T¹p chÝ Hãa häc, T. 43 (4), Tr. 419 - 423, 2005<br />
<br />
<br />
nghiªn cøu tÝnh chÊt vµ cÊu tróc cña vËt liÖu polyme<br />
blend polyetylen/polyamit/polyetylen-g-acrylamit<br />
§Õn Tßa so¹n 6-7-2004<br />
Th¸i Ho ng, §ç quang thÈm<br />
ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v- C«ng nghÖ ViÖt Nam<br />
<br />
<br />
Summary<br />
Polymer blends of polyethylene (PE) with polyamide (PA) have been studied. The presence of<br />
polyethylene-g-acrylamide (PE-g-AAm) decreases content of PE phase extracted by xylene and glass<br />
transition temperature of PA in the polymer blends. The physico-mechanical properties of these<br />
polymer blends show the loss in elastic modulus, tensile strength, and elongation at break due to poor<br />
adhesion at the interface. PE-g-AAm improves the above properties of the polymer blends. The<br />
morphology of the polymer blends is determined by scanning electron microscope. The size of dispersed<br />
particle is greatly reduced in the polymer blends containing PE-g-AAm. Hydrogen bonding in PE-g-<br />
AAm and PA plays an important role in inducing partial compatibility of PE and PA. The polymer<br />
blend of PE/PA of 30/70 (wt/wt) with 10 wt% of PE-g-AAm (based on total weight of PE and PA) is<br />
suitable for preparing construction material with high quality.<br />
<br />
<br />
I - Më ®Çu mét sè tÝnh chÊt cña vËt liÖu polyme blend,<br />
ng$êi ta th$êng ®$a v6o c¸c chÊt t$¬ng hîp trªn<br />
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, trén hîp (blend c¬ së PE chøc hãa víi c¸c nhãm ph©n cùc v6<br />
hãa) c¸c polyme nhiÖt dÎo nh$ polyetylen (PE) ho¹t ®éng nh$ c¸c nhãm anhi®rit, cacboxyl,<br />
víi polyamit (PA) trªn c¸c thiÕt bÞ gia c«ng amit ... [3 - 5].<br />
nhùa nhiÖt dÎo ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu polyme míi Môc ®Ých cña c«ng tr×nh n6y l6 nghiªn cøu<br />
nh»m kÕt hîp $u ®iÓm cña c¸c polyme th6nh ¶nh h$ëng cña copolyme polyetylen-g-acrylamit<br />
phÇn l6 mét ph$¬ng ph¸p rÊt tiÖn lîi, cã hiÖu (PE-g-AAm) tíi kh¶ n¨ng b¸m dÝnh c¸c pha PE<br />
qu¶ kinh tÕ [1 - 3]. Nh$ chóng ta ®Òu biÕt, PE l6 v6 PA, c¸c tÝnh chÊt nhiÖt v6 c¬ lý, cÊu tróc h×nh<br />
mét polyme kh«ng ph©n cùc, bÒn nhiÖt, cã ®é<br />
th¸i häc cña vËt liÖu polyme blend PE/PA. Trªn<br />
bÒn va ®Ëp cao, kh«ng hót Èm, chÞu hãa chÊt,<br />
c¬ së ®ã rót ra h6m l$îng PE-g-AAm thÝch hîp<br />
nhiÖt ®é ch¶y mÒm thÊp, dÔ gia c«ng, gi¸ th6nh<br />
thÊp, nh$ng ®é bÒn kÐo ®øt v6 m«®un ®6n håi ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu polyme blend PE/PA chÊt<br />
thÊp. PA l6 mét polyme ph©n cùc, cã ®é bÒn kÐo l$îng cao cã thÓ øng dông trong mét sè lÜnh vùc<br />
®øt cao, m« ®un ®6n håi lín, bÒn nhiÖt v6 chÞu c«ng nghiÖp.<br />
m6i mßn. Tuy nhiªn, PA kÐm æn ®Þnh vÒ kÝch<br />
th$íc, hót Èm m¹nh, ®é dKn d6i khi ®øt thÊp, gi¸ II - Thùc nghiÖm<br />
th6nh cao h¬n nhiÒu lÇn PE. Do sù kh¸c nhau vÒ<br />
cÊu t¹o, ®é ph©n cùc, nhiÖt ®é thuû tinh ho¸, 1. Hãa chÊt<br />
nhiÖt ®é ch¶y mÒm, chØ sè ch¶y... nªn PE v6 PA<br />
rÊt khã trén hîp v6 t$¬ng hîp, dÔ bÞ t¸ch líp khi Polyetylen m¹ch th¼ng, tû träng thÊp<br />
trén lÉn víi nhau. Nh»m n©ng cao kh¶ n¨ng (LLDPE, hKng Daelim, H6n Quèc) cã nhiÖt ®é<br />
t$¬ng hîp cña c¸c polyme còng nh$ n©ng cao ch¶y mÒm 128oC, chØ sè ch¶y 2,61 g/10 phót<br />
419<br />
(190oC, t¶i träng 2,16 kg). Polyamit (PA-Kolon, ®$îc x¸c ®Þnh trªn thiÕt bÞ ®o c¬ lý ZWICK<br />
H6n Quèc) cã nhiÖt ®é ch¶y mÒm 223oC. (§øc) theo tiªu chuÈn ISO/DIS 527 víi tèc ®é<br />
LLDPE-g-AAm ®$îc chÕ t¹o phßng thÝ nghiÖm kÐo mÉu 100 mm/phót t¹i ViÖn Kü thuËt NhiÖt<br />
víi h6m l$îng AAm ghÐp v6o LLDPE 0,98% ®íi, ViÖn Khoa häc v6 C«ng nghÖ ViÖt Nam.<br />
[6].<br />
6. X¸c ®Þnh cÊu tróc cña polyme blend<br />
2. ChÕ t¹o mÉu<br />
CÊu tróc cña vËt liÖu polyme blend ®$îc x¸c<br />
PE ®$îc trén trong thiÕt bÞ trén kÝn Haake ë ®Þnh nhê ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM), chôp<br />
160oC víi thêi gian 5 phót, tèc ®é roto 50 trªn m¸y Jeol-5300 (NhËt B¶n) t¹i ViÖn Kü<br />
vßng/phót. Ngay sau khi kÕt thóc qu¸ tr×nh trén, thuËt NhiÖt ®íi. Tr$íc khi chôp ¶nh SEM, mÉu<br />
vËt liÖu polyme ë tr¹ng th¸i nãng ch¶y ®$îc Ðp ®$îc bÎ gÉy trong nit¬ láng. §é khuÕch ®¹i cña<br />
trªn m¸y Ðp thñy lùc Toyseiki trong 3 phót ë ¶nh SEM l6 1000 lÇn.<br />
160oC víi lùc Ðp 12 - 15 MPa. T$¬ng tù, PA v6<br />
polyme blend PE/PA kh«ng cã v6 cã PE-g- III - KÕt qu¶ v th¶o luËn<br />
AAm ®$îc trén trong thiÕt bÞ trén kÝn Haake ë<br />
240oC, thêi gian 5 phót, tèc ®é roto 50 1. Nghiªn cøu kh¶ n¨ng b¸m dÝnh gi÷a PE v<br />
vßng/phót. Ngay sau khi kÕt thóc qu¸ tr×nh trén, PA kh«ng cã v cã PE-g-AAm<br />
vËt liÖu polyme ë tr¹ng th¸i nãng ch¶y ®$îc Ðp<br />
trªn m¸y Ðp thñy lùc Toyseiki trong 3 phót ë H×nh 1 tr×nh b6y ¶nh h$ëng cña h6m l$îng<br />
240oC víi lùc Ðp 22 - 25 MPa. C¸c mÉu sau khi PE-g-AAm (tÝnh theo tæng l$îng PE v6 PA) tíi<br />
Ðp ®$îc l6m nguéi b»ng n$íc l¹nh, lau kh« v6 l$îng PE (l6 pha ph©n t¸n) ®$îc trÝch ly ra khái<br />
b¶o qu¶n trong ®iÒu kiÖn chuÈn Ýt nhÊt 24 giê polyme blend PE/PA (30/70, pkl/pkl) b»ng dung<br />
tr$íc khi x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt v6 cÊu tróc. m«i xylen. Râ r6ng l6 l$îng PE ®$îc trÝch ly ra<br />
khái polyme blend gi¶m khi t¨ng h6m l$îng<br />
3. X¸c ®Þnh l îng PE trÝch ly ra khái polyme PE-g-AAm tíi 11 pkl v6 gi÷ kh«ng ®æi ë 12 pkl.<br />
blend PE/PA NÕu t¨ng h6m l$îng PE-g-AAm qu¸ 12 pkl,<br />
Tr$íc khi thÝ nghiÖm, mÉu ®$îc sÊy ë 90oC l$îng PE ®$îc trÝch ly ra khái polyme blend<br />
trong tñ sÊy ch©n kh«ng cho ®Õn khèi l$îng t¨ng lªn. §iÒu n6y cã thÓ gi¶i thÝch nh$ sau: khi<br />
kh«ng ®æi (ký hiÖu m0). TiÕn h6nh trÝch ly pha t¨ng h6m l$îng PE-g-AAm tíi 12 pkl, PE-g-<br />
PE khái pha liªn tôc PA trong polyme blend AAm ®ãng vai trß cña chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt<br />
b»ng xylen trªn thiÕt bÞ Soxlet ë nhiÖt ®é 135oC gi÷a pha PE v6 PA v× phÇn PE trong PE-g-AAm<br />
trong 16 giê. Sau ®ã sÊy ch©n kh«ng mÉu ë 90oC dÔ trén lÉn víi c¸c ®¹i ph©n tö PE. AAm trong<br />
cho ®Õn khèi l$îng kh«ng ®æi (ký hiÖu mt). PE-g-AAm t$¬ng t¸c víi c¸c nhãm amit cña PA<br />
L$îng PE trÝch ly ra khái polyme blend ®$îc 26<br />
x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: [(m0 - mt)/m0].100(%).<br />
L îng PE trÝch ly (%)<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
24<br />
4. X¸c ®Þnh nhiÖt ®é thñy tinh hãa cña PA 22<br />
ban ®Çu v PA trong polyme blend 20<br />
18<br />
NhiÖt ®é thñy tinh hãa (Tg) cña PA ban ®Çu 16<br />
v6 PA trong polyme blend ®$îc x¸c ®Þnh nhê 14<br />
phÇn mÒm g¾n víi thiÕt bÞ nhiÖt l$îng vi sai 12<br />
quÐt (DSC)-Universal-V3.8B TA (Mü) t¹i Khoa 10<br />
VËt lý, Tr$êng §¹i häc Khoa häc tù nhiªn H6<br />
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18<br />
Néi. ChÕ ®é ch¹y DSC ®Ó x¸c ®Þnh Tg nh$ sau:<br />
®èt nãng mÉu tõ 25 tíi 600oC víi tèc ®é ®èt H m l îng PE-g-AAm (pkl)<br />
nãng 7oC/phót trong khÝ argon. H×nh 1: ¶nh h$ëng cña h6m l$îng PE-g-AAm tíi<br />
5. §o c¸c tÝnh chÊt c¬ lý l$îng PE ®$îc trÝch ly ra khái polyme blend<br />
PE/PA (30/70)<br />
M« ®un ®6n håi, ®é bÒn kÐo ®øt, ®é dKn d6i<br />
khi ®øt cña c¸c mÉu PE, PA, PE/PA/PE-g-AAm qua c¸c liªn kÕt hi®ro (h×nh 2). Nhê vËy, PE cã<br />
420<br />
thÓ b¸m dÝnh v6 t$¬ng hîp h¬n víi PA. Khi ®K t$¬ng hîp mét phÇn víi nhau [4]. Sù gi¶m Tg<br />
t¨ng h6m l$îng PE-g-AAm qu¸ 12 pkl, cã thÓ cña PA trong polyme blend cã mÆt PE-g-AAm<br />
l$îng PE-g-AAm d$ (kh«ng n»m ë bÒ mÆt ranh cã thÓ gi¶i thÝch bëi t$¬ng t¸c cña PE-g-AAm<br />
giíi pha gi÷a PE v6 PA) sÏ tù kÕt tô, c¶n trë sù víi PA th«ng qua liªn kÕt hi®ro gi÷a AAm trong<br />
ph©n bè cña PE v6o PA, gi¶m kh¶ n¨ng b¸m PE-g-AAm v6 nhãm amit cña PA nh$ ®K tr×nh<br />
dÝnh 2 polyme víi nhau. b6y ë trªn.<br />
PE<br />
PA B¶ng 1: Tg cña PA ban ®Çu v6 PA trong polyme<br />
O ... ... . H - N blend PE/PA cã mÆt PE-g-AAm<br />
C<br />
... ... O C MÉu Tg, oC<br />
HNH PA<br />
PA 58,5<br />
PE<br />
H×nh 2: Liªn kÕt hi®ro gi÷a nhãm amit trong PE/PA (30/70)<br />
PA víi acrylamit trong PE-g-AAm 0 pkl PE-g-AAm 58,0<br />
2. Nghiªn cøu nhiÖt ®é thñy tinh hãa cña PA 10 pkl PE-g-AAm 52,6<br />
trong polyme blend PE/PA kh«ng cã v cã<br />
PE/PA (20/80)<br />
PE-g-AAm<br />
10 pkl PE-g-AAm 51,5<br />
B¶ng 1 tr×nh b6y kÕt qu¶ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é<br />
thñy tinh hãa (Tg) cña PA ban ®Çu v6 PA trong<br />
c¸c polyme blend PE/PA (30/70 v6 20/80) cã 3. C¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña polyme blend<br />
chøa 10 pkl PE-g-AAm. So s¸nh c¸c sè liÖu ë PE/PA kh«ng cã v cã PE-g-AAm<br />
b¶ng 1 ta thÊy, Tg cña PA ban ®Çu v6 PA trong Trong b¶ng 2 l6 mét sè tÝnh chÊt c¬ lý (m«<br />
polyme blend PE/PA (30/70) kh«ng cã PE-g- ®un ®6n håi E, ®é bÒn kÐo ®øt ®, ®é dKn d6i khi<br />
AAm gÇn nh$ nhau do PE v6 PA kh«ng t$¬ng<br />
®øt ) cña PE; PA v6 polyme blend PE/PA<br />
t¸c v6 kh«ng trén lÉn tèt víi nhau. Khi ®$a 10<br />
(20/80). Râ r6ng l6, polyme blend PE/PA cã c¸c<br />
pkl PE-g-AAm v6o polyme blend PE/PA ë c¸c<br />
tÝnh chÊt c¬ lý n»m gi÷a PE v6 PA; mÉu polyme<br />
tû lÖ 30/70 v6 20/80, Tg cña PA trong polyme<br />
blend chøa PE-g-AAm cã c¸c tÝnh chÊt c¬ lý lín<br />
blend gi¶m ®i.<br />
h¬n mÉu kh«ng chøa PE-g-AAm. Trong c¸c<br />
Nh$ vËy, ®K cã sù chuyÓn dÞch Tg cña PA vÒ mÉu ®$îc kh¶o s¸t, polyme blend PE/PA víi<br />
phÝa nhiÖt ®é thÊp h¬n. Tõ ®ã cã thÓ nhËn ®Þnh th6nh phÇn 20/80 chøa 8 pkl PE-g-AAm cã c¸c<br />
r»ng: nhê sù cã mÆt cña PE-g-AAm, PE v6 PA tÝnh chÊt c¬ lý tèt nhÊt.<br />
<br />
B¶ng 2: TÝnh chÊt c¬ lý cña PE; PA v6 polyme blend PE/PA (20/80)<br />
cã h6m l$îng PE-g-AAm kh¸c nhau<br />
MÉu polyme E, MPa , MPa ,%<br />
PE 166 16,95 570<br />
PA 1135 52,24 48<br />
PE/PA (20/80) 492 18,31 55<br />
cã 6 pkl PE-g-AAm 564 27,74 221<br />
8 pkl PE-g-AAm 643 40,53 239<br />
10 pkl PE-g-AAm 575 33,23 215<br />
12 pkl PE-g- AAm - 32,90 208<br />
T$¬ng tù, trªn h×nh 3 l6 sù phô thuéc mét sè tÝnh chÊt c¬ lý cña polyme blend PE/PA (30/70)<br />
v6o h6m l$îng PE-g-AAm. MÉu cã c¸c tÝnh chÊt c¬ lý tèt nhÊt khi h6m l$îng PE-g-AAm l6 10 pkl.<br />
<br />
421<br />
0 2 4 6 8 10 12 14<br />
38 750 300<br />
36 M « ®u n ® n håi<br />
34 700 bÒn kÐo ® øt<br />
d·n d i k hi ® ø t 250<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
M« ®un ® n håi (MPa)<br />
32<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
d·n d i khi ®øt (%)<br />
bÒn kÐo ®øt (MPa)<br />
<br />
<br />
650<br />
30<br />
200<br />
28<br />
600<br />
26<br />
150<br />
24<br />
550<br />
22<br />
20 100<br />
500<br />
18<br />
16 450 50<br />
0 2 4 6 8 10 12 14<br />
<br />
H m l în g P E -g-A A m (pk l)<br />
<br />
H×nh 3: ¶nh h$ëng cña h6m l$îng PE-g-AAm tíi c¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña polyme blend PE/PA (30/70)<br />
<br />
KÕt qu¶ trªn kh¸ phï hîp víi kÕt qu¶ x¸c liªn tôc PA b»ng xylen ta thÊy, 2 polyme kh«ng<br />
®Þnh l$îng PE trÝch ly ra khái polyme blend trén lÉn v6 kh«ng t$¬ng hîp tèt víi nhau, cã sù<br />
(h×nh 1). V× vËy, cã thÓ sö dông 10 pkl PE-g- t¸ch pha râ rÖt (h×nh 4, ¶nh tr¸i). Khi ®$a 10 pkl<br />
AAm trong PE/PA (30/70) ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu PE-g-AAm v6o polyme blend PE/PA (20/80),<br />
®6n håi chÊt l$îng cao (m« ®un ®6n håi 700 PE-g-AAm ®K gi¶m kÝch th$íc pha PE trong<br />
MPa, ®é bÒn kÐo ®øt > 30 MPa, ®é dKn d6i khi pha PA mét c¸ch râ rÖt v6 l6m cho PE ph©n bè<br />
®øt > 200 %). ®ång ®Òu h¬n trong pha PA (h×nh 4, ¶nh ph¶i).<br />
§iÒu n6y cã thÓ gi¶i thÝch bëi PE-g-AAm ®K<br />
4. CÊu tróc h×nh th¸i cña polyme blend gi¶m øng suÊt bÒ mÆt ë ranh giíi pha gi÷a PE v6<br />
PE/PA kh«ng cã v cã PE-g-AAm PA do phÇn PE trong PE-g-AAm dÔ trén lÉn víi<br />
Trªn ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt cña polyme c¸c ®¹i ph©n tö PE v6 phÇn AAm trong PE-g-<br />
blend PE/PA (20/80) kh«ng cã PE-g-AAm chôp AAm t$¬ng t¸c víi nhãm amit cña PA (qua c¸c<br />
sau khi trÝch ly pha ph©n t¸n (pha PE) khái pha liªn kÕt hi®ro).<br />
<br />
a b<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
H×nh 4: ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt cña polyme blend PE/PA (20/80) kh«ng cã (a)<br />
v6 cã 10 pkl PE-g-AAm (b)<br />
<br />
IV - KÕt luËn dÝnh v6 t$¬ng hîp gi÷a PE víi PA, gi¶m l$îng PE<br />
trÝch ly ra khái polyme blend, gi¶m nhiÖt ®é thuû<br />
1. PE-g-AAm t¨ng kh¶ n¨ng trén lÉn, b¸m tinh hãa cña pha PA trong polyme blend, t¨ng c¸c<br />
<br />
422<br />
tÝnh chÊt c¬ lý cña polyme blend PE/PA. C. Bian. J. Appl. Polym. Sci., Vol. 76, P.<br />
2. PE-g-AAm gãp phÇn gi¶m kÝch th$íc pha 488 - 494 (2000).<br />
ph©n t¸n PE trong pha liªn tôc PA v6 l6m cho 2. A. Lazzeri, M. Malanima, M. Pracella. J.<br />
pha PE ph©n bè ®ång ®Òu h¬n trong pha PA. Appl. Polym. Sci., Vol. 74, P. 3455 - 3468<br />
3. Cã thÓ sö dông 10 pkl PE-g-AAm cho (1999).<br />
polyme blend PE/PA (30/70) ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu 3. R. Gadekar, A. Kulkarni, J. P. Jog. J. Appl.<br />
kÕt cÊu v6 ®6n håi cã chÊt l$îng cao. Polym. Sci., Vol. 69, P. 161 - 168 (1998).<br />
C«ng tr×nh ®Eîc ho-n th-nh víi sù hç trî kinh 4. C. Koning, M. V. Duin, C. Pagnoulle, R.<br />
phÝ cña Héi ®ång Khoa häc ng-nh VËt liÖu, Trung Jerome. Prog. Polym. Sci., Vol. 23, 707 -<br />
t©m Khoa häc Tù nhiªn v- C«ng nghÖ Quèc gia 710 (1998).<br />
(nay l- ViÖn Khoa häc v- C«ng nghÖ ViÖt Nam) 5. Ph¹m H÷u Lý. TÝnh trén hîp v6 tÝnh t$¬ng<br />
giai ®o¹n 2002 - 2003. hîp-Nh÷ng vÊn ®Ò nghiªn cøu quan träng<br />
nhÊt cña vËt liÖu blend cao su-polyme,<br />
T i liÖu tham kh¶o Trung t©m KHTN&CNQG (1993).<br />
6. Th¸i Ho6ng, NguyÔn Vò Giang, §ç V¨n<br />
1. Sheng, H. Ma, X. B. Yuan, N. X. Shen, D. M¹nh. T¹p chÝ Hãa häc, sè 4A (2002).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
423<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
