Xem mẫu
T¹p chÝ Hãa häc, T. 44 (3), Tr. 295 - 299, 2006
Nghiªn cøu kh¶ n¨ng ch¶y nhít, tÝnh chÊt c¬ lý vµ cÊu tróc cña vËt liÖu polyme blend PVC/EVA
§Õn Tßa so¹n 20-6-2005
Th¸i Hong, §ç Quang ThÈm
ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v+ C«ng nghÖ ViÖt Nam
SUMMARY
The polymer blends based on plasticized poly(vinylchloride)/ethylene-vinyl acetate copolymer (PVC/EVA) are prepared by mixing plasticized PVC and EVA in a Haake intermixer. The torque curves show that the relative melt viscosity of the polymer blends decreases with increasing EVA content. The G’ modulus also decreases with rising EVA content. The polymer blends of PVC/EVA exhibit imcompatible effect and the tensile strength of polymer blends is small. The torque and temperature of the polymer blends of PVC/EVA (10/90, wt/wt) with different DCP contents are higher than those of the polymer blend without DCP. The tensile strength of the polymer blend reaches maximum with DCP content of 0.1%wt. The elongation at break of the polymer blend decreases with increasing DCP content. DCP plays an important role in reduction of particle size of PVC (disperse phase) and improvement of its dispersion in EVA matrix.
I - Më ®Çu
VËt liÖu polyme blend ® ®îc nghiªn cøu kh¸ phæ biÕn do vËt liÖu n(y kÕt hîp ®îc mét sè tÝnh chÊt u viÖt cña c¸c polyme th(nh phÇn [1, 2]. Polyme blend polyvinylclorua/copolyme etylen vinyl axetat (PVC/EVA) cã thÓ kÕt hîp ®îc tÝnh chÊt tèt cña EVA nh mÒm dÎo, bÒn xÐ víi tÝnh chÊt tèt cña PVC nh cøng, bÒn hãa chÊt v( c¸ch ®iÖn tèt. Tuy nhiªn, c¸c polyme n(y t¬ng hîp kÐm hoÆc kh«ng t¬ng hîp do sù kh¸c nhau vÒ cÊu t¹o, nhiÖt ®é hãa thuû tinh, nhiÖt ®é nãng ch¶y… cña chóng [3 - 5]. §Ó t¨ng cêng kh¶ n¨ng t¬ng hîp polyme blend, ngêi ta thêng sö dông hîp chÊt thÊp ph©n tö cã kh¶ n¨ng ho¹t ®éng hãa nh dicumyl peoxit (DCP) [1]. Díi t¸c dông cña nhiÖt ®é cao trong qu¸ tr×nh trén nãng ch¶y PVC v( EVA, DCP cã kh¶ n¨ng tham gia v(o ph¶n øng t¹o th(nh copolyme PVC-EVA. Copolyme n(y t¨ng cêng t¬ng t¸c v( kÕt dÝnh gi÷a hai pha polyme.
C«ng tr×nh n(y nghiªn cøu ¶nh hëng cña
h(m lîng c¸c polyme th(nh phÇn v( h(m lîng DCP tíi m« men xo¾n cña polyme blend trong qu¸ tr×nh trén nãng ch¶y, tÝnh chÊt lu biÕn, tÝnh chÊt c¬ lý v( cÊu tróc cña polyme blend. Tõ ®ã l(m râ vai trß cña DCP trong viÖc t¨ng cêng c¸c tÝnh chÊt v( cÊu tróc h×nh th¸i cña polyme blend PVC/EVA.
II - Thùc nghiÖm
1. Nguyªn liÖu
PVC, m¸c TH-1000 do NhËt B¶n s¶n xuÊt cã tû träng 1,4 g/cm3. ChÊt hãa dÎo dioctyl phtalat (DOP), tû träng 0,986 g/cm3 do H(n Quèc s¶n xuÊt. DÇu ®Ëu n(nh epoxy hãa cña Malayxia cã h(m lîng nhãm epoxy 15,2%. Bari stearat, cacdimi stearat ®îc chÕ t¹o t¹i ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi. Nhùa EVA, cã h(m lîng vinyl axetat 18%, nhiÖt ®é nãng ch¶y 90 -95oC, khèi lîng riªng 0,93 g/cm3 do H(n Quèc chÕ t¹o. DCP ë d¹ng r¾n m(u tr¾ng do hng Junsei, NhËt B¶n s¶n xuÊt.
295
2. ChÕ t¹o vËt liÖu v c¸c ph¬ng ph¸p nghiªn cøu
- PVC, c¸c chÊt æn ®Þnh nh dÇu ®Ëu n(nh epoxy hãa (3%), bari stearat (1%), cacdimi stearat (1%) ®îc trén ®Òu cïng víi DOP (30%) (tÊt c¶ so víi PVC). Sau ®ã, hçn hîp PVC ®îc ñ trong tñ cã ®èi lu kh«ng khÝ nãng ë 80oC trong 2,5 giê ®Ó DOP v( c¸c chÊt phô gia thÈm thÊu v(o c¸c ®¹i ph©n tö PVC. KÕt thóc qu¸ tr×nh ñ thu ®îc hçn hîp bét PVC kh« v( t¬i.
- Polyme blend tõ hçn hîp PVC v( EVA (viÕt t¾t l( PVC/EVA) ®îc chÕ t¹o t¹i ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi trªn thiÕt bÞ trén néi Haake (§øc) ë 170oC trong 5 phót víi tèc ®é trén 50 vßng/phót. Sau ®ã mÉu ®îc Ðp ph¼ng trªn m¸y Ðp Toyoseiki (NhËt B¶n) ë 200oC. M« men xo¾n, nhiÖt ®é cña polyme blend theo thêi gian trén nãng ch¶y ®îc ghi l¹i nhê phÇn mÒm Polylab 3.1.
- TÝnh chÊt lu biÕn cña vËt liÖu ®îc x¸c ®Þnh trªn thiÕt bÞ Bohlin Rheometer C-VOR 150 (Anh) t¹i ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi. M« ®un dÎo (elastic modulus) cña vËt liÖu theo tÇn sè cña ngo¹i lùc ®îc ghi l¹i nhê mét phÇn mÒm kÕt hîp [6]. §é bÒn kÐo ®øt v( ®é dn d(i khi ®øt cña vËt liÖu ®îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ASTM D638 trªn m¸y kÐo ®øt WMP cña §øc t¹i ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi. CÊu tróc cña polyme blend ®îc quan s¸t tõ ¶nh chôp trªn
thiÕt bÞ hiÓn vi ®iÖn tö quÐt Jeol-5300 (NhËt B¶n) víi ®é phãng ®¹i 1000 lÇn t¹i ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi.
III - KÕt qu¶ v th¶o luËn
1. Kh¶ n¨ng ch¶y nhít v tÝnh chÊt lu biÕn cña polyme blend PVC/EVA
Kh¶ n¨ng gia c«ng cña vËt liÖu polyme blend ®îc ®¸nh gi¸ bëi sù biÕn ®æi m« men xo¾n trong qu¸ tr×nh trén hîp nãng ch¶y (blend hãa) trªn thiÕt bÞ trén néi Haake. M« men xo¾n ®Æc trng cho ®é nhít ch¶y t¬ng ®èi cña vËt liÖu. Trong nghiªn cøu n(y, nhiÖt ®é, tèc ®é quay cña r«to v( thÓ tÝch cña vËt liÖu trong buång trén l( nh nhau cho c¸c mÉu. NhiÖt lîng cÊp cho buång trén ë 170oC v( sù quay cña r«to l(m cho EVA v( PVC ch¶y dÇn v( ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i m« men xo¾n æn ®Þnh. H×nh 1 cho thÊy m« men xo¾n cña EVA thÊp nhÊt, cao nhÊt l( ®èi víi hçn hîp PVC. C¸c polyme blend PVC/EVA cã m« men xo¾n n»m ë gi÷a PVC v( EVA. M« men xo¾n cña c¸c polyme blend gi¶m dÇn khi h(m lîng EVA t¨ng lªn [3]. Tõ ®ã cho thÊy EVA cã t¸c dông t¨ng cêng kh¶ n¨ng gia c«ng cho PVC bëi v× sù cã mÆt cña nã ® l(m gi¶m n¨ng lîng tiªu tèn cho qu¸ tr×nh ch¶y cña vËt liÖu (c¬ n¨ng tiªu tèn cho qu¸ tr×nh ch¶y ®îc tÝnh theo diÖn tÝch giíi h¹n bëi ®êng m« men xo¾n v( trôc thêi gian).
H×nh 1: Gi¶n ®å m« men xo¾n theo thêi gian cña c¸c polyme blend PVC/EVA
2. TÝnh chÊt lu biÕn cña polyme blend PVC/EVA
M« ®un dÎo (G’) cña vËt liÖu ®îc x¸c ®Þnh
296
b»ng c¸ch ®iÒu khiÓn øng suÊt t¸c ®éng v(o vËt liÖu ë nhiÖt ®é phßng. KÕt qu¶ ë h×nh 2 cho thÊy m« ®un G’ cña c¸c polyme blend PVC/EVA ®Òu
H×nh 2: Logarit m«®un G’ cña PVC, EVA v( c¸c polyme blend PVC/EVA
n»m gi÷a gi¸ trÞ G’ cña PVC v( EVA v( gi¶m khi h(m lîng EVA trong polyme blend t¨ng lªn. Gi¸ trÞ m« ®un G’ cña c¸c polyme blend gi¶m ®i so víi PVC chøng tá EVA cã t¸c dông l(m t¨ng ®é dÎo cho PVC.
3. ¶nh hëng cña hm lîng polyme thnh phÇn tíi tÝnh chÊt c¬ lý cña polyme blend PVC/EVA
B¶ng 1 cho thÊy sù kh«ng t¬ng hîp cña polyme blend PVC/EVA khi xem xÐt tÝnh chÊt c¬ lý ë c¸c tû lÖ kh¸c nhau. §é dn d(i khi ®øt cã gi¸ trÞ cùc tiÓu ë 70% PVC v( ®é bÒn kÐo ®øt cã gi¸ trÞ cùc tiÓu ë 50% PVC. Víi c¸c polyme blend cã h(m lîng PVC hay EVA kh¸ nhá (10%), tÝnh chÊt c¬ lý cña chóng gi¶m Ýt h¬n so víi polyme cã h(m lîng PVC hoÆc EVA lín h¬n. V× vËy, tû lÖ PVC/EVA 10/90 (pkl/pkl) ®îc dïng cho c¸c nghiªn cøu tiÕp theo víi c¸c polyme blend ®ßi hái ®é dn d(i khi ®øt lín.
4. ¶nh hëng cña hm lîng DCP tíi qu¸ tr×nh trén nãng ch¶y v tÝnh chÊt c¬ lý cña polyme blend PVC/EVA
xo¾n t¨ng theo sù t¨ng cña h(m lîng DCP. HiÖn tîng n(y cã thÓ gi¶i thÝch bëi ph¶n øng gi÷a c¸c gèc PVC v( EVA, gi÷a c¸c gèc PVC còng nh EVA víi nhau khi cã mÆt DCP l(m t¨ng khèi lîng ph©n tö còng nh t¨ng ma s¸t néi cña vËt liÖu. Khi vËt liÖu polyme blend trong buång trén ®¹t ®Õn nhiÖt ®é gÇn 170oC (øng víi thêi gian 2,2 phót), ®êng m« men xo¾n cña c¸c polyme blend cã DCP b¾t ®Çu t¸ch ra v( t¨ng dÇn lªn so víi mÉu kh«ng cã DCP. Nh vËy, cã thÓ thÊy ®Ó cã ph¶n øng gi÷a c¸c gèc tù do nãi trªn th× nhiÖt ®é trén c¸c polyme ph¶i lín h¬n 170oC.
B¶ng 1: TÝnh chÊt c¬ lý cña polyme blend PVC/EVA
MÉu PVC/EVA, §é dn d(i §é bÒn kÐo pkl/pkl khi ®øt, % ®øt, MPa
100/0 265 23,4 90/10 156 16,8 85/15 100 11,3
80/20 49 7,6
H×nh 3(a) biÓu diÔn sù biÕn ®æi m« men xo¾n cña polyme blend theo h(m lîng DCP (thay ®æi tõ 0,075% ®Õn 0,15%, theo khèi lîng tæng cña 2 polyme). Gi¶n ®å m« men xo¾n-thêi gian trén nãng ch¶y cho thÊy m« men xo¾n thÊp nhÊt øng víi polyme blend PVC/EVA (10/90) kh«ng cã DCP. Víi c¸c mÉu cã DCP, m« men
70/30 20 6,6 50/50 263 3,1 30/70 558 5,6 20/80 660 10,1 10/90 683 10,3
0/100 780 13,8
297
H×nh 3(b) cho thÊy khi t¨ng h(m lîng DCP trong polyme blend PVC/EVA, ®ång thêi víi sù t¨ng m« men xo¾n, nhiÖt ®é cña polyme blend còng t¨ng lªn. Khi kÕt thóc qu¸ tr×nh trén nãng ch¶y 2 polyme (5 phót), chªnh lÖch nhiÖt ®é cña mÉu cã DCP v( mÉu kh«ng cã DCP l( 3,2oC, 4,4oC, 7oC t¬ng øng víi h(m lîng DCP 0,1%,
0,125% v( 0,15%. Sù t¨ng nhiÖt ®é cña polyme blend khi cã DCP cã thÓ gi¶i thÝch bëi c¸c ph¶n øng gi÷a c¸c gèc cña PVC v( EVA t¹o th(nh c¸c ®¹i ph©n tö cã khèi lîng ph©n tö lín l(m t¨ng ma s¸t néi trong khèi vËt liÖu. Do ®ã, nhiÖt ®é cña polyme blend cã DCP t¨ng lªn so víi polyme blend kh«ng cã DCP.
H×nh 3: ¶nh hëng cña h(m lîng DCP tíi m« men xo¾n v( nhiÖt ®é cña polyme blend PVC/EVA (10/90)
B¶ng 2 tr×nh b(y kÕt qu¶ x¸c ®Þnh tÝnh chÊt c¬ lý cña c¸c mÉu polyme blend PVC/EVA theo h(m lîng DCP. Râ r(ng l( DCP cã t¸c dông n©ng cao ®é bÒn kÐo ®øt cho polyme blend, tuy nhiªn nã còng l(m gi¶m ®é dn d(i khi ®øt cña vËt liÖu n(y. Sù t¨ng ®é bÒn kÐo ®øt cña polyme blend l( do ph¶n øng cña c¸c gèc polyme t¹o th(nh copolyme PVC-EVA cã vai trß nh mét chÊt t¬ng hîp cho 2 polyme PVC v( EVA [3]. Copolyme n(y t¨ng kh¶ n¨ng t¬ng t¸c v( kÕt dÝnh gi÷a 2 pha polyme. Khi h(m lîng DCP = 0,1%, ®é bÒn kÐo ®øt cña polyme blend ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt (lín h¬n 37% so víi mÉu kh«ng cã DCP). Khi h(m lîng DCP > 0,1%, ®é bÒn kÐo ®øt cña vËt liÖu cã xu híng gi¶m dÇn. §iÒu n(y cã thÓ gi¶i thÝch bëi lîng DCP d cã t¸c dông oxi hãa v( ph©n huû ®øt m¹nh c¸c polyme PVC v( EVA, do ®ã l(m gi¶m ®é bÒn kÐo ®øt cña polyme blend.
5. ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt cña polyme blend PVC/EVA (10/90)
H×nh 4(a) cho thÊy trong polyme blend kh«ng cã 0,1% DCP, cã sù t¸ch pha râ rÖt, pha
298
PVC ph©n bè víi kÝch thíc kh¸ lín (40 - 50 µm) v( kh«ng ®Òu trong pha nÒn EVA. H×nh 4(b) cho thÊy DCP t¨ng kh¶ n¨ng ph©n t¸n cña pha PVC trong pha nÒn EVA. PVC ph©n t¸n trong pha nÒn EVA víi kÝch thíc nhá h¬n (1 -12 µm) v( ®ång ®Òu h¬n. §iÒu n(y cã thÓ gi¶i thÝch bëi DCP ®ãng vai trß quan träng trong viÖc t¹o th(nh chÊt t¬ng hîp t¹i chç PVC-g-EVA, nhê ®ã PVC ph©n t¸n v(o pha nÒn EVA tèt h¬n.
B¶ng 2: Sù phô thuéc tÝnh chÊt c¬ lý cña polyme blend PVC/EVA (10/90) v(o h(m lîng DCP
H(m lîng §é dn khi §é bÒn kÐo DCP, % ®øt, % ®øt, MPa
0,000 683 10,3 0,050 650 11,4 0,075 650 13,9 0,100 567 14,1 0,125 550 13,5
0,150 369 11,4
(a) (b)
H×nh 4: ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt cña polyme blend PVC/EVA (10/90) kh«ng cã (a) v( cã 0,1% DCP (b)
IV - KÕt luËn Ti liÖu tham kh¶o
EVA cã t¸c dông t¨ng cêng kh¶ n¨ng ch¶y, kh¶ n¨ng gia c«ng v( t¨ng ®é dÎo cña PVC. M« men xo¾n v( nhiÖt ®é cña polyme blend PVC/EVA (10/90) cã DCP lín h¬n so víi polyme blend kh«ng cã DCP. §é bÒn kÐo ®øt cña polyme blend ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt khi h(m lîng DCP b»ng 0,1%. §é dn d(i khi ®øt cña polyme blend gi¶m khi t¨ng h(m lîng DCP. DCP gi¶m kÝch thíc pha ph©n t¸n PVC v( l(m cho pha n(y ph©n bè ®ång ®Òu h¬n trong pha nÒn EVA.
C«ng tr×nh n+y ®Hîc ho+n th+nh víi sù hç trî kinh phÝ cña Héi ®ång Khoa häc Tù nhiªn.
1. S. Chattopadhyay, T. K. Chaki, Anil K. Bhowmick. J. Appl. Polym. Sci., Vol. 79, 1877 - 1889 (2002).
2. http://www.devicelink.com/mddi/archive
3. R. Pena, M. Hidalgo, C. Mijangos. J. Appl. Polym. Sci., Vol. 75, 1003 - 1312 (2002).
4. Lloyd. M. Robeson, Robert. A. Berner. J. Polym. Sci., Part B. Polymer Physics, Vol. 39, 1093 - 1106 (2001).
5. S. Ray Chowdhury and C. K. Das. Polym. Plast. Technol. Eng. 40(1), 23 - 28 (2001).
6. Marianna Kontopoulou, Leo C. Huang, Jennifer A. Lee. Adv. Polym. Technol., Vol. 22, No. 3, 209 - 217 (2003).
299
...
- tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn