Nghiên cứu biến đổi bề mặt khoáng mica bằng các hợp chất silan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ********** TRẦN THẢO OANH NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI BỀ MẶT KHOÁNG MICA BẰNG CÁC HỢP CHẤT SILAN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ Môi trường Người hướng dẫn khoa học TS NGÔ KẾ THẾ HÀ NỘI - 2011 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu LỜI CẢM ƠN Khoá luận thực Viện khoa học Vật liệu- Viện KH&CN Việt Nam Em xin chân thành cảm ơn TS Ngô Kế Thế Viện khoa học Vật liệuViện KH&CN Việt Nam nhiệt tình, tận tâm hướng dẫn em suốt trình thực khoá luận Em xin chân thành cảm ơn cán công nhân viên Phòng nghiên cứu Vật liệu polyme compozit bảo, tạo điều kiện thuận lợi để em thực phần việc phòng thí nghiệm trình thực tập làm khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Hoá học trường ĐHSP Hà Nội cung cấp cho em kiến thức trình học tập để em hoàn thành khoá luận Quá trình thực khoá luận tốt nghiệp thời gian ngắn, không tránh khỏi có sai xót, em mong nhận góp ý bảo thầy cô bạn sinh viên Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2011 Sinh viên Trần Thảo Oanh Khoá luận tốt nghiệp ii Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu, số liệu trình bày khoá luận hoàn toàn trung thực không trùng với kết khác Tác giả: Trần Thảo Oanh Khoá luận tốt nghiệp iii Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH Danh mục bảng - Bảng 2.1: Thành phần hoá học mica nghiên cứu - Bảng 3.1: Độ bền kéo đứt vật liệu PP/Mica biến đổi bề mặt hợp chất silan khác nồng độ 2% Danh mục hình - Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể mica - Hình 1.2: Sự bóc lớp tinh thể muscovit - Hình 1.3: Quá trình khuyếch tán môi trường ăn mòn qua lớp sơn bảo vệ có pigment đẳng hướng (A) không đẳng hướng- mica(B) - Hình 1.4: Phân tử hữu (a) phân tử silan (b) (a) Hợp chất cacbon (b) Hợp chất silic - Hình 2.1: Phân bố hạt mica nghiên cứu - Hình 2.2: Máy phổ hồng ngoại FT-IR - Hình 2.3: Chày cối mã não - Hình 2.4: Máy ép thuỷ lực - Hình 2.5: Máy đo độ bền lý - Hình 2.6: Thiết bị phân tích nhiệt - Hình 3.1: Phổ FT-IR khoáng mica ban đầu - Hình 3.2: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi bề mặt với 2% hợp chất silan 3-APTMS Khoá luận tốt nghiệp iv Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu - Hình 3.3: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi với hợp chất silan axit hoá - Hình 3.4: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi với hợp chất silan không axit hoá - Hình 3.5: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi bề mặt 3APTMS 2% ethanol sau sấy khô 50oC - Hình 3.6: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi bề mặt 3APTMS 2% ethanol rửa trước sấy khô 50oC - Hình 3.7: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi bề mặt với 3APTMS 2% ethanol phương pháp khối - Hình 3.8: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi bề mặt với 3APTMS 2% ethanol - Hình 3.9: Giản đồ phân tích nhiệt mica ban đầu chưa biến đổi bề mặt - Hình 3.10: Giản đồ phân tích nhiệt mica xử lý 4h dung dịch 1% silan, môi trường axit - Hình 3.11: Ảnh hưởng hàm chất silan khác đến độ bền kéo đứt vật liệu PP/ Mica - Hình 3.12: Ảnh SEM vật liệu PP/ Mn - Hình 3.13: Ảnh SEM vật liệu PP/ Mta - Hình 3.14: Ảnh SEM vật liệu PP/ Mtv Khoá luận tốt nghiệp v Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌM HIỂU VỀ KHOÁNG MICA 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Thành phần, cấu trúc 1.1.2.1 Thành phần 1.1.2.2 Cấu trúc 1.1.3 Tính chất 1.1.3.1 Hình thái mica ảnh hưởng 1.1.3.2 Tỷ lệ bề mặt ảnh hưởng 1.1.3.3 Màu sắc ảnh hưởng 1.1.3.4 Các tính chất quan trọng khác mica 1.1.4 Ứng dụng 10 1.1.5 Nghiên cứu ứng dụng mica để gia cường cho vật liệu polyme 13 1.1.5.1 Trên giới 13 1.1.5.2 Ở Việt Nam 17 1.2 BIẾN ĐỔI BỀ MẶT KHOÁNG MICA 19 1.2.1 Sự cần thiết phải biến đổi bề mặt 19 1.2.2 Hợp chất silan 19 1.2.3 Biến đổi bề mặt khoáng mica hợp chất silan 23 Chương 2: THỰC NGHIỆM 30 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 30 Khoá luận tốt nghiệp vi Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu 2.1.1 Hợp chất silan 30 2.1.2 Khoáng mica 30 2.1.3 Polypopylen (PP) 32 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.2.1 Biến đổi bề mặt khoáng mica 32 2.2.2 Chế tạo vật liệu compozit PP/mica 32 2.2.3 Phổ FT-IR 33 2.2.4 Xác định tính chất lý vật liệu compozit PP/mica 35 2.2.5 Xác định cấu trúc pha vật liệu compozit PP/mica 36 2.2.6 Xác định mức độ silan hoá mica phân tích nhiệt 37 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI BỀ MẶT MICA BẰNG CÁC HỢP CHẤT SILAN 38 3.1.1 Ảnh hưởng môi trường phản ứng 40 3.1.2 Ảnh hưởng trình polyme hoá silan đến độ bền lớp bề mặt biến đổi 42 3.1.3 So sánh mức độ silan hoá bề mặt mica phương pháp dung dịch phương pháp khối 44 3.1.4 Xác định mức độ silan hoá mica phân tích nhiệt 46 3.2 THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG GIA CƯỜNG CỦA MICA BIẾN ĐỔI BỀ MẶT CHO VẬT LIỆU PP 48 3.2.1 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu PP/mica 51 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Khoá luận tốt nghiệp vii Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mica loại khoáng có sẵn Việt Nam quan tâm khai thác, chế biến ứng dụng lĩnh vực Sử dụng Mica làm chất độn gia cường công nghiệp cao su chất dẻo lĩnh vực nhà khoa học quan tâm đặc biệt Nhờ công trình nghiên cứu điều tra công nghệ tuyển, nhiều sản phẩm mica, đặc biệt dạng sericit dần trở thành thương phẩm Mica chất độn vô khác thành phần vật liệu polyme cần phải biến đổi bề mặt để tăng khả tương tác với polyme Bề mặt mica dạng phiến trơn nhẵn, biến đổi nhiều phương pháp khác để tăng diện tích bề mặt, tăng cường nhóm chức hữu Phương pháp thông dụng có hiệu phủ lên bề mặt mica lớp hợp chất silan gọi tác nhân ghép nối Các hợp chất silan hợp chất hoá học nguyên tử silic với hợp chất hoá học đơn giản SiH4 (silan) Trong hợp chất silan, có chứa liên kết Si-C gọi hợp chất silan hữu Phần lớn nghiên cứu cho thấy, sử dụng bột khoáng Mica xử lý bề mặt, tính chất lý độ bền kéo, độ bền uốn tăng lên, độ bền va đập không giảm tăng lên chút ít, vật liệu gia cường mica xử lý bề mặt có độ thẩm thấu cải thiện Với cách tiếp cận trên, đề tài “Nghiên cứu biến đổi bề mặt bột khoáng Mica hợp chất silan” lựa chọn để làm luận văn tốt nghiệp Đề tài có tính thời hướng quan tâm chung Nhà nước nâng cao hiệu khai thác, chế biến ứng dụng tài nguyên môi trường Khoá luận tốt nghiệp Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu Nhất bối cảnh suy thoái kinh tế toàn cầu, việc sử dụng hợp lý nguyên liệu có nước với giá thành hạ nhà sản xuất quan tâm Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu biến đổi bề mặt bột khoáng Mica hợp chất silan để tăng cường khả tương hợp polyme Nhiệm vụ nghiên cứu  Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ hợp chất silan đến phản ứng biến đổi bề mặt  Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường phản ứng đến khả silan hóa bề mặt khoáng Mica  Nghiên cứu ảnh hưởng trình polyme hóa đến độ bền lớp phủ bề mặt khoáng Mica  Xác định hàm lượng lớp phủ hợp chất silan bề mặt khoáng Mica Khoá luận tốt nghiệp Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÌM HIỂU VỀ KHOÁNG MICA 1.1.1 Lịch sử phát triển Ngay từ ngày đầu tiên, chất độn dạng hạt đóng vai trò sống ứng dụng thương mại vật liệu polyme Đầu tiên, chúng xem chất pha loãng để giảm giá thành, có tên chất độn Tuy nhiên, khả lợi ích chúng sớm nhận ra, ngày sử dụng với nhiều mục đích khác Thuật ngữ chất độn chức thường sử dụng để mô tả vật liệu không để giảm giá thành mà cải thiện nhiều tính chất chất nền, nên gọi chất gia cường Muội than chất độn gia cường sử dụng rộng rãi công nghiệp polyme, nhờ đặc trưng lý-hóa khả ứng dụng mà mang lại cho cao su lưu hóa Tuy nhiên, tính không ổn định giá dầu mỏ làm gia tăng quan tâm đến khoáng tự nhiên khác, hợp chất oxit silic Năm 1950, oxit silic điều chế bắt đầu sử dụng làm chất độn gia cường cho sản phẩm cao su Năm 1976, Wagner nghiên cứu kỹ việc sử dụng oxit silic silicat cao su nhận thấy rằng, với có mặt thành phần số tính chất đặc trưng vật liệu cải thiện kháng rách, tính mềm mại, kháng mài mòn, cách nhiệt, tăng độ cứng, môđun đàn hồi, tích nhiệt thấp, tính đàn hồi cao màu sắc rõ rệt Cùng với thay đổi công nghệ trình sản xuất, cần phải thực xử lý bề mặt chất độn nhiều cách như: xử lý nhiệt trình trộn hợp với cao su, xử lý nhiệt với có mặt Khoá luận tốt nghiệp Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu Hình 3.4: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi với hợp chất silan không axit hóa Trong phổ hồng ngoại mẫu mica nhận được, vạch phổ mạnh nhọn 3627 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm OH tự (không tạo liên kết hydro) tinh thể mica Các vạch phổ rộng mạnh xung quanh đỉnh 1025 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-O-Si, Si-O Si-O-Al (ở dải hấp thụ 1165 cm-1, 1065 cm-1 1025 cm-1 tương ứng) tinh thể mica Phổ IR mẫu mica biến đổi bề mặt dung dịch silan axit hóa xuất vạch phổ mới, vạch phổ không xuất mẫu mica chưa xử lý bề mặt, chúng tương ứng với phân tử 3-APTMS hấp phụ bề mặt mica Các đỉnh hấp thụ 3433 cm-1 1613 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị dao động biến dạng nhóm amin bậc phân tử silan Vạch phổ 3038 cm-1 đặc trưng cho nhóm –NH3+ phân tử silan proton hóa (trong môi trường axit) Các vạch phổ không xuất mẫu mica xử lý với dung dịch silan không axit Khoá luận tốt nghiệp 41 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu hóa Điều giải thích môi trường axit, nhóm amin phân tử silan proton hóa trở thành cation mang điện tích dương tạo liên kết ion với bề mặt tích điện âm bề mặt mica Như phương pháp xử lý dung dịch, phương pháp khối, phân tử silan hấp phụ bề mặt khoáng thông qua liên kết ion bề mặt mang điện tích âm khoáng mica với phần mang điện tích âm phân tử silan Phản ứng silan hóa xảy bề mặt mica trình gián tiếp, liên kết hợp chất 3-APTMS bề mặt mica liên kết ion 3.1.2 Ảnh hưởng trình polyme hóa silan đến độ bền lớp bề mặt biến đổi Trong trình silan hóa bề mặt mica trình sấy khô sau xử lý trình quan trọng định đến độ bền lớp silan bề mặt chất rắn Khi tiếp xúc với bề mặt khoáng, phân tử silan tạo thành nhiều lớp bề mặt nó, lớp silan thứ tạo liên kết ion với bề mặt mica, lớp ngoài, phân tử tạo liên kết hydro với Nếu lớp silan không polyme hóa chúng bị rửa giải dễ dàng phép rửa đơn giản Sau xử lý trình sấy khô, với trình tách phân tử nước phân tử silan bề mặt trùng ngưng với tạo thành mạng lưới polyme bền vững + + NH3 R HO Si R O Si O O H O HO R H H Si + NH3 O + NH3 O R NH3 R O Si OH H H Si Si OH + HO H O NH3 O R O O O R + NH3 -H2O + NH3 O HO Si + + NH3 R O Si NH3 R O Si OH O O O Si O Si O Si OH R R R + + + NH3 NH3 NH3 O O O sericite surface Mica surface Mica surface Khoá luận tốt nghiệp 42 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu Để kiểm chứng cho điều này, tiến hành thí nghiệm rửa sản phẩm thu trước (hình 3.6) sau sấy khô (hình 3.5) Hình 3.5: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi bề mặt 3-APTMS 2% ethanol sau sấy khô 50ºC Hình 3.6: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi bề mặt 3-APTMS 2% ethanol rửa trước sấy khô 50ºC Khoá luận tốt nghiệp 43 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu Hình 3.5 biểu diễn phổ hồng ngoại mẫu mica biến đổi bề mặt dung dịch chứa 2% silan, dung dịch xử lý điều chỉnh pH đến môi trường axit Kết thu cho thấy, sản phẩm mica biến đổi bề mặt rửa sau phản ứng có phân tử silan hấp phụ bề mặt (được thể phổ đồ 3.6) Trong đó, mẫu mica biến đổi bề mặt rửa sau sấy khô 50 0C có lớp silan hấp phụ với hàm lượng cao nhiều (được thể phổ đồ 3.5) 3.1.3 So sánh mức độ silan hóa bề mặt mica phương pháp dung dịch phương pháp khối Như thảo luận trên, phương pháp biến đổi bề mặt mica hợp chất silan diễn dung dịch (phương pháp dung dịch) phương pháp đơn giản, áp dụng cho nhiều trường hợp, phương pháp khối tỏ phương pháp hiệu với khối lượng lớn gần toàn hợp chất silan hấp phụ bề mặt chất độn Hình 3.7 3.8 biểu diễn phổ hồng ngoại mẫu mica biến đổi với 2% silan phương pháp dung dịch (hình 3.8) phương pháp khối (hình 3.7) Khoá luận tốt nghiệp 44 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu Hình 3.7: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi bề mặt với 3-APTMS 2% ethanol phương pháp khối Hình 3.8: Phổ FT-IR khoáng mica biến đổi bề mặt với 3-APTMS 2% ethanol Có thể nhận thấy rõ ràng hàm lượng hợp chất silan hấp phụ bề mặt mica biến đổi phương pháp khối lớn so với phương pháp dung dịch Khoá luận tốt nghiệp 45 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu 3.1.4.Xác định mức độ silan hóa mica phân tích nhiệt Phân tích nhiệt kỹ thuật phân tích định lượng hàm lượng silan hấp phụ bề mặt mica sở xác định độ suy giảm khối lượng mẫu đo trình gia nhiệt Hình 3.9: Giản đồ phân tích nhiệt mica ban đầu, chưa biến đổi bề mặt Giản đồ TGA DrTGA mẫu mica ban đầu chưa biến đổi bề mặt mẫu mica biến đổi bề mặt dung dịch silan 1%, thời gian phản ứng 4h, môi trường axit trình bầy hình 3.9 3.10 Mica chưa biến đổi bề mặt bị giảm khối lượng vùng nhiệt độ từ Khoá luận tốt nghiệp 46 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu 600-800 0C với nhiệt độ phân hủy mạnh khoảng 700 0C (hình 3.9) Theo M.C Mckenzie, suy giảm khối lượng vùng nhiệt độ phản ánh trình kết tinh lại mica kèm theo tách bỏ nhóm hydroxyl [29] Hiện tượng thấy xuất giản đồ TGA mẫu mica biến đổi bề mặt (hình 3.10) Mẫu mica biến đổi bề mặt bị phân hủy vùng nhiệt độ 150320 0C với nhiệt độ phân hủy mạnh 274,1 0C, tương ứng với nhiệt độ phân hủy hợp chất silan bề mặt mica Ở vùng nhiệt độ này, mẫu bị suy giảm khối lượng 3,06 % Hình 3.10: Giản đồ phân tích nhiệt mica xử lý dung dịch 1% silan, môi trường axít Khoá luận tốt nghiệp 47 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu Phân tích nhiệt khối lượng TGA xác định kết phản ứng biến đổi bề mặt mica hợp chất silan 3-APTMS Khi phản ứng dung dịch 1% silan 3-APTMS với môi trường axit, lượng silan 3-APTMS hấp phụ bề mặt mica tính toán 3,06 % theo khối lượng so với mica 3.2 THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG GIA CƯỜNG CỦA MICA BIẾN ĐỔI BỀ MẶT CHO VẬT LIỆU PP Bảng 3.1: Độ bền kéo đứt vật liệu PP/Mica biến đổi bề mặt hợp chất silan khác nồng độ 2% Độ bền kéo đứt (MPa) Hàm lượng Mica Mn 0% Mtg Mtva Mta Mtv 2% 2% 2% 2% 30,3 30,3 30,3 30,3 30,3 5% 17,58 18,4 19,86 18,4 24,2 10% 17,1 18,34 19,46 17,9 23,76 20% 15,6 17,8 15,8 17,06 17,96 30% 14,09 17,3 15,7 16,23 16,3 Trong đó:  Mn: khoáng mica không xử lý bề mặt  Mtg: khoáng mica xử lý Glycidoxypropyltrimethoxysilan  Mtva: khoáng mica xử lý Vinylbenzylaminoethylaminopropyltrimethoxysilan  Mta: khoáng mica xử lý aminopropyltriethoxysilan  Mtv: khoáng mica xử lý Vinyltrimethoxysilan Khoá luận tốt nghiệp 48 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu Độ bền kéo đứt vật liệu compozit PP/mica với hàm lượng mica khác biến đổi bề mặt hợp chất silan khác nồng độ 2% thể bảng 3.1 hình 3.11 Ở thấy rằng, Khi có mặt mica không biến đổi bề mặt hay biến đổi bề mặt độ bền kéo đứt tất mẫu bị suy giảm Sự suy giảm chứng tỏ mica đóng vai trò chất độn có tác dụng gia cường, làm thay đổi cấu trúc mạch PP Ở vật liệu PP/mica chưa biến đổi bề mặt Sn, suy giảm độ bền kéo đứt lớn nhất, suy giảm nhanh có 5% mica, từ 30,3 MPa xuống 17,58 MPa sau biến đổi chậm dần (hình 3.11) Tuy nhiên suy giảm cải thiện bề mặt mica biến đổi bề mặt hợp chất silan Độ bền kéo đứt (Mpa) 33 abcde- 30 27 a PP/Stv PP/Stva PP/Sta PP/Stg PP/Sn 24 b 21 c 18 d e 15 12 10 20 30 40 Hàm lượng mica (%) Hình 3.11: Ảnh hưởng hàm hợp chất silan khác đến độ bền kéo đứt vật liệu PP/mica Khoá luận tốt nghiệp 49 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu Bốn loại hợp chất silan sử dụng để khảo sát có nhóm chức hữu glycido, vinyl, amin vinylamin Trong đố thấy rằng, hợp chất silan có nhóm chức vinyl Mtv có tác dụng làm tăng độ bền kéo đứt vật liệu so với vật liệu PP/Mn không biến đổi bề mặt (hình 3.11-a) Khi có 5% mica, độ bền kéo đứt vật liệu PP/Mtv đạt giá trị 24,2, tăng 37% so với vật liệu PP/Mn Các mẫu vật liệu PP/Mtva có độ bền kéo đứt cải thiện đáng kể, đạt 19,86 MPa, tăng 12% (hình 3.11-b) Điều chứng tỏ hợp chất silan có nhóm chức vinyl (Mtv Mtva) đóng vai trò tác nhân ghép nối tốt cho mica với polyme PP, sau đến Mtg cuối Mta (hình 3.11-c d) Các kết thể nghiên cứu ảnh hưởng tro đổi bề mặt đến độ bền kéo đứt vật liệu PP/FA Tro đổi bề mặt glycidosilan làm cho vật liệu PP/FA có độ bền kéo đứt tốt gia cường aminsilan Trong trình trộn hợp với mica nhiệt độ nóng chảy, mạch PP bị đứt phần tạo thành gốc hoạt động Các gốc tự hoạt hóa nhóm chức vinyl tác nhân ghép nối silan bề mặt mica tạo thành liên kết hóa trị, làm cho độ bền vật liệu gia tăng Khoá luận tốt nghiệp 50 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu 3.2.1 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu PP/mica Hình 3.12 ảnh SEM vật liệu PP/Mn Ở thấy phiến mica tồn độc lập, tương tác với PP Nhiều phiến mica kết tụ với chưa tách thành vẩy phân tán Cấu trúc hình thái lý giải cho suy giảm tính chất lý vật liệu trình bầy Hình 3.12: Ảnh SEM vật liệu PP/Mn Hình 3.13 cho thấy tương tác pha vật liệu PP/Mta cải thiện song thấy vẩy mica tồn độc lập Điều phản ánh tính chất lý vật liệu Độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt vật liệu PP/Mta có lớn so với vật liệu PP/Mn song không nhiều Mica biến đổi bề mặt vinylsilan tương tác tốt với PP nền, thể hình 3.14 Hầu tất vẩy mica bao phủ nhựa PP, chúng phân tán tốt vào PP Các nhóm chức vinyl đóng vai trò kết nối tốt với mạch PP mà có khả tạo liên Khoá luận tốt nghiệp 51 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu kết hóa học mạch PP bị đứt gãy trộn hợp với mica nhiệt độ chảy mềm Hình 3.13: Ảnh SEM vật liệu PP/Mta Hình 3.14: Ảnh SEM vật liệu PP/Mtv Khoá luận tốt nghiệp 52 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu KẾT LUẬN Quá trình silan hóa bề mặt mica nghiên cứu phương pháp phổ hồng ngoại (IR) phân tích nhiệt (TGA) Từ nghiên cứu ta thấy lượng 3-APTMS hấp phụ bề mặt mica phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố: nồng độ dung dịch silan, thời gian xử lý môi trường dung dịch xử lý (độ pH) Mặt khác, kết nghiên cứu cho thấy rằng:  Mica xử lý dung dịch chứa 1% silan theo khối lượng thời gian 4h môi trường axit cho hiệu tốt với hàm lượng silan hấp phụ vào khoảng 3.06% so với khối lượng mica  Lớp silan hấp phụ bề mặt mica bền vững nhờ phản ứng trùng hợp Cần thiết phải trùng hợp nhiệt độ >50°C để lớp silan hấp phụ bề mặt mica trở lên bền vững  Cơ chế trình silan hóa diễn bề mặt mica phản ứng trao đổi ion phần mang điện tích dương phân tử silan với ion K+ tạo thành liên kết tĩnh điện nhóm amoni bề mặt tích điện âm mica Quá trình biến đổi bề mặt khoáng mica hợp chất silan cần thiết đưa khoáng chất làm chất gia cường cho loại vật liệu polyme Quá trình giúp cải thiện khả tương tác pha chất chất gia cường, từ nâng cao tính lý vật liệu Khoá luận tốt nghiệp 53 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu TÀI LIỆU THAM KHẢO http://vi.wikipedia.org/wiki/Mica Industrial Grade, C A> S>, 12001/26/2 Sericit 2000 C.R.G Furtado, J.L Leblanc, R.C.R Nunes European Polymer Journal 2000 (36), 1717-1723 Daniel F Castro et al Journal of Applied Polymer Science, 2003, 90, 2156-2162 S Debnath, S K De, D Khastgir Journal ò Materials Science, 1987, 22, 4453-4459 H S Katz and J V Milewske, “Handbook of fillers for plastics”, 1987, New York, Van Nostrand J Luss, R T Woodhams and M Xanthos: Polym Eng Sci., 1973, 13, 139 M Xanthos, Plast Compos., 1979, 2, 19 C Busign, R Lahtinen, C M Martines, G Thomas and R T Woohams, Polym Eng Sci., 1984, 24, 169 10 T Vu-Khanh, B Sanschgrin and B Fisa, Polym Compos., 1985,5, 249 11 D L Faulkner, J Appl Polym Sci., 1988, 36, 467 12 K Okuno and R T Woodhams, Polym Eng Sci., 1975, 15, 308 13 T Vu-Khanh and B Fisa, Polym Compos., 1986, 7, 219 14 M S Boara and C E Chapffey, Polym Eng Sci., 1977, 17, 715 15 A Sodergard, K Ekman, B Stenlund and A Lassas, J Appl Polym Sci., 1996, 59, 1709-1714 16 Xiadong Zhou, Ruohua, Quangfang Lin Journal of Materials Science, 2006, 41, 7879-7885 Khoá luận tốt nghiệp 54 Trần Thảo Oanh Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện khoa học Vật liệu 17 Dipak Baral, P P De, Golok B Nando Polymer Degradation and Stability, 1999, 65, 47-51 18 Quang Kháng, Ngô Kế Thế, Lương Như Hải cộng sự, Hội nghị hoá học toàn quốc lần thứ IV, Hà nội, 10 2003, Tr 10-15 Báo cáo khoa học, Viện KH Vật liệu, 2004 19 Ngô Kế Thế, Nghiên cứu ứng dụng bột khoáng sericit để tăng cường khả bảo vệ cho hệ sơn dùng môi trường ẩm xâm thực cao, Viện Khoa học Vật liệu, 2-2008 20 Ngô Kế Thế, Nghiên cứu khả ứng dụng khoáng mica-sericit để gia cường cho vật liệu polyme-compozit, Viện Khoa học Vật liệu, 2-2007 21 Rothon and Roger “Particulate filler for Polymer”, 2002, Smithers Rapra 22 A Guide to Silane Solutions from Dow Corning, Dow Corning 23 E Kiss and C-G Golander Colloids and Surfaces, 1990, 49, 335-342 24 Hydrophobicity, hydrophilicity and silane surface modification 2006, Gelest, Inc 25 Peter Herder, Lena Vagberg and Per Stenius Colloid and Surfaces, 1988, 34, 117-132 26 B D Favis, Blandchard, J Leonard and R.E Prud’homme Journal of Applied Polymer Science, 1983, 28, 1235-1244 27 B D Favis, M Leclerc and R.E Prud’homme Journal of Applied Polymer Science, 1983, 28, 3565-3572 28 Tariq M Malik Polymer Bulletin, 1991, 26, 709-714 29 M C Mackenzie, “Differential Thermal Analysis”, Academie Press, London, 1970 Khoá luận tốt nghiệp 55 Trần Thảo Oanh [...]... thiết của việc biến đổi bề mặt mica bằng các hợp chất silan khi đã làm cho chất độn có thể tương tác tốt với chất nền và làm tăng các tính chất cơ lý của vật liệu [19] Trước đó, phòng nghiên cứu vật liệu Polyme và Compozit cũng đã nghiên cứu biến đổi bề mặt mica bằng hai hợp chất silan là 3aminopropyltriethoxysilan và vinyltrimethoxysilan Các kết quả nghiên cứu cho thấy, mica đã biến đổi bề mặt có khả... kinh tế Mica đã làm giảm thời gian lưu hoá của cao su, nhất là các mica được biến đổi bề mặt bằng aminsilan Mica đã có tác dụng gia tăng các tính chất cơ lý, độ bền nhiệt và tính chất điện của vật liệu nhất là các mica được biến đổi bề mặt bằng hợp chất silan Mica biến đổi bằng vinylsilan đã tham gia vào quá trình lưu hoá cao su nên các tính chất của vật liệu được gia tăng mạnh nhất Mica biến đổi bằng. .. oligome - Các oligome sau đó tạo liên kết hydro với các nhóm OH trên bề mặt của chất nền - Cuối cùng là quá trình làm khô, 1 liên kết cộng hóa trị được hình thành đi kèm với sự tách nước Phương pháp biến đổi bề mặt trực tiếp Nhiều tác giả khác cũng đã tiến hành biến đổi trực tiếp bề mặt của mica bằng các hợp chất silan trên cơ sở bề mặt tích điện âm của mica Các phản ứng silan hóa diễn ra trên bề mặt chủ... của mica với các nhóm silanol tạo thành sau khi thủy phân các hợp chất silan Nhóm tác giả E Kiss và C-G Golander [23] đã thực hiện thành công quá trình biến đổi bề mặt của mica với nước ở thể plasma để tạo ra các nhóm Si-OH hoạt động trên bề mặt của mica, sau đó tiến hành quá trình silan hóa bề mặt bằng isocynatopropyldimethylchlorosilane: Khi đã tạo được các nhóm silanol (Si-OH) trên bề mặt của mica, ... chung bằng các hợp chất silan ngày càng trở nên phổ biến do có được nhiều ưu điểm, đặc biệt là trong khả năng tăng cường tính chất của vật liệu Một tác nhân ghép silan sẽ hoạt động ở bề mặt phân cách giữa chất độn vô cơ (như thuỷ tinh, kim loại hay khoáng chất) để liên kết hay ghép nối hai loại vật liệu ít tương thích này Sau khi biến đổi bằng các hợp chất silan, bề mặt của mica được hoạt hoá nhờ các. .. một nghiên cứu khác, Favis cũng đã sử dụng CVBS để biến đổi bề mặt của mica và đưa vào polystyren Sản phẩm mica đã được biến đổi bề mặt bằng hợp chất silan có khả năng tương tác tốt với chất nền polystyren [27] C R G Furtado và các đồng nghiệp [3] đã sử dụng bis(3triethoxysilylpropyl) tetrasunphide biến đổi bề mặt của mica để thay thế một phần oxit silic dùng làm chất độn cho cao su styren butadien Các. .. xử lý bề mặt, tính chất cơ lý của vật liệu đã được tăng lên, đặc biệt là trong trường hợp xử lý bề mặt bằng hợp chất silan [28] Khả năng hấp phụ của hợp chất silan phụ thuộc vào pH và thực tế là các lớp silan trên bề mặt có thể bị giải hấp nếu được ngâm trong dung dịch chất điện ly cũng cho thấy rằng liên kết của các silan với bề mặt mica là các liên kết tĩnh điện tạo thành do sự hút bám giữa các nhóm... với các aminsilan là các tương tác tĩnh điện với bề mặt tĩnh điện âm trên bề mặt của mica [25]: Phòng nghiên cứu vật liệu Polyme và Compozit đã nghiên cứu biến đổi bề mặt của mica bằng 3-aminopropyltrimethoxysilan (3-APTMS) để sử dụng làm chất độn gia cường cho sơn epoxy Phản ứng silan hóa bề mặt mica được thực hiện theo phương pháp trực tiếp trong dung dịch etanol trong môi trường axit Đầu tiên, các. .. đối trơ về mặt hóa học và không tương thích với các chất nền polyme của mica đã hạn chế nhiều ứng dụng của nó Vì vậy cũng như nhiều chất độn vô cơ khác, biến đổi bê mặt của mica là cần thiết trong nhiều trường hợp để nâng cao khả năng tương hợp với polyme nền Phương pháp biến đổi bề mặt mica được sử dụng phổ biến hiện nay là sử dụng các tác nhân ghép nối silan Phương pháp biến đổi bề mặt các chất độn... sự biến đổi các tính chất nhiệt và điện của vật liệu tổ hợp epoxy với mica được sử lý bề mặt bằng 3 loại hợp chất silan khác nhau Kết quả đều cho thấy cần thiết phải sử lý bề mặt bột mica để tăng khả năng tương tác giữa các pha dẫn đến tăng các tính chất của vật liệu Xiaodong Zhoa đã sử dụng 3 loại hợp chất silan ( vinyltriethoxysilane, -methacryloxypropyltrimethoxysilane và -aminopropyltriethoxysilane) ... lưu hoá cao su, mica biến đổi bề mặt aminsilan Mica có tác dụng gia tăng tính chất lý, độ bền nhiệt tính chất điện vật liệu mica biến đổi bề mặt hợp chất silan Mica biến đổi vinylsilan tham gia... 3.1 NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI BỀ MẶT MICA BẰNG HỢP CHẤT SILAN Bề mặt khoáng mica không chứa nhóm hydroxyl, nhóm nằm bề mặt sở khoáng 0.17 nm, phản ứng nhóm hydroxyl tạo thành phân tử hợp chất silan. .. pháp biến đổi bề mặt trực tiếp Nhiều tác giả khác tiến hành biến đổi trực tiếp bề mặt mica hợp chất silan sở bề mặt tích điện âm mica Các phản ứng silan hóa diễn bề mặt chủ yếu phản ứng trao đổi