NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT TƯƠNG HỢP POLYPROPYLENEGRAFTANHYDRIC MALEIC LÊN COMPOSITE NHỰA PP VÀ BỘT TRẤU

DANH SÁCH CÁC HÌNHTrang Hình 2.1: Thành phần của vật liệu composite...3 Hình 2.2 : Các dạng phá hoại của hệ thống nhiều pha vật ...6 Hình 2.3 : Phản ứng bề mặt xử lý của sợi cellulose vớ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT TƯƠNG HỢP POLYPROPYLENE-GRAFT-ANHYDRIC MALEIC LÊN

COMPOSITE NHỰA PP VÀ BỘT TRẤU

Họ và tên sinh viên : PHAN HOÀNG TÂM

Ngành : Công nghệ hóa học Niên khóa : 2005 - 2009

Tháng 8/2009

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT TƯƠNG HỢP

POLYPROPYLENE-GRAFT-ANHYDRIC MALEIC LÊN COMPOSITE

NHỰA PP VÀ BỘT TRẤU

Tác giả

PHAN HOÀNG TÂM

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành

CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Giáo viên hướng dẫn

ThS TRẦN VĨNH MINH

CẢM TẠ

Luận văn tốt nghiệp là cơ sở để em tổng hợp và vận dụng những kiến thức đãđược học trong suốt thời gian vừa qua Trong quá trình thực hiện luận văn này em đãnhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy Trần Vĩnh Minh đã tận tìnhgiúp đỡ và hướng dẫn em để em có thể hoàn thành tốt luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô đã tận tình dạy dỗ để em có được nhữngkiến thức hoàn thành tốt luận văn

Xin chân thành cảm ơn các anh chị cũng như các cô chú trong Trung Tâm KỹThuật Chất Dẻo và Cao Su Thành Phố Hồ Chí Minh (PRT) đã tận tình giúp đỡ, độngviên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cha mẹ và mọi người thântrong gia đình đã động viên, giúp đỡ con cả về vật chất lẫn tinh thần để con có đượckết quả ngày hôm nay

Sinh viên thực hiện

PHAN HOÀNG TÂM

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hưởng của chất tương hợp polypropylene –graft – anhydric maleic lên composite nhựa PP và bột trấu” được tiến hành tại Trungtâm kỹ thuật chất dẻo và cao su thành phố Hồ Chí Minh (PRT)

Theo phạm vi đề tài nghiên cứu tạo ra chất tương hợp PP-g-MA bằng phươngpháp peroxyt với polypropylene có chỉ số chảy MI là 12, hàm lượng MA là: 2% vàDCP (Dicumyl peroxide) là: 0.4% Nhiệt độ trộn: 1800C, thời gian: 3 phút Sau đó các

PP – g – MA ở các hàm lượng 1%, 3%, 5% được dùng vào quy trình tạo mẫucomposite với các tỉ lệ 50% nhựa polyproylene với 50% bột trấu và 30% nhựapolypropylene với 70% bột trấu

Kết quả thu được là sự khác biệt về cơ tính giữa các hỗn hợp trộn hợp với tỷ lệchất tương hợp khác nhau, chất tương hợp tăng cơ tính tăng Trên cơ sở này tuỳ theocác đặc tính cơ lý mà chúng ta có thể chọn được tỉ lệ trộn phù hợp để thu được hiệuquả kinh tế cũng như yêu cầu sử dụng Khảo sát cho thấy khi sử dụng phụ gia thì độbền va đập tăng so với không sử dụng và ở các hàm lượng phụ gia 1%, 3%, 5% độ bền

va đập tăng lên rất nhiều

MỤC LỤC

Trang

TRANG TỰA i

CẢM TẠ ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG xi

Chương I MỞ ĐẦU 1

1.1 Giới thiệu tổng quát 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Yêu cầu 2

1.4 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu đề tài 2

Chương II TỔNG QUAN 3

2.1 Giới thiệu vật liệu composite 3

2.1.1 Định nghĩa và đặc tính chung 3

2.1.2 Phân loại vật liệu composite 4

2.1.3 Cấu tạo vật liệu composite polymer 4

2.1.3.1 Polymer nền 4

2.1.3.2 Vật liệu gia cường 5

2.1.4 Tính chất kết dính của nhựa nền và sợi 5

2.1.5 Tính chất liên diện và chất tương hợp 7

2.1.6 Phương pháp gia công composite 9

2.1.6.1 Phương pháp đắp 9

2.1.6.2 Phương pháp ép phun 9

2.1.6.3 Phương pháp đùn 10

2.1.6.4 Phương pháp đúc ép 10

2.1.6.5 Phương pháp đúc chuyển 11

2.1.6.6 Phương pháp pulltrution 11

2.1.6.7 Phương pháp quấn 12

2.1.7 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng 12

2.2 Polypropylene (nhựa PP) 14

2.2.1 Khái niệm 14

2.2.2 Tổng hợp 14

2.2.3 Tính chất kết tinh của PP 17

2.2.3.1 Cấu trúc tinh thể 18

2.2.3.2 Độ kết tinh và tính lập thể 18

2.2.3.3 Hình thái học polymer 19

2.2.4 Tính chất của PP 21

2.2.4.1 Tính chất cơ nhiệt 21

2.2.4.2 Tính lưu biến 22

2.2.4.3 Độ bền hóa học 23

2.2.4.4 Các tính chất khác 23

2.2.5 Các phương pháp gia công và ứng dụng của PP 23

2.2.6 Một số loại PP cơ bản 24

2.2.6.1 PP Nomopolymer 24

2.2.6.2 PP impact copolymer 24

2.2.6.3 PP random copolymer 25

2.3 Thành phần hoá học sợi thực vật 25

2.3.1 Cellulose 25

2.3.1.1 Cấu tạo phân tử 25

2.3.1.2 Hình thái Cellulose 26

2.3.1.3 Các tính chất của Cellulose 29

2.3.1.4 Các phương pháp biến tính Cellulose 31

2.3.2 Hemicellulose 32

2.3.3 Lignin 34

2.3.4 Pectin và chất trích ly 36

2.4 Bột trấu 37

2.4.1 Tổng quan về trấu 37

2.4.2 Cấu trúc của trấu 39

2.4.3 Tính chất vật lý của trấu 40

2.4.4 Ứng dụng làm composite từ vỏ trấu 44

2.5 Chất tương hợp (chất liên diện) 45

2.5.1 Maleic anhydric (MA) 45

2.5.1.1 Tính chất vật lý 46

2.5.1.2 Tính chất hoá học 46

2.5.2 Chất tương hợp PP-g-MA 46

Chương III NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 50

3.1 Nguyên liệu 50

3.1.1 Polypropylene (PP) 50

3.1.2 Chất liên diện (Coupling agent) PP-g-MA) 51

3.1.3 Bột trấu 51

3.2 Quy trình thực nghiệm 51

3.2.1 Bột trấu 51

3.2.2 Qui trình tạo chất tương hợp PP_Graft_MA 52

3.3 Tạo mẫu composite 53

3.4 Thiết bị 54

3.4.1 Thiết bị thí nghiệm 54

3.4.2 Thiết bị đo 55

3.5 Tiêu chuẩn đánh giá 55

3.5.1 Tính chất cơ học 55

3.5.2 Nhiệt độ biến mềm vicat – ASTM D 1525 55

3.5.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét – SEM (Scanning electron microscopy) 55

