Slide Bài Giảng Về Polymer blend - Thầy Duy Linh-POLYME ĐHBKHN

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend1.1 Lịch sử phát triển của polyme blend • 1846: Thomas Hancock công bố phát minh đầu tiên về polyme blend • 1942: Công bố phát minh đầu tiên v

VẬT LiỆU POLYME BLEND

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend

1.1 Lịch sử phát triển của polyme blend

• 1846: Thomas Hancock công bố phát minh đầu tiên về polyme blend

• 1942: Công bố phát minh đầu tiên về polyme blend nhiệt dẻo (PVC và NBR)

• 1946: Phát triển nhựa ABS (hỗn hợp cơ học của NBR với

poly(styren-co-acrylonitril)

• 1951: Phát minh PP điều hòa lập thể bằng cách trộn hợp với PE

• 1960: Thương mại hóa polyme blend trên cơ sở EPDM và một số polyme nhiệt dẻo

• 1970: Các polyme blend của ABS/PVC và PP/EPDM được thương mại hóa (Cycovin

và Santopren)

• 1975: Dupont chế tạo „nylon siêu dai“

• 1984: Phát triển polyme blend sử dụng trong công nghiệp oto

• 1986-1996: Phát triển polyme blend chất lượng cao để chế tạo nội thất oto, dung cụ thể thao

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend

1.2 Nhiệt động học quá trình hòa tan các polyme

Đối với các hợp chất polyme

Biến thiên entropy của hệ :

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend

1.2 Nhiệt động học quá trình hòa tan các polyme

Đối với các polyme thành phần không phân cực:

Biến thiên nội năng của hệ :

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend

1.2 Nhiệt động học quá trình hòa tan các polyme

* Phương trình nhiệt động học mô tả biến thiên năng lượng tự do của hệ 2 polyme:

Thông số tương tác:

Trong đó: σA và σB : Thông số hòa tan của polyme A và polyme B

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend

1.2 Nhiệt động học quá trình hòa tan các polyme

* Sự hòa trộn, tương hợp của các polyme trong blend

Về mặt nhiệt động: Hai polyme hòa trộn với nhau khi:

Và đạo hàm bậc 2 của ΔGM theo tỷ lệ thể tích của polyme thứ 2:

Trong đó:

ΔHM : Biến thiên entalpy (nhiệt trộn lẫn) khi trộn 2 polyme

ΔSM : Biến thiên entropy (mức độ mất trật tự) khi trộn 2 polyme

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend

1.2 Nhiệt động học quá trình hòa tan các polyme

•Sự hòa trộn, tương hợp của các polyme trong blend

Khi ΔSM không đáng kể:

ΔGM .Vr/ RTV = λAB ФA ФB

Do đó, 2 polyme chỉ tương hợp và trộn hợp hoàn toàn khi λAB < 0

Trong quá trình trộn polyme, ΔHM càng nhỏ thì càng có khả năng hòa trộn và tương hợp

Trong đó, VA và ФA : Thể tích và phần thể tích của polyme A trong hỗn hợp

δA và δB : Thông số tan của polyme A và polyme B

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend

1.3 Giản đồ pha và chuyển pha của hỗn hợp các polyme

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend

1.3 Giản đồ pha và chuyển pha của hỗn hợp các polyme

Khả năng trộn lẫn và hòa tan các polyme phụ thuộc:

- Thông số tan của polyme

*Nhiệt độ hòa tan tới hạn dưới: Nhiệt độ thấp nhất mà ở đó diễn ra quá trình tách pha của hỗn hợp

*Nhiệt độ hòa tan tới hạn trên

Chương 1 Những vấn đề chung của polyme blend

1.3 Giản đồ pha và chuyển pha của hỗn hợp các polyme

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

Tính chất cơ học

Phổ hồng ngoại

Kính hiển vi điện tử

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

polyme sẽ hòa tan tốt

vào nhau hơn

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.1 Phương pháp giản đồ pha

Phương pháp điểm mờ

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.1 Phương pháp giản đồ pha

Phương pháp điểm mờ

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.1 Phương pháp giản đồ pha

Phương pháp điểm mờ

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.2 Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh

•Polyme blend có 2 nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme thành phần thì

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.2 Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.2 Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.2 Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh

•Một số phương trình tính toán và dự báo nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme blend tương hợp và hòa trộn hoàn toàn.

Trong điều kiện lý tưởng

Tg = W1Tg1 + W2Tg2Trong đó,

W1 và W2: Phần khối lượng hoặc phần thể tích của polyme 1 và polyme 2

Tg1, Tg2: Nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme 1 và polyme 2

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.2 Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh

•Một số phương trình tính toán và dự báo nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme blend tương hợp và hòa trộn hoàn toàn.

- Blend PMMA/PC có Tg duy nhất ở tất cả các thành phần

Phương trình Fox

- SBS/PPO

Phương trình Gordon-Taylor

W1 và W2: Phần khối lượng hoặc phần thể tích của polyme 1 và polyme 2

Tg1, Tg2: Nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme 1 và polyme 2

k: Hằng số tương tác giữa 2 polyme trong blend (k = Δα2/ Δα1)

Δα: sự chênh lệch hệ số dãn nở nhiệt giữa trạng thái lỏng và trạng thái thủy tinh ở

nhiệt độ hóa thủy tinh của một polyme

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.2 Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh

•Một số phương trình tính toán và dự báo nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme blend tương hợp và hòa trộn hoàn toàn.

- SBS/PPO

Phương trình Kwei

W1 và W2: Phần khối lượng hoặc phần thể tích của polyme 1 và polyme 2

Tg1, Tg2: Nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme 1 và polyme 2

k: Hằng số tương tác giữa 2 polyme trong blend (k = Δα2/ Δα1)

Δα: sự chênh lệch hệ số dãn nở nhiệt giữa trạng thái lỏng và trạng thái thủy tinh ở

nhiệt độ hóa thủy tinh của một polyme

q: Thông số gần đúng tương ứng với các tương tác đặc biệt trong polyme blend

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

- 2 polyme tương hợp một phần: Khi các polyme có tương tác hóa học hoặc vật lý dẫn đến kích thước phân tử tăng do đó độ nhớt tăng

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

[η]tt : Độ nhớt của dung dịch blend

[η]A [η]B : Độ nhớt của dung dịch polyme A và polyme B trong cùng một dung môi

χA χB : Nồng độ của polyme A và polyme B (phần thể tích)

Theo Huggins,

Trong đó K là hệ số Huggins của polyme trong dung môi đã biết, η là độ nhớt thực của dung dịch polyme

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.3 Phương pháp dựa vào độ nhớt dung dịch blend

Độ nhớt riêng của dung dịch polyme blend:

Trong đó,

[η]r(hh) : độ nhớt riêng của dung dịch polyme blend

η1, η2 : độ nhớt thực của dung dịch polyme 1 và polyme 2 trong cùng một dung môi và ở cùng điều kiện đo

C1, C2 : Nồng độ của polyme 1 và polyme 2 trong dung dịch polyme blend

b11, b22: hệ số tương tác tương ứng với các đại phân tử polyme 1 và polyme

2 trong dung môi đã biết

b12: hệ số tương tác giữa các polyme trong hỗn hợp

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.3 Phương pháp dựa vào độ nhớt dung dịch blend

Độ nhớt riêng của dung dịch polyme blend:

Trong đó,

[η]r(hh) : độ nhớt riêng của dung dịch polyme blend

(ηr(1))c, (ηr(2))c : độ nhớt riêng của dung dịch polyme 1 và polyme 2 ở nồng độ C

C1, C2 : Nồng độ của polyme 1 và polyme 2 trong dung dịch polyme blend

Trên thực tế hệ số tương tác giữa các polyme b12 được xác định theo công thức:

b12 = (b11 + b22)/2

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.3 Phương pháp dựa vào độ nhớt dung dịch blend

Khả năng tương hợp của hỗn hợp polyme được dự báo theo thông số Δb

Δb = b12 – b*12

Δb < 0: không tương hợp

Δb > 0: tương hợp một phần

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.3 Phương pháp dựa vào độ nhớt dung dịch blend

Trong hỗn hợp 3 thành phần gồm polyme A, polyme B và dung môi, hệ số Huggins K gồm 3 thông số tương tác: K1, K2 và K3

1.Tương tác thủy động giữa các polyme với hệ số tương tác K1

Trong đó,

[ηA], [ηB]: Độ nhớt thức của các dung dịch polyme A và polyme B

ωA, ωB : Phần khối lượng của polyme A và polyme B

KA, KB : Hệ số Huggins tương ứng với các dung dịch polyme A và polyme B

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.3 Phương pháp dựa vào độ nhớt dung dịch blend

Trong hỗn hợp 3 thành phần gồm polyme A, polyme B và dung môi, hệ số Huggins K gồm 3 thông số tương tác: K1, K2 và K3

2 Sự hình thành các phân tử „kép“ do tiếp xúc giữa các đại phân tử của 2 polyme với

hệ số tương tác K2

Trong đó,

[η]1 : Độ nhớt thực của dung dịch các đại phân tử polyme riêng rẽ

[η]2: Độ nhớt thực của dung dịch chứa các đại phân tử của hỗn hợp 2 polyme

k : Hằng số có thể bỏ qua cho các dung môi không phân cực

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.3 Phương pháp dựa vào độ nhớt dung dịch blend

Trong hỗn hợp 3 thành phần gồm polyme A, polyme B và dung môi, hệ số Huggins K gồm 3 thông số tương tác: K1, K2 và K3

3 Các tương tác hút và đẩy giữa các đại phân tử polyme A và polyme B với hệ số

α > 0 : Polyme A và polyme B hòa trộn với nhau

α < 0 : Polyme A và polyme B không tương hợp

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.3 Phương pháp dựa vào độ nhớt dung dịch blend

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.3 Phương pháp dựa vào độ nhớt dung dịch blend

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

C0 : Hằng số phụ thuộc vào hình dáng của thiết bị

b : Hằng số đặc trưng cho polyme nóng chảy

S : Tốc độ trộn

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

Rm: Đường kính trung bình của xi lanh

h : Chiều dài của xi lanh

Độ nhớt chảy tương đối của polyme blend luôn tỷ

lệ thuận với mô men xoắn ở trạng thái chảy của

polyme blend

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.4 Phương pháp dựa vào mômen xoắn của polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.4 Phương pháp dựa vào mômen xoắn của polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.4 Phương pháp dựa vào mômen xoắn của polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.5 Phương pháp dựa vào tính chất cơ học của polyme blend

Chủ yếu dựa vào các tính chất cơ học động (DMA) hoặc các tính chất cơ nhiệt động (DMTA)

Xác định các giá trị mođun hỗn hợp, mođun tích lũy dẻo, mođun góc tổn hao và tang góc tổn hao cơ học của các polyme thành phần và polyme blend

Ứng suất kéo :

Độ dãn dài:

Trong đó:

σ: Ứng suất kéoε: Độ dãn dài khi kéo của vật liệu ở thời điểm tω: Tần số góc

δ: Góc tổn hao

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.5 Phương pháp dựa vào tính chất cơ học của polyme blend

Trong trường hợp ứng suất kéo và độ dãn dài lệch pha:

Tang góc tổn hao cơ học:

tanδ = G´´/G´

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.5 Phương pháp dựa vào tính chất cơ học của polyme blend

Trong trường hợp ứng suất kéo và độ dãn dài lệch pha:

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.5 Phương pháp dựa vào tính chất cơ học của polyme blend

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.5 Phương pháp dựa vào tính chất cơ học của polyme blend

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.5 Phương pháp dựa vào tính chất cơ học của polyme blend

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.5 Phương pháp dựa vào tính chất cơ học của polyme blend

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.6 Phương pháp dựa vào phổ hồng ngoại

- Nếu pic hấp thụ đặc trưng cho các nhóm chức nhóm chức của các polyme thành

phần được giữ nguyên trong phổ hồng ngoại của polyme blend thì các polyme này

không tương hợp

- Nếu trong polyme blend xuất hiện các pic hấp thụ đặc trưng mới hoặc có dịch chuyển pic đặc trưng của các nhóm chức so với các pic đặc trưng của nó trong polyme thành phần thì các polyme đó tương hợp một phần

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.6 Phương pháp dựa vào phổ hồng ngoại

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.6 Phương pháp dựa vào phổ hồng ngoại

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.7 Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.7 Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.7 Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.7 Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.7 Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.7 Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi

Chương 2 Các phương pháp xác định sự tương hợp của các

blend

2.7 Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

Trùng hợp monome trong một polyme khác

Tạo các màng lưới đan xen

Một số phương pháp khác

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.1 Phương pháp chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.1 Phương pháp chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme

Yêu cầu đối với phương pháp:

* Cùng tan tốt trong một dung môi

* Hoặc tan tốt trong các dung môi có khả năng hòa tan với nhau

* Khuấy ở tốc độ cao

* Khuấy ở nhiệt độ cao

* Khuấy trong thời gian dài

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.1 Phương pháp chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Được tiến hành trong các thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo:

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Ưu điểm:

- Quá trình chế tạo liên tục đối với các polyme, các chất phản ứng có thể ở dạng rắn, đôi khi ở dạng lỏng

- Phân bố và phân tán tốt cho các polyme có độ nhớt cao

- Dễ dàng điều khiển nhiệt độ, áp suất và thời gian trộn hợp

- Không sử dụng dung môi

- Không có đòi hỏi đặc biệt trước khi gia công

- Có thể chế tạo các loại polyme blend khác nhau trên cùng một dây chuyền

- Đơn giản, dễ làm sạch

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy

Chương 3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

3.2 Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy