Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở polyamit 6,6 và nano boehmite

Việc bổ sung chất độn nano sẽ nâng cao tính chất cơ học, điện, quang học và các tính chất khác của vật liệu polyme compozit mà không ảnh hưởng nhiều tới đặc tính như độ dẻo dai, độ cứng,

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC -

VŨ THỊ THANH NGA

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ POLYAMIT 6,6 VÀ NANO BOEHMITE

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa công nghệ - Môi trường

Hà Nội – 2018

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC -

VŨ THỊ THANH NGA

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ POLYAMIT 6,6 VÀ NANO BOEHMITE

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa công nghệ - Môi trường

Người hướng dẫn khoa học

TS LƯƠNG NHƯ HẢI

LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu và học tập nhờ vào nỗ lực của bản thân

cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo, em đã hoàn thành khóa luận của mình đúng với thời gian quy định

Với lòng biết ơn sâu sắc, trước tiên em xin chân thành cảm ơn TS

Lương Như Hải - Trung tâm Phát triển công nghệ cao, Viện Hàn lâm Khoa

học và Công nghệ Việt Nam đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn các cô chú, anh chị, cán bộ công nhân viên của Trung tâm Phát triển công nghệ cao đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập tại đây

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Hóa Học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 19 tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Vũ Thị Thanh Nga

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu thực tiễn dưới sự hướng dẫn khoa

học của TS Lương Như Hải

Các số liệu và những kết quả trong khóa luận là hoàn toàn trung thực,

do chính cá nhân em tiến hành thí nghiệm

Một lần nữa, em xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên

Hà Nội, ngày 19 tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Vũ Thị Thanh Nga

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu chung về vật liệu compozit và nanocompozit 3

1.1.1 Vật liệu compozit 3

1.1.2 Phân loại và đặc điểm của vật liệu compozit 3

1.1.3 Vật liệu polyme nanocompozit 5

1.1.3.1 Phân loại 6

1.1.3.2 Đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit 6

1.1.3.3 Các phương pháp chế tạo 7

1.1.3.4 Ưu điểm của vật liệu nanocompozit 10

1.2.1 Lịch sử phát triển 10

1.2.2 Đặc điểm cấu tạo 11

1.2.3 Tính chất của polyamit 6,6 11

1.2.3.1 Tính chất vật lý 11

1.2.3.2 Tính chất hóa học 11

1.2.4 Tình hình nghiên cứu polyamit 12

1.2.5 Ứng dụng 14

1.3 Nano boehmit 14

1.4 Tình hình nghiên cứu vật liệu polyme nanocompozit 18

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 21

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 21

2.2 Nội dung nghiên cứu 21

2.3 Thiết bị, hoá chất 21

2.3.1 Thiết bị 21

2.3.2 Hoá chất 21

2.4 Phương pháp chế tạo mẫu 22

2.5 Phương pháp xác định một số tính chất cơ lý của vật liệu 22

2.5.1 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt 22

2.5.2 Phương pháp xác định hệ số mài mòn Taber 23

2.5.3 Độ bền va đập 23

2.6 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM) 24

2.7 Nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu trên máy phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 25

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng nano boehmit tới tính chất cơ học của vật liệu 26

3.1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng nano boehmit tới độ bền kéo của vật liệu 26

3.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng nano boehmit tới độ bền va đập của vật liệu 27

3.1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng nano boehmit tới độ mài mòn của vật liệu 28

3.2 Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu 29

3.3 Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu 31

KẾT LUẬN 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Phân loại và đặc tính vật lý của boehmit 15 Bảng 3.1: Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu trên cơ sở polyamit 6,6 33

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ phương pháp In- situ 8

Hình 1.2: Sơ đồ phương pháp trộn hợp nóng chảy 8

Hình 1.3: Cấu trúc của boehmite: trực thoi (trái) và kiểu lớp (bên phải) 15

Hình 1.4: Ảnh hưởng của hàm lượng boehmite tới ứng suất kéo của vật liệu 16

Hình 1.5: Phản ứng biến tính boehmite bằng TESPT 17

Hình 1.6: Cấu trúc SBR/BM nanocompozit được biến tính với MAA 18

Hình 2.1: Sơ đồ chế tạo polyamit/boehmit nanocompozit 22

Hình 2.2: Mẫu và máy thử va đập charpy 24

Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng BM tới độ bền kéo đứt của vật liệu 26

Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng boehmit tới độ bền mài mòn của 29

vật liệu 29

Hình 3.4: Ảnh FESEM mẫu polyamit 6,6/boehmit tỷ lệ (100/4) 30

Hình 3.5: Ảnh FESEM mẫu polyamit 6,6/boehmit tỷ lệ (100/6 30

Hình 3.6: Ảnh FESEM mẫu polyamit 6,6/boehmit tỷ lệ (100/8) 31

Hình 3.7: Giản đồ TGA của mẫu polyamit 6,6 32

Hình 3.8: Giản đồ TGA của mẫu polyamit 6,6/boehmit tỷ lệ (100/6) 32

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

triblock ghép anhydride maleic

MỞ ĐẦU

Polyme nanocompozit có đặc tính rất độc đáo khi được bổ sung thêm một lượng nhỏ chất độn nano mà không thể thu được khi sử dụng chất độn micro thông thường Việc bổ sung chất độn nano sẽ nâng cao tính chất cơ học, điện, quang học và các tính chất khác của vật liệu polyme compozit mà không ảnh hưởng nhiều tới đặc tính như độ dẻo dai, độ cứng,… của vật liệu Các polyme đã được sử dụng để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit như các loại cao su (cao su thiên nhiên (CSTN), cao su styren-butadien (SBR), cao

su chloropren (CR),…), nhựa nhiệt dẻo (nylon 6, polypropylen (PP), polyetylen terephtalat (PET), polycarbonat, ), và các polyme blend

Boehmit (BM) với công thức hóa học lý tưởng là -AlO(OH), với cấu tạo gồm hai lớp Al-O được nối với nhau bằng liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl Tương tự như nanoclay, hầu hết các BM thương mại hóa cũng có kết cấu tấm nano Đây là chất độn vô cơ nano loại 2 chiều (2-D) đã thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong chế tạo polyme nanocompozit với khả năng cải thiện độ bền cơ học, khả năng chống cháy hoặc thay đổi đặc tính kết tinh của vật liệu polyme

Bi văng là một chi tiết trong phần nồi trước, bi văng đóng vai trò lăn ra lăn vào để đẩy puli chạy ra vào khi động cơ chuyển động (điều tốc cho xe ga) Hiện nay, có nhiều hãng sản xuất bi văng và nổi tiếng nhất là hãng Bando của Đài Loan Về cấu tạo, bi văng gồm hai phần là phần lõi trong và phần vỏ ngoài Phần lõi trong thường được làm từ kim loại như đồng, nhôm, sắt, Việc dùng kim loại nào làm lõi là tuỳ thuộc vào từng nhà sản xuất lựa chọn Phần vỏ ngoài làm từ hợp chất nhựa đặc biệt theo bí quyết riêng của từng nhà sản xuất Tuổi thọ và hiệu năng của bi sẽ được quyết định dựa trên chất lượng nguyên liệu chế tạo bi và độ chính xác của bi

Trên cơ sở phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy rằng, polyme nền là polyamit 6,6 và phụ gia nano boehmit có thể đáp ứng làm nguyên liệu để sản xuất bi văng xe ga Vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở polyamit và phụ gia nano boehmit sẽ tạo ra một loại vật liệu mới có tiềm năng ứng dụng trong thực tế Chính vì vậy, vấn đề nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyamit/boehmit nanocompozit định hướng ứng dụng sản xuất bi văng xe ga rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

Vì lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và tính chất

vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở polyamit 6,6 và nano boehmite” để

thực hiện khoá luận tốt nghiệp đại học của mình

* Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá khả năng gia cường của nano boehmit cho vật liệu polyamit 6,6

- Định hướng ứng dụng của vật liệu trên trong chế tạo các sản phẩm nhựa kỹ thuật

* Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nano boehmit tới tính chất cơ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về vật liệu compozit và nanocompozit

1.1.1 Vật liệu compozit

Vật liệu compozit là loại vật liệu được chế tạo từ hai hay nhiều thành phần khác nhau Mỗi thành phần có tính chất đặc trưng cơ, lý, hóa riêng biệt, khi tổ hợp chúng lại sẽ cho một vật liệu có tính chất hoàn toàn mới, khác ưu việt hơn so với vật liệu ban đầu Người ta có thể định nghĩa, vật liệu compozit

là vật liệu gồm nhiều pha khác nhau kết hợp lại trong đó có một pha liên tục

là pha nền và pha còn lại là pha gia cường có thể ở dạng sợi, hạt,…

Trong thực tế compozit phần lớn là loại hai pha gồm nền (là pha liên tục trong toàn khối) và cốt (là pha phân tán) Trong đó, nền giữ các vai trò chủ yếu là liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành một khối compozit thống nhất, tạo khả năng để tiến hành các phương pháp gia công compozit thành các chi tiết theo thiết kế và che phủ, bảo vệ cốt tránh các hư hỏng do các tác động hoá học, cơ học và môi trường Ngoài ra, nền phải nhẹ và có độ dẻo cao Cốt đóng vai trò tạo độ bền và mô đun đàn hồi (độ cứng vững) cao cho compozit đồng thời cốt phải nhẹ để tạo độ bền riêng cao cho compozit, cốt có khối lượng riêng nhỏ hay lớn tùy thuộc theo mục đích sử dụng của compozit [8] Đối với compozit, liên kết tốt giữa nền và cốt tại vùng ranh giới pha là yếu tố quan trọng nhất đảm bảo cho sự kết hợp các đặc tính tốt của hai pha trên Tính chất của compozit phụ thuộc vào bản chất của nền, khả năng liên

kết giữa nền và cốt và quá trình sản xuất compozit

1.1.2 Phân loại và đặc điểm của vật liệu compozit

Khi phân loại các compozit, người ta dựa vào đặc trưng của nền và cốt Nền của compozit có thể được sử dụng từ polyme, kim loại, gốm và các hỗn hợp nhiều pha Nhưng trong phạm vi luận văn này, chúng tôi chỉ đề cập đến compozit có nền là polyme, polyme làm nền cho compozit có thể là các loại

nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn, các elastome và các vật liệu tổ hợp polyme

(polyme blend) Trên cơ sở cốt khác nhau để phân loại compozit, có các loại compozit: compozit cốt hạt, compozit cốt sợi và compozit cấu trúc

 Compozit cốt hạt

Đây là compozit có sự phân tán hạt trong vật liệu nền Hạt cũng có phân loại theo kích cỡ khác nhau Do vậy, cũng có compozit phân loại dựa trên kích cỡ hạt đó là compozit và nanocompozit

Đặc điểm của compozit cốt hạt là sự hoá bền của nó có được là nhờ sự cản trở biến dạng của nền ở vùng lân cận với hạt cốt do sự chèn ép Người ta

có thể đưa các hạt với vai trò là chất độn vào polyme để cải thiện độ bền cơ học của vật liệu như: độ bền va đập, khả năng cách âm, tính chịu mài mòn, ổn định kích thước, chịu nhiệt,… Các hạt độn thường là bột thạch anh, bột thuỷ tinh, bột nhẹ, ôxit nhôm, đất sét, bột CaCO3, bột than đen,

 Compozit cốt sợi

Compozit cốt sợi là loại compozit kết cấu quan trọng nhất vì nó có độ bền riêng và mô đun đàn hồi riêng cao Tính chất của compozit cốt sợi phụ thuộc vào sự phân bố và định hướng sợi cũng như kích thước và hình dạng sợi Tính chất cơ học của compozit cốt sợi bị ảnh hưởng bởi yếu tố hình học của sợi (chiều dài và đường kính của sợi) Bởi vì điều quan trọng nhất đối với compozit kết cấu cốt sợi là phải có cấu trúc sao cho tải trọng đặt vào compozit phải được dồn vào sợi là pha có độ bền cao, nếu tập trung vào nền là pha kém bền hơn sẽ dẫn đến phá hủy pha này một cách nhanh chóng, hay nói khác đi

cơ tính của compozit phụ thuộc vào mức độ truyền tải trọng từ nền vào sợi

Những loại sợi được dùng để chế tạo compozit cốt sợi là sợi thuỷ tinh, sợi cacbon, sợi polyme và sợi kim loại Ngoài ra người ta còn dùng hai hay nhiều loại sợi trong cùng một nền

 Compozit cấu trúc

Compozit cấu trúc là loại bán thành phẩm dạng tấm nhiều lớp được tạo thành bằng cách kết hợp các vật liệu đồng nhất với compozit theo những phương án cấu trúc khác nhau Do đó tính chất compozit tạo thành không những phụ thuộc vào tính chất các vật liệu thành phần mà còn cả vào thiết kế hình học của chúng trong kết cấu

Compozit cấu trúc thường dùng hai loại: loại lớp và tấm xen kẽ Trong

đó compozit loại lớp được làm bởi các lớp có độ bền dị hướng cao (như gỗ, compozit cốt sợi liên tục thẳng hàng), được sắp xếp sao cho phương có độ bền cao nhất của các lớp và được ép kết dính với nhau Loại tấm xen kẽ gồm ba lớp, trong đó hai lớp mặt được chế tạo từ vật liệu có độ bền hay độ vững cứng cao (như hợp kim nhôm, titan, thép) và compozit dạng lớp có chức năng chịu tải trọng theo phương song song với mặt tấm Lớp giữa có hai chức năng: ngăn cách lớp hai bên và chống biến dạng theo phương vuông góc tạo độ cứng vững và tránh cong vênh Vật liệu làm lõi có thể là polyme xốp, cao su nhân tạo, chất kết dính vô cơ, gỗ nhẹ hoặc có cấu trúc tổ ong

1.1.3 Vật liệu polyme nanocompozit

Công nghệ nano là kĩ thuật sử dụng hạt từ 0,1 đến 100 nanomet để tạo

ra sự biến đổi hoàn toàn hợp lý của vật liệu do hiệu ứng kích thích lượng tử

Vật liệu polyme nanocompozit có nền là các polyme và cốt là các hạt khoáng thiên nhiên hoặc các hạt tổng hợp nhân tạo có kích thước hạt trong 1-

100 nm (kích cỡ nanomet) [14,22]

Nền sử dụng trong chế tạo polyme nanocompozit rất đa dạng, phong phú bao gồm cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, thường là: nhựa polyetilen (PE), nhựa polypropylen (PP), nhựa polyeste, cao su thiên nhiên,… Nhưng trong khóa luận này chỉ đề cập đến nền là vật liệu polyamit

Khoáng thiên nhiên: chủ yếu là đất sét – vốn là các hạt silica có cấu tạo dạng lớp như montmorillonit, vermicullit, flourominca, bentonit kiềm tính cũng như các hạt graphit…

Các hạt nhân tạo: các tinh thể như silica, CdS, PbS, CaCO3, bột than,…

1.1.3.1 Phân loại

Ba loại polyme nanocompozit được phân loại dựa vào số chiều có kích thước nanomet của vật liệu gia cường:

- Loại 1: Là loại hạt có cả ba chiều có kích thước nanomet, chúng là

các hạt nano (SiO2, CaCO3,…)

- Loại 2: Là loại hạt có hai chiều có kích thước nanomet, chiều thứ ba

có kích thước lớn hơn, thường là ống nano hoặc sợi nano (thường là ống, sợi nano cacbon) và được dùng làm phụ gia nano tạo cho polyme nanocompozit

có các tính chất đặc biệt

- Loại 3: Là loại chỉ có một chiều có kích thước cỡ nanomet Nó ở

dạng phiến, bản với chiều dày có kích thước cỡ nanomet còn chiều dài và chiều rộng có kích thước từ hàng trăm đến hàng ngàn nanomet Vật liệu dạng này thường có nguồn gốc là các loại khoáng sét, graphen,…

1.1.3.2 Đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit

* Với pha phân tán là các loại bột có kích thước nano rất nhỏ nên chúng phân tán rất tốt vào trong polyme, tạo ra các liên kết ở mức độ phân tử giữa các pha với nhau cho nên cơ chế khác hẳn với compozit thông thường Các phần tử nhỏ phân tán tốt vào các pha nền có tác dụng hãm lực bên ngoài tác dụng vào vật liệu, làm tăng độ bền của vật liệu đồng thời làm cho vật liệu ổn

định ở nhiệt độ cao

* Do các hạt có kích thước nhỏ (mức độ phân tử) nên khi kết hợp với các pha nền có thể tạo ra các liên kết vật lý nhưng tương đương với liên kết

hoá học, vì thế cho phép tạo ra các vật liệu có nhiều tính chất mới, ví dụ như tạo ra các polyme dẫn có nhiều ứng dụng trong thực tế

* Vật liệu có kích thước nhỏ nên có thể phân tán trong pha nền tạo ra cấu trúc rất đặc, do đó có khả năng dùng làm vật bảo vệ theo cơ chế che chắn rất tốt

* Hầu hết các vật liệu polyme nanocompozit đều có tính chống cháy cao hơn so với các vật liệu polyme compozit tương ứng Khả năng chống cháy cao là do cấu trúc của than được hình thành trong quá trình cháy, chính lớp muội than trở thành rào cách nhiệt rất tốt cho vật liệu, đồng thời ngăn cản

sự hình thành và thoát các chất bay hơi trong quá trình cháy

* Tóm lại, nhờ kích thước rất nhỏ của các hạt phân tán trong pha nền của vật liệu nanocompozit cho nên có thể tạo ra các vật liệu có các tính chất nổi trội hẳn so với các vật liệu thông thường

1.1.3.3.1 Trùng hợp In-situ

Trùng hợp In-situ là phương pháp mà trong giai đoạn đầu tiên các hạt nano được phân tán trong monome Sự phân cực của monome, cách xử lý bề mặt cũng như nhiệt độ và thời gian là các đặc điểm quan trọng của giai đoạn này Sau đó, hỗn hợp này được khơi mào nhờ chất khởi đầu hay chất xúc tác, nhiệt độ hay bức xạ Cuối cùng hỗn hợp được trùng hợp để tạo thành vật liệu polyme nanocompozit

Hình 1.1: Sơ đồ phương pháp In- situ

1.1.3.3.2 Trộn hợp nóng chảy

Sự tương tác giữa các phân tử nano và nền polyme (nhựa nhiệt dẻo) xảy

ra trong quá trình trộn Khi polyme và hạt nano được gia nhiệt đến nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ hoá thuỷ tinh của polyme, các mạch polyme có thể đan xen vào những khoảng trống của phân tử nano

Hình 1.2: Sơ đồ phương pháp trộn hợp nóng chảy

Ưu điểm của phương pháp trộn hợp nóng chảy:

+ Tiến hành khá đơn giản: polyme và chất gia cường được trộn ở tỷ lệ thích hợp, tùy theo yêu cầu của sản phẩm cuối cùng

+ Thích hợp cho các loại nhựa nhiệt dẻo do quá trình nóng chảy không làm ảnh hưởng đến tính chất của nó

+ Không gây ô nhiễm môi trường do không dùng dung môi

1.1.3.3.3 Phương pháp sol – gel

Phương pháp sol-gel dựa trên quá trình thủy phân và trùng ngưng các phân tử alcoxide kim loại có công thức M(OR)4, dẫn đến việc hình thành polyme có mạng liên kết M-O-M, ví dụ như Si-O-Si Phương pháp sol-gel cho phép đưa phân tử hữu cơ R’ có dạng R’n M(OR)4-n vào trong mạnh vô

cơ để tạo ra vật liệu hữu cơ-vô cơ lai tạo có kích thước nano Có hai loại nanocompozit lai tạo được chế tạo bằng phương pháp sol- gel Sự phân chia chúng dựa vào bản chất của bề mặt ranh giới giữa thành phần hữu cơ

và vô cơ:

* Nhóm 1: Các thành phần hữu cơ và vô cơ trong polyme nanocompozit không có liên kết đồng hóa trị Ở loại vật liệu này, tương tác giữa các thành phần dựa trên lực tương tác hydro, lực tĩnh điện và lực Van-der-Waals

* Nhóm 2: Thành phần hữu cơ và vô cơ trong vật liệu được liên kết với nhau bằng liên kết hóa học

Phương pháp sol-gel đã được ứng dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu lai

vô cơ – hữu cơ Ưu điểm chính của phương pháp này là điều kiện phản ứng

êm dịu, nhiệt độ và áp suất tương đối thấp Trong trường hợp polyme nanocompozit mục tiêu của phương pháp là tiến hành phản ứng sol-gel với

sự có mặt của polyme và polyme chứa các nhóm chức để nâng cao khả năng liên kết với pha vô cơ

Quá trình sol-gel gồm 2 bước:

- Thủy phân alkoxide kim loại;

- Quá trình đa tụ

Điểm đặc biệt của phương pháp ở chỗ mạng lưới oxide được tạo thành

từ alkoxide cơ kim ngay trong nền hữu cơ Phương pháp này thường hay sử dụng với chất gia cường là nanosilica

1.1.3.4 Ưu điểm của vật liệu nanocompozit

So với vật liệu polyme compozit truyền thống, vật liệu polyme nanocompozit có những ưu điểm chính như sau:

- Do kích thước cực nhỏ cỡ nanomet của vật liệu gia cường nên chỉ cần một lượng nhỏ của nó cũng đã cải thiện đáng kể tính chất nền và làm cho vật liệu polyme nanocompozit nhẹ hơn, dễ gia công thành sản phẩm hơn so với vật liệu polyme compozit truyền thống

- Sự chuyển ứng suất từ nền sang chất độn hiệu quả hơn do diện tích bề mặt lớn và khả năng bám dính bề mặt phân cách pha tốt

1.2 Polyamit

1.2.1 Lịch sử phát triển

Polyamit hay Nylon được Carothers phát hiện vào năm 1931 Ngày 28/10/1938 nylon 6,6 bắt đầu sản xuất thương mại, polyamit lần đầu tiên được giới thiệu dưới dạng polyme sợi Ứng dụng thương mại đầu tiên là bàn chải đánh răng, và năm 1941 bột nylon ép đúc đã bắt đầu sản xuất thương mại Nylon 6 được phát triển vào năm 1940 Nylon ép đúc không được sử dụng rộng rãi cho đến những năm 1950 Ngày nay, nylon được sử dụng trong rất nhiều sản phẩm Năm 2006, lượng nylon 6 và nylon 6,6 được sản xuất tại Mỹ ước tính khoảng 1,6 triệu kg Năm 2011, lượng nylon 6,6 được sản xuất trên toàn thế giới là 2 triệu tấn

1.2.2 Đặc điểm cấu tạo

Công thức hóa học của nylon 6,6:

[- CO(CH2)4CO-NH(CH2)6 NH -] n

Ở nhiệt độ thường nylon 6,6 chỉ tồn tại ở trạng thái kết tinh một phần, song sự kết tinh chỉ có khi kéo dãn.Cấu trúc của nylon 6,6 kết tinh ở dạng tam tà α và β Trong đó dạng α ổn định hơn nên chiếm ưu thế hơn trong cấu trúc của tơ

1.2.3 Tính chất của polyamit 6,6

1.2.3.1 Tính chất vật lý

- Tồn tại dạng viên màu trắng, bột hoặc dạng sợi

- Nhiệt độ nóng chảy cao: 260-280oC

- Nhiệt độ chuyển pha: 50oC

- Khối lượng phân tử khoảng 12.000-20.000 g/mol

- Khối lượng riêng khoảng 1,09g/cm3



- Trong quá trình tổng hợp polyamit 6,6 có thể xảy ra phản ứng trao đổi

tạo nên một hệ cân bằng trùng ngƣng

Quá trình phản ứng trao đổi xảy ra giữa nhóm amit của mạch polyme

với các nhóm chức axit hoặc amin hoặc giữa các nhóm amit với nhau:

1.2.4 Tình hình nghiên cứu polyamit

Polyamit 6 và polyamit 6,6 (Nylon 6 và Nylon 6,6) là loại nhựa kỹ

thuật Chúng có sự kết hợp xuất sắc của các đặc tính nhƣ độ dẻo dai cao, độ

bền kéo và khả năng chống mài mòn, tỷ trọng thấp và gia công khá dễ dàng

Thật vậy, khả năng chống mài mòn là một yếu tố quan trọng cho các ứng

dụng phổ biến của chúng Nhằm nâng cao hơn nữa tính chất cơ học của chúng và đặc tính ma sát, polyamit đã được gia cường với một số vi hạt hoặc sợi, như CuS, CuF2, CuO, PBS, CaO, CaS và sợi cacbon [9]

Trong những năm gần đây, một số vật liệu nano đã được sử dụng làm chất độn thích hợp cho polyamit để cải thiện tính chất cơ lý, đặc biệt là tính

ma sát Garcia và cộng sự cho thấy, nano-SiO2 có thể làm giảm hệ số ma sát

và tỷ lệ mài mòn của nylon 6 Đặc biệt, khi thêm 2% khối lượng nano-SiO2

đã làm giảm hệ số ma sát của vật liệu từ 0,5 xuống 0,18 [10] Điều này có thể giải thích, vì bề mặt của nylon 6 nanocompozit được bảo vệ tốt bởi màng chuyển giao trên bề mặt của khuôn kim loại Đồng thời, hàm lượng silica thấp làm giảm tỷ lệ mài mòn, trong khi hàm lượng silica cao hơn thì sự ảnh hưởng ít rõ ràng hơn Dasari và cộng sự báo cáo về vai trò của nanoclay tới đặc tính mài mòn của nylon 6 nanocompozit bằng các phương pháp chế tạo khác nhau [11] Các tác giả đã chứng minh rằng, các hạt nanoclay kết khối dẫn đến tính chất bền mài mòn của nanocompozit là kém nhất, trong khi các

hệ vật liệu thể hiện độ bám dính bề mặt tốt giữa clay với nền polyme, cùng với sự phân tán clay đồng nhất, đã cải thiện đáng kể khả năng bền mài mòn của vật liệu Zhou và cộng sự đã nghiên cứu đặc tính ma sát của Nylon 6/Montmorillonite clay nanocompozit cho thấy, khả năng bền mài mòn thấp bởi sự xuất hiện các khuyết tật trên bề mặt của polyme/clay nanocompozit, khả năng bền mài mòn của polyme giảm khi hàm lượng nanoclay tăng [12] Sirong và cộng sự đã nghiên cứu đặc tính mài mòn của Nylon 6.6/clay hữu cơ nanocompozit, với sự có mặt của copolymer ghép styrene-ethylene/butylene-styrene triblock với anhydride maleic (SEBS-g-MA) làm tác nhân tăng độ cứng [13] Kết quả cho thấy rằng, việc sử dụng SEBS-g-MA cho phép cải thiện đáng kể tính kháng mòn của vật liệu nanocompozit Đặc tính này được gán cho tác dụng tăng độ cứng của SEBS-g-MA, trong đó tạo ra lớp màng

mỏng chuyển giao đồng nhất, liên tục và mịn trên bề mặt, như vậy tránh được tiếp xúc trực tiếp của vật liệu polyme nanocompozit Polyamit 6,6 cũng đã được chọn làm chất nền để chế tạo vật liệu compozit/ phụ gia nano [15] Với các chất độn khác nhau, chẳng hạn như hạt nano TiO2 (5%), sợi cacbon ngắn (15%) và than chì (5%), đã được thêm vào polyme Kết quả cho thấy rằng, nano TiO2 có hiệu quả làm giảm hệ số ma sát và hệ số mài mòn Để hiểu rõ thêm về cơ chế mài mòn, bề mặt bị mòn đã được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét và kính hiển vi lực nguyên tử; một tác dụng trượt tích cực của các hạt nano trên bề mặt vật liệu đã được đề xuất, góp phần vào sự cải thiện đáng kể khả năng chịu tải của polyme nanocompozit

1.2.5 Ứng dụng

Ngày nay polyamit 6 và polyamit 6,6 (Nylon 6 và Nylon 6,6) được sử dụng rộng rãi trong đời sống và trong công nghiệp với nhiều ứng dụng khác nhau

+ Tơ nylon 6,6 có tính dai, bền, mềm óng mượt, ít thấm nước, mau khô, kém bền với nhiệt, axit, kiềm Chúng được dùng trong may mặc, vải lót săm lốp xe, bit tất, dây cáp, dây dù,…

+ Nylon 6,6 còn được ứng dụng vào việc chế tạo các chi tiết máy như: Bánh răng có khía, khuôn của vòng bi; Thiết bị ngắt điện, lõi quấn, thiết bị cách ly điện; Chế tạo nhiều bộ chi tiết máy, chi tiết đặc biệt dễ bị ăn mòn như các bạc lót; Các cánh quạt bơm nước cũng như các cơ cấu khóa cửa, các cánh quạt, chi tiết vỏ

1.3 Nano boehmit

Boehmite (BM) với công thức hóa học là -AlO(OH), gồm hai lớp

Al-O được nối với nhau bằng liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl (hình 1.3)

Sự phân loại và các đặc tính vật lý của boehmit được trình bày trong bảng 1.1