CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND

Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND Hiện nay, giới Việt Nam, polyme blend chủ yếu chế tạo phương pháp sau [1-5]: - Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme - Chế tạo polyme blend trạng thái nóng chảy - Phương pháp lưu hố động - Trùng hợp monome polyme khác - Tạo mạng lưới đan xen polyme - Ngồi ra, cịn có số phương pháp khác để chế tạo polyme blend Trong đó, phương pháp chế tạo polyme blend dung dịch, trạng thái nóng chảy thiết bị gia cơng chất dẻo, lưu hố động tạo mạng lưới đan xen polyme sử dụng phổ biến III.1 Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme Phương pháp chế tạo polyme blend cách trộn hòa tan polyme dung môi (dung dịch polyme) trộn dung dịch polyme với dung dịch polyme khác có lịch sử lâu đời ứng dụng công nghiệp để sản xuất vật liệu có hình thái pha đồng liên tục, có màng thẩm thấu xốp dùng để lọc ứng dụng ngành thị giác Trong hệ này, pha polyme đồng liên tục, xen kẽ tồn pha sau pha thứ hai trích ly dung mơi thích hợp Để tạo màng thẩm thấu xốp, polyme thứ hoà tan vào 124 Thái Hồng dung mơi hồ tan tốt, sau dung dịch polyme trộn với polyme thứ hai khơng có dung mơi Cuối cùng, dung dịch polyme đổ khn, sau loại bỏ dung mơi để thu màng có kích thước pha phân tán micromet [6] Quy trình ứng dụng công nghiệp thời gian dài để sản xuất màng thẩm thấu từ polyolefin, PA polyme chứa flo Để chế tạo polyme blend hoà trộn, tương hợp hồn tồn phần, địi hỏi quan trọng polyme phải tan tốt dung môi tan tốt dung môi có khả trộn lẫn tốt với Dưới số polyme blend chế tạo từ dung môi chung: EPDM-g-MMA/SAN dung môi cloroform [7], PS/PMMA dung môi cloroform [8], PB/PP dung môi xylen [9], poly(4-hydroxystyren)/poly(etylen oxit) dung môi axeton, cloroform, izopropyl axetat, n-butanol xyclohexanon [10] Đầu tiên, tiến hành hoà tan polyme thành phần dung môi chung để thu dung dịch polyme đồng Sau đó, trộn dung dịch polyme theo tỷ lệ tính toán sẵn Để polyme dung dịch phân tán tốt vào nhau, cần phải khuấy chúng tốc độ khuấy cao thời gian dài Trong nhiều trường hợp, người ta thường hoà tan trộn lẫn polyme có gia nhiệt, chúng trộn lẫn với tốt Phương pháp thích hợp để chế tạo polyme blend dùng làm sơn, lớp phủ, keo dán… Tuy nhiên, cần lưu ý loại dung môi, giới hạn nồng độ polyme polyme blend, nhiệt độ trộn… yếu tố ảnh hưởng mạnh tới khả trộn hợp tính chất polyme blend Sau tạo màng từ dung dịch polyme blend phương pháp phun, quét… cần phải đuổi hết dung môi phương pháp sấy Để màng polyme blend đồng nhất, không bị rạn nứt bề mặt, không bị phân huỷ nhiệt hay phân huỷ oxy hoá nhiệt, nên sấy màng thiết bị sấy áp suất thấp nhiệt độ thấp Y Agari cộng chế tạo polyme blend PVC/PMMA có cấu trúc chọn lọc phương pháp hoà tan - khuếch tán Đầu tiên, PVC hồ tan 2-butanol, sau tạo màng từ dung dịch PVC PMMA hoà tan tetrahydrofuran dung dịch PMMA rót lên màng PVC nhiệt độ phòng Khối lượng PVC tương đương với khối lượng PMMA PVC bị hoà tan khuếch tán vào dung dịch PMMA giữ tồn dung mơi Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND 125 bốc Màng polyme blend PVC/PMMA thu có số dạng cấu trúc gradient theo thành phần polyme [11] Như đề cập, phương pháp chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme có nhược điểm phải sử dụng dung môi nên không kinh tế, dễ gây ô nhiễm môi trường, hạn chế khả ứng dụng thực tiễn III.2 Chế tạo polyme blend trạng thái nóng chảy Khác với phương pháp chế tạo polyme blend dung dịch phương pháp trộn hợp latex polyme, phương pháp chế tạo polyme blend trạng thái nóng chảy thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo chế biến cao su máy trộn, máy đùn trục vít xoắn, máy ép, máy đúc phun, máy cán phương pháp kết hợp đồng thời yếu tố - nhiệt, - hoá tác động cưỡng lên polyme thành phần, chất phụ gia, trộn lẫn chúng với (blend hoá polyme) Các chất phụ gia polyme blend chất tương hợp, chất hoạt động bề mặt, chất liên kết (coupling agent), hợp chất thấp phân tử có khả phản ứng, chất hóa dẻo, chất khâu mạch Trong công nghệ chế tạo polyme blend, trộn, đùn đúc phun polyme trạng thái nóng chảy công nghệ phổ biến Về bản, phát triển hình thái cấu trúc polyme blend chế tạo máy trộn nội hàm thời gian máy đùn trục vít xoắn hàm chiều dài trục vít xoắn S Al Malaika cộng chế tạo polyme blend PET/EPR, PET/EPR-g-GMA trình trộn phản ứng thiết bị trộn nội Đầu tiên, mẫu cao su EPR, EPR-g-GMA trộn sơ với PET Sau đó, hỗn hợp cao su - nhựa trộn tiếp thiết bị trộn nội 275oC, tốc độ roto 65 vòng/phút 10 phút trước ép mẫu làm nguội Mô men xoắn hỗn hợp cao su - nhựa trình trộn nóng chảy máy trộn nội hàm thời gian trộn cao su - nhựa [12] Polyme blend PVC/NBR PVC/NBR/SBR với tỷ lệ thành phần khác trộn thiết bị trộn nội 150oC, tốc độ roto 30 vòng/phút 22 phút Khối lượng polyme thành phần chất phụ gia (các chất ổn định PVC stearat kẽm bari, hệ lưu hoá cao su NBR SBR bao gồm chất khâu mạch - lưu 126 Thái Hoàng huỳnh, chất xúc tiến - mecaptobenzatiazol chất hoạt hoá lưu hoá - oxit kẽm) điều chỉnh cho thể tích hỗn hợp nóng chảy chiếm 70% thể tích buồng trộn [13] Sử dụng máy đùn trục vít xoắn để blend hố polyme trạng thái nóng chảy có ưu điểm sau: - Quá trình chế tạo liên tục với polyme, chất phản ứng dạng rắn, dạng bột dạng lỏng - Trộn phân bố trộn phân tán tốt cho chất có độ nhớt cao - Dễ dàng điều khiển nhiệt độ, áp suất thời gian lưu polyme - Không yêu cầu sử dụng dung môi trình xảy pha rắn pha nóng chảy nên kinh tế thân thiện với mơi trường - Khơng có địi hỏi đặc biệt trước gia công phản ứng ghép để tạo nhóm chức polyme ban đầu - Có thể loại bỏ monome cịn lại (monome khơng tham gia phản ứng) sản phẩm phụ khỏi polyme - Có thể thực q trình tự làm sử dụng máy đùn trục vít xoắn (trục vít kép) khớp hồn tồn máy đùn trục vít đơn chuyển động qua lại (reciprocating single screw extruder) - Các trình liên tiếp từ phản ứng hoá học, trộn, thoát đến cắt hạt tạo hình - Có thể chế tạo loại polyme blend khác dây chuyền đơn giản Máy đùn trục vít xoắn gồm loại: trục vít xoắn (trục vít đơn) máy đùn trục vít xoắn Máy đùn trục vít xoắn sử dụng chủ yếu công nghệ gia công nhựa nhiệt dẻo công nghệ đúc, công nghệ thổi màng, công nghệ đùn ống công nghệ đúc phun Máy đùn trục vít xoắn chủ yếu dùng để trộn hợp polyme, điều khiển hình thái cấu trúc polyme blend hay vi hợp hoá polyme (polymer alloy) tiến hành phản ứng trùng hợp phản ứng ghép monome lên mạch polyme [4] Căn vào mức độ ăn khớp chiều quay trục vít xoắn, máy Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND 127 đùn trục vít xoắn chia thành loại khác (hình III.1) Đó loại trục vít xoắn quay chiều (co-rotating), loại trục vít xoắn quay ngược chiều (counter-rotating), loại có loại trục vít xoắn khơng khớp (non-intermeshing), khớp phần (partly-intermeshing) khớp hoàn toàn (closely-intermeshing) (từ xuống hình III.1) Quay chiều Quay ngược chiều Hình III.1 Một số máy đùn máy đùn trục vít xoắn [4] Hình III.2 số phần tử trộn đẩy cấu tạo nên trục vít xoắn có vai trị khác Thái Hồng 128 Hình III.2 Một số phần tử trộn đẩy loại trục vít xoắn [4] Bảng III.1 so sánh tính loại máy đùn trục vít xoắn Phụ thuộc vào mục đích, cơng nghệ chế tạo yêu cầu sản phẩm để lựa chọn máy đùn trục vít xoắn thích hợp Bảng III.1 So sánh tính loại máy đùn trục vít xoắn [4] Tính Quay chiều, tốc độ thấp Quay chiều, tốc độ cao Quay ngược chiều, tốc độ thấp Quay ngược chiều, tốc độ cao Quay ngược chiều, tiếp xúc Năng suất + ++ + + ++ Trộn - phân bố + ++ + + ++ Trộn - phân tán * + * ++ - Thoát khí * + + ++ + Nóng chảy + + + ++ + Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND 129 Vận chuyển + * ++ + - Tự làm + ++ + * - Tốc độ trục vít - ++ * + ++ Bề rộng RTD + * ++ + * Tăng áp + * ++ + - Tách trục vít - + * * + Công suất nạp liệu + * ++ ++ + (RTD: hàm phân bố thời gian lưu, ++ tốt, * vừa phải, - kém) Các máy đùn trục vít xoắn quay chiều khớp (intermeshed co-rotating twin screw extruders) sử dụng phổ biến công nghiệp chất dẻo khả trộn thay đổi dải rộng hiệu ứng tự làm khả vận hành dễ dàng Ở quy mơ phịng thí nghiệm, đường kính trục vít xoắn nhỏ, thường vào khoảng 25-30mm Ở quy mô bán sản xuất chế thử, đường kính trục vít xoắn vào khoảng 45-65mm Trong đường kính trục vít xoắn vào khoảng 65-150mm chí lớn 150mm (lớn 400mm) sử dụng công nghiệp Polyme blend sở PP (polyme trơ mặt hoá học) polyme có nhóm phản ứng PA, PBT có mặt vinyl monome chứa nhóm chức MA, AA, GMA comonome styren (có tác dụng tăng hiệu suất ghép vinyl monome, giảm trình khâu mạch polyme) peoxit chế tạo máy đùn trục vít xoắn trục vít xoắn trạng thái nóng chảy [14-16] H X Huang cộng chế tạo polyme blend PP/PA6 có mặt chất tương hợp PP-g-MA (tỷ lệ thành phần 80/12/3) máy đùn trục vít xoắn có đường kính 45mm tỷ lệ chiều dài/đường kính (L/D) 30/1 Xy lanh máy đùn có vùng, tính từ phễu nạp liệu, vùng có chiều dài là: vùng từ phễu nạp liệu đến vị trí 1# (13,5D), vùng vị trí 1# đến vị trí 2# (3,8D), vùng vị trí 2# đến vị trí 3# (4,5D), vùng vị trí 3# đến vị trí 4# (4D) vùng vị trí 4# đến vị trí 5# (4,2 D) (hình III.3) 130 Thái Hồng Hình III.3 Ảnh hiển vi điện tử qt điển hình mẫu polyme blend PP/PA6/PP-g-MA vị trí máy đùn trục vít xoắn [17] Quá trình chế tạo polyme blend PP/PA6/PP-g-MA tiến hành sau: sấy PA6 80oC 10 giờ, sau đó, PA6 PP PP-g-MA trộn khô đưa vào máy đùn Nhiệt độ ứng với vùng máy đùn (tính từ phễu nạp liệu) 235-250-250250-250oC, tốc độ trục vít xoắn 20 vịng/phút, tốc độ nạp liệu vào máy đùn 6kg/giờ Hình thái cấu trúc polyme blend PP/PA6/PPg-MA thay đổi theo vị trí ứng với chiều dài xy lanh máy đùn Quan sát ảnh hiển vi điện tử quét điển hình mẫu polyme blend PP/PA6/PP-g-MA hình III.3 thấy từ phễu nạp liệu đến vị trí 1#, pha liên tục PP nóng chảy pha phân tán PA6 trạng thái rắn polyme blend tạo thành hỗn hợp huyền phù Tại vị trí 1#, PP nóng chảy hồn tồn PA6 tiếp tục nóng chảy bị kéo thành dải nhựa khơng đồng số hạt PA6 có dạng hình cầu elip (trơng giống giọt) tạo thành Tại vị trí 2#, dải nhựa PA6 bị phá vỡ tạo thành hạt có kích thước khơng đồng (hỗn hợp hạt có kích thước lớn kích thước nhỏ) Từ vị trí 3# đến vị trí 5#, kích thước pha PA6 giảm dần, giọt PA6 nhỏ đồng Tại vị trí cuối q trình trộn nóng chảy máy đùn trục Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND 131 vít xoắn 5#, hình thái cấu trúc polyme blend PP/PA6/PP-g-MA đẹp [17] Polyme blend PA6,6/polyme tinh thể lỏng (có tên thương mại Vectra) với tỷ lệ thành phần khác chế tạo máy đùn trục vít xoắn (L/D = 22) có trang bị chuỗi 12 phần tử trộn Nhiệt độ vùng máy đùn 290oC, nhiệt độ vùng trộn 305oC nhiệt độ khỏi đầu đùn 300oC Tốc độ trục vít 50 vòng/phút Nhiệt độ trộn polyme blend PA6,6/Vectra cao cho phép thúc đẩy phản ứng nhóm chức PA6,6 Vectra Đó phản ứng ngưng tụ nhóm amin cuối mạch PA6,6 với nhóm cacboxyl cuối mạch Vectra; phản ứng chuyển vị esteamit; phản ứng axit phân nhóm cacboxyl este nhóm cacboxyl amit Nhờ phản ứng ngưng tụ chuyển vị nhóm chức PA6,6 Vectra tạo thành copolyme PA6,6-NHCO-Vectra chỗ mà polyme PA6,6 Vectra tương hợp phần với [18] PA6,6: -[-NH- CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - NHCO- CH2 - CH2 CH2 - CH2 – CO-]J Li cộng chế tạo polyme blend PS/EPDM máy đùn trục vít xoắn có nhiệt độ vùng từ phễu nạp liệu đến đầu đùn 160, 180, 210 210oC với tác động xạ siêu âm song song với hướng chảy nhựa nóng chảy Nhờ xạ siêu âm, copolyme PS-EPDM tạo thành (do kết hợp gốc lớn PS EPDM) tăng khả tương hợp phần polyme blend PS/EPDM [19] 132 Thái Hồng Cơng nghệ chế tạo polyme blend sử dụng máy đùn trục vít xoắn ứng dụng cách hiệu cho polyme blend thành phần PMMA/PS, PMMA/PU, PC/PS, PS/PE, PS/PP, PC/PP, PA/EVA [20-23] polyme blend thành phần PA/PS/PP [24] Trên hình III.4 mơ tả sơ đồ trộn nóng chảy polyme dọc theo máy đùn trục vít xoắn Các trình xảy máy đùn trục vít xoắn tương tự máy đùn trục vít xoắn, khác hiệu trộn phân tán polyme máy đùn trục vít xoắn tốt máy đùn trục vít xoắn Trong giai đoạn đầu tiên, sau nạp liệu vào máy đùn trục vít xoắn, polyme trạng thái rắn Trong giai đoạn tiếp theo, hỗn hợp polyme nóng chảy dạng huyền phù Cuối cùng, trước khỏi đầu đùn, hỗn hợp polyme nóng chảy trạng thái lỏng Hình III.4 Sơ đồ mơ tả trộn q trình trộn nóng chảy polyme dọc theo máy đùn trục vít xoắn Trên hình III.5 hệ thống máy đùn trục vít xoắn gắn với máy tạo hạt sử dụng để chế tạo polyme blend Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND 133 Hình III.5 Hệ thống máy đùn trục vít xoắn gắn với máy tạo hạt Q trình trộn hợp/blend hoá polyme PP/PA6 đơn giản có q trình đùn phản ứng hai bước (two-step reactive extrusion) đùn phản ứng bước (one-step reactive extrusion) Trong trình đùn phản ứng hai bước polyme PP/PA6 có MA, styren peoxit máy đùn trục vít xoắn, chức hố PP với MA phản ứng ghép gốc tự MA vào mạch polyme, sau xảy tương hợp phần PP PA6 nhờ có mặt PP-g-MA tạo thành Quá trình ghép gốc tự MA vào mạch PP xảy mạnh mẽ vùng nóng chảy máy đùn trục vít Các máy đùn trục vít xoắn thường có trục vít dài để ghép gốc tự vinyl monome vào mạch polyme trộn hợp polyme, vùng nóng chảy cần chiều dài ngắn Như vậy, sử dụng máy đùn trục vít xoắn tiến hành đồng thời chức hố lẫn tương 134 Thái Hồng hợp phản ứng polyme blend PP/PA6 Việc điều chỉnh hình thái cấu trúc polyme blend theo ý muốn liên quan tới khả hoạt động hoá học PA6, MA, styren, peoxit thời gian lưu máy đùn [4] Có nhiều phương án tiến hành trộn hợp phản ứng bước phải ý giảm tới mức thấp homopolyme tạo thành monome không tham gia phản ứng chúng phản ứng với polyme có nhóm chức (như nhóm amin cuối mạch PA6, PA66 hay nhóm cacboxyl cuối mạch PA66 ) Các phản ứng giảm nồng độ nhóm chức polyme có nhóm chức, khơng thuận lợi cho phản ứng polyme có nhóm chức với polyme vừa chức hố Hiện người ta sử dụng phương án tiến hành trộn hợp phản ứng bước sau: a, Phương án thứ nhất: tất nguyên liệu (PP, PA6, MA, styren peoxit) đưa vào máy đùn đồng thời qua phễu cấp liệu Nhiệt độ xi lanh máy đùn (nịng máy đùn) trì 240oC Lỗ hút gió đặt gần đầu đùn để loại bỏ chất dễ bay monome khơng tham gia phản ứng cịn lại Trong phương án này, q trình chức hố PP phản ứng ghép gốc tự MA vào mạch dễ bị nhiễu có mặt PA PA dễ dàng phản ứng với polyme MA MA không tham gia phản ứng ghép b, Phương án thứ hai: PP, MA, styren peoxit đưa vào máy đùn qua phễu cấp liệu PA6 đưa vào máy đùn qua phễu cấp liệu khác phía gần đầu đùn Nhiệt độ xi lanh máy đùn phễu cấp liệu 200oC nhiệt độ phần lại xi lanh máy đùn 240oC Lỗ hút gió đặt trước phễu cấp liệu thứ hai gần đầu đùn Trong phương án này, có trình độc lập nối tiếp xảy theo chiều dài máy đùn Q trình chức hố PP phản ứng ghép gốc tự MA vào mạch khơng bị ảnh hưởng PA, khả phản ứng PA6 với polyme MA MA lại giảm nhiều c, Phương án thứ ba khác phương án thứ hai chỗ tiến hành hút khí trước đưa PA6 vào máy đùn Điều cho phép loại bỏ monome MA không tham gia phản ứng cịn lại khỏi PP chức hố trước trộn hợp với PA6 (xem hình III.6) Trong phương án này, phản ứng PA6 với MA lại giảm đưa PA6 vào, Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND 135 tương hợp polyme PP PA6 tăng lên tính chất vật liệu polyme blend tăng lên rõ rệt Chẳng hạn, độ dãn dài đứt vật liệu polyme blend PP/PA6 (80/20) chế tạo theo phương án thứ ba lớn đáng kể so với vật liệu chế tạo theo phương án thứ hai Hình III.6 Đùn phản ứng hai bước polyme PP/PA6 có mặt MA, styren peoxit máy đùn trục vít xoắn có hút khí trước phễu đưa PA6 vào [4] Polyme blend nhiệt dẻo chống tĩnh địên sở polyanilin (tạo thành oxy hoá anilin với chất pha tạp dodexylbenzensulffonic axit), PS (pha nền) copolyme styren butadien (SBS) làm chất tương hợp chế tạo máy đùn trục vít xoắn quay ngược chiều nhiệt độ 160, 170, 180, 190oC (tính từ phễu nạp liệu đến đầu đùn) với tốc độ trục vít xoắn 135 vịng/phút Sản phẩm polyme blend có dạng dải băng theo đầu tạo hình kích thước 16x1,5mm [25] 136 Thái Hồng Một cơng nghệ phổ biến để chế tạo polyme blend đồng đùn polyme (coextrusion) Sản phẩm trình polyme blend nhiều lớp/đa lớp Công nghệ thích hợp cho polyme có tỷ lệ độ nhớt lên tới 40/1 chênh lệch nhiệt độ nóng chảy polyme lên tới 80oC mà không gây phân huỷ nhiệt polyme thành phần Các polyme nhiệt dẻo sử dụng phổ biến công nghệ đồng đùn PE, PP, PA, PS, PVC, ABS, polyeste [26] Nguyên tắc chung công nghệ polyme nóng chảy riêng rẽ máy đùn trục vít, sau chúng chảy đồng thời vào đầu đùn để tạo hình sản phẩm cuối Hình III.7 sơ đồ nguyên tắc chế tạo polyme blend có lớp từ polyme nóng chảy A, B phương pháp đồng đùn (2 lần kết hợp qua đầu tạo hình theo chiều thẳng đứng chiều ngang) Sau 11 lần kết hợp, có tổng số 4096 lớp polyme blend A/B (số lớp 2n+1 với n lần kết hợp qua đầu tạo hình) [27] Hình III.7 Sơ đồ nguyên tắc chế tạo polyme blend có lớp từ polyme nóng chảy A, B phương pháp đồng đùn [27] Hình III.8 sơ đồ mơ tả trình đồng đùn trực tiếp polyme Cấu trúc đồng đùn polyme cấu trúc nhiều lớp cấu trúc thích hợp cho q trình tạo hình nhiệt sau để thu vật liệu có hình dạng mong muốn D Silagy cộng tiến hành đồng đùn polyme làm lớp (polyme nhiệt dẻo PVC, ABS, PE, PP, PA, polycacbonat) polyvinyliden florua (-CH2-CF2-)n (PVDF) làm lớp mặt có tác dụng bảo vệ Do lớp polyme thường dày (vài milimét) Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND 137 lớp mặt PVDF mỏng (vài micromet) nên vật liệu polyme blend thu có cấu trúc bất đối xứng [28] Hình III.8 Sơ đồ nguyên tắc hệ thống đồng đùn trực tiếp polyme [28] G Gururajan cộng tiến hành đồng đùn - thổi màng polyme blend LDPE/PP từ máy đùn với nhiệt độ đầu định hình 240oC (trước thổi màng) Công nghệ phù hợp để chế tạo màng lớp PE (lớp trong)/PP (lớp ngoài) Màng lớp LDPE/PP có độ suốt quang học tốt [29] Tương tự, R Valette cộng chế tạo polyme blend lớp PE/PS cách sử dụng máy đùn Kaufmann Haake-Rheocord tương ứng cho PE PS Hai polyme đùn từ máy đùn tới đầu đùn có điều khiển nhiệt độ với tốc độ chảy nhựa khác Nhiệt độ đầu đùn tương ứng với PE PS 200 220oC Sau đùn, màng polyme blend lớp PE/PS kéo nhẹ khơng khí sang bể nước làm lạnh trục kéo nguội điều chỉnh tốc độ [30] 138 Thái Hoàng Các polyme blend lớp polyeste/tinh bột nhiệt dẻo/polyeste chế tạo cách sử dụng máy đùn trục vít xoắn cho lớp tinh bột nhiệt dẻo máy đùn trục vít xoắn cho lớp polyeste bên [31] Polyme-blend-poly(3-hydroxybutyrat-co-3 hydroxyvalerat)/poly(εcaprolacton) chế tạo máy cán trục trạng thái nóng chảy (hình III.9) Các trục cán gia nhiệt tới 175oC để hạn chế phân huỷ nhiệt poly(3-hydroxybutyrat-co-3- hydroxyvalerat) Đầu tiên, hạt poly(ε-caprolacton) đưa vào máy cán trục, sau hạt poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat) Nhờ hạt poly(εcaprolacton) nóng chảy trước, poly(3-hydroxybutyrat-co-3hydroxyvalerat nóng chảy sau) đó, hạn chế lượng gia nhiệt trục cán giảm tượng phân huỷ nhiệt poly(3-hydroxybutyrat-co3- hydroxyvalerat) Hai polyme trộn nóng chảy máy cán trục phút, đảm bảo pha phân tán vào tốt [32] Hình III.9 Hệ thống máy cán trục cho chất dẻo cao su dùng để chế tạo polyme blend Polyme blend EPDM/EP-g-MA (50/50) có 0,5pkl chất chống oxy hoá Igranox 1010 chế tạo máy cán trục 200oC với tốc độ quay 25 vòng/phút phút Sau kết thúc trình trộn nóng chảy, polyme blend EPDM/EP-g-MA giống cao Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND 139 su nhiệt dẻo làm nguội xuống nhiệt độ phòng cắt thành hạt với kích thước mong muốn [33] Kết hợp nhiều q trình cơng nghệ tác động đến polyme hỗn hợp giải pháp có hiệu để thu sản phẩm polyme blend có chất lượng, ngăn ngừa tượng không mong muốn phân huỷ nhiệt phân huỷ oxy hoá nhiệt polyme Kết hợp trình đùn, ép phun đúc phun polyme có ưu điểm sau: - Giảm tới mức thấp tượng phân huỷ nhiệt phân huỷ oxy hoá nhiệt polyme nhờ ép/đúc tạo hình trực tiếp - Dễ điều chỉnh hình thái cấu trúc polyme blend trình trộn hợp máy đùn trục vít xoắn - Có thể ứng dụng để chế tạo nhiều loại sản phẩm khác - Góp phần giảm giá thành sản phẩm Trên hình III.10 mơ tả q trình đùn ép phun/đúc phun polyme có monome chất phụ gia hỗ trợ ghép monome vào polyme Hình III.10 Hệ thống liên hợp máy đùn trục vít xoắn - ép phun/đúc phun polyme (a: polyme A; b: polyme B; c: monome; d: chất phụ gia hỗ trợ ghép monome vào polyme A; e: máy đùn trục vít xoắn; f: khn; g: khoang tích trữ nhựa nóng chảy; h: máy ép) 140 Thái Hoàng Sơ đồ nguyên tắc làm việc hệ thống máy đùn trục vít xoắn ép phun/đúc phun chất dẻo, polyme polyme blend thể hình III.11 [34-36] Nhựa nóng chảy nhờ tác động xé trục vít nhiệt cung cấp cho xy lanh máy đùn Khi trục vít xoắn đồng thời pit tơng dừng chuyển động phía sau nhựa nóng chảy vận chuyển đầy tới buồng phun, pit tơng nhanh chóng chuyển động phía trước phun nhựa nóng chảy qua đầu phun vào khn tạo hình sản phẩm Hình III.11 Sơ đồ nguyên tắc làm việc hệ thống máy đùn trục vít xoắn - ép phun/đúc phun chất dẻo [34 A: phễu nạp liệu, B: thớt gắn khuôn ép, C: buồng phun, D: cuộn/bộ phận gia nhiệt, E: xy lanh máy đùn gia nhiệt, F: trục vít xoắn pit tơng chuyển động qua lại Hình trên: pit tơng chuyển động sau, trước phun chất dẻo Hình dưới: pit tơng chuyển động phía trước phun chất dẻo D Jarus cộng chế tạo polyme blend PP/PA66 có nhiều lớp cách đồng đùn - đúc phun PP, PP-g-MA (chứa 0,5% MA) PA66 máy đùn - đúc phun nhiệt độ tương ứng 180oC, nhiệt độ nhiệt độ nóng chảy PP PA66 (220oC) nhiệt độ cao nhiệt độ nóng chảy PA66 Sau đó, polyme Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME BLEND 141 blend PP/PP-g-MA/PA66 (65/10/25) ép khuôn Nhờ khả tương hợp tốt PP PP-g-MA nên lớp PP PP-g-MA khơng có khác biệt Trong polyme blend lớp PP/PP-gMA/PA66, có lớp PA66 tách khỏi lớp có PP Hình III.12 mơ tả cấu trúc nhân - vỏ (core-skin) bất đẳng hướng với lớp PA66 phân tán pha liên tục PP Ở lớp vỏ, lớp PA66 định hướng song song với bề mặt Ở lớp nhân, lớp PA66 cuộn lại định hướng vng góc với hướng phun nhựa [37] Hình III.12 Mô tả cấu trúc lớp mỏng ép phun từ PP/PP-g-MA/PA66 [37] Đúc phun “đóng gói” động học (dynamic packing injection molding-DPIM) hỗn hợp polyme phương pháp hiệu để chế tạo polyme blend (có thể điều khiển hình thái cấu trúc polyme, đặc biệt định hướng mạch đại phân tử polyme) Sơ đồ thiết bị đúc phun theo phương pháp DPIM để chế tạo polyme blend HDPE/PP thể hình III.13, đó, mẫu ép chuyển động lặp lại buồng piston chuyển động ngược chiều với tần số q trình hố rắn xảy từ thành khuôn tới lõi khuôn Bằng cách tạo mẫu polyme blend định hướng cao [38, 39] Quy trình cụ thể chế tạo polyme blend HDPE/PP phương pháp DPIM sau: 142 Thái Hoàng trộn hợp polyme blend HDPE/PP máy đùn trục vít xoắn với nhiệt độ xi lanh máy đùn 160-190oC Sau cắt hạt sấy khô, tiến hành đúc phun polyme blend HDPE/PP vào khuôn máy đúc phun với nhiệt độ xi lanh 190oC áp lực phun 900kg/cm2 Sau đó, sử dụng cơng nghệ đúc phun động học đóng gói nêu Các kết nghiên cứu định hướng polyme polyme blend HDPE/PP đo siêu âm ảnh hiển vi điện tử quét cho thấy HDPE pha liên tục, mạch HDPE định hướng dọc theo hướng chảy Tương tự, PP pha liên tục, mạch PP trong phiến ban đầu (parent lamella) định hướng dọc theo hướng chảy Hình III.13 Sơ đồ hệ thống đúc phun “đóng gói” động học polyme blend [38] 1: miệng, 2: rãnh, 3: piston, 4: đường dẫn, 5: đầu nối, 6: mẫu C Wang cộng chế tạo polyme blend PA6/EPDM-gMA phương pháp DPIM phương pháp đúc phun truyền thống Nhiệt độ vùng xy lanh máy đùn trục vít xoắn tốc độ trục vít 190-220-230-230-230-220oC 120 vịng/phút Các thơng số cơng nghệ sử dụng phương pháp DPIM thể bảng III.2 Polyme blend PA6/EPDM-g-MA