3.1 Lịch sử phát triển ................................................................................................ 19
1.3.2 Đặc điểm cấu tạo của TPE .................................................................................. 20
1.3.3 Phương pháp tổng hợp TPE................................................................................ 25
1.3.4 Ứng dụng của TPE ............................................................................................. 28
1.4 Cao su butadien acrylonitril (NBR) và nhựa polypropylen (PP) ............................ 28
1.4.1 Cao su butadien acrylonitril (NBR) [6, 30,32] ................................................... 28
1.4.1.1 Lịch sử phát triển ......................................................................................... 28
1.4.1.2 Đặc điểm cấu tạo ......................................................................................... 28
1.4.1.3 Tinh chất cơ lý ............................................................................................. 29
1.4.1.4 Ứng dụng ..................................................................................................... 30
1.4.2 Nhựa polypropylen (PP) ..................................................................................... 31
1.4.2.1 Lịch sử phát triển ......................................................................................... 31
1.4.2.2 Đặc điểm cấu tạo ......................................................................................... 31
1.4.2.3 Tính chất cơ lý ............................................................................................. 32
1.4.2.4 Ứng dụng của nhựa polypropylen ............................................................... 34
1.4.2.4 Ưu nhược điểm của nhựa polypropylen ..................................................... 35
1.4.3 Polypropylen ghép anhydric maleic [95]............................................................ 35
1.5 Vật liệu polyme blend NBR/PP ................................................................................. 36
1.5.1 Lưu hóa động bằng nhựa phenolic ..................................................................... 36
1.5.2 Lưu hóa động bằng hệ lưu hóa nhựa phenolic và trợ xúc tác clorua thiếc SnCl2
..................................................................................................................................... 38
1.5.3 Lưu hóa động bằng bằng PP-g-MA khi có mặt kẽm dimetacrylat (ZDMA) ..... 41
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .................................. 44
NGHIÊN CỨU .......................................................................................................... 44
2.1 Nguyên vật liệu và thiết bị .......................................................................................... 44
2.1.1 Nguyên liệu ........................................................................................................ 44
2.1.2 Thiết bị................................................................................................................ 44
2.1.2.1 Thiết bị chế tạo ............................................................................................ 44
2.1.2.2 Thiết bị phân tích ......................................................................................... 45
iv
2.2 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................ 47
2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu cao su NBR .............................................................. 47
2.2.1.1 Thành phần phối liệu cao su chế tạo vật liệu............................................... 47
2.2.1.2 Quy trình chế tạo ......................................................................................... 47
2.2.2 Phương pháp chế tạo mẫu blend NBR/PP .......................................................... 47
2.2.2.1 Chế tạo mẫu blend NBR/PP ........................................................................ 47
2.2.2.2 Quá trình chế tạo (3 quy trình chế tạo theo 3 phương pháp) ....................... 47
2.2.3 Phương pháp xác định tính chất, cấu trúc của vật liệu ....................................... 49
2.2.3.1 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt của vật liệu ..................................... 49
2.2.3.2 Phương pháp xác định độ giãn dài khi đứt .................................................. 50
2.2.3.3 Phương pháp xác định độ giãn dài dư ......................................................... 50
2.2.4.4 Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu ................................................ 50
2.2.3.5 Phương pháp ảnh hiển vi điện tử (SEM, FESEM và EDS) ........................ 51
2.2.3.6 Phương pháp phân tích cơ nhiệt động ........................................................ 52
2.2.3.7 Phương pháp xác định độ mài mòn ............................................................. 52
2.2.3.8 Phương pháp đo độ trương trong dung môi ................................................ 52
2.2.3.9 Phương pháp phân tích nhiệt lượng vi sai quét DSC (Differential Scanning
Calorimetry) và TGA (Thermogravimetric Analyzer) ............................................ 53
2.2.3.10 Phép thử già hóa nhanh ............................................................................. 53
2.2.3.11 Phương pháp xác định mật độ mạng ......................................................... 53
2.2.3.12 Phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm ............................................... 54
2.2.3.13 Phương pháp xác định khả năng chống xăng, dầu,mỡ ............................. 54
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 55
3.1 Nghiên cứu vật liệu đầu cho blend NBR/PP.............................................................. 55
3.1.1 Khảo sát tính chất của vật liệu Polypropylen (PP) ............................................. 55
3.1.1.1 Momen xoắn (chế độ chảy) tại nhiệt độ 1600C của PP ............................... 55
3.1.1.2 Tính chất cơ học của PP .............................................................................. 55
3.1.2 Khảo sát tính chất của cao su butadien acrylonitril (NBR) ................................ 56
3.1.2.1 Lựa chọn phối liệu dựa vào đường cong lưu hóa của cao su NBR ............. 56
3.1.2.2 Lựa chọn phối liệu dựa vào tính chất cơ học của cao su NBR .................... 59
3.2 Nghiên cứu chế tạo cao su nhiệt dẻo (TPE) bằng phương pháp lưu hóa động ...... 63
3.2.1 Ảnh hưởng của phương pháp chế tạo blend NBR/PP ........................................ 63
3.2.1.1 Biểu đồ Momen xoắn trong quá trình trộn hợp của 3 phương pháp ........... 63
3.2.1.2 Tính chất cơ học của blend NBR/PP chế tạo theo 3 phương pháp .............. 65
v
nguon tai.lieu . vn
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả thực nghiệm được trình bày trong luận án là trung thực và chưa được tác giả
nào khác công bố trong bất kỳ công trình nào. Các thí nghiệm được tiến hành một
cách nghiêm túc trong quá trình nghiên cứu, không có sự sao chép từ bất kỳ tài liệu
khoa học nào.
TẬP THỂ HƯỚNG DẪN
TÁC GIẢ
HD1: PGS. TS. Nguyễn Huy Tùng
Nguyễn Thị Thu Thủy
HD2: GS. TS. Bùi Chương
i
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới Phó
giáo sư, Tiến sỹ Nguyễn Huy Tùng và Giáo sư, Tiến sỹ Bùi Chương, những người
thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn, động viên, khích lệ và dành nhiều thời gian
trao đổi góp ý cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Đặng Việt Hưng,
PGS.TS.Nguyễn Thanh Liêm, TS. Nguyễn Phạm Duy Linh và các thầy cô giáo, cán
bộ Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polyme-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và
các khóa sinh viên chuyên ngành vật liệu polyme & compozit đã cộng tác, trao đổi,
thảo luận và đóng góp cho luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn TS. Đỗ Trần Hải, Viện trưởng Viện Nghiên
cứu KHKT Bảo hộ Lao động, đã tạo điều kiện giúp đỡ về cả vật chất và thời gian
cho tác giả hoàn thành luận án này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với sự hợp tác và giúp đỡ của phòng Vật
liệu Cao phân tử- Viện Hóa học Vật liệu, TS. Phạm Minh Tuấn, ThS. Phạm Như
Hoàn.
Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu nặng đối với sự ủng hộ và động viên
của gia đình, là chỗ dựa vững chắc trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Trong quá trình thực hiện luận án không thể tránh khỏi những thiếu sót,
hạn chế. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và bổ sung của các thầy cô và
đồng nghiệp để luận án được hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 09 tháng 01 năm 2018
Tác giả
Nguyễn Thị Thu Thủy
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC .................................................................................................................. iii
DANH MỤC VIẾT TẮT .......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................. xii
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
A. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................... 2
B. Đối tượng và nội dung nghiên cứu ................................................................................ 2
C. Ý nghĩa khoa học của luận án........................................................................................ 2
D. Giá trị thực tiễn của luận án .......................................................................................... 2
E. Những điểm mới của luận án ......................................................................................... 3
F. Nội dung của luận án ...................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 4
1.1. Giới thiệu chung ........................................................................................................... 4
1.2 Polyme blend ................................................................................................................. 4
1.2.1 Khái niệm về polyme blend .................................................................................. 4
1.2.2 Phân loại polyme blend ........................................................................................ 5
1.2.3 Các phương pháp chế tạo polyme blend............................................................... 5
1.2.4 Yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu polyme blend ................................. 7
1.2.5 Sự tương hợp của các polyme ............................................................................. 8
1.2.5.1 Tương hợp và quá trình chế tạo blend ........................................................... 9
1.2.5.2 Vai trò của chất tương hợp trong polyme blend ......................................... 11
1.2.6 Các phương pháp tăng cường tương hợp polyme blend [19,31,78] .................. 14
1.2.6.1 Tương hợp bằng các copolyme khối và copolyme ghép ............................. 14
1.2.6.2 Tương hợp bằng polyme có khả năng phản ứng ........................................ 15
1.2.6.3 Tương hợp bằng các ionme ......................................................................... 15
1.2.6.4 Biến tính polyme ........................................................................................ 16
iii
1.2.6.5 Sử dụng các chất tương hợp là polyme ...................................................... 17
1.2.6.6 Tương hợp bằng hợp chất thấp phân tử ....................................................... 18
1.2.6.7 Tương hợp bằng hệ thống các chất khâu mạch chọn lọc............................ 18
1.3 Cao su nhiệt dẻo (TPE) ............................................................................................... 19
1.3.1 Lịch sử phát triển ................................................................................................ 19
1.3.2 Đặc điểm cấu tạo của TPE .................................................................................. 20
1.3.3 Phương pháp tổng hợp TPE................................................................................ 25
1.3.4 Ứng dụng của TPE ............................................................................................. 28
1.4 Cao su butadien acrylonitril (NBR) và nhựa polypropylen (PP) ............................ 28
1.4.1 Cao su butadien acrylonitril (NBR) [6, 30,32] ................................................... 28
1.4.1.1 Lịch sử phát triển ......................................................................................... 28
1.4.1.2 Đặc điểm cấu tạo ......................................................................................... 28
1.4.1.3 Tinh chất cơ lý ............................................................................................. 29
1.4.1.4 Ứng dụng ..................................................................................................... 30
1.4.2 Nhựa polypropylen (PP) ..................................................................................... 31
1.4.2.1 Lịch sử phát triển ......................................................................................... 31
1.4.2.2 Đặc điểm cấu tạo ......................................................................................... 31
1.4.2.3 Tính chất cơ lý ............................................................................................. 32
1.4.2.4 Ứng dụng của nhựa polypropylen ............................................................... 34
1.4.2.4 Ưu nhược điểm của nhựa polypropylen ..................................................... 35
1.4.3 Polypropylen ghép anhydric maleic [95]............................................................ 35
1.5 Vật liệu polyme blend NBR/PP ................................................................................. 36
1.5.1 Lưu hóa động bằng nhựa phenolic ..................................................................... 36
1.5.2 Lưu hóa động bằng hệ lưu hóa nhựa phenolic và trợ xúc tác clorua thiếc SnCl2
..................................................................................................................................... 38
1.5.3 Lưu hóa động bằng bằng PP-g-MA khi có mặt kẽm dimetacrylat (ZDMA) ..... 41
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .................................. 44
NGHIÊN CỨU .......................................................................................................... 44
2.1 Nguyên vật liệu và thiết bị .......................................................................................... 44
2.1.1 Nguyên liệu ........................................................................................................ 44
2.1.2 Thiết bị................................................................................................................ 44
2.1.2.1 Thiết bị chế tạo ............................................................................................ 44
2.1.2.2 Thiết bị phân tích ......................................................................................... 45
iv
2.2 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................ 47
2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu cao su NBR .............................................................. 47
2.2.1.1 Thành phần phối liệu cao su chế tạo vật liệu............................................... 47
2.2.1.2 Quy trình chế tạo ......................................................................................... 47
2.2.2 Phương pháp chế tạo mẫu blend NBR/PP .......................................................... 47
2.2.2.1 Chế tạo mẫu blend NBR/PP ........................................................................ 47
2.2.2.2 Quá trình chế tạo (3 quy trình chế tạo theo 3 phương pháp) ....................... 47
2.2.3 Phương pháp xác định tính chất, cấu trúc của vật liệu ....................................... 49
2.2.3.1 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt của vật liệu ..................................... 49
2.2.3.2 Phương pháp xác định độ giãn dài khi đứt .................................................. 50
2.2.3.3 Phương pháp xác định độ giãn dài dư ......................................................... 50
2.2.4.4 Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu ................................................ 50
2.2.3.5 Phương pháp ảnh hiển vi điện tử (SEM, FESEM và EDS) ........................ 51
2.2.3.6 Phương pháp phân tích cơ nhiệt động ........................................................ 52
2.2.3.7 Phương pháp xác định độ mài mòn ............................................................. 52
2.2.3.8 Phương pháp đo độ trương trong dung môi ................................................ 52
2.2.3.9 Phương pháp phân tích nhiệt lượng vi sai quét DSC (Differential Scanning
Calorimetry) và TGA (Thermogravimetric Analyzer) ............................................ 53
2.2.3.10 Phép thử già hóa nhanh ............................................................................. 53
2.2.3.11 Phương pháp xác định mật độ mạng ......................................................... 53
2.2.3.12 Phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm ............................................... 54
2.2.3.13 Phương pháp xác định khả năng chống xăng, dầu,mỡ ............................. 54
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 55
3.1 Nghiên cứu vật liệu đầu cho blend NBR/PP.............................................................. 55
3.1.1 Khảo sát tính chất của vật liệu Polypropylen (PP) ............................................. 55
3.1.1.1 Momen xoắn (chế độ chảy) tại nhiệt độ 1600C của PP ............................... 55
3.1.1.2 Tính chất cơ học của PP .............................................................................. 55
3.1.2 Khảo sát tính chất của cao su butadien acrylonitril (NBR) ................................ 56
3.1.2.1 Lựa chọn phối liệu dựa vào đường cong lưu hóa của cao su NBR ............. 56
3.1.2.2 Lựa chọn phối liệu dựa vào tính chất cơ học của cao su NBR .................... 59
3.2 Nghiên cứu chế tạo cao su nhiệt dẻo (TPE) bằng phương pháp lưu hóa động ...... 63
3.2.1 Ảnh hưởng của phương pháp chế tạo blend NBR/PP ........................................ 63
3.2.1.1 Biểu đồ Momen xoắn trong quá trình trộn hợp của 3 phương pháp ........... 63
3.2.1.2 Tính chất cơ học của blend NBR/PP chế tạo theo 3 phương pháp .............. 65
v