Chương IV KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 56

4.1 So sánh về ảnh hưởng kích thước hạt đến độ bền của vật liệu composite nhựa PP và Bột trấu 57

4.2 Ảnh hưởng của chất liên diện và hàm lượng bột trấu lên tính chất chất cơ lý của mẫu composite nhựa PP và Bột Trấu 61

4.3 So sánh độ bền cơ học của một số mẫu có chất tương hợp MA tự tạo với PP-g-MA của hãng (PolyBond) 69

Chương V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 72

5.1 Các kết quả đạt được 72

5.2 Kết luận 72

5.3 Hướng phát triển của đề tài 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

Chương VI: PHỤ LỤC 74

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

PP : Polypropylene

PE: Polyethylene

ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

PP – g – MA: Polypropylene – graft – Anhydric maleic

CSLM: Confocal scanning laser microscope

SEM: Scanning electron microscopic

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Thành phần của vật liệu composite 3

Hình 2.2 : Các dạng phá hoại của hệ thống nhiều pha vật 6

Hình 2.3 : Phản ứng bề mặt xử lý của sợi cellulose với PP-g-MA và nhựa nền PP bằng phương pháp nóng chảy .8

Hình 2.4 : Mô hình gia công composite bằng phương pháp đắp .9

Hình 2.5: Mô hình gia công composite bằng phương pháp ép phun 10

Hình 2.6: Mô hình gia công composite bằng phương pháp đùn 10

Hình 2.7: Mô hình gia công composite bằng phương pháp đúc ép 11

Hình 2.8: Mô hình gia công composite bằng phương pháp đúc chuyển 11

Hình 2.9: Mô hình gia công composite bằng phương pháp pulltrution 11

Hình 2.10: Mô hình gia công composite bằng phương pháp quấn 12

Hình 2.11: Công nghệ gia công composite nhựa PP và bột trấu 13

Hình 2.12 : Một đoạn mắt xích Polypropylene 14

Hình 2.13: Hình thái isotactic và syndiotactic 14

Hình 2.14: Phản ứng tổng hợp PP dùng xúc tác Zieglar – Natta 16

Hình 2.15: Cấu trúc tinh thể tế bào đơn tà mô tả bởi Natta 18

Hình 2.16: Cấu tạo mạch phân tử PP 19

Hình 2.17: Lớp đơn tinh thể của i.t PP 0.001 % dung dịch trong Chloronaphthalene 20 Hình 2.18: Lớp đơn tinh thể của Isotactic Polypropylene 20

Hình 2.19: Cấu trúc dạng spherulite của isotactic Polypropylene 21

Hình 2.20: Hình thái spherulite PP 21

Hình 2.21: Cấu trúc cellulose: dạng lập thể (a), công thức theo Haworth (b) 26

Hình 2.22: Đơn vị tế bào cơ bản của cellulose: (a) Đơn vị tế bào của cellulose I 26

Hình 2.23: Hệ thống liên kết hyđro trong cellulose I 28

Hình 2.24: Hexose và pentose có trong thành phần Hemicellulose 32

Hình 2.25: Đơn vị cấu trúc cơ bản của lignin 34

Hình 2.26: Một số kiểu liên kết cơ bản trong cấu trúc lignin 35

Hình 2.27: Trấu dùng cho đề tài 37

Hình 2.28: Trấu sau khi được nghiền 37

Hình 2.29: Bề mặt vỏ trấu ở độ phóng đại 200 lần 40

Hình 2.30: Ảnh CSLM của phân tử trấu ở những nhiệt độ khác nhau 41

Hình 2.31: Thay đổi bán kính (a) và tỷ lệ thành phần (b), của những phân tử khác nhau ở 200oC/phút trong điều kiện Argon với khí oxy, áp suất 10-12atm 42

Hình 2.33: Ảnh SEM bề mặt phân tử trấu 42

Hình 2.34: Bề mặt phân tử tại 350oC 43

Hình 2.35: Bề mặt trấu tại 8500C 43

Hình 2.36: Sản phẩm từ bột trấu kết hợp với keo từ dầu điều biến tính 44

Hình 2.37: Profile composite từ nhựa nhiệt dẻo và Bột trấu 45

Hình 2.38: Hình ảnh Maleic anhydride 45

Hình 2.39: Công thức cấu tạo của Polypropylene grafted maleic anhydric (PP-g-MA) 46

Hình 2.40: Sơ đồ phản ứng tạo PP – g – MA bằng phương pháp dùng peroxyt 48

Hình 3.1: Hạt nhựa polypropylene 50

Hình 3.2: Hình dạng của bột trấu 51

Hình 3.3: Máy trộn Brabender và khoan trộn 54

Hình 3.4: Máy ép tạo mẫu 54

Hình 4.1: Độ bền kéo của mẫu có kích thước mịn(M) và vừa(V) tỷ lệ: 50PP-50BT) 57

Hình 4.2: Độ bền kéo của mẫu có kích thước mịn(M) và vừa(V) tỷ lệ:(30PP-70BT) 57 Hình 4.3: Độ dãn dài của mẫu có kích thước mịn(M) và vừa(V) tỷ lệ: (50PP-50BT) 57 Hình 4.4: Độ dãn dài của mẫu có kích thước mịn (M) và vừa (V) tỷ lệ (30PP-70BT) 58 Hình 4.5: Độ bền va đập của mẫu có kích thước mịn(M) và vừa (V) tỷ lệ (50PP-50BT) 58

Hình 4.6: Độ bền va đập của mẫu có kích thước mịn(M) và vừa (V) tỷ lệ (50PP-50BT) 59

Hình 4.7: Độ bền uốn của mẫu có kích thước mịn(M) và vừa (V) tỷ lệ (50PP-50BT).60 Hình 4.8: Độ bền uốn của mẫu có kích thước mịn(M) và vừa (V) tỷ lệ (30PP-70BT).60 Hình 4.9: Độ bền kéo của mẫu có kích thước hạt mịn (M) 61

Hình 4.10: Độ bền kéo của mẫu có kích thước hạt vừa (V) 62

Hình 4.11: Độ dãn dài của mẫu có kích thước mịn (M) 63

Hình 4.12: Độ dãn dài của mẫu có kích thước vừa (V) 63

Hình 4.13: Độ bền va đập của mẫu có kích thước mịn(M) 64

Hình 4.14: Độ bền va đập của mẫu có kích thước vừa (V) 64

Hình 4.15: Độ bền uốn của mẫu có kích thước mịn (M) 65

Hình 4.16: Độ bền uốn của mẫu có kích thước vừa (V) 65

Hình 4.17: Nhiệt độ mềm vicat 66

Hình 4.18: Hình SEM mẫu 50PP-50BT-0 67

Hình 4.19: Hình SEM mẫu 30PP-70BT-0 67

Hình 4.20: Hình SEM mẫu 30PP-70BT-3% PP-g-MA 67

Hình 4.21: Hình SEM mẫu 50PP-50BT-5%PPgMA 67

Hình 4.22: Hình SEM mẫu 30PP-70BT-5%PPgMA 67

Hình 4.23: Độ bền kéo của mẫu composite với chất tương hợp PPgMA tự tạo và của hãng Polybond 70

Hình 4.24: Độ dãn dài của mẫu composite với chất tương hợp PPgMA tự tạo và của hãng Polybond 70

Hình 4.25: Độ bền va đập của mẫu composite với chất tương hợp PPgMA tự tạo và của hãng Polybond 71

Hình 4.26: Độ bền uốn của mẫu composite với chất tương hợp PPgMA tự tạo và của hãng Polybond 71

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1:Thống kê sản xuất lúa, trấu và tro ở 20 nước cao nhất năm 2002 37

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của PP 50

Bảng 3.2: Tính chất của phụ gia PP-g-MA (Bondyram 1001) 51

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của Bột Trấu: 52

Bảng 3.4: Tạo mẫu composite với kích thước Mịn (M)và Vừa (V) 54

Bảng 4.1: Tính chất cơ lí của các mẫu composite 56

Bảng 4.2: Độ bền kéo và độ dãn dài của mẫu composite 69

Chương I

MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu tổng quát

Vật liệu Composite từ nhựa Polyolefine và bột gỗ cần thiết cho đặc trưng riêngthân thiện với môi trường đã và đang được phát triển Trong khi các nguồn nhiên liệuthiên nhiên bị giới hạn và những qui định về môi trường rất khắc khe Yêu cầu tiếtkiệm nguồn nguyên liệu hóa thạch và bảo vệ bầu khí quyển khi phải được quan tâmkhi phát triển những vật liệu mới Do đó vật liệu tái chế và thân thiện môi trường rấtđược quan tâm

Các loại vật liệu nhựa nền thích hợp cho sợi thực vật gia cường là nhựa nhiệtrắn, nhựa nhiệt dẻo và polyolefine (PE,PP), nhựa PP có những ưu điểm về kinh tế, sinhthái học và yêu cầu kỹ thuật (độ ổn định nhiệt cao hơn PE)

Polypropylene (PP) là một polymer phổ biến có những tính chất có khả năng

mở rộng nhiều ứng dụng của polymer có tính năng cao PP trở thành polymer phổbiến, và nó ứng dụng trong nhiều lĩnh vực có những tính chất chất riêng được yêu cầu:công nghệ ép khuôn, công nghệ đùn, công nghệ ép phun, công nghệ nhiệt định hình

PP có độ bền cao hơn các loại Polyolefine khác, tỷ trọng thấp và khả năng kháng nhiệtchấp nhận được và nó được tổng hợp nhiều loại có trọng lượng phân tử khác nhau vàcác loại copolymer khác nhau

Nhiều loại chất độn được sử dụng trong composite nhựa PP để tăng cơ tính Cácloại chất độn thường dùng là bột talc, calcium carbonate, barium sunlfate, calciumsilica và Kaolin Sợi thủy tinh thường tạo ra tính năng cao Sợi thiên nhiên có nhiều lợiích nhờ các ưu điểm như: giá thành rẻ, dễ dàng tìm được và thích hợp cho nhiều loạiứng dụng của PP composite Sợi thiên nhiên cơ bản là cấu trúc cellulose

Hiện nay Bột trấu ở nước ta sử dụng chủ yếu làm chất đốt và làm phụ gia trongngành xi măng tuy nhiên giá trị mang lại không cao Trong đề tài này chúng tôi nghiêncứu ứng dụng Bột trấu vào trong compsosite nhựa PP để tạo ra các sản phẩm thay thế

gỗ với nhiều ưu điểm kháng nước, chịu được ánh nắng, thân thiện với môi trường, giáthành hạ, chúng ta chủ động nguồn nguyên liệu và giải quyết vấn đề ô nhiễm môi

trường cho ĐBSCL Tuy nhiên sự liên kết của nhựa PP và Bột trấu rât thấp vì vậynhằm cải thiện sự tương tác giữa các bề mặt không tương hợp, thêm vào chất tươnghợp hoặc biến tính bề mặt của sợi (hoặc nhựa nền) là điều được nhìn nhận Có nhiềuphương pháp để tăng độ kết dính của nhựa PP và Bột trấu hay sợi cellulose Phươngpháp phổ biến hiện nay sử dụng phụ gia nối ghép trong quá trình gia công nóng chảy.

1.2 Mục tiêu của đề tài

 Tạo composite nhựa polypropylene và bột trấu có cơ tính tốt

 Biến tính bột gỗ xử lý bằng chất tương hợp (coupling agent) PP – g – MA

 So sánh đánh giá phụ gia PP – g – MA tạo ra so với PP – g – MA của hãngnước ngoài

1.4 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu đề tài

Trong phần nghiên cứu này sử dụng bột trấu nghiền mịn gia cường cho nhựa

PP Bột trấu được nghiền mịn và được rây trên 2 kích thước hạt khác nhau là 40µ m và100µm Tạo mẫu composite với các hàm lượng chất tương hợp PPgMA là 1%, 3% và5% và hàm lượng bột trấu là 50% và 70%

Chương II

TỔNG QUAN2.1 Giới thiệu vật liệu composite [1]

2.1.1 Định nghĩa và đặc tính chung

Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai vật liệu trở lên có bản chất khác nhau

mà trong đó có 2 thành phần chính là vật liệu nền và cốt tăng cường Vật liệu tạo thành

có đặc tính trội hơn đặc tính của từng vật liệu thành phần khi xét riêng lẻ

Trong trường hợp tổng quát nhất, một vật liệu composite gồm một hay nhiều phagián đoạn được phân bố trong một pha liên tục Khi vật liệu gồm nhiều pha gián đoạn,

ta gọi đó là composite pha gián đoạn và thường có cơ tính trội hơn pha liên tục

 Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (reinforced)

 Pha liên tục được gọi là nền (matrix)

Hình 2.1: Thành phần của vật liệu composite

Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc vào :

 Cơ tính của các vật liệu thành phần

 Lực phân bố hình học của vật liệu cốt

 Tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần

Để có thể mô tả một vật liệu composite, ta cần phân biệt rõ :

 Nguồn gốc và tính chất các vật liệu thành phần

 Dạng hình học của vật liệu cốt và lực phân bố của nó

 Đặc điểm giữa mặt tiếp xúc giữa vật liệu cốt và vật liệu kết dính

Đặc trưng hình học của vật liệu cốt được xác định bởi: hình dạng, kích thước, độtập trung và phương phân bố

Độ tập trung của vật liệu cốt thường được xác định qua tỉ lệ thể tích hoặc tỉ lệkhối lượng Đây là thông số quan trọng quyết định tính chất cơ học của vật liệucomposite Khi vật liệu cốt được phân bố đều theo thể tích ta được vật liệu đồng nhất.Khi vật liệu cốt phân bố không đều, vật liệu composite sẽ bị phá hủy ở nơi ít vật liệucốt trước và kết cục là độ bền của vật liệu bị giảm đi.

Trong trường hợp composite cốt sợi, phương của sợi quyết định tính dị hướngcủa vật liệu Đây là một đặc trưng trội nhất của vật liệu composite, có nghĩa là ta cóthể điều khiển được tính dị hướng của vật liệu và chọn những phương án công nghệphù hợp với những tính chất mong muốn

2.1.2 Phân loại vật liệu composite

Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và bản chất của các vật liệuthành phần:

2.1.2.1 Phân loại vật liệu composite theo hình dạng:

a.Vật liệu composite cốt sợi :

Sợi gia cường ở dạng liên tục, dạng gián đoạn: cắt ngắn, vụn và cũng có thể ởdưới dạng bện Ta có thể tạo ra vật liệu có cơ-lý tính khác nhau, khi chú ý tới :

 Bản chất của vật liệu thành phần

 Tỉ lệ của các vật liệu tham gia

 Phương của sợi

b.Vật liệu composite cốt hạt:

Vật liệu cốt có dạng hạt Hạt thường được sử dụng để cải thiện 1 số tính chất cơtính của vật liệu hoặc vật liệu nền như tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt, chịumài mòn, giảm độ co ngót Cũng có khi hạt được sử dụng để làm giảm giá thành sảnphẩm Việc lựa chọn phương án kết hợp hạt - nhựa phụ thuộc vào cơ - lý tính mà tamuốn có

2.1.3 Cấu tạo vật liệu composite polymer

Thành phần của composite polymer bao gồm polymer nền và cốt gia cường

2.1.3.1 Polymer nền

Là chất kết dính, đóng vai trò chuyển ứng suất sang độn khi có ngoại lực tác dụnglên vật liệu Trong thực tế người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt dẻo hay nhiệt rắn:

 Nhựa nhiệt dẻo như : PE, PS, ABS, PVC vật liệu gia cường được trộnvới nhựa và gia công trên máy đúc tiêm ở trạng thái nóng chảy.

 Nhựa nhiệt rắn như : PU, PF, UF, epoxy, polyester không no và được giacông dưới áp suất, nhiệt độ cao, riêng đối với epoxy và polyester không no

có thể tiến hành ở điều kiện thường và gia công bằng tay

Nhìn chung nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn so với nhiệt dẻo vì vậy

mà đa số vật liệu composite đều có polymer nền là nhưạ nhiệt rắn

2.1.3.2 Vật liệu gia cường

Vật liệu gia cường đóng vai trò là các điểm chịu ứng suất tập trung vì độn thường

có tính chất cơ lý cao hơn nhựa

Người ta đánh giá chất độn dựa trên các đặc điểm sau:

 Tính gia cường cơ học

 Tính kháng hoá chất, môi trường, nhiệt độ

 Khả năng phân tán vào nhựa

 Khả năng truyền nhiệt và giải nhiệt

 Thuận lợi cho quá trình gia công

 Giá thành hạ, khối lượng nhẹ

Tuỳ thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản phẩm cụ thể mà người ta chọn lựavật liệu độn cho thích hợp Có 2 loại độn:

 Độn dạng sợi: sợi có tính năng cao hơn so với các loại độn khác tuy nhiêngiá thành cũng cao hơn, thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấpnhư: sợi thuỷ tinh, sợi cacbon, sợi bo, sợ amid, sợi cacbuasilic

 Độn dạng hạt: thường sử dụng là : silica, CaCO3, vảy mica, vảy kim loại,độn khoáng như: cao lanh, đất sét, grafic

2.1.4 Tính chất kết dính của nhựa nền và sợi

Giới thiệu về kết dính

Hiện nay kết dính là 1 vấn đề có ý nghĩa thực tiễn lớn, đóng vai trò hết sức quantrọng trong cuộc sống và hầu hết các ngành kỹ thuật hiện đại, các chất kết dính nàythường là làm từ vật liệu polymer Về bản chất, những lực liên kết cơ bản trong kếtdính, ngoại trừ lực cơ học ở mức độ vĩ mô, chính là những lực tương tác phân tử

Độ bền mỗi khối kết dính phụ thuộc vào bản chất của các kết dính sau:

b.Kết dính tự tạo

Là kết dính của vật thể đồng lọai, khác với kết dính ngọai, ở đây kết dính xảy ranhờ lực liên kết giữa các nguyên tử, phân tử đồng loại kết dính với nhau

c.Kết dính nội

Là kết dính của các phân tử, nguyên tử ion trong bản thân vật thể Kết dính này

do lực liên kết hóa học, lực Van-der-Walls, và liên kết hidro

Hình 2.2 : Các dạng phá hoại của hệ thống nhiều pha vật thể A kết dính với vật thể B

a) Kết dính ngoại

b) Kết dính tự tạo

c) Kết dính nộid) Kết dính hỗn hợp

2.1.5 Tính chất liên diện và chất tương hợp

Điều kiện liên diện giữa các pha thường rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến tínhchất cuối cùng của vật liệu

Tác nhân liên kết được dùng để liên kết nhựa và sợi cũng như chất độn Tác nhânliên kết là những phân tử hydrocacbon, một đầu tương tác với nhựa và đầu kia tươngtác với sợi hay chất độn Thông thường sợi xử lý với chất liên kết trước khi đưa nhựavào, nó sẽ phủ 1 lớp kết dính hóa học

Nhựa PP có thể sử dụng nhiều tác nhân liên kết được thiết kế đặc biệt : axit béovới dầu rái và sáp PPgMA

Tác nhân liên kết tác dụng thấm ướt chiếm chỗ nước và không khí làm cho việcphân tán chất độn được đều Độ nhớt thường tăng khi có chất độn nhưng nếu dùng tácnhân liên kết thì độ nhớt giảm, điều này cho phép chất độn với thành phần cao

Trộn polymer nhiều pha, sự kết dính bề mặt có tác dụng ảnh hưởng đến sự biếntính khả năng chịu va đập Để cải thiện sự kết dính bề mặt dùng tác nhân liên diện đó

là copolymer ghép Copolymer ghép tương hợp các pha khác nhau trong hỗn hợp trộn.Chất liên diện làm thay đổi sức căng bề mặt và hoạt hóa sự kết dính bề mặt Kết quảcủa sự cải tiến có nhiều ưu điểm, sự phân tán tốt của các thành phần trong hỗn hợp vàcải thiện tốt tính chất cơ lý Độ kết dính bề mặt nội giữa nhựa nền và sợi gia cườngảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của vật liệu

Có hai phương pháp biến tính hóa học bề mặt sợi bằng chất tương hợp PPgMA,thứ nhất biến tính bằng phương pháp dung môi, thứ hai biến tính bằng phương phápnóng chảy

Phản ứng ghép xảy ra giữa nhóm OH của sợi với nhóm Ahydric maleic của chấttương hợp PPgMA tạo liên diện liên kết nhựa nền PP với sợi

Hình 2.3 : Phản ứng bề mặt xử lý của sợi cellulose với PP-g-MA và nhựa nền PP bằng

phương pháp nóng chảy

● Chất tương hợp :

Polypropylen là polymer rất phổ biến, có nhiều tính chất đa dạng, tính chất cơ lýcủa PP được biến tính nhằm tăng cường phạm vi sử dụng Chất độn và sợi gia cườngthường sử dụng như bột talc, CaCO3, sợi thủy tinh, sợi cellulose… Chất độn và sợi giacường thường phân cực, nhựa PP không phân cực nên sự kết dính giữa chất độn, sợigia cường với PP là rất thấp, trong quá trình trộn thì có sự tách pha, sự phân tán chấtđộn khó khăn và không gia cường cho nhựa nên làm giảm tính chất cơ lý của vật liệu.Một số phương pháp có thể cải thiện những nhược điểm trên Thông dụng dùngphương pháp xử lý bề mặt chất độn như silane, axit stearit, titinate Phương pháp khác

là biến tính hóa học PP bởi nhóm phân cực như Axit Acrylic hoặc Anhydric Maleic.Polypropylen grafted maleic anhydric (PPgMA) là chất tương hợp cho PP để tạoblend Chất tương hợp PPgMA với hàm lượng gắn anhydric khác nhau và trọng lượngphân tử khác nhau ảnh hưởng đến sự kết dính của PP Kỹ thuật khác nhau có thể thựchiện sự phát triển chất tương hợp PP được ghép với monomer khác nhau bằng cácphương pháp như đùn nóng chảy, phương pháp dung dịch, pha rắn và phương phápperoxit hóa và bức xạ gây ra phản ứng đồng trùng hợp ghép Đa số maleic anhydricđược dùng để biến tính PP

Đồng trùng hợp ghép của monomer khác nhau trên sườn PP ở đầu mạch để tạo

ra sản phẩm có tính chất đặc thù Sự biến tính PP được dùng với monomer có nhómchức không no như Maleic anhydric (MA) thu được polymer hoạt động Công thứcquy trình ghép PP với MA, nó tạo ra liên kết ngang hoặc sự đứt mạch xuất hiện đồngthời với phản ứng ghép Quy trình dung dịch để đồng trùng hợp ghép được nghiên cứusớm hơn, dự định phản ứng ghép liên quan đến việc gắn MA ở cacbon bậc 3 trên mạchcủa PP Khả năng MA ghép kết thúc làm mạch PP giảm cấp Qui trình nóng chảy đượcnghiên cứu sau này, Gaylord và Mishra đã thành công khi MA có thể thay thế H bậc 3.Hai nhà nghiên cứu đưa ra giả thiết đánh giá khả năng cơ chế ghép MA trên PP với sự

có mặt của Peroxit hữu cơ

2.1.6 Phương pháp gia công composite

Nhựa nhiệt rắn: sợi ngắn được định hình trước nếu cần, được đặt vào khuôn, sau

đó khuôn đóng lại, kẹp chặt và nhựa được phun vào từ đầu trộn có độ khuấy trộn cao

Hình 2.5: Mô hình gia công composite bằng phương pháp ép phun.

2.1.6.3 Phương pháp đùn

Kỹ thuật đùn được phát triển để làm những sản phẩm dạng thanh Hỗn hợp sợi vànhựa cho vào máy đùn để đùn ra những sản phẩm profile Thông thường kỹ thuật đùndùng để tạo những sản phẩm composite nhựa nhiệt dẻo

Hình 2.6: Mô hình gia công composite bằng phương pháp đùn.

2.1.6.4 Phương pháp đúc ép

Kỹ thuật đúc ép sử dụng để tạo những sản phẩm có kích thước lớn Sợi được dệt

ở dạng mat hoặc provin, nhựa nền có thể ở dạng hạt hoặc dạng sợi Sản phẩmcomposite được ép dưới máy ép thủy lực, hình dạng của sản phẩm được định hình saukhi làm nguội

Hình 2.7: Mô hình gia công composite bằng phương pháp đúc ép.

2.1.6.7 Phương pháp quấn

Trong phương pháp quấn, các cốt sợi, băng sợi, các tấm vải… Sau khi tẩm quanhựa nền polymer, sẽ được quấn lên trục của khuôn có hình dáng của mặt trong kếtcấu cần chế tạo Sau khi quấn với số lần quấn xác định theo những chiều khác nhau,đạt được độ dày và cấu trúc cốt kết cấu, sản phẩm trải qua quá trình polymer hóa rồilàm nguội

Hình 2.10: Mô hình gia công composite bằng phương pháp quấn.

2.1.7 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng

Vật liệu composite rất phong phú và đa dạng được sư dụng rất rộng rãi trong cáclĩnh vực của cuộc sống do các đặc điểm ưu việt của nó:

 Giá thành rẻ hơn thép không gỉ

 Tỷ số tính năng cơ lý/giá cả và tỷ số tính năng cơ lý/khối lượng cao hơnsắt thép rất nhiều

 Nhẹ hơn nhôm

 Phương pháp gia công chế tạo đơn giản và đa dạng

 Dễ tạo hình, thay đổi và sửa chữa

 Không tốn kém trong bảo quản và chống ăn mòn

 Với các ưu điểm nổi bật đó, vật liệu composite ngày càng đi sâu vào cáclĩnh vực và đời sống như :

 Vật liệu gia dụng : lavabo, bồn tắm, bàn ghế, tấm trần, tấm cách âm

 Vật liệu xây dựng : tấm lợp, cấu kiện nhà lắp ghép, dầm chịu lực, đá ốplát

 Vật liệu điện : mạch in, tấm cách điện, vỏ bảo vệ các vi mạch cao tầng,

vỏ các thiết bị điện, máy biến thế

 Vật liệu chịu hoá chất : ống dẫn, bồn chứa, bể điện phân

 Giao thông vận tải : vỏ tàu, vỏ thân xe hơi

 Hàng không, vũ trụ : cánh, khung thiết bị đáp

Composite là vật liệu của ngày mai, nó đang thay thế dần cho các vật liệu truyềnthống: gỗ, kim loại, sứ

Hình 2.11: Công nghệ gia công composite nhựa PP và bột trấu.

Tính chất vật lý và hóa học :

Tỷ trọng: 0.85 g/cm3 (vô định hình); 0.95 g/cm3 (kết tinh)

Nhiệt độ chảy: khoảng 1650C

Độ kết tinh trung bình

Modun đàn hồi ở mức trung bình

Bền mỏi cao nên được dùng nhiều trong các ứng dụng bản lề

Được sử dụng nhiều trong y tế và phòng thí nghiệm do chịu nhiệt tốt, bao

bì thức ăn được làm từ PP sẽ không bị chảy trong quá trình xử lý

2.2.2 Tổng hợp

Hình 2.13: Hình thái isotactic (hình trên) và syndiotactic (hình dưới).

Cấu trúc của PP quyết định tính chất của sản phẩm, sự định hướng của nhómmethyl (-CH3) có tính chất quyết định đối với khả năng kết tinh của polymer (nó sẽgây ra hiệu ứng không gian, và khả năng uốn cong của mạch phân tử).

Điều chế PP trọng lượng phân tử cao tiến hành trong điều kiện có xúc tác dị thể.Cấu tạo bề mặt kết tinh của chất xúc tác có vai trò quan trọng trong việc điều chếpolymer có cấu trúc không gian đều đặn Qua nhiều quá trình nghiên cứu có hệ thống,người ta cho rằng, trước hết các phân tử monomer bị hấp thụ lên bề mặt chất xúc tác

và định hướng, sau đó dính với mạch polymer nhờ mở nối đôi Kết quả thu đượcpolymer kết tinh đại phân tử có cấu tạo thẳng và đều đặn

Bằng cách thay đổi hệ thống xúc tác, có thể loại trừ tác dụng không gian củachất xúc tác và từ monomer trên thu được polymer vô định hình, thay đổi tỉ lệ giữapolymer có cấu trúc đều đặn và không đều đặn Nếu sử dụng xúc tác ở dạng huyền phùthì polymer có cấu trúc không đều đặn (atactic)

Trùng hợp không gian là loại trùng hợp ion có hệ xúc tác (chất xúc tác và chấtđồng xúc tác) Chất xúc tác là các hợp chất kim loại nhóm IV, VIII ở trạng thái oxyhóa thấp, chất đồng xúc tác là các hợp chất tạo ra các ion hidro hoặc các banion (cáchydrit kim loại, alkyl kim loại, LiCH3, Al(C2H5)3…) Các chất hãm quá trình trùng hợp

là các axit trung tính, nước, các hợp chất halogenua béo

Trùng hợp có thể thực hiện trong các hợp chất chứa halogen và trong cáccacbua hydro Năng lượng hoạt hóa quá trình không đáng kể Nếu giảm nhiệt độ phảnứng thì thu được polymer có cấu trúc không gian đều đặn hơn và nếu tốc độ trùng hợpnhỏ thì thành phần polymer không gian cũng cao hơn

Trùng hợp propylene có cấu tạo không gian không cao có thể thực hiện trong hệxúc tác : dung dịch TiCl4 (0.02 trong 50 ml n-heptan) và trietyl nhôm (0.05 trong 250

ml n-heptan) ở 35-800C và áp suất propilen 3-5 at Nếu muốn có cấu tạo không giancao thì dùng xúc tác, trộn TiCl4 nghiền mịn (0.08 mol) và dung dịch dietylaluminclorit (0.024 mol trong 300 ml n-heptan) 70-900C và áp suất 5 at

Có thể dùng dung môi (n-heptan hoặc các cacbua khác có nhiệt độ sôi thấp hơn,nhiệt độ nóng chảy của lime kết tinh đến 40-800C) để tách các polypropylen có độ kếttinh cao ra khỏi phần vô định hình hoặc có độ kết tinh thấp Những phần polypropylen

có cấu trúc vô định hình là những phần có cấu tạo atactic hoặc có những mạch ngắn

izoatactic sắp xếp lẫn lộn giữa những atactic Do những polymer này có thể xem nhưnhững polymer đồng trùng hợp khối, đồng trùng hợp khối này khác với đồng trùnghợp khối bình thường ở chỗ là không đi từ những monomer khác nhau mà từ mộtmonomer nhưng có sự sắp xếp không gian khác nhau trong một mạch polymer.

 Hệ xúc tác trùng hợp PP

H H

or metallocene catalysis

H H

H

H

H H

H

H H

H

C yclopentadiene C yclopentadiene anion

Ferrocene

* Cấu trúc của polypropylene

ra cấu trúc hình thái học (hình thái spherulite và đơn tinh thể) PP có một phần kết tinh

và độ kết tinh được xác định bởi tia X hoặc 1 số phương pháp khác Điều kiện và tốc

độ kết tinh rất quan trọng Yêu cầu chung độ kết tinh của phân tử polymer là đồngphân cấu trúc phân tử đều đặn, một điều kiện thích hợp cho năng lượng của sự kếttinh

Các thông số ảnh hưởng đến sự kết tinh

 Cấu trúc phân tử: sự kết tinh thuận lợi cho những phân tử polymer mạchthẳng có nhóm thế nhỏ, sự hiện diện của nhánh ngăn cản sự sắp xếp đềuđặn và giảm khả năng kết tinh

 Khối lượng phân tử: các polymer có khối lượng phân tử nhỏ thì sự kết tinh

dễ hơn polymer có khối lượng phân tử lớn

 Sắp xếp hình học: chỉ có các polymer iso và syndiotactic dễ dàng kết tinh

do sự thuận lợi về mặt không gian khi tiến gần nhau, sắp xếp trật tự liềnmạch

 Quá trình cơ nhiệt: thông số rất quan trọng ảnh hưởng đến quá trình kếttinh

2.2.3.1 Cấu trúc tinh thể

Cấu trúc tinh thể i.t PP được mô tả bởi Natta từ tia X, mẫu như là tế bào đơn tàchứa 4 mạch và 12 đơn vị monomer, tỷ trọng khoảng 0.936 và thông số (A0): a=6.65,b= 20.96, c= 6.65, B=99026

Từ chu kỳ đồng nhất trong trục C: c = 6.50 A0, điều đó đưa đến kết luận nhiềumạch có cấu trúc xoắn ốc không gian 3 chiều Bên cạnh hình dạng đơn tà của i.t PPcòn có dạng đa hình khác là dạng lập phương (thông số: a= 12.74, c= 6.35), nó xuấthiện trong dạng hình cầu Dạng lập phương cũng đặc trưng cho cấu trúc dạng xoắn 3chiều của mạch polymer

Hình 2.15: Cấu trúc tinh thể tế bào đơn tà mô tả bởi Natta.

2.2.3.2 Độ kết tinh và tính lập thể

Độ kết tinh là 1 phần của vật liệu kết tinh, có thể xác định bằng DSC và cácphương pháp khác Dữ liệu DSC có thể dùng để xác định nhiệt chảy mềm trên phầntrọng lượng của PP và từ đó xác định % vật liệu kết tinh, theo giả thiết giá trị nhiệt độchảy của PP kết tinh là 100% là gần 209 J/g

PP thương mại có cấu trúc Isotactic cao và 1 phần nhỏ là cấu trúc atactic Vậtliệu isotactic là dạng kết tinh, vật liệu atactic là dạng vô định hình Tỷ lệ cường độ của

vùng isotactic so với vùng của pha vô định hình trong phổ IR của i.t PP nóng chảy đođược độ lập thể, tỷ lệ này thay đổi từ 0-90%.

Hình 2.16: Cấu tạo mạch phân tử PP.

2.2.3.3 Hình thái học polymer

Polymer kết tinh có thể xuất hiện 2 dạng hình thái học : sự kết tinh từ dung dịchloãng hình thành cấu trúc dạng spherulite Sự định hướng của phân tử polyme trongcấu trúc đưa đến khái niệm mạch gấp khúc

a Hình thái dạng lớp

Bằng cách làm nguội dung dịch rất loãng của PP có khả năng kết tinh, chúng sẽkết tủa dưới dạng đơn tinh thể Trong tất cả các trương hợp những tinh thể này gồmcác phiến có bề dày khoảng 100 A0 Tinh thể đơn giản nhất là các lớp đơn phân tử,phức tạp hơn là những tinh thể có khoảng 10 cho đến vài trăm phiến, tất cả nhữngphiến này đều bắt nguồn từ 1 hạt nhân Những phân tử polymer này ít nhiều đều đượccuộn gấp từ chỗ này đến chỗ khác trong tinh thể với chu kỳ uốn gấp tương ứng với bềdày của phiến, xấp xỉ 100 A0, một đơn tinh thể gồm khoảng 108 phân tử Trong những

điều kiện đặc biệt đơn tinh thể PP có thể thu được ở dạng lục tà bằng quá trình kết tinh

Bản thân spherulite là tinh thể nhưng không gian giữa các spherulite là không

có Dưới điều kiện sự kết tinh ngẫu nhiên của i.t PP có thể tạo ra tối thiểu 2 dạngspherulite bao gồm những thớ nhỏ tạo nên những lớp có bề dày giống đơn tinh thể

Sử dụng Polarizing microscope hoặc kính hiển vi điện tử có thể quan sát nghiêncứu dạng hình cầu.

Hình 2.19: Cấu trúc dạng spherulite của isotactic Polypropylene.

Hình 2.20: Hình thái spherulite PP (nền sáng- hệ sáu phương, nền đen- hệ đơn tà) 2.2.4 Tính chất của PP

2.2.4.1 Tính chất cơ nhiệt

Tính chất vật lý của i.t PP về cơ bản được xác định qua mức độ lập thể và khốilượng phân tử của chính loại nhựa này Nhiệt độ chảy của PP vào khoảng 1760C vànhiệt độ thủy tinh hoá khoảng -300C

Nhiệt dung của PP : Cp i.t PP = 0.43÷ 0.46 ( cal/g0C-1)

Cp A.t PP = 0.56 ( cal/g0C-1)

Sự phụ thuộc của CP theo nhiệt độ, khi nhiệt độ không quá 1000C có thể biểudiễn theo công thức sau :

CP = 0.3669 + 0.00242t; trong đó t là nhiệt độ trong hệ Celcius

Độ dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng theo ASTM C117 của i.t PP vào khoảng 5.8)x 10-4 (cal/cm.0C)

(2.8-Độ khuếch tán nhiệt d : dùng để xác định tốc độ chảy của vật liệu polyme dướitác động của nhiệt độ, độ khuếch tán tính như sau :

d = K / CP , trong đó K là độ dẫn nhiệt của vật liệu

Hệ số dãn nở nhiệt của i.t PP theo ASTM D696 nằm trong khoảng từ 10.2)x 105 (0C-1)

(5.8- Cơ tính :

Cơ tính của i.t PP phụ thuộc chủ yếu vào độ kết tinh của nó Do nhiệt độ chảycủa pha kết tinh tương đối cao nên độ bền cơ vẫn giữ được khi sử dụng ở nhiệt độ khácao Tuy nhiên vật liệu này khó có thể sử dụng dưới nhiệt độ thủy tinh hóa do vật liệu

sẽ trở nên dòn ở nhiệt độ này Hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tính chất của

PP đó là khối lượng phân tử và dạng đồng phân lập thể

+ Modul : Modul đàn hồi E được định nghĩa theo công thức sau :

G = L.F / L.ATrong đó L là chiều dài của mẫu thử,

F là lực cần thiết để kéo dài mẫu 1 đoạn L

A là diện tích mặt cắt ngang của mẫu

+ Điểm chảy, độ bền kéo và độ dãn dài : những thông số này thông thườngđược xác định qua đường cong ứng suất-biến dạng

Việc xác định tính chất dòng chảy của polyme thông thường có thể xác địnhqua máy Brabender.

2.2.4.4 Các tính chất khác

Tính chất cơ học của PP phụ thuộc vào trọng lượng phân tử trung bình, vào độđồng đều và hàm lượng polymer atactic Nếu hàm lượng polymer atactic giảm và trọnglượng phân tử tăng thì tính chất của polime tốt hơn

PP là loại polymer nhiệt dẻo có tỷ trọng thấp nhất Độ bền kéo đứt, ổn địnhnhiệt của nó cao hơn PE, polistirol và một số loại nhựa PVC.Còn các tính chất cơ họckhác thì gần như PVC và PS

Tính cách điện và thấm khí hơi thua PE, PE thấm nước hơn PP Nhược điểmcủa PP là chịu lạnh thấp (từ -200C đến -150C)

2.2.5 Các phương pháp gia công và ứng dụng của PP

Các phương pháp gia công :

 Do tính cách điện tốt và không phụ thuộc độ ẩm, chịu nhiệt nên dùng nhiều

PP để sản xuất dây cách điện, đặc biệt ở những nơi cần nhiệt độ cao

 Do có hệ số hao tổn điện môi thấp nên không hàn PP bằng điện cao tầnđược, muốn hàn phải cho thêm PVC

 Sợi PP đàn hồi hơn và không dão bằng sợi PE, có độ bền không kém sợiPolyamid, do đó người ta dùng để pha vào len, bông, nilon… Nhược điểm là

Khi so sánh với PE, i.t PP dễ bị oxi hóa bởi nhiệt và ánh sáng hơn Khi gia công

ở điều kiện thường, PP dễ bị cắt mạch ngẫu nhiên làm giảm khối lượng phân tử

Gia công và ứng dụng :

PP có thể gia công bằng phương pháp : ép đùn, ép phun, thổi, nhiệt định hình.Sản phẩm có định hướng cao gia công bằng phương pháp đùn đi từ PP có chỉ số chảythấp: băng, dây, sợi,…, đùn profile, màng…

Sợi PP đàn hồi hơn PE, bền tương đương PA, có thể dùng pha vào len, bông,nilon…Các sản phẩm ép phun đi từ PP: các loại bàn ghế ngoài trời, các sản phẩm giadụng

2.2.6.2 PP impact copolymer

Tính chất :

PP dòn ở nhiệt độ thấp, đặc biệt dưới Tg cho nên đối với 1 số sản phẩm PP cần

độ bền va đập ở nhiệt độ thấp, người ta copolymer với elastomer, thường dùng hệethylene/propylen rubber

PP impact copolymer có độ bền va đập tăng nhưng giảm độ cứng, nhiệt độ biếndạng so với PP homopolymer

Ứng dụng :

PP impact chủ yếu dùng công nghệ ép phun với các sản phẩm chính trongngành tự động, nội thất, thiết bị Ngoài ra chúng có chỉ số chảy thấp, đùn màng, tấm,

2.2.6.3 PP random copolymer

PP random copolymer là PP mà mắc xích được biến tính bằng cách gắn cácphân tử monomer khác nhau (thường dùng PE) Điều này làm thay đổi tính chất vật lýcủa polymer : tăng tính chất quang học (độ trong và độ sáng), tăng độ bền va đập, uốndẻo và giảm nhiệt độ chảy Tuy nhiên tính chất kháng khí, mùi, hóa chất giống như PPhomopolymer

Ethylene/propylen random copolymer được đồng trùng hợp, PP randomcopolymer thường chứa 1-7% khối lượng là ethylene, 90-93% là polypropylen Phân

tử ethylene chen vào giữa 2 phân tử propylene (75%) còn 25% là hai phân tử ethylenechen vào giữa 2 phân tử polypropylene

PP random copolymer do có nhóm ethylene chen vào giữa mạch polymer làmcản trở sắp xếp kết tinh nên giảm độ kết tinh so với PP homopolymer tương ứng tínhchất vật lý : giảm độ cứng, tăng độ kháng va đập, tăng độ trong, giảm nhiệt nóng chảythuận lợi cho 1 số ứng dụng

2.3 Thành phần hoá học sợi thực vật [2]

2.3.1 Cellulose [2]

2.3.1.1 Cấu tạo phân tử

Cellulose là hợp chất cao phân tử, đơn vị mắt xích là các glucopyranoza (gọi tắt là D-glucoza) Công thức phân tử của cellulose là (C6H10O5)n ,trong đó n là độ trùng hợp Tùy vào nguồn gốc của cellulose và phương pháp xử lý sợi

anhydro D-mà các chỉ số sẽ khác nhau Độ trùng hợp của cellulose thực vật khoảng 10000

Các đơn vị mắt xích của cellulose chứa 3 nhóm hydroxyl tự do, gồm 1 nhómrượu bậc I và 2 nhóm rượu bậc II Các nhóm hydroxyl ở mỗi đơn vị mắt xích liên kếtvới nguyên tử cacbon ở vị trí 2,3 và 6

Các đơn vị D-glucoza trong cellulose có dạng vòng sáu cạnh, vì vậy cellulosetương đối bền trong môi trường acid

Các đơn vị mắt xích nối với nhau nhờ liên kết glucozit Liên kết giữa các đơn vịmắt xích là -glucozit Đơn vị tuần hoàn trong cellulose là hai đơn vị glucose anhydricliên tiếp- đơn vị cellulose Như vậy cellulose có thể xem là một polymer điều hòakhông gian, công thức cấu tạo có thể biểu diễn như sau:

O O

O

O OH

O O

Hình 2.21: Cấu trúc cellulose: dạng lập thể (a), công thức theo Haworth (b)

và công thức theo Mill (c)

2.3.1.2 Hình thái Cellulose

Từ những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ XX, bằng phương pháp tia X Nishikawa

và Ono đã nhận thấy cấu trúc cellulose có những nét đặc trưng cho vật liệu tinh thể vàtrong đó các tinh thể định hướng theo trục của xơ sợi

Mô hình mạng tinh thể cellulose do Mayzer và Misch đưa ra là mô hình đầutiên được thừa nhận:

Hình 2.22: Đơn vị tế bào cơ bản của cellulose: (a) Đơn vị tế bào của cellulose I

(b) Giả thiết sự sắp xếp của phân tử trong tinh thể cellulose I (từ Meyer và Misch)

(c) Đơn vị tế bào của cellulose II

Theo mô hình này, mạng tinh thể là khối hộp đứng có tiết diện bình hành Bốnmạch phân tử định hướng song song với trục của khối hộp và nằm dọc theo các cạnhđứng của hộp Đoạn mạch tham gia tạo mạng tinh thể là hai đơn vị D-glucoza với độdài ứng với chiều cao của hộp là c = 1,03nm Khoảng cách giữa hai mạch nằm trongmột mặt phẳng của mạng là a = 0,835 nm Mặt ac là hình chữ nhật chứa hai đoạn mạchcellulose Cạnh thứ ba của hình hộp b = 0,79 nm Góc lệch của khối hộp có tiết diệnhình bình hành là β = 840 Hai đơn vị mắc xích D-glucoza nối với nhau qua liên kếtglucozit, nằm quay 1800 đối với nhau Tuy nhiên mô hình này vẫn còn một số thiếusót.

Phương pháp phổ hồng ngoại ra đời kết hợp với phương pháp nhiễu xạ tia X,nhờ đó mà mô hình về cấu trúc cellulose đã được làm sáng tỏ hơn Trong đó, đoạnmạch cellulose là thành phần tham gia vào cấu tạo mạng tinh thể và trong đoạn mạchnày các đơn vị mắc xích nằm quay 1800 với nhau Trong mạng tinh thể, các đoạn mạchxếp theo một hướng và song song với nhau

Đoạn mạch cellulose có hai liên kết hydro nội phân tử Một liên kết hydro tạo ra

do H của nhóm cacboxyl ở C2 của một mắc xích tác dụng với O thuộc nhóm hydroxyl

ở C6 của mắc xích liền kề Còn liên kết kia do H của nhóm hydroxyl ở C3 của một đơn

vị mắc xích tác dụng với O nằm trong vòng của đơn vị mắc xích liền kề

Hai đoạn mạch nằm trong một mặt phẳng của mạng tinh thể tương tác với nhauhình thành một lớp Trong lớp này tồn tại một liên kết hydro liên phân tử giữa H củahydroxyl ở C6 thuộc đơn vị D-glucoza trong một đoạn mạch với O của nhóm hydroxyl

ở C3 trong đoạn mạch khác

2 6

3

6

6 3

2 3

O O O

O

O H O H

O H

H -O

C H2-O H O

H O -H2C

O H

O H

2 3 6

2 6

3

6

6 3

2 3

O O O

O

O H O H

H -O

C H2-O H O

H O -H2C

O H

O H

2 3 6

Hình 2.23: Hệ thống liên kết hyđro trong cellulose I Mỗi đơn vị mắc xích

D-glucose có 2 liên kết H nội phân tử và 1 liên kết H ngoại phân tử

Tất cả các thuật ngữ cellulose được nhắc đến trên đây chính là cellulose tựnhiên hay còn gọi là cellulose I Trong cellulose I không tồn tại liên kết hydro giữa cáclớp với nhau mà chỉ tồn tại liên kết Van der Walls Như vậy trong cellulose I vừa tồntại mạng tinh thể vừa tồn tại mạng của lớp

Dạng cellulose hoàn nguyên hay cellulose II là dạng cellulose thu được nhờ

quá trình đông tụ dung dịch cellulose hay được hình thành sau khi cellulose I trươngtrong dung dịch kiềm, do quá trình trương trạng thái ban đầu sẽ bị biến đổi

Cũng như cellulose I, cellulose II vẫn có cấu trúc lớp mạng tinh thể Các mạchđại phân tử vẫn nằm song song vơi nhau Nhưng các đoạn mạch cellulose ở cùng phíacủa mạng tinh thể không cùng nằm trên một mặt phẳng mà nghiêng một góc như nhau

so với mặt phẳng của mạng tinh thể Mạch trung tâm vẫn song song với mạch bênnhưng nằm ngược chiều so với các mạch bên và nghiêng một góc tương tự so với mặt

ac của tinh thể Trong cellulose II vẫn tồn tại liên kết hydro nội phân tử trong từngđoạn mạch cellulose Ngoài liên kết hydro liên phân tử trong các đoạn mạch ở mặt accellulose II còn có liên kết hydro liên phân tử giữa mạch trung tâm với các mạch tronghai mặt bên của mạng tinh thể Đó là liên kết giữa O của hydroxyl ở C2 của đoạn mạchnày với H của hydroxyl ở C2 của đoạn mạch khác và liên kết hydro giữa H của