2. Vài nét về lịch sử nghiên cứu Nghiên cứu trong nước Trong nước đã có một số công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit “xanh” thân thiện môi trường. Có thể nói đi tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu về vật liệu compozit sử dụng sợi thực vật là các công trình nghiên cứu của GS. Trần Vĩnh Diệu và GS. Bùi Chương cùng các nhà khoa hoc cộng sự, Trung tâm Polyme, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (2003). Họ đã thành công trong việc chế tạo và đưa chất độn dạng sợi như: tre, nứa, đay, trấu, rơm, rạ… vào trong nền nhựa nhiệt rắn và nhiệt dẻo trên cơ sở xử lý sợi bằng môi trường kiềm để loại bỏ lignin chứa trong sợi, ứng dụng chế tạo một số sản phẩm cho ngành giao thông vận tải và nông nghiệp 4, 5. PGS. TS. Lê Xuân Hiền và cộng sự (2009), Viện Kỹ thuật Nhiệt đới đã dùng sợi rơm gia cường cho nhựa nhiệt rắn như epoxy khâu mạch quang hóa để chế tạo một số sản phẩm cho ngành giao thông vận tải và nông nghiệp 14. Vào năm 2005, TS. Trần Văn Chứ, Trường Đại học Lâm nghiệp nghiên cứu để chế tạo vật liệu compozit gỗnhựa, kết quả cho thấy mô đun đàn hồi, độ bền uốn và độ cứng của vật liệu compozit đều cao hơn đáng kể so với gỗ không biến tính ban đầu 1. Một nghiên cứu mới công bố năm 2010 của TS. Đoàn Thị Thu Loan và cộng sự, Trường Đại học Đà Nẵng đã chế tạo compozit sợi đaypolypropylen sử dụng chất tương hợp anhydric maleicghépPP so sánh với compozit không có chất tương hợp, kết quả cho thấy việc sử dụng chất tương hợp làm tăng độ kết dính giữa hai pha của compozit, tính chất cơ lý được cải thiện rõ rệt 38. Nghiên cứu ngoài n ước Vật liệu WPCs có nhiều tính chất ưu việt về khả năng gia công, tính chất và khả năng tái chế sau sử dụng nên loại vật liệu này đang được coi là vật liệu “xanh” về tính thân thiện với môi trường. Đã có nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới tiếp cận với vật liệu này để giải quyết các vấn đề khác nhau nhằm nâng cao tính chất, khả năng gia công, độ bền khí hậu…. + Biến tính bề mặt bột gỗ: Các công trình nghiên cứu về vật liệu compozit gỗ nhựa đầu tiên phải kể đến công bố của tác giả M.L. Kosonen và cộng sự 42 vào năm 2000, đã nghiên cứu phủ lên bề mặt bột gỗ lớp copolyme của styren và metacrylic axit và chế tạo vật liệu compozit WPCs sử dụng hàm lượng bột gỗ (10%kl.) để gia cường cho nhựa polystyren. Kết quả độ bền kéo đứt của vật liệu compozit đã tăng 2 MPa so với vật liệu compozit ban đầu. Nhóm tác giả J.E. Winandy và cộng sự 35, biến tính bột gỗ thông bằng oxalic axit và dietyloxalat gia cường cho nhựa HDPE. Tác giả cho biết rằng bột gỗ đã làm tăng tính chất cơ học của vật liệu compozit đáng kể: mô đun đàn hồi tăng từ 0,8 GPa (của nhựa HDPE ban đầu) lên 2,3 GPa, độ bền kéo đứt tăng từ 23 MPa lên tới 38 MPa, hàm lượng bột gỗ sử dụng là 40%kl. + Biến tính nhựa nền: Với đặc tính ưa dầu của polyme nền và ưa nước của bột gỗ đã làm giảm khả năng phân tán của bột gỗ và kết dính trên nền nhựa. Bề mặt gỗ có rất nhiều nhóm hydroxyl, do đó sử dụng các chất tương hợp một đầu có thể phản ứng với nhóm OH của bột gỗ, mặt kia có thể liên kết vật lý hoặc hóa học với nhựa nền đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu. Vào năm 2007, A. Karmarkar và cộng sự 15 sử dụng misopropoenyldimetylisocyanat ghép lên nhựa PP để tạo thành chất tương hợp cho compozit PPbột gỗ tăng đáng kể độ bền cơ lý của compozit. Sử dụng 5%kl chất tương hợp, 40%kl bột gỗ đã làm tăng 85% độ bền uốn của compozit, trong khi đó mô đun đàn hồi không giảm như thường thấy trong các nghiên cứu sử dụng chất tương hợp MAPP. + Bên cạnh những nghiên cứu về công nghệ biến tính bột gỗ và nhựa nền kể trên, một số nhà khoa học còn khảo sát các tác nhân khâu mạch ngang trong mạng nền để tăng cường các tính chất về cơ học, độ bền nhiệt, đồ bền môi trường cho vật liệu. Tác giả G. Grubbström và M. Bengtsson, K. Oksman 25, 41 đã sử dụng silan đóng vai trò là chất khâu mạch cho WPCs giữa bột gỗ và nhựa HDPE trên thiết bị đùn trộn và các tính chất cơ lý, khả năng chịu nước, bền thời tiết tăng mạnh. Tác giả đề nghị rằng silan đã liên kết hóa trị và hydro với bề mặt bột gỗ, các bằng chứng cũng chỉ ra sự khâu mạch giữa PE và silan, silan đóng vai trò cầu nối giữa PE và bột gỗ. + Nghiên cứu ảnh hưởng của chất gia cường nanomet đến tính chất của vật liệu WPCs. Hướng nghiên cứu này trên thế giới mới chỉ có một vài công trình nghiên cứu liên quan và vẫn còn nhiều khía cạch cần được nghiên cứu sâu hơn. Tác giả J. Li và cộng sự 36 đã nghiên cứu đưa vào compozit BGHDPE các hạt nanomet và micro graphit để tăng độ dẫn nhiệt và khả năng che chắn kín khít cho vật liệu. Nghiên cứu cho thấy tính chất cơ lý của vật liệu tăng nhẹ nhưng độ dẫn nhiệt của WPCs tăng đáng kể. Năm 2008, tác giả O. Faruk 45 cũng sử dụng hạt nanoclay phối trộn với compozit BGHDPE bằng phương pháp phối trộn nóng chảy trên thiết bị công nghiệp, kết quả chứng minh khả năng gia cường tốt cho hệ compozit, độ bền kéo đứt, độ bền uốn và mô đun đàn hồi tăng khi có mặt các hạt nanoclay. Đề tài luận văn này nghiên cứu biến tính bột gỗ cây giáng hương bằng phương pháp ghép các phân tử silan lên bề mặt, khảo sát ảnh hưởng của các hạt nano SiO2 tổng hợp tại chỗ và nano SiO2 được phối trộn vật lý đơn thuần đến tính chất cơ lý của vật liệu.
MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm qua, vật liệu compozit gỗ nhựa nhựa nhiệt dẻo (Wood plastic composites - WPCs) có bước phát triển mạnh mẽ có nhiều ứng dụng ngày rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống nhờ ưu điểm bật như: độ bền lý cao, có tính thẩm mỹ đặc biệt, có khả tái chế, giá thành rẻ, thuận tiện gia công Tuy nhiên, vật liệu bộc lộ vài hạn chế như: độ bền nhiệt thấp, khả ngấm ẩm cao bột gỗ có tính ưa nước, nên sản phẩm dễ bị cong vênh, co ngót Ngoài ra, sản phẩm từ WPCs thường sử dụng hàm lượng bột gỗ lớn, khả liên kết bám dính với nhựa giảm, nên độ bền học cần quan tâm nghiên cứu để cải thiện Có số phương pháp sử dụng để hạn chế những nhược điểm nêu trên, ví dụ: biến tính bề mặt bột gỗ tác nhân sở hữu gốc có khả tương hợp với nhựa nền, sử dụng chất tương hợp cho hai pha, biến tính nhựa Ngoài ra, hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng năm gần sử dụng hạt/sợi vô kích thước nanomet có khả gia cường tính chất, độ bền lý cho vật liệu WPCs [24] Hướng nghiên cứu thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học, Amir Nourbakhsh cộng [17] nghiên cứu đưa hạt nano SiO2 vào bột gỗ cách trộn trực tiếp hạt nano SiO ban đầu với bột gỗ nhựa polypropylene (PP) máy ép phun để tổng hợp vật liệu compozit Kết nghiên cứu cho thấy độ bền kéo đứt vật liệu sau tổng hợp tăng 41% so với vật liệu hạt nano SiO Ngoài Alireza Ashori cộng nghiên cứu sử dụng đưa hạt nanoclay để chế tạo vật liệu compozit polypropylene/bột gỗ, kết độ bền kéo độ bền uốn tăng lên khoảng 20%, độ hấp thụ nước giảm [16] Tuy nhiên, việc nghiên cứu tác giả nêu tập trung vào việc sử dụng hạt nanomet tổng hợp sẵn từ bên để chế tạo vật liệu WPCs Do tương tác (hóa lý) hạt gia cường nanomet với bột gỗ nhựa không có, điều hạn chế phân tán khả gia cường chúng vật liệu WPCs Việc sử dụng hạt nanomet tương tác với pha pha phân tán cho cải thiện đáng kể phân tán, nâng cao hiệu gia cường cho vật liệu WPCs Với lý nêu trên, đề tài mang tên "Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất vật liệu compozit nanosilica-bột gỗ/polyetylen tỉ trọng cao" Trong nghiên cứu này, đề tài biến tính bột gỗ hạt nano SiO tổng hợp trực tiếp (in situ) lên bề mặt bột gỗ thông qua phản ứng thủy phân ngưng tụ tetraethyl orthosilicat (TEOS) etanol với chất xúc tác amoniac Liên kết bột gỗ hạt nano silica hình thành nhờ phản ứng ngưng tụ nhóm -OH bề mặt để hình thành liên kết Si-O-C Chất khơi mào dicumyl peoxit (DCP) sử dụng làm tác nhân khâu mạch việc nâng cao tính chất lý cho nhựa polyetylen tỉ trọng cao (HDPE) Vài nét lịch sử nghiên cứu Nghiên cứu nước Trong nước có số công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit “xanh” thân thiện môi trường Có thể nói tiên phong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu compozit sử dụng sợi thực vật công trình nghiên cứu GS Trần Vĩnh Diệu GS Bùi Chương nhà khoa hoc cộng sự, Trung tâm Polyme, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (2003) Họ thành công việc chế tạo đưa chất độn dạng sợi như: tre, nứa, đay, trấu, rơm, rạ… vào nhựa nhiệt rắn nhiệt dẻo sở xử lý sợi môi trường kiềm để loại bỏ lignin chứa sợi, ứng dụng chế tạo số sản phẩm cho ngành giao thông vận tải nông nghiệp [4, 5] PGS TS Lê Xuân Hiền cộng (2009), Viện Kỹ thuật Nhiệt đới dùng sợi rơm gia cường cho nhựa nhiệt rắn epoxy khâu mạch quang hóa để chế tạo số sản phẩm cho ngành giao thông vận tải nông nghiệp [14] Vào năm 2005, TS Trần Văn Chứ, Trường Đại học Lâm nghiệp nghiên cứu để chế tạo vật liệu compozit gỗ/nhựa, kết cho thấy mô đun đàn hồi, độ bền uốn độ cứng vật liệu compozit cao đáng kể so với gỗ không biến tính ban đầu [1] Một nghiên cứu công bố năm 2010 TS Đoàn Thị Thu Loan cộng sự, Trường Đại học Đà Nẵng chế tạo compozit sợi đay/polypropylen sử dụng chất tương hợp anhydric maleic-ghép-PP so sánh với compozit chất tương hợp, kết cho thấy việc sử dụng chất tương hợp làm tăng độ kết dính hai pha compozit, tính chất lý cải thiện rõ rệt [38] Nghiên cứu nước Vật liệu WPCs có nhiều tính chất ưu việt khả gia công, tính chất khả tái chế sau sử dụng nên loại vật liệu coi vật liệu “xanh” tính thân thiện với môi trường Đã có nhiều nhóm nghiên cứu giới tiếp cận với vật liệu để giải vấn đề khác nhằm nâng cao tính chất, khả gia công, độ bền khí hậu… + Biến tính bề mặt bột gỗ: Các công trình nghiên cứu vật liệu compozit gỗ nhựa phải kể đến công bố tác giả M.L Kosonen cộng [42] vào năm 2000, nghiên cứu phủ lên bề mặt bột gỗ lớp copolyme styren metacrylic axit chế tạo vật liệu compozit WPCs sử dụng hàm lượng bột gỗ (10%kl.) để gia cường cho nhựa polystyren Kết độ bền kéo đứt vật liệu compozit tăng MPa so với vật liệu compozit ban đầu Nhóm tác giả J.E Winandy cộng [35], biến tính bột gỗ thông oxalic axit dietyloxalat gia cường cho nhựa HDPE Tác giả cho biết bột gỗ làm tăng tính chất học vật liệu compozit đáng kể: mô đun đàn hồi tăng từ 0,8 GPa (của nhựa HDPE ban đầu) lên 2,3 GPa, độ bền kéo đứt tăng từ 23 MPa lên tới 38 MPa, hàm lượng bột gỗ sử dụng 40%kl + Biến tính nhựa nền: Với đặc tính ưa dầu polyme ưa nước bột gỗ làm giảm khả phân tán bột gỗ kết dính nhựa Bề mặt gỗ có nhiều nhóm hydroxyl, sử dụng chất tương hợp đầu phản ứng với nhóm -OH bột gỗ, mặt liên kết vật lý hóa học với nhựa nhiều nhà khoa học giới nghiên cứu Vào năm 2007, A Karmarkar cộng [15] sử dụng m-isopropoenyl-dimetylisocyanat ghép lên nhựa PP để tạo thành chất tương hợp cho compozit PP/bột gỗ tăng đáng kể độ bền lý compozit Sử dụng 5%kl chất tương hợp, 40%kl bột gỗ làm tăng 85% độ bền uốn compozit, mô đun đàn hồi không giảm thường thấy nghiên cứu sử dụng chất tương hợp MAPP + Bên cạnh nghiên cứu công nghệ biến tính bột gỗ nhựa kể trên, số nhà khoa học khảo sát tác nhân khâu mạch ngang mạng để tăng cường tính chất học, độ bền nhiệt, đồ bền môi trường cho vật liệu Tác giả G Grubbström M Bengtsson, K Oksman [25, 41] sử dụng silan đóng vai trò chất khâu mạch cho WPCs bột gỗ nhựa HDPE thiết bị đùn trộn tính chất lý, khả chịu nước, bền thời tiết tăng mạnh Tác giả đề nghị silan liên kết hóa trị hydro với bề mặt bột gỗ, chứng khâu mạch PE silan, silan đóng vai trò cầu nối PE bột gỗ + Nghiên cứu ảnh hưởng chất gia cường nanomet đến tính chất vật liệu WPCs Hướng nghiên cứu giới có vài công trình nghiên cứu liên quan nhiều khía cạch cần nghiên cứu sâu Tác giả J Li cộng [36] nghiên cứu đưa vào compozit BG/HDPE hạt nanomet micro graphit để tăng độ dẫn nhiệt khả che chắn kín khít cho vật liệu Nghiên cứu cho thấy tính chất lý vật liệu tăng nhẹ độ dẫn nhiệt WPCs tăng đáng kể Năm 2008, tác giả O Faruk [45] sử dụng hạt nanoclay phối trộn với compozit BG/HDPE phương pháp phối trộn nóng chảy thiết bị công nghiệp, kết chứng minh khả gia cường tốt cho hệ compozit, độ bền kéo đứt, độ bền uốn mô đun đàn hồi tăng có mặt hạt nanoclay Đề tài luận văn nghiên cứu biến tính bột gỗ giáng hương phương pháp ghép phân tử silan lên bề mặt, khảo sát ảnh hưởng hạt nano SiO2 tổng hợp chỗ nano SiO2 phối trộn vật lý đơn đến tính chất lý vật liệu Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit BG/HDPE, bột gỗ biến tính để tăng khả tương hợp tạo hiệu ứng gia cường tính chất định hướng sản xuất vật liệu xây dựng - Khảo sát tính chất, hình thái cấu trúc khả gia công vật liệu compozit BG/HDPE 4 Đối tượng nghiên cứu - Bột gỗ giáng hương biến tính bề mặt tetraetyl ortosilicat (TEOS) tạo nano silica - Nhựa HDPE sử dụng làm nhựa chế tạo vật liệu compozit Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit BG/HDPE phương pháp phối trộn nóng chảy - Khảo sát tính chất lý như: (độ bền kéo đứt, mô đun Young, độ bền uốn độ bền va đập), lưu biến trạng thái rắn, tính chất điện, nhiệt, ngấm ẩm, khả chống cháy, hình thái cấu trúc độ bền thời tiết vật liệu compozit BG/HDPE Đóng góp đề tài - Nghiên cứu sử dụng hạt nanosilica vật liệu compozit BG/HDPE coi hướng đầy triển vọng việc sử dụng hạt gia cường có kích thước nanomet vào loại vật liệu - Việc nghiên cứu hình thành liên kết hóa học hạt nanosilica bột gỗ xem tạo gia tăng tính chất lý, khả ngấm ẩm giảm Đây phương pháp so với phương pháp phối trộn học - Lưới hóa nhựa tạo nên vật liệu compozit BG/HDPE có độ cứng cao, cong vênh, có độ ngấm ẩm thấp tạo nên vật liệu compozit đáp ứng đầy đủ cao theo yêu cầu đặt cho loại vật liệu Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tính chất lưu biến trạng thái nóng chảy thiết bị Rheomix 610 hãng Haake (CHLB Đức) phương pháp đo đặc tính lưu biến trạng thái rắn thiết bị Rheometer Bohlin (Anh) - Nghiên cứu hình thái cấu trúc vật liệu compozit BG/HDPE phương pháp FT-IR FESEM - Khảo sát tính chất nhiệt vật liệu phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA) - Xác định tính chất học vật liệu như: mô đun đàn hồi, độ bền kéo đứt thiết bị đo lý đa ZWICK (CHLB Đức) - Đo tính chất điện vật liệu điện áp đánh thủng, điện trở khối, tổn hao điện môi số điện môi hệ thống thiết bị TR-10C, TR-8401 (Nhật Bản) - Xác định độ bền xạ tử ngoại - nhiệt - ẩm vật liệu thiết bị thử nghiệm gia tốc thời tiết UV Con NC-327-2 (Hoa Kỳ) - Nghiên cứu khả ngấm ẩm khả chống cháy vật liệu thiết bị UL-94 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1 Giới thiệu chung vật liệu compozit gỗ/nhựa Vật liệu compozit gỗ/nhựa loại vật liệu tổng hợp, tạo thành từ bột gỗ nhựa Trong bột gỗ gọi cốt hay pha gián đoạn, đóng vai trò gia cường, tăng độ bền độ cứng cho vật liệu compozit gỗ/nhựa Nhựa gọi pha liên tục đóng vai trò liên kết toàn phân tử cốt thành khối compozit thống nhất, tạo khả để tiến hành phương pháp gia công compozit thành chi tiết theo thiết kế, che phủ bảo vệ cốt tránh hư hỏng tác động hóa học, học, môi trường [11] Vật liệu compozit gỗ/nhựa kết hợp ưu điểm nhựa bột gỗ, độ bền học cao, cải thiện độ cứng nhựa, vật liệu tổng hợp có thuộc tính thẩm mỹ đặc biệt, có khả tái chế, sản phẩm đa dạng phong phú Nhựa sử dụng chế tạo vật liệu compozit gỗ/nhựa đa dạng, phong phú, bao gồm nhựa nhiệt dẻo nhựa nhiệt rắn - Nhựa nhiệt rắn bao gồm: nhựa epoxy, nhựa polyeste không no, nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amino, nhựa polyimit, nhựa polyuretan… - Nhựa nhiệt dẻo sử dụng như: polyetylen (PE), polypopylen (PP), polyamit (PA), polyvinyl clorua (PVC), nhựa polyamit (PA)… Vật liệu compozit gỗ/nhựa, nhựa nhiệt rắn gia công phương pháp ép nhiệt truyền thống quan tâm đáng kể thập kỷ qua nhờ có lợi chủ yếu như: độ bền cao, cải thiện tính chất lý, có tính thẩm mĩ đặc biệt Trong nghiên cứu TS Trần Văn Chứ, Trường Đại học Lâm nghiệp nghiên cứu biến tính bột gỗ keo tai tượng nhựa epoxy, kết cho thấy mô đun đàn hồi, độ bền uốn độ cứng vật liệu compozit cao đáng kể so với bột gỗ không biến tính ban đầu [2] Nhưng loại vật liệu tồn số nhược điểm như: tỷ trọng cao, độ bền giảm nước nóng, co ngót mạnh (615%), dễ bị nứt, đặc biệt nứt va đập, không chế tạo sản phẩm có hình dạng phức tạp không tái chế Tuy nhiên, vật liệu compozit gỗ/nhựa, nhựa nhiệt dẻo có đặc tính hạn chế nhược điểm nhựa nhiệt rắn như: nhiệt độ gia công thấp, độ bền cao, dễ gia công tạo hình sản phẩm phức tạp, co ngót, tái sử dụng thân thiện với môi trường Với ưu điểm đó, vài năm gần giới vật liệu compozit gỗ/nhựa, nhựa nhiệt dẻo ứng dụng phát triển mạnh mẽ, đặc biệt lĩnh vực kiến trúc, xây dựng Trong nghiên cứu luận văn sử dụng polyetylen tỉ trọng cao đóng vai trò nhựa cấu trúc vật liệu compozit I.2 Vật liệu polyetylen Cấu trúc tính chất polyetylen Polyetylen (PE) nhựa nhiệt dẻo, gồm nhiều nhóm etylen CH2=CH2 liên kết với Polyetylen điều chế phản ứng trùng hợp monome etylen: n CH2 = CH2 t0, P, xt CH2 - CH2 n Polyetylen có cấu trúc bán tinh thể, có xen lẫn pha tinh thể pha vô định hình Pha tinh thể hình thành gấp chuỗi polyme thành mỏng tỏa từ trung tâm Các tính chất PE định cấu trúc phân tử mức độ kết tinh, mức độ trùng hợp, khối lượng phân tử trung bình phân bố khối lượng phân tử Ngoài ra, kích thước không gian xếp tinh thể ảnh hưởng mạnh mẽ đến tính chất vật lý học polyme [22] Các trạng thái tinh thể cung cấp độ cứng nhiệt độ nóng chảy cao (khoảng 120°C), trạng thái vô định hình cung cấp linh hoạt độ bền nén cao Dựa vào trọng lượng phân tử, tỉ trọng, độ kết tinh cấu trúc [18], PE phân loại sau: - HDPE (polyetylen tỉ trọng cao) + HDPE có mạch thẳng dài, phân tử lượng cao, phân tử lượng trung bình dao động từ 800.000 – 3.000.000, hàm lượng kết tinh cao: 74- 95%, nhiệt độ nóng chảy: 130-135oC, tỉ trọng: 0,941-0,965 g/cm3 + HDPE có cấu trúc gần với PE khiết, hàm lượng kết tinh cao nên độ không LDPE, có hàm lượng kết tinh cao nên HDPE có độ cứng cao độ thấm thấp loại PE Ngoài HDPE có tính kháng mài mòn cao độ bền kéo cao - LDPE (polyetylen tỉ trọng thấp) + LDPE có cấu trúc mạch nhánh, phân tử lượng trung bình từ 80 000 500 000, tỉ trọng: 0,910- 0,925 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy: 108-115oC, nhiệt độ hoá thuỷ tinh Tg ≈ 110oC, độ kết tinh: 55-65% + LDPE độ bền chảy cao, độ nhớt thấp, phân tử chứa nhiều nhánh gây cản trở trình kết tinh, có tỉ trọng thấp hàm lượng vô định hình cao, điều giúp cho LDPE có độ vượt trội LDPE vật liệu có khả kháng ăn mòn tốt độ hút ẩm thấp Tuy nhiên độ cứng, độ bền kết cấu, độ bền nhiệt thấp - LLDPE (polyetylen tỉ trọng thấp mạch thẳng) + Là sản phẩm đồng trùng hợp ethylen với alpha-olefin có mạch cacbon dài như: buten, hexen octen LLDPE có trọng lượng phân tử cao không đồng mặt hoá học, bao gồm HDPE, tỉ trọng: 0,915-0,925 g/cm3 Hình 1.1 Cấu trúc loại PE: a -LDPE; b- LLDPE; c – HDPE Ngoài có số loại khác PE khác với công nghệ sản xuất phức tạp thông dụng hơn, như: - VLDPE (polyetylen tỉ trọng thấp) Là loại PE chủ yếu mạch thẳng, mạch nhánh ít, tỉ trọng: 0,8800,915 g/cm3 - MDPE (polyetylen tỉ trọng trung bình) Tỉ trọng PE khoảng: 0,926-0,940 g/cm3 - UHMWPE (polyetylen có khối lượng phân tử cao) + Là loại PE có khối lượng phân tử trung bình số từ 3,1 đến 5,67 triệu, loại PE cứng nên dùng làm sợi lớp lót thùng đạn, tỉ trọng: 0,930- 0,935 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy Tnc ≈ 130oC [31] + Có tính kháng mài mòn vượt trội, độ dai, độ bền kéo cao, tính kháng môi trường cực tốt UHMW PE vật liệu lý tưởng cho phận máy móc thiết bị môi trường bị mài mòn cao Một số tính chất PE thông dụng trình bày bảng 1.1 [48] Bảng 1.1 Một số tính chất PE Tiêu chuẩn ASTM UL D570 D638 D638 D638 D638 D790 D695 D732 UL94 D149 D150 Tính chất HDPE LDPE UHMW Độ hút nước, 24 (%) [...]... được hạt nanosilica biến tính II.2.3 Chế tạo vật liệu compozit BG/HDPE Vật liệu compozit BG/HDPE được chế tạo theo phương pháp trộn nóng chảy trên thiết bị trộn kín Haake Rheomix 610 (CHLB Đức), các mẫu vật liệu compozit 32 bột gỗ/nhựa nền được khảo sát để tìm ra điều kiện phối trộn tối ưu về nhiệt độ, thời gian, tốc độ vòng trộn, tỉ lệ hàm lượng bột gỗ và tỉ lệ hàm lượng DCP Tiếp theo, hỗn hợp nóng... làm chất gia cường để chế tạo vật liệu compozit BG/HDPE Tuy nhiên, công nghệ chế tạo compozit bột gỗ/nhựa nhiệt dẻo cần có những nghiên cứu cơ bản về khoa học Các loại nhựa nhiệt dẻo thường là polyme có tính phân cực trong phân tử thấp (tính kỵ nước), trong khi đó, bột gỗ tự nhiên với thành phần chủ yếu là xenluloza, hemixenluloza và lignin có chứa nhóm –OH trong phân tử nên tính phân cực cao (tính. .. Cũng trong một nghiên cứu của nhóm tác giả Goran Grubbstrom và các cộng sự [28] đã sử dụng dung dịch silan là vinyl–trimethoxy silane (VTMS 97%, Sigma Aldrich, USA) như một chất gắn kết trong vật liệu tổng hợp gỗ nhựa nhiệt dẻo Trong quá trình tổng hợp vật liệu compozit, dung dịch VTMS và peoxit được bơm vào máy đùn khi chế biến Ở nhiệt độ cao peoxit là chất đầu tiên bị phân hủy và tạo ra các gốc oxy,... khối tạo thành nền nhựa XLPE Hình 1.16 Mô phỏng quá trình biến tính bề mặt bột gỗ bởi dung dịch silan và alkoxit – sự hình thành các hạt nano SiO2 in situ Hình 1.17 Liên kết hóa học giữa phân tử polyme và chất biến tính Hướng nghiên cứu sử dụng các hạt kích nanomet gia cường cho vật liệu compozit bột gỗ/nhựa nhiệt dẻo là hướng nghiên cứu mới được triển khai trên thế giới Mặc dù vậy, trong các nghiên cứu. .. Ứng dụng và thị trường tiềm năng của vật liệu compozit BG/HDPE 15 Với sự phát triển của thế giới, vật liệu compozit bột gỗ/nhựa nền đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu Việc nghiên cứu và áp dụng thành công vật liệu này đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng rộng rãi trong tất cả các ngành phục vụ đời sống và sản xuất công nghiệp Vật liệu compozit BG/HDPE được sử dụng rộng rãi trong... ty hóa chất Merck (Đức) - Cồn tuyệt đối (99,5%) được cung cấp từ Công ty hóa chất Đức Giang - Polyetylen tỉ trọng cao (HDPE) dạng hạt được cung cấp bởi Công ty Daelim (Hàn Quốc), có tỉ trọng d = 0,95–0,96g/cm3 chỉ số chảy MFI = 1,75 g/10 phút/190 o C/2,16kg - NaOH (98%), NH4OH) (25%) sản phẩm thương mại xuất xứ từ Công ty hóa chất Đức Giang II.2 Chế tạo vật liệu compozit gỗ/nhựa II.2.1 Biến tính bề... triển ứng dụng thành công vật liệu compozit bột gỗ/nhựa nhiệt dẻo cần phải có nghiên cứu chuyên sâu, giải quyết bài toán tăng tính tương hợp và tạo sự kết dính giữa các cấu tử trong cấu trúc vật liệu compozit I.3.2 Một số phương pháp để biến tính bề mặt bột gỗ Biến tính vật lí Các phương pháp biến tính vật lí liên quan đến sự tạo vi sợi trên bề mặt, tích điện (thổi lửa corona, plasma nguội)… Plasma nguội,... phân tử dẫn tới việc tính tương thích của các cấu tử trong compozit bột gỗ và nhựa nhiệt dẻo là rất kém Bên cạnh đó, để vật liệu compozit đạt được những tính chất hóa lí tốt nhất, độ tương hợp cao thì các cấu tử thành phần cần phải hình thành được các liên kết hóa học hoặc có mặt các chất gia cường đặc biệt kích thước cỡ phân tử polyme Do đó, để phát triển ứng dụng thành công vật liệu compozit bột gỗ/nhựa... bên ngoài vào vật liệu tổng hợp lại không có tương tác hóa học với bột gỗ, do đó hiệu quả gia cường chưa cao Vì vậy đề tài này tập trung nghiên cứu biến tính bề mặt bột gỗ bằng cách gắn trực tiếp lên bề mặt bột gỗ các hạt nano SiO 2 được tổng hợp bằng phương pháp in situ, sau đó sử dụng hợp chất tác nhân kép silan GPMS tăng khả năng tương hợp và kết dính giữa các pha của vật liệu compozit Chất DCP với... so với vật liệu tổng hợp mà không có silan thêm vào, có một sự gia tăng đáng kể sức mạnh uốn của các mẫu khi gia tăng bột gỗ từ 0 – 39% Sự gia tăng sức mạnh với sự gia tăng bột gỗ có thể là do cải thiện độ bám dính giữa gỗ và polyetylen, từ đó nâng cao độ bền của vật liệu tổng hợp I.6 Vai trò khoa học của hạt nano silica trong vật liệu compozit BG/HDPE 28 Quá trình biến tính bề mặt gỗ rất quan trọng, ... nâng cao hiệu gia cường cho vật liệu WPCs Với lý nêu trên, đề tài mang tên "Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất vật liệu compozit nanosilica-bột gỗ/polyetylen tỉ trọng cao" Trong nghiên cứu. .. đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit BG/HDPE, bột gỗ biến tính để tăng khả tương hợp tạo hiệu ứng gia cường tính chất định hướng sản xuất vật liệu xây dựng - Khảo sát tính chất, ... ν ν CH CH III.2 Nghiên cứu điều kiện tối ưu gia công vật liệu compozit BG/HDPE Để nghiên cứu khảo sát điều kiện chế tạo vật liệu compozit BG/HDPE, lựa chọn tỉ lệ thành phần vật liệu ban đầu sau: