Nghiên cứu ảnh hưởng của sự biến đổi bề mặt một số khoáng chất đến tương tác pha và tính chất cơ lý của vật liệu tổ hợp trên cơ sở nhựa nền polypropylen

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Việt Dũng NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ BIẾN ĐỔI BỀ MẶT MỘT SỐ KHOÁNG CHẤT ĐẾN TƯƠNG TÁC PHA VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP TRÊN CƠ SỞ NHỰA NỀN POLYPROPYLEN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Việt Dũng NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ BIẾN ĐỔI BỀ MẶT MỘT SỐ KHỐNG CHẤT ĐẾN TƯƠNG TÁC PHA VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP TRÊN CƠ SỞ NHỰA NỀN POLYPROPYLEN Chuyên ngành: Vật liệu Cao phân tử tổ hợp Mã số: 9.44.01.25 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Ngô Kế Thế Hà Nội – 2020 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Nhựa nhiệt dẻo PP 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Điều chế cấu trúc phân tử 1.1.3 Quá trình kết tinh, cấu trúc thành phần pha 1.1.4 Tính chất vật lý hóa học 10 1.1.5 Ứng dụng 11 1.2 Vật liệu compozit sở PP với chất độn dạng hạt 12 1.2.1 Ảnh hưởng chất độn dạng hạt đến trình kết tinh cấu trúc tinh thể PP 13 1.2.2 Tương tác bề mặt phân chia pha tồn lớp polyme chuyển pha 16 1.2.3 Quá trình xử lý bề mặt chất độn gia cường cho vật liệu PP 19 1.3 Những nghiên cứu gần giới vật liệu compozit PP với chất độn dạng hạt 24 1.3.1 Compozit PP/hạt thủy tinh 24 1.3.2 Compozit PP/CaCO3 27 1.3.3 Compozit PP/talc 30 1.4 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn ứng dụng để xác định tính linh động phân tử vật liệu compozit PP 32 1.4.1 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn 32 1.4.2 Ứng dụng ss-NMR phân tích cấu trúc PP 35 1.5 Những nghiên cứu nước 37 Chương THỰC NGHIỆM 40 2.1 Nguyên vật liệu 40 2.1.1 Chất polyme 40 2.1.2 Chất độn 40 2.1.3 Chất biến đổi bề mặt 41 2.1.4 Hóa chất khác 42 2.2 Phương pháp chế tạo mẫu 43 2.2.1 Phương pháp biến đổi bề mặt chất độn 43 2.2.2 Phương pháp chế tạo mẫu vật liệu compozit 45 2.3 Phương pháp đánh giá tính chất vật liệu 48 2.3.1 Kính hiển vi điện tử quét SEM 48 2.3.2 Tính chất giãn dài 49 2.3.3 Độ bền va đập 50 2.3.4 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn 1H 13C 52 2.3.5 Phân tích nhân tố 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 3.1 Vật liệu compozit sở PP chất độn hạt thủy tinh 54 3.1.1 Hình thái tương tác pha 54 3.1.2 Tính chất giãn dài 58 3.1.3 Độ bền va đập 62 3.1.4 Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn compozit PP/hạt thủy tinh 64 3.2 Vật liệu compozit sở PP chất độn canxi cacbonat 68 3.2.1 Hình thái tương tác pha 68 3.2.2 Tính chất giãn dài 72 3.2.3 Độ bền va đập 77 3.2.4 Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn compozit PP/CaCO3 79 3.3 Vật liệu compozit sở PP chất độn talc 93 3.3.1 Hình thái tương tác pha 93 3.3.2 Tính chất giãn dài 95 3.3.3 Độ bền va đập 99 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 104 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, tơi xin gửi lời cảm ơn tới PGS TS Ngô Kế Thế, người giao đề tài tận tình hướng dẫn tơi trình thực luận án tiến sĩ Tơi xin gửi lời cảm ơn tới anh, chị, em phòng Nghiên cứu vật liệu Polyme Compozit, Viện khoa học vật liệu tạo điều kiện, giúp đỡ động viên suốt thời gian làm luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới Nhà khoa học Viện Hóa học cao phân tử, Viện Hàn lâm Khoa học Cộng hòa Séc hướng dẫn giúp đỡ trình thực số thí nghiệm luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến TS Jiri Kotek, TS Zdenek Krulis TS Jiri Brus có nhiều dẫn lời khun bổ ích cho tơi q trình thí nghiệm phân tích kết thu luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo đồng nghiệp Viện Khoa học vật liệu, Học Viện Khoa học Công nghệ, Bộ phận quản lý đào tạo tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực luận án Sau cùng, tơi muốn gửi tình cảm tốt đẹp đến bố, mẹ, vợ hai gái người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp cổ vũ, động viên vượt qua khó khăn để hồn thành tốt nội dung nghiên cứu luận án Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Việt Dũng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình tơi thực theo hướng dẫn PGS TS Ngô Kế Thế - người hướng dẫn khoa học cho đề tài luận án Một số kết thành nhóm nghiên cứu thầy hướng dẫn, cộng cho phép sử dụng công bố Các số liệu, kết trình bày luận án hồn tồn trung thực chưa công bố công trình luận án tiến sĩ khác Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Việt Dũng DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT I Danh mục ký hiệu a : Độ sâu rãnh khía mẫu đo độ bền va đập Aeff : Độ dài vết gẫy Ael : Năng lượng đàn hồi Af : Diện tích bề mặt AG : Giá trị lớn lực va đập Apl : Năng lượng dẻo B0 : Từ trường Gc : Năng lượng phá hủy G’ : Mơ đun tích lũy JldST : Độ bền phá hủy Kic : Độ bền phá hủy nωr : Bội số tốc độ quay mẫu r.c : Cuộn phân tử ngẫu nhiên (random coil) s : Chiều dài bên cạnh khía Sj : Phổ T : Tesla Tg δ : Tổn hao điện môi Vij : Hệ số chuẩn hóa vr : Vịng quay υ1H : Năng lượng sóng vơ tuyến cho hạt nhân H υ1X : Năng lượng sóng vơ tuyến cho hạt nhân X υH : Tốc độ búa va đập Yi : Phổ thực nghiệm γe γd : Tỷ lệ từ hạt nhân kích thích hạt nhân xác định W : Độ rộng mẫu đo độ bền va đập φfmax : Phần gói gém khơng gian lớn Δδ : Bất đẳng hướng 2D : chiều 3D : chiều II Danh mục chữ viết tắt ABS : Acrylonitrin butadien styren ASA : Acrylonitrin styren acrylat CP : phân cực chéo (Cross Polarization) cryst : pha tinh thể CSA : chuyển dịch hóa học dị hướng DCP : Dicumyl peroxit đvC : đơn vị Cacbon FA : phân tích nhân tố FEM : phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) FE-SEM : Ảnh kính hiển vi điện tử quét phân giải cao H : hydro HDPE : polyetylen tỷ trọng cao LDPE : polyetylen tỷ trọng thấp LEFM : phá hủy đàn hồi tuyến tính (Linear Elastic Fracture Mechanics) LLDPE : polyetylen mạch thẳng tỷ trọng thấp MAPP : polypropylen ghép maleic anhydrid MAS : góc quay ma thuật (Magic Angle Spinning) MDPE : polyetylen tỷ trọng trung bình PA : polyamit PBASGT : poly(butylen adipat-co-succinat-co-glutarat-co-terepthalat) copolyeste PC : polycacbonat PET : polyetylen tereptalat PP : polypropylen PUR : polyuretan PVC : polyvinyl clorit PS : polystyren PMMA : poly(metyl metacrylat) PP-g-MA : polypropylen ghép maleic anhydrid ppm : phần triệu r.c.am : pha vô định hình tự SAN : styren acrylonitril ss-NMR : Cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn SEM : Ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM/SE : Ảnh kính hiển vi điện tử qt với dịng electron thứ cấp SEM/BSE : Ảnh kính hiển vi điện tử quét với dòng electron tán xạ ngược SVD : phân tách giá trị đơn tính T2Mt : bột talc biến đổi với 2% metacryloxypropyl silan VF : nhanh 1VA : canxi cacbonat khơng xử lý bề mặt, kích thước hạt trung bình 1,7µm 1VAOA : canxi cacbonat xử lý bề mặt axit oleic, kích thước hạt trung bình 1,7µm 1VASA : canxi cacbonat xử lý bề mặt axit stearic, kích thước hạt trung bình 1,7µm 15VA : canxi cacbonat khơng xử lý bề mặt, kích thước hạt trung bình 12µm 15VAOA : canxi cacbonat xử lý bề mặt axit oleic, kích thước hạt trung bình 12µm 15VASA : canxi cacbonat xử lý bề mặt axit stearic, kích thước hạt trung bình 12µm DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH Danh mục bảng Bảng Nội dung Trang Chương Bảng 2.1 Thành phần hóa học khoáng talc 41 Bảng 2.2 Mẫu vật liêu compozit PP/hạt thủy tinh 46 Bảng 2.3 Mẫu vật liêu compozit PP/CaCO3 47 Bảng 2.4 Mẫu vật liêu compozit PP/talc 47 Nội dung Trang Danh mục hình Hình Hình 1.1 Chương Phân bố tiêu thụ nguyên liệu thị trường toàn cầu năm 2015 theo loại sản phẩm Hình 1.2 Sản lượng nhựa tính theo giá trị thị trường giai đoạn 2016 - 2027 Hình 1.3 Tinh thể dạng lớp hình thành từ sợi tinh thể gấp lại phân tử polyme Hình 1.4 Sự phát triển tinh thể i-PP Hình 1.5 Mơ hình cấu trúc polypropylen với tinh thể α (bên trái) β (bên phải) Hình 1.6 Các sản phẩm làm từ PP 12 Hình 1.7 Sự phụ thuộc độ bền kéo đứt vào số lượng phân tử nối PP 14 Hình 1.8 Ảnh hưởng kích thước hạt kết tụ đến khả tạo mầm hạt CaCO3, hàm lượng 20 %, diện tích bề mặt (Af) 15 Hình 1.9 Ảnh hưởng hàm lượng chất độn đến độ bền kéo đứt compozit PP 18 Hình 1.10 Ảnh hưởng cực đại trình xử lý bề mặt mica hợp chất silan compozit PP 22 Hình 1.11 Sự phụ thuộc lượng phá hủy Charpy vào hàm lượng hạt thủy tinh, kích thước hạt 35 µm xử lý bề mặt silan CP03 26 Hình 1.12 Ảnh SEM vật liệu compozit PP chứa 40 % khối lượng talc 30 Hình 1.13 Ảnh hưởng hàm lượng tác nhân ghép nối titanat biến đổi bề mặt chất độn đến độ bền va đập Izod compozit PP/talc 31 Hình 1.14 Phổ 13C MAS NMR (100 Mhz) PC ghi góc ma thuật tốc độ quay mẫu khác 33 Hình 1.15 Roto Ziconi sử dụng phổ cộng hưởng từ trạng thái rắn góc quay ma thuật 34 Chương Hình 2.1 Phân bố kích thước khống talc 41 Hình 2.2 Thiết bị ép đùn hai trục vít Brabender DSE 20 46 Hình 2.3 Thiết bị ép phun ENGEL Spex victory 50 48 97 3.3.2.2 Độ bền kéo đứt Khác với kết đo giá trị độ bền kéo đứt hầu hết chất độn thông thường, kết thu hình 3.41 cho thấy bột khống talc làm tăng giá trị độ bền kéo đứt vật liệu Khi bột khoáng talc đưa vào vật liệu với hàm lượng 10%, giá trị độ bền kéo đứt tăng nhanh Khi hàm lượng bột khoáng talc tiếp tục đưa vào tới hàm lượng 40%, độ bền kéo đứt vật liệu tăng chậm Hình 3.41 Độ bền kéo đứt mẫu vật liệu compozit PP/talc Như trình bày trên, isotactic polypropylen thân loại vật liệu đa hình kết tinh loại tinh thể khác bao gồm đơn tà (α), lục giác (β) tam tà (γ) Các sản phẩm PP thương mại điều kiện chuẩn thường kết tinh dạng α Tuy nhiên vài trường hợp xuất dạng tinh thể dạng thấp pha β Có nhiều báo cáo cho biết độ bền pha β cao nhiều so với pha α Mặt khác, số tài liệu chứng minh xuất khống talc làm gia tăng có mặt pha β tinh thể PP Như vậy, gia tăng độ bền kéo đứt cho vật liệu PP gia cường khoáng talc 98 cho thay đổi trạng thái kết tinh dẫn đến việc gia tăng hàm lượng tinh thể β có độ bền lớn nhiều so với tinh thể α có độ bền thấp lại chiềm phần lớn vật liệu Một điều dễ nhận thấy kết thu giá trị độ bền kéo đứt mẫu vật liệu có chứa bột khống talc biến đổi bề mặt cao so với mẫu chứa bột talc không biến đổi bề mặt hàm lượng tương ứng Kết cho khả tương tác pha trường hợp bột khoáng talc biến đổi bề mặt lớn so với trường hợp bột talc không biến đổi dẫn đến độ bền kéo đứt vật liệu lớn Bên cạnh đó, q trình biến đổi bề mặt giúp khả phân tán hạt chất độn chất đồng hơn, khả gia cường hạt chất độn lớn 3.3.2.3 Độ giãn dài đứt Ngược lại với độ bền kéo đứt, độ giãn dài đứt mẫu vật liệu giảm bột khoáng talc đưa vào Từ độ giãn dài đứt mẫu vật liệu ban đầu, giá trị giảm mạnh với mẫu vật liệu chứa 10% bột khoáng talc, sau hàm lượng này, giá trị độ giãn dài đứt có giảm xu hướng giảm chậm Kết phù hợp với kết đo độ bền kéo đứt thu 99 Hình 3.42 Độ giãn dài đứt mẫu vật liệu compozit PP/talc Các kết độ giãn dài đứt hai trường hợp bột khoáng talc có khơng có biến đổi bề mặt khơng có nhiều khác biệt 3.3.3 Độ bền va đập Kết đo độ bền va đập mẫu vật liệu cho thấy có giá trị cực đại hàm lượng khoảng 10% bột khoáng talc, hàm lượng này, giá trị độ bền va đập giảm dần Kết thu cho thấy độ bền va đập mẫu vật liệu chứa bột khống talc khơng biến đổi bề mặt có xu hướng cao so với trường hợp bột khoáng talc biến đổi bề mặt 100 Hình 3.43 Độ bền va đập mẫu vật liệu compozit PP/talc Thông thường, việc gia tăng độ cứng, độ bền kéo đứt với suy giảm độ giãn dài đứt vật liệu kết đo tính chất giãn dài làm suy giảm độ bền va đập vật liệu PP/talc Tuy nhiên, thấy hàm lượng 10% bột khoáng talc, độ bền va đập vật liệu khơng khơng suy giảm mà cịn tăng trường hợp bột khống talc khơng xử lý bề mặt Giải thích kết này, trình bày trên, khống talc có khả tạo mầm mạnh để tạo vật liệu giầu tinh thể β gần đạt giá trị cao khoảng hàm lượng 10% bột khoáng talc Trong pha tinh thể β, có độ bền kéo đứt hay độ “cứng nhắc” vật liệu cao hơn, nhiên, pha vơ định hình lại có độ linh động lớn Chính khả mềm dẻo pha vơ định hình hấp thụ lượng va đập nhiều dẫn đến kết độ bền va đập vật liệu lớn Như vậy, thấy nồng độ 10% hàm lượng bột khoáng talc, so với vật liệu PP ban đầu, vật liệu compozit PP/talc có gia tăng độ bền kéo đứt trình kéo giãn độ bền phá hủy va đập Đây tính chất có giá trị 101 vật liệu vừa gia tăng ứng suất biến dạng, vừa gia tăng độ mềm dẻo để hấp thụ lượng trình va đập 102 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận Luận án khảo sát ảnh hưởng tương tác pha, độ linh động phân tử đến tính chất vật liệu compozit sở polypropylen với loại chất độn đặc trưng: hạt thủy tinh, canxi cacbonat bột khoáng talc Hạt thủy tinh xử lý bề mặt dầu silicon hợp chất vinyl silan, canxi cacbonat xử lý bề mặt axit stearic axit oleic khoáng talc xử lý bề mặt metacryloxypropyltrimetoxy silan Tương tác pha mạnh làm tăng mô đun đàn hồi độ bền kéo đứt lại làm giảm độ giãn dài đứt Giá trị lượng hấp thụ va đập trường hợp tương tác pha yếu cao so với trường hợp tương tác pha mạnh Trong ba loại chất độn, khống talc có khả gia cường tốt cho polypropylen hàm lượng 10%, làm tăng độ bền kéo đứt độ bền va đập vật liệu Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn ss-NMR cho hệ vật liệu PP/hạt thủy tinh xác định phân đoạn polyme có độ linh động thấp cho trường hợp tương tác pha mạnh Trong đó, phân đoạn có độ linh động cao tìm thấy trường hợp bề mặt hạt thủy tinh biến đổi bề mặt dầu silicon hay chưa biến đổi bề mặt Phân đoạn polyme có độ linh động cao tương ứng với phân tử PP ban đầu Áp dụng phân tích nhân tố (FA), phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn ss-NMR cho hệ vật liệu compozit PP/CaCO3 phân biệt khác về: (i) hàm lượng phân đoạn vơ định hình có tính linh động cao; (ii) kích thước hạt chất độn; (iii) ảnh hưởng bền hóa; (iv) tỷ lệ PP/CaCO3 tương ứng vật liệu compozit PP/CaCO3 Những khác biệt phổ thể thay đổi có tính hệ thống liên quan đến khác biệt độ bền va đập của mẫu vật liệu Như vậy, hai loại vật liệu PP/hạt thủy tinh PP/CaCO3, phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn xác định thay đổi tính linh động phân tử trường hợp tương tác pha khác nhau, nguồn gốc dẫn đến thay đổi tính chất cơ, đặc biệt tính chất phá hủy vật liệu 103 B Kiến nghị Luận án tập trung vào thí nghiệm phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn mẫu vật liệu compozit, việc chế tạo mẫu vật liệu dừng lại nồng độ 20% 40% cho hai trường hợp vật liệu cpmpozit PP/hạt thủy tinh PP/CaCO3 Với nồng độ khác cần nhiều thời gian hơn, luận án tiếp tục thực thời gian Trong trường hợp vật liệu PP/talc, khống talc thể vai trị phức tạp hơn, nghiên cứu sinh tiếp thực nghiên cứu ứng dụng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn hệ vật liệu 104 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN - Bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn, xác định tính linh động phân tử hệ vật liệu compozit PP/hạt thủy tinh PP/CaCO3 Sự thay đổi tính linh động phân tử trường hợp tương tác pha khác liên quan có tính hệ thống với thay đổi tính chất vật liệu Các thơng tin có ý nghĩa việc xây dựng lên cấu trúc micro vật liệu polypropylen để tạo vật liệu với tính chất thiết kế, ứng dụng lĩnh vực vật liệu polyme hóa kỹ thuật - Đã nghiên cứu ảnh hưởng khống chất talc, sản phẩm tuyển tách Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam đến tính chất vật liệu compozit sở polypropylen Các kết nghiên cứu cho thấy bột khống talc có khả gia cường cho vật liệu polypropylen đạt giá trị độ bền kéo đứt độ bền va đập lớn hàm lượng 10% Khẳng định loại khống chất có phẩm chất tốt, có khả ứng dụng làm chất độn gia cường cho vật liệu polyme compozit 105 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ A Danh mục báo Olivia Kukackova, Nguyen Viet Dung, Sabina Abbrent, Martina Urbanova, Jiri Kotek, Jiri Brus “A novel insight into the origin of toughness in polypropylenecalcium carbonate microcomposites: Multivariate analysis of ss-NMR spectra” Polymer 132 (IF = 3,7), 106-113, 2017 Nguyen Viet Dung, Ngo Ke The and Jiri Kotek “Effect of particle size and fatty surface treatment of calcium carbonate on the deformation and fracture behaviour of polypropylene-based composites”, Vietnam Journal of Chemistry, Vol 53 (2e1), 26-30, 2015 Nguyen Viet Dung and Ngo Ke The “Effects of talc content and interfacial adhesion on mechanical behaviour of polypropylene-based composites”, Vietnam Journal of Chemistry, Vol 53 (4A), 2015 Nguyen Viet Dung, Ngo Ke The and Jiri Kotek “A solid-state NMR study of molecular mobility and resulting deformation and fracture behaviour of glass beads filled polypropylene composites”, Vietnam Journal of Chemistry, Vol 53(6e4), 240-244, 12/2015 Nguyen Viet Dung, Ngo Ke The and Jiri Kotek “Effect of interfacial adhesion on deformation and fracture behaviour of composites based on polypropylene and galss beads”, Journal of Science and Technology, Vol 54(1A), 300-307, 2016 B Danh mục tham dự hội nghị Nguyen Viet Dung, Libor Kobera and Jiri Kotek “Effects of filler surface on molecular mobility and resulting deformation and fracture behaviour of thermoplastic polymer composites” Carreer in Polymer VI, Prague, Czech Republic, ISBN 978-80-85009-79-8, 18-19 July 2014 Nguyen Viet Dung, Ngo Ke The and Jiri Kotek "Effects of filler surface on crack initiation and propagation of particulate filled polymer composites" 7th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology, Ha Long city, Vietnam, 2-6 November 2014 Nguyen Viet Dung, Ngo Ke The and Jiri Kotek "Effect of particle size and fatty acid coatings of calcium carbonate on the deformation and fracture behaviour of polypropylene-based composites" Vietnam Malaysia International Congress 2014, Ha Noi, Viet Nam, 7-9 November 2014 Nguyen Viet Dung, Ngo Ke The “Deformation and fracture behaviour of isotactic polypropylene reinforced particle fillers”, The 5th Asian Materials Data Symposium, Hanoi, Vietnam, Oct 30th – Nov 02nd 2016 Nguyen Viet Dung, Ngo Ke The “A solid-state NMR Study of molecular Mobility and Resulting Deformation and Fracture Behaviour of Polypropylene Filled Glass Beads Composites” The 8th Regional Conference on Chemical Engineering, 29 November – 01 December 2015 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J Karger-Kocsis Polypropylene Structure, blends and composites Vol Composites Springer Science+Business Media Dordrecht, 1995 [2] Miroslav Raab and Jiri Kotek The contribution of polymer physics to commodity plastics with added value Polimeri : Plastics and Rubber Journal, Vol.26(4), 2006, 172-175 [3] Plastics Europe Market Research Group Association of Plastics Manufacturers World Plastics Production 2006, 2015 [4] Plastics – The Facts 2017 An analysis of European plastics production, demand and waste data Plasticseurope, Association of Plastics Manufacturers 2017 [5] Trần Vĩnh Diệu, Bùi Chương, Nghiên cứu ứng dụng sợi thực vật- nguồn nguyên liệu có khả tái tạo để bảo vệ môi trường, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ, 2011, 93-94 [6] Karger-Kocsis J How does 'phase transformation toughening' work in semicrystalline polymers Polym Eng Sci Vol 36, 1996, 203-210 [7] J Varga, Supermolecular structure of isotactic polypropylene, Journal of Materials Science, Vol 27(10), 1992, 2557 – 2579 [8] Grellman W, Seidler S Deformation and Fracture Behaviour of Polymers (Berlin: Springer Verlag), 2001 [9] Greco, R and Coppola, F Plastics and Rubber Processing and Applications, Vol 6, 1986, 35-41 [10] Wright, D G M., Dunk, R., Bouvart, D and Autran, M The effect of crystallinity on the properties of injection molded polypropylene and polyacctal, Polymer, Vol 29, 1988, 793-796 [11] Bartosiewicz, L and Kelly, C Microstructural analyses of homo and copolymer extrusions verified with complimentary techniques, Advances in Polymer Technology, Vol 7(1), 1987, 21-33 [12] Fujiyama M and Wakino T Crystal orientation in injection molding of talc‐filled polypropylene, Journal of Applied Polymer Science, Vol 42(1), 1991, 2739-47 [13] Yue, C Y and Cheung, W L The morphology, character and strength of the interface in glass fibre-polypropylene composites, Journal of Materials Science, Vol 26, 1991, 870-80 [14] Akay, G Flow induced polymer‐filler interactions: Bound polymer properties and bound polymer‐free polymer phase separation and subsequent phase inversion during mixing, Polymer Engineering Science, Vol 30, 1990, 1361-72 [15] Pukanszky, B Effect of interfacial interactions on the deformation and failure properties of PP/CaCO3 composites, New Polymer Materials, Vol.3, 1992, 205217 [16] Schreiber, H P., Wertheimer, M R and Lambla, M Surface interactions and some properties of filled polymers, Journal of Applied Polymer Science, Vol 27, 1982, 2269-2280 107 [17] Fekete, E., Pukanszky, B., Toth, A and Bertoti, I Surface modification and characterization of particulate mineral fillers, Journal of Colloid and Interface Science, Vol 135, 1990, 200-208 [18] Bartosiewicz, L and Kelly, C Microstructural analyses of homo and copolymer extrusions verified with complimentary techniques, Advances in Polymer Technology, Vol 7, 1987, 21-33 [19] Gutowski, W Effect of fibre-matrix adhesion on mechanical properties of composites, in Controlled Interphases in Composite Materials (ed H Ishida), Elsevier, New York, 1990, 505-520 [20] Raj, R G., Kokta, B V., Dembe1e, F and Sanschagrin, B Compounding of cellulose fibers with polypropylene: Effect of fiber treatment on dispersion in the polymer matrix, Journal of Applied Polymer Science, Vol 38, 1989, 1987-1996 [21] Vollenberg, P H T and Heikens, D The mechanical properties of chalk-filled polypropylene: a preliminary investigation, Journal of Materials Science, Vol 25, 1990, 3089-95 [22] Plueddemann, E P Silane Coupling Agents, Plenum Press, New York, 1982 [23] Ishida, H Structural gradient in the silane coupling agent layers and its influence on the mechanical and physical properties of composites, Molecular Characterization of Composite Interfaces, Plenum Press, New York, 1985 [24] Felix, J M and Gatenholm, P The nature of adhesion in composites of modified cellulose fibers and polypropylene, Journal of Applied Polymer Science, Vol 50, 1991, 699-708 [25] J Z Liang and R K Y Li Mechanical Properties and Morphology of Glass Bead-Filled Polypropylene Composites Polymer composites, Vol 19, No 6, 1998, 698-703 [26] Sjöngren, B.A.; Berglund, L.A Failure mechanisms in polypropylene with glass beads Polymer Composite, Vol 18, 1997, 1–8 [27] Asp, L.E.; Sjöngren, B.A.; Berglund, L.A Prediction of failure initiation in polypropylene with glass beads Polymer Composite, Vol 18, 1997, 9–15 [28] Tsui, C.P.; Tang, C.Y.; Lee, T.C Finite element analysis of polymer composites filled by interphase coated particles J Mater Process Technol., Vol 117, 2001, 105–110 [29] Liang, J.Z.; Li, R.K.Y.; Tjong, S.C Effects of filler content and size on dropweight dart impact fracture behaviour of glass bead-filled polypropylene composites J Thermoplast Compo Mater., Vol 13, 2000, 241–245 [30] Liang, J.Z.; Li, R.K.Y Brittle-ductile transition in polypropylene filled with glass beads Polymer, Vol 40, 1999, 3191–3195 [31] Liang, J.Z.; Li, R.K.Y Mechanical properties and morphology of glass-bead filled polypropylene composites Polym Composite, Vol 19, 1998, 699–703 [32] Dubnikova, I.L.; Berezina, S.M.; Oshmyan, V.G.; Kuleznev, V.N Effect of interfacial adhesion on the deformation behaviour and toughness of particulatefilled polypropylene Polym Sci Ser A, Vol 45, 2003, 873–884 108 [33] Liang, J.Z Impact fracture toughness of hollow glass bead filled polypropylene J Mater Sci., Vol 42, 2007, 841–846 [34] Davies, L.C.; Sothern, G.R.; Hodd, K.A Pulverized fuel ash, its use as filler for polyolefins Part2: Coupling agents and a comparison with Ballotini Plast Rubber Process Appl Vol 5, 1985, 9–14 [35] Arencón, D.; Velasco, J.I.; Realinho, V.; Sánchez-Soto, M.A.; Gordillo, A Fracture toughness of glass microsphere filled polypropylene and polypropylene/poly(ethylene terephthalate-coisophthalate) blend-matrix composites J Mater Sci Vol 42, 2007, 19–29 [36] Li, D.; Zheng, W.; Qi, Z The J-integral fracture toughness of PP/CaCO3 composites J Mater Sci Vol 29, 1994, 3754–3758 [37] Pukánszky, B.; Maurer, F H J Composition dependence of the fracture toughness of heterogeneous polymer systems Polymer, Vol 36, 1995, 1617–1625 [38] Zuiderduin, W.C.J.; Westzaan, C.; Huetink, J; Gaymans, R.J Toughening of polypropylene with calcium carbonate particles Polymer, Vol 44, 2003, 261– 275 [39] Zebarjad, S.M., Tahani, M., Sajjadi, S.A Influence of filler particles on deformation and fracture mechanism of isotactic polypropylene J Mat Process Technol., Vol 155, 2004, 1459–1464 [40] Leong, Y.W.; Abu Bakar, M.B.; Ishak, Z.A.M.; Ariffin, A.; Pukánszky, B Comparison of the mechanical properties and interfacial interactions between talc, kaolin, and calcium carbonate filled polypropylene composites J Appl Polym Sci Vol 91, 2004, 3315–26 [41] Jančář, J.; Di Benedetto, A.T.; Di Anselmo, A Effect of adhesion on the fracture toughness of calcium carbonate-filled polypropylene Polym Eng Sci., Vol 33, 1993, 559–63 [42] Gong, G.; Xie, B.-H.; Yang, W.; Li, Z.-M.; Zhang, W.-Q.; Yang, M.-B Essential work of fracture (EWF) analysis for polypropylene grafted with maleic anhydride modified polypropylene/calcium carbonate composites Polym Testing, Vol 24, 2004, 410–417 [43] Gong, G.; Xie, B.-H.; Yang, W.; Li, Z.-M.; Lai, S.-M.; Yang, M.-B Plastic deformation behaviour of polypropylene/calcium carbonate composites with and without maleic anhydride grafted polypropylene incorporated using the essential work of fracture method Polym Testing Vol 25, 2006, 98–106 [44] Meng, M.R.; Dou, Q Effect of filler treatment on crystallization, morphology and mechanical properties of polypropylene/calcium carbonate composites J Macromol Sci Part B: Phys Vol 48, 2009, 213–225 [45] Kucera, J.; Nezbedova, E Poly(propylene) with micro-fillers—the way of enhancement of toughness Polym Adv Technol Vol 18, 2007, 112–116 [46] Wang, Y.; Huang J.-S Single screw extrusion compounding of particulate filled thermoplastics: State of dispersion and its influence on impact properties J Appl Polym Sci Vol 60, 1996, 1179–1191 109 [47] Thio, Y.S.; Argon, A.S Toughening of isotactic polypropylene with CaCO3 particles Polymer Vol 43,2002, 3661–3674 [48] Yang, K.; Ya, Q.; Li, G.; Sun, J.; Feng, D Mechanical properties and morphologies of polypropylene with different sizes of calcium carbonate particles Polym Composite Vol 27, 2006, 443–450 [49] Fekete, E.; Molnár, S.Z.; Kim, G.-M.; Michler, G.-H.; Pukánszky, B Aggregation, fracture initiation of PP/CaCO3 composites J Macromol Sci., Part B: Phys Vol 38, 1999, 885–899 [50] Wang, Y.; Lee, W.-C Interfacial interactions in calcium carbonate-polypropylene composites 2: Effect of compounding on the dispersion and the impact properties of surface-modified composites Polym Composite Vol 25, 2004, 451–460 [51] Hutar, P.; Majer, Z.; Nahlik, L.; Shestakova, L.; Knesl, Z Influence of particle size on the fracture toughness of a PP-based particulate composite Mech Compos Mater., Vol 45, 2009, 281–286 [52] Velasco, J.I.; de Saja, J.A.; Martínez, A.B Fracture behaviour of untreated and silane-treated talc-filled polypropylene composites Fatigue Fract Eng Materi.Struct., Vol 20, 1997, 659–670 [53] Shelesh-Nezhad, K.; Taghizadeh, A Shrinkage behaviour and mechanical performances of injection moulded polypropylene/talc composites Polym Eng Sci Vol 47, 2007, 2124–2128 [54] Maiti, S.N.; Sharma, K.K Studies on polyproylene composites filled with talc particles: Mechanical properties J Mater Sci Vol 27, 1992, 4605–4613 [55] Leong, Y.W.; Abu Bakar, M.B.; Ishak, Z.A.M.; Ariffin, A.; Pukánszky, B J Appl Polym Sci Vol 91, 2004, 3315–3326 [56] Svehlova, V.; Poloucek, E Mechanical properties of talc-filled polypropylene: Influence of filler content, filler particle size and quality of dispersion Angew Makromol Chem., Vol 214, 1994, 91–99 [57] Wah, C.A.; Choong, L.Y.; Neon, G.S Effects of titanate coupling agent on rheological behaviour, dispersion characteristics and mechanical properties of talc filled polypropylene Eur Polym J., Vol 36, 2000, 789–801 [58] Kim J.S.; Choi, M.A.; Park, T.W.; Kim, D Mechanical properties of talc-filled polypropylene: Coupling agent effect Polymer-Korea, Vol 24, 2000, 770–776 [59] Denac, M.; Musil, V.; Smit, I.; Ranogajec, F Effects of talc and gamma irradiation on mechanical properties of isotactic polypropylene/talc composites Polym Degrad Stabil., Vol 82, 2003, 263–270 [60] C A Fyfe, Solid State NMR for Chemist CFC Press, Guelph, Ontario, Canada, 1983 [61] Erica Rude , Marie-Pierre G Laborie, Carbon-13 Cross-Polarization MagicAngle-Spinning Nuclear Magnetic Resonance Investigation of the Interactions Between Maleic Anhydride Grafted Polypropylene and Wood Polymers, J Am Chem Soc Vol 62(5), 2008, 563-568 110 [62] P.-J Chu, M J Potrzebowski, A I Scott, Y Gao, Conformational studies of Nbenzoyl-L-phenylalanine by combined rotation and multiple-pulse spectroscopy proton nuclear magnetic resonance, J Am Chem Soc., Vol 112, 1990, 881-883 [63] S P Brown, Applications of high-resolution 1H solid-state NMR, Solid State Nucl Magn Reson., Vol 41, 2012, 1–27 [64] T Kobayashi, K Mao, P Paluch, A Nowak-Król, J Sniechowska, Y Nishiyama, D T Gryko, M J Potrzebowski, M Pruski, Study of intermolecular interactions in the corrole matrix by solid-state NMR under 100 kHz MAS and theoretical calculations, Angew Chem Int Ed., Vol 52, 2013, 14108–14111 [65] B Lotz, J.C Wittmann, A.J Lovinger, Structure and morphology of polypropylenes: a molecular analysis, Polymer, Vol 37, 1996, 4979-4992 [66] J Karger-Kocsis, How does “phase transformation toughening” work in semicrystalline polymers? Polym Eng Sci Vol 36, 1996, 203-210 [67] A Bunn, M.E.A Cudby, R.K Harris, K.J Packer, B.J Say, High resolution 13C NMR spectra of solid isotactic polypropylene, Polymer, Vol 23, 1982, 694-698 [68] Marina H Ishizaki , Paula de M C Maciel , Leila L Y Visconte , Cristina R G Furtado & Jean L Leblanc Solid State NMR Study of Polypropylene Composites Filled with Green Coconut Fiber, International Journal of Polymeric Materials, Vol 58, 2009, 267–277 [69] O Policianova, J Hodan, J Brus, J Kotek, Origin of toughness in betapolypropylene: the effect of molecular mobility in the amorphous phase, Polymer, Vol 60, 2015, 107-114 [70] Nguyen Giang Vu, Thai Hoang, Huynh Mai Duc, Tran Trung Huu, Van Do Cong, Vu Tuan Manh, Tran Lam Dai, Polypropylene/TiO2 Nanocomposites: Study on mechanical structural Properties Advanced Science Letters, Vol 19(3), 2013, Tr 839-844 [71] Thái Hoàng, Tổng hợp đặc trưng vật liệu nanocompozit sở nhựa PP hạt nano BaSO4, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, T 50(1B), 2012, Tr 264-273 [72] Thái Hồng, Nguyễn Vũ Giang, Nguyễn Thúy Chinh, Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit sở polypropylen tro bay trạng thái nóng chảy Tạp chí Khoa học Công nghệ Vol 49(3), 2011, tr 79-85 [73] Đàm Thị Thu Loan, Nghiên cứu cải thiện tính vật liệu composite sợi đay/nhựa polypropylene phương pháp biến tính nhựa Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, ĐH Đà Nẵng, số 1(36), 2010, tr 28-35 [74] Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Phạm Duy Linh, Đào Minh Anh Nghiên cứu ảnh hưởng xử lý bề mặt sợi tre anhidrit axetic đến tính chất kéo vật liệu polyme compozit sở nhựa polypropylen Tạp chí hoa học, T 43(4), 2005, Tr 479483, [75] Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân, Phạm Xuân Khải, Nghiên cứu trình xử lý bề mặt sợi tre acrylonitril (AN) tính chất vật liệu polyme compozit sở nhựa polypropylen gia cường sợi tre Tạp chí hoa học, T 43(5), 2005, tr 590-594, 111 [76] Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Phạm Duy Linh, Phạm Gia Huân Nghiên cứu chế tạo polyme compozit sở polypropylen gia cường sợi tre ngắn sản phẩm chúng Tạp chí hoa học, T 43(2), 2005, Tr 223 – 227, [77] Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit sở nhựa polypropylen gia cường hệ sợi lai tạo tre-, luồng, -thủy tinh, Tạp chí hóa học, T 41(3), 2003, tr 49-53 [78] Phan Thị Minh Ngọc, Trần Vĩnh Diệu, Nguyến Thúy Hằng Ảnh hưởng chất trợ tương hợp polypropylen-ghép anhydrit maleic đến tính chất học vật liệu polypropylen compozit mat tre, Tạp chí hóa học, T 45(5A), 2007, tr.7784 [79] Phan Thị Minh Ngọc, Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Minh Thu, Lương Thái Sơn, Nghiên cứu ảnh hưởng q trình axetyl hóa sợi luồng anhydrit axetic đến độ bền kéo vật liệu compozit sở nhựa PP, Tạp chí Hóa học, T 43(4), 2005, tr.484 – 488 [80] Ngô Kế Thế, Nguyễn Việt Dũng, Nguyễn Văn Thủy, Zdenek Krulis Nghiên cứu gia tăng tính chất vật liệu compozit pp/sericit hợp chất silan Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, T 50(1A), 2012, Tr 248-255 [81] Ngô Kế Thế, Nguyễn Việt Dũng, Ngô Trịnh Tùng Nghiên cứu biến đổi bề mặt khoáng sericit 3-aminopropyltrimetoxysilan Tạp chí Hóa học, T.47 (6B), 2009, Tr 31-36 [82] Ngô Kế Thế, Nguyễn Việt Dũng, Nguyễn Văn Thủy, Nguyễn Thị Ngọc Tú, Vũ Ngọc Hùng, Ngô Đức Tùng Nghiên cứu biến đổi bề mặt khoáng talc hợp chất silan Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, T 50(1A), 2012, Tr 241 - 247 [83] Zhi Cao, Michael Daly, Lopez Clémence, Luke M Geever, Ian Major, Clement L Higginbotham, Declan M Devine, Chemical surface modification of calcium carbonate particles with stearic acid using different treating methods, Applied Surface Science, Vol 378, 2016, 320–329 [84] S Mihajlovic, S Zivko, D Aleksandra, V Dusica, J Vladimir, S Jovica, Surface properties of natural calcite filler treated with stearic acid, Ceram Silikaty, Vol 53, 2009, 268–275 [85] W Chengyu, S Ye, Z Xu, P Yan, B Hari, W Zichen, Synthesis of hydrophobic CaCO3 nanoparticles, Mater Lett Vol 60, 2005, 854–857 [86] Suellem Barbosa Cordeiroa, Maria de Fátima Vieira Marques Natural Nanotubes Reinforcing Heterophasic Polypropylene Materials Research Vol 18(2), 2015, 267-273 ... làm rõ nguồn gốc thay đổi tính chất vật liệu Trên sở đó, luận án ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi bề mặt số khống chất đến tương tác pha tính chất lý vật liệu tổ hợp sở nhựa polypropylen? ?? lựa chọn... CHẤT ĐẾN TƯƠNG TÁC PHA VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP TRÊN CƠ SỞ NHỰA NỀN POLYPROPYLEN Chuyên ngành: Vật liệu Cao phân tử tổ hợp Mã số: 9.44.01.25 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI... đổi chế biến dạng, tính chất phá hủy từ thay đổi tồn tính chất lý vật liệu compozit Và đó, cách thức dễ dàng để thay đổi tính chất tạo vật liệu với tính chất thiết kế sẵn thay đổi tương tác pha