Chế tạo nghiên cứu tính chất và cấu trúc của vật liệu nano compozit trên cơ sở poly vinyl clorua PVC và một số clay hữu cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 8B ĐỖ QUANG THẨM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 0B VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU 13B ĐỖ QUANG THẨM 10B NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU NANO COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ POLY VINYL CLORUA (PVC) VÀ MỘT SỐ CLAY HỮU CƠ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU 1B KHOÁ ITIMS 2007 2B GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS THÁI HOÀNG ITIMS - 2007 Hà Nội – 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 9B TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 14B VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU 3B ĐỖ QUANG THẨM 1B CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU NANO COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ POLY VINYL CLORUA (PVC) VÀ MỘT SỐ CLAY HỮU CƠ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU 4B KHOÁ ITIMS 2007 5B Giáo viên hướng dẫn: PGS TS THÁI HOÀNG Hà Nội – 2009 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY INTERNATIONAL TRAINING INSTITUTE FOR MATERIALS SCIENCE 15B DO QUANG THAM 12B PREPARATION, STUDY ON PROPERTIES AND STRUCTURE OF THE POLYMER NANOCOMPOSITES BASED ON POLY (VINYL CHLORIDE) AND SOME ORGANIC CLAYS MASTER THESIS OF MATERIALS SCIENCE 6B BATCH ITIMS 2007 7B Supervisor: Assoc Prof Dr THAI HOANG Hà Nội – 2009 Lời cảm ơn Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Thái Hồng, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên em suốt thời gian hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn cán làm việc Viện Kỹ thuật nhiệt đới, anh Trần Đăng Thành, Th.S Đỗ Hùng Mạnh, Viện Khoa học vật liệu, nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình làm thực nghiệm Th.S Nguyễn Thị Kim Dung có nhiều đóng góp quý báu q trình phân tích kết thực nghiệm Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo toàn thể cán làm việc Viện ITIMS dạy tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt q trình học tập hồn thành khố học Tơi xin chân thành cảm ơn tất bạn, người giúp trình học tập q trình hồn thành luận văn Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU KHOÁ ITIMS 2007 Tên luận văn: Chế tạo, nghiên cứu tính chất cấu trúc vật liệu nano compozit sở poly vinyl clorua (PVC) số clay hữu Tác giả: Đỗ Quang Thẩm Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Thái Hồng Giáo viên nhận xét: Tóm tắt luận văn: Các loại clay bentone 104, bentone 105, bentone 166 (B166), bentone 2010 dùng nghiên cứu sản phẩm thương mại hãng Elementis Specialities (Bỉ) Vật liệu compozit PVC/clay chế tạo trạng thái nóng chảy thiết bị trộn nội Haake Kết thực nghiệm cho thấy độ nhớt chảy tương đối vật liệu compozit PVC/clay tăng theo hàm lượng clay Tính chất lý vật liệu compozit PVC/clay phụ thuộc vào hợp chất alkyl amin dùng để biến tính clay Trong số clay, B166 cho hiệu gia cường cho tổ hợp PVC/DOP tốt B166 có khả nâng cao tính chất lý cho tổ hợp PVC/DOP hàm lượng clay ≤ 2% Vật liệu compozit PVC/clay có cấu trúc bóc tách hàm lượng clay ≤ 1% có cấu trúc bóc tách chèn lớp hàm lượng clay ≥ 2% Vật liệu compozit PVC/B166 có cấu trúc nanomet, nhiên phần có cấu trúc micromet DOP mạch PVC có khả vào lớp clay tương tác chúng góp phần bóc tách mở rộng lớp clay (tương tác nói chứng minh phổ IR) B166 giảm điện trở suất, tăng số điện môi tổn hao điện môi tổ hợp PVC/DOP nâng cao độ bền điện cho tổ hợp Khả chống cháy độ bền oxy hoá nhiệt tổ hợp PVC/DOP tăng cường nhờ tác dụng che chắn B166 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm INTERNATIONAL TRAINING INSTITUTE FOR MATERIAL SCIENCE BATCH ITIMS 2007 Title of MSc thesis: Preparation, study on properties and structure of the polymer nanocomposites based on poly (vinyl chloride) and some organic clays Author: Do Quang Tham Supervisor: Assoc Prof Dr Thai Hoang Referee: Abstract: Clays used in this study with the trade names: bentone 104, bentone 105, bentone 166 (B166), and bentone B2010 (Elementis Specialities, Belgium) The PVC/clays composites were prepared by melt mixing in a Haake intermixer The obtained results showed that the relative melt viscosity of the PVC/clays composites increased with increasing clay content The mechanical properties of the PVC/clay composites depended on the alkyl amin used for modification of clay Among these clays, B166 exhibited the highest reinforcement effect of the PVC/dioctylphtalat (DOP) mixture B166 improved mechanical properties of the PVC/DOP mixtures if clay content ≤ %.wt The PVC/B166 composites exhibited exfoliated structure if clay content ≤ %.wt and both exfoliated and intercalated structures if clay content ≥ %.wt The FESEM images revealed nanoscale structure of the PVC/B166 composites, but some parts performed in microscale The interactions between clay B166 and PVC30 were proved by IR spectra B166 reduced electrical insulation of the PVC/clay composites but could enhance the dielectric strength of the composites The sheets of B166 acted as shields and flame retardant, therefore, the composites have high thermal oxidation stability and flame retardation Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm CÁC TỪ VIẾT TẮT B104 : Clay hữu bentone 104 B105 : Clay hữu bentone 105 B166 : Clay hữu bentone 166 B2010 : Clay hữu bentone 2010 DOP : Dioctyl phtalat E : Mô đun đàn hồi FESEM : Hiển vi điện tử quét phát xạ trường G* : Mô đun đàn hồi phức IR : Phổ hồng ngoại MMT : Montmorillonit PCN : Polyme/clay nanocompozit PVC : Poly (vinyl clorua) PVC30 : PVC + 30% DOP (về khối lượng so với PVC) PVC35 : PVC + 35% DOP (về khối lượng so với PVC) PVC40 : PVC + 40% DOP (về khối lượng so với PVC) tgδ : Tang góc tổn hao điện mơi XRD : Nhiễu xạ tia X ε : Hằng số điện môi εb : Độ dãn dài đứt φ : Góc lệch pha ứng suất tác động biến dạng ρS : Điện trở suất mặt ρV : Điện trở suất khối σb : Độ bền kéo đứt Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Các cấu trúc vật liệu polyme/clay nanocompozit 17 Hình 1.2 Sơ đồ mơ tả q trình chèn lớp trạng thái nóng chảy 19 Hình 1.3 Sơ đồ trình tổng hợp nanocompozit nylon /clay 19 Hình 1.4 Sơ đồ mơ tả q trình che chắn polyme/clay nanocompozit 22 Hình 1.5 Cấu trúc tinh thể bentonit 30 Hình 1.6 Q trình biến tính clay ion ankyl amoni mạch thẳng 34 Hình 1.7 Cấu trúc clay biến tính 35 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý tượng nhiễu xạ tia X 46 Hình 2.2 Mẫu đo tính chất lý 48 Hình 2.3 Mẫu đo sơ đồ tác dụng lực vào mẫu đo 49 Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm đốt thẳng đứng theo UL 94V 53 Hình 3.1 Giản đồ mơ men xoắn - thời gian trộn vật liệu compozit PVC35/B166 với hàm lượng clay khác 55 Hình 3.2 Phổ XRD B104 (A), phổ XRD vật liệu compozit PVC35/1%B104 (B) PVC35/2%B104 (C) 57 Hình 3.3 Phổ XRD B105 (A), phổ XRD vật liệu compozit PVC35/1%B105 (B) PVC35/2%B105 (C) 58 Hình 3.4 Phổ XRD B2010 (A), phổ XRD vật liệu compozit PVC/1%B2010 (B) PVC/2%B2010 (C) 58 Hình 3.5 Phổ XRD B166 (A), phổ XRD vật liệu compozit PVC35/1%B166 (B) PVC35/2%B166 (C) 59 Hình 3.6 Giản đồ mơ men xoắn - thời gian trộn vật liệu PVC chứa 0,5% clay B166 hàm lượng DOP khác 67 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Hình 3.7 Giản đồ mơ men xoắn - thời gian trộn vật liệu PVC30 có hàm lượng clay B166 khác 68 Hình 3.8 Giản đồ mô men xoắn - thời gian trộn vật liệu PVC40 có hàm lượng clay B166 khác 68 Hình 3.9 Mơ đun đàn hồi phức vật liệu compozit PVC30/B166 theo tần số ứng suất tác động 73 Hình 3.10 Góc lệch pha vật liệu compozit PVC30/B166 theo tần số ứng suất tác động 74 Hình 3.11 Ảnh FESEM vật liệu compozit PVC30/B166 (1,5%) 75 Hình 3.12 Ảnh FESEM vật liệu compozit PVC35/B166 (1%) 75 Hình 3.13 Ảnh SEM vật liệu compozit PVC35/B166 (1,5%) 75 Hình 3.14 Ảnh FESEM vật liệu compozit PVC40/B166 (1,5%) 76 Hình 3.15 Phổ hồng ngoại clay B166 77 Hình 3.16 Phổ hồng ngoại bentonite 78 Hình 3.17 Phổ hồng ngoại tổ hợp PVC30 78 Hình 3.18 Phổ hồng ngoại vật liệu compozit PVC30/B166 (1,0%) 79 Hình 3.19 Phổ hồng ngoại vật liệu compozit PVC30/B166 (1,5%) 80 Hình 3.20 Đường khí oxy vào vật liệu 89 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1 Một số ứng dụng công nghệ nano 23 Bảng 1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng MMT/ODA đến khoảng cách d clay biến tính 36 Bảng 1.3 Một số tính chất học động vật liệu nanocompozit PVC/clay 39 Bảng 2.1 Tiêu chuẩn đánh giá tính chất chống cháy vật liệu theo UL94 52 Bảng 3.1 Mô men xoắn ổn định vật liệu compozit PVC35/clay 56 Bảng 3.2 Khoảng cách clay vật liệu compozit PVC35/clay 60 Bảng 3.3 Độ bền kéo đứt (σb) độ dãn dài đứt (εb) vật liệu compozit PVC35/clay 62 Bảng 3.4 Hằng số điện môi (ε), tổn hao điện môi (tgδ) vật liệu compozit PVC/clay 63 Bảng 3.5 Điện trở suất khối vật liệu compozit PVC35/clay 64 Bảng 3.6 Điện áp đánh thủng vật liệu compozit PVC35/clay 65 Bảng 3.7 Sự phụ thuộc mô đun đàn hồi (E) vật liệu compozit PVC/B166 vào hàm lượng B166 DOP 69 Bảng 3.8 Sự phụ thuộc độ bền kéo đứt vật liệu compozit PVC/B166 vào hàm lượng clay hàm lượng DOP 70 Bảng 3.9 Sự phụ thuộc độ dãn dài đứt của vật liệu compozit PVC/B166 vào hàm lượng B166 DOP 71 Bảng 3.10 Các pic đặc trưng phổ IR clay B166, PVC30 PVC30/B166 81 Bảng 3.11 ε tgδ vật liệu compozit PVC/B166 83 Bảng 3.12 ρS ρV vật liệu compozit PVC/B166 84 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm 84 Điện trở suất mặt (ρS), điện trở suất khối (ρV) vật liệu compozit PVC/B166 có hàm lượng clay DOP khác thể bảng 3.12 Có thể thấy đại lượng điện trở suất ρS, ρV vật liệu có xu hướng giảm tăng hàm lượng DOP hàm lượng clay Khi đưa % B166 vào tổ hợp PVC/DOP, ρS, ρV giảm mạnh Tiếp tục tăng hàm lượng B166 đến 2,5 %, ρS ρV vật liệu giảm chậm Bảng 3.12 ρS ρV vật liệu compozit PVC/B166 Hàm lượng clay (%) 30% DOP ρS ρV 35% DOP ρS ρV 40% DOP ρS ρV (Ω) (Ω.cm) (Ω) (Ω.cm) (Ω) (Ω.cm) 14 14 13 13 13 4,45.10 1,45.10 5,60.10 3,47.10 3,25.10 7,78.1012 4,87.1013 4,70.1013 1,62.1013 1,04.1013 1,22.1013 4,38.1012 1,5 3,36.1013 3,90.1013 1,30.1013 9,49.1012 8,12.1012 4,21.1012 2,78.1013 3,76.1013 1,08.1013 6,28.1012 7,50.1012 2,86.1012 c) Điện áp đánh thủng Bảng 3.13 cho thấy điện áp đánh thủng vật liệu PVC/B166 (ở hàm lượng B166) có xu hướng giảm tăng hàm lượng DOP cho PVC Đó nhiệt độ nóng chảy PVC giảm tăng hàm lượng chất hoá dẻo, dẫn đến giảm điện áp đánh thủng (cơ chế đánh thủng nhiệt) Khi cố định hàm lượng DOP thay đổi hàm lượng clay điện áp đánh thủng thay đổi Ở tổ hợp PVC chứa 30%, 35% DOP, điện áp đánh thủng đạt giá trị lớn hàm lượng clay 1% Với tổ hợp PVC chứa 40% DOP, điện áp đánh thủng vật liệu đạt giá trị lớn hàm lượng clay 0,5% có xu hướng giảm tiếp tục tăng hàm lượng clay Kết giải thích sau: Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm 85 Bảng 3.13 Điện áp đánh thủng vật liệu compozit PVC/B166 Hàm lượng 0B Điện áp đánh thủng (kV/cm) clay (%) 30% DOP 35% DOP 40% DOP 249 228 219 0,5 252 239 232 263 251 230 1,5 254 236 219 237 225 208 2,5 232 213 200 - Clay bị bóc tách bị chèn lớp PVC/DOP có tác dụng che chắn cho tổ hợp PVC/DOP làm tăng tính bền nhiệt tổ hợp Tuy nhiên, hàm lượng clay, hàm lượng DOP tăng đồng thời làm tăng độ dẫn điện (giảm điện trở suất khối mặt) PVC Vì thế, bảng 3.13 vật liệu compozit với hàm lượng clay nhỏ (≤ 1,5%), có điện áp đánh thủng cao so với tổ hợp PVC/DOP Khi hàm lượng DOP thấp (30, 35%), tác dụng che chắn cải thiện độ bền nhiệt có tác dụng lớn hàm lượng clay - 1,5 % Khi hàm lượng DOP 40%, có tác dụng che chắn cải thiện độ bền nhiệt clay lại làm tăng độ đẫn điện nên điện áp đánh thủng tổ hợp PVC40 cải thiện hàm lượng clay nhỏ (0,5 – %) Từ kết nghiên cứu tính chất điện vật liệu compozit PVC/B166, lựa chọn thành phần 30 – 40 % DOP, 0,5- 1,5 % B166 để làm vật liệu cách điện vỏ dây cáp điện [19-20] III.2.6 Độ bền ơxy hố nhiệt vật liệu compozit PVC/B166 Kết xác định độ bền oxy hoá nhiệt theo phần trăm độ bền kéo đứt (Hσ) độ dãn dài đứt (Hε) lại vật liệu compozit PVC/B166 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm 86 liệt kê bảng 3.14 3.15 Hσ, Hε vật liệu compozit PVC/DOP tăng theo hàm lượng DOP clay Kết cho thấy tác dụng tốt clay việc nâng cao độ bền oxy hố nhiệt PVC Ngun nhân giải thích sau: ngồi tác dụng chất ổn định PVC, với chất hoá dẻo DOP, phân tử DOP (rất khó bị oxy hố 100oC) vào đại phân tử PVC, hạn chế q trình phân huỷ PVC, tách HCl nhiệt độ cao (DOP làm tăng độ bền nhiệt cho PVC) Cịn clay dạng bóc tách chèn lớp, phân tán đồng khả hình thành liên kết hydro với đại phân tử PVC DOP tạo thành cấu trúc bền vững, nhờ vậy, xâm nhập O2 vào vật liệu compozit khó khăn Mặt khác, nhóm OH clay có khả ngưng tụ với nguyên tử clo hoạt động PVC, hợp chất amin có clay hữu có khả kết hợp với phân tử HCl sinh trình phân huỷ nhiệt PVC Vì thế, phản ứng phân huỷ PVC xảy hay nói cách khác vật liệu compozit PVC/DOP/clay khó bị phân huỷ nhiệt tổ hợp PVC/DOP nhờ có tác dụng che chắn clay hợp chất amin hữu dùng để biến tính clay Bảng 3.14 Độ bền kéo đứt sau thử nghiệm oxy hoá nhiệt (σb-slh) hệ số lão hoá theo độ bền kéo đứt (Hσ) vật liệu compozit PVC/B166 Hàm lượng clay (%) 30% DOP σb-slh Hσ (MPa) (%) 21,0 80 35 % DOP σb-slh Hσ (MPa) (%) 19,0 82 40% DOP σb-slh Hσ (MPa) (%) 20,6 95 0,5 23,3 82 22,4 88 22,7 97 24,7 82 22,5 88 22,8 96 1,5 22,8 81 22,9 87 22,4 95 22,7 81 21,6 84 21,2 90 2,5 22,1 81 20,7 83 20,6 89 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm 87 Bảng 3.15 Độ bền kéo đứt sau thử nghiệm oxy hoá nhiệt (σb-slh) hệ số lão hoá theo độ dãn dài đứt (Hε) vật liệu compozit PVC/B166 Hàm lượng 30% DOP 35 % DOP 40% DOP εb-slh Hε εb-slh Hε εb-slh Hε (%) (%) (%) (%) (%) (%) 201 76 223 76 258 78 0,5 207 75 244 78 266 79 218 78 261 82 283 83 1,5 217 79 250 84 301 85 212 79 233 84 293 86 2,5 205 80 228 87 267 86 clay (%) III.2.7 Khả chống cháy vật liệu PVC/B166 Kết khảo sát khả cháy vật liệu compozit PVC/B166 đánh giá tổng thời gian cháy t1 t2 sau lần đốt mẫu theo tiêu UL 94V Việc đánh giá xắp xếp cấp độ cháy đánh giá dựa vào bảng 3.16 Kết thử nghiệm cháy cho thấy, tất mẫu tự tắt cháy sau hai lần mồi lửa, có khói phát sinh mồi lửa, khơng có tàn than cháy dư ngắn (dưới giây), khơng có giọt cháy rơi xuống Bảng 3.17 trình bày kết khảo sát tổng thời gian cháy (t1+t2) mẫu thử nghiệm cho loại tổ hợp PVC(30-40) vật liệu compozit PVC/B166 Về cấu tạo, PVC khơng có chất hố dẻo khơng bắt cháy khơng cháy Tuy nhiên dùng chất hố dẻo DOP, tổ hợp PVC/DOP có khả bắt cháy cháy Tuy nhiên, trình cháy bị dập tắt khí HCl khói tạo Kết cho thấy tổng thời gian cháy vật liệu compozit PVC/clay hàm lượng chất hoá dẻo DOP giảm tăng hàm lượng clay Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm 88 Bảng 3.16 Các mức đánh giá khả chống cháy vật liệu TT Các giá trị đo tượng 94V-0 94V-1 94V-2 t1 t2 (giây) cho mẫu ≤ 10 ≤ 30 ≤ 30 Tổng (t1 + t2 ) (giây) mẫu đo ≤ 50 ≤ 250 ≤ 250 t2 + t3 (giây) cho mẫu ≤ 30 ≤ 60 ≤ 60 Mẫu bị cháy lên phần giá đỡ Không Không Không Bông cháy giọt cháy rơi xuống Khơng Khơng Có 3B Bảng 3.17 Tổng thời gian cháy (t1+t2) tổ hợp PVC/DOP vật liệu compozit PVC/B166 Hàm lượng clay Tổng thời gian cháy (t1+t2) 40% Xếp loại 35% Xếp loại 30% Xếp loại DOP 94V DOP 94V DOP 94V 70 V1 45 V1 38 V0 0,5 55 V1 36 V0 26 V0 1,0 43 V0 37 V0 24 V0 1,5 35 V0 29 V0 21 V0 2,0 35 V0 30 V0 21 V0 2,5 40 V0 30 V0 22 V0 (%) Như vậy, clay hạn chế khả cháy vật liệu tổ hợp PVC/DOP Điều giải thích sau: q trình cháy polyme liên quan tới có mặt khí oxy bao quanh vật liệu thâm nhập oxy (là tác nhân trì cháy) vào vật liệu Oxy tham gia phản ứng phân hủy oxy hoá đại phân tử PVC nhiệt độ cao sản phẩm phân huỷ PVC mạch PVC Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm 89 chứa liên kết đơi, sản phẩm thấp phân tử chứa oxy, khí HCl, CO2, H2O (ở dạng hơi), muội than, số sản phẩm cháy khác Trong vật liệu compozit PVC30/B166 cịn có hạt clay với kích thước nano (diện tích bề mặt riêng lớn) phân tán tổ hợp PVC Chúng bị bóc tách chèn lớp phân tán tổ hợp PVC/DOP nên phiến clay có tác dụng tương tự chắn (hình 3.20), ngăn cản trình thâm nhập oxy vào vật liệu, hạn chế dòng oxy cung cấp cho trình cháy tổ hợp PVC/DOP Sự thiếu hụt O2 cho trình cháy vừa tạo muội than vừa gây tắt cháy Hình 3.20 minh hoạ đường khí oxy vào vật liệu compozit thơng thường vật liệu compozit có clay (a) (b) Hình 3.20 Đường khí oxy vào vật liệu: (a): vật liệu compozit thông thường, (b): vật liệu nano-clay compozit Nói tóm lại, ngồi thân PVC polyme khó cháy, clay có tác dụng tăng cường tính khó cháy cho tổ hợp PVC/DOP Đây đặc điểm có ích clay Ngồi khả cải thiện tính chống cháy cho tổ hợp PVC/DOP, clay B166 cịn có khả nâng cao tính chất lý, độ bền xoắn (tăng G*), độ bền điện mơi Vì sử dụng vật liệu compozit PVC/clay B166 (với hàm lượng clay 2%) làm sản phẩm cách điện an toàn hiệu cao so với tổ hợp PVC/DOP Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL 90 Đỗ Quang Thẩm KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu vật liệu compozit PVC/clay thực đề tài “Chế tạo, nghiên cứu tính chất cấu trúc vật liệu nano compozit sở poly vinyl clorua (PVC) số clay hữu cơ”, chúng tơi có số kết luận sau: Vật liệu compozit PVC/clay có nhớt chảy tương đối tăng theo hàm lượng clay lớn so với tổ hợp PVC/DOP Cấu tạo hợp chất alkyl amin dùng để biến tính clay có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật liệu compozit sở tổ hợp PVC35 clay biến tính Trong số loại clay hữu cơ, B166 có hiệu gia cường tốt cho tổ hợp PVC35 Vật liệu compozit PVC35/clay (B104, B105, B2010 B166) có cấu trúc bóc tách hàm lượng clay nhỏ (dưới 1%), có cấu trúc kết hợp bóc lớp chèn lớp hàm lượng clay ≥ 2% Clay làm giảm điện trở suất tổ hợp, tăng số điện môi tang góc tổn hao điện mơi tổ hợp PVC35 Trong số loại clay, B166 có khả nâng cao độ bền điện cho tổ hợp PVC35, loại clay khác làm giảm độ bền điện tổ hợp PVC35 Chất hố dẻo DOP tăng khả gia cơng cho vật liệu compozit PVC/B166 Vật liệu compozit PVC/B166 khó gia công tăng hàm lượng clay Clay B166 có khả gia cường cho tổ hợp PVC(30, 35, 40) hàm lượng clay ≤ 2% có hiệu lớn hàm lượng clay 1-1,5% Clay B166 làm tăng mô đun đàn hồi phức tổ hợp PVC30 làm tăng tính đáp ứng với thay đổi ứng suất dao động B166 có khả nâng cao độ bền oxy hố nhiệt khả chống cháy cho tổ hợp PVC Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL 91 Đỗ Quang Thẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Bùi Chương, Vũ Minh Đức (2005), “Nghiên cứu tính chất học nhiệt vật liệu polypropylen- nanocompozit”, Tạp chí Hoá học, T.43(6), 730734 [2] Nguyễn Thị Kim Dung (2006), Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện công nghệ tỉ lệ thành phần đến cấu trúc tính chất vật liệu compozit PVC/DOP/clay, Luận văn Thạc sỹ Hoá học, Chuyên ngành Hoá lý Hoá lý thuyết, ĐHSP Hà Nội [3] Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo dục, XN in Phú Thọ [4] Tô Thị Xuân Hằng, Trịnh Anh Trúc, Vũ Kế Oánh, Nguyễn Đức Nghĩa, Nguyễn Thị Thu Trang (2005), “Nghiên cứu khả bảo vệ chống ăn mòn màng sơn sở nhựa epoxy clay-polyanilin nanocompozit”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, T.43, (2B), 73-78 [5] Phạm Hiệp (2002), “Vật liệu (PCNs)”, Tạp chí Hoá học ứng dụng, Số 7, 6-8 [6] Thái Hoàng (1999), “Nghiên cứu giãn nở co ngót nhiệt polyvinyl clorua phương pháp phân tích nhiệt”, Tạp chí Hố học Cơng nghiệp Hố chất, Số 4, 18-23 [7] Thái Hoàng (1999), PVC gia công PVC, Viện Kỹ thuật nhiệt đới Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội [8] Thái Hoàng, Nguyễn Thạc Kim, Nguyễn Thị Kim Dung, Đỗ Quang Thẩm (2007), “Phổ hồng ngoại PVC/DOP/clay compozit, tương tác phân tử ảnh hưởng chúng tới số tính chất vật liệu”, Tạp chí Hố học, T.45(4), 432-437 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL 92 Đỗ Quang Thẩm [9] Thái Hoàng, Nguyễn Thạc Kim, Nguyễn Vũ Giang, Đỗ Quang Thẩm (2007), “Độ bền nhiệt, khả chống cháy vật liệu compozit poly (vinyl clorua)/khoáng sét”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, T.45(3), 67-73 [10] Thái Hoàng, Nguyễn Thạc Kim, Đỗ Quang Thẩm, Nguyễn Thị Kim Dung (2006), Ảnh hưởng điều kiện công nghệ đến số tính chất xác định cấu trúc vật liệu compozit PVC/DOP/clay, Tuyển tập “Báo cáo Hội nghị Khoa học kỷ niệm 50 năm thành lập Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (phân ban công nghệ hóa học), Hà Nội, ngày 12 tháng 10, 321-324 [11] Thái Hoàng, Nguyễn Thạc Kim, Đỗ Quang Thẩm, Nguyễn Thị Kim Dung, Lữ Ánh Ngọc (2007), Nghiên cứu độ bền thời tiết khả ứng dụng vật liệu nanocompozit PVC/clay, Tạp chí Hóa học, T.45, số ĐB, 66-72 [12] Thái Hoàng, Nguyễn Thạc Kim, Đỗ Quang Thẩm, Nguyễn Tiến Dũng, Lữ Ánh Ngọc, Nguyễn Thế Anh (2005), “Khả chảy nhớt, cấu trúc tính chất vật liệu compozit poly vinyl clorua/nanoclay”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, T.44(2), 1-6 [13] Thái Hồng, Nguyễn Thạc Kim, Đỗ Quang Thẩm, Phan Quang Thái, Nguyễn Thị Thanh Hương (2006), “Nghiên cứu cấu trúc số tính chất vật liệu poly(vnyl clorua)/nanoclay compozit”, Tạp chí Hố học, T.44(5), 566-570 [14] Nguyễn Thị Thanh Hương (2005), Chế tạo, nghiên cứu cấu trúc tính chất vật liệu nanocompozit sở poly (vinyl clorua) clay biến tính tri (n- hexadecyl) amoniclorua, Luận văn Thạc sỹ Hoá học, Chuyên ngành Hoá lý Hoá lý thuyết, ĐHSP Hà Nội [15] Đào Thế Minh, Vũ Huy Định (2005), “Chế tạo tính chất vật liệu nanocompozit polyetylen/clay có mặt chất tương hợp polyetylen ghép andehyt maleic”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, T.43(4), 195-199 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL 93 Đỗ Quang Thẩm [16] Đào Thế Minh, Vũ Hải Long (2005), “Chế tạo polyme nanocompozit sở polyetylen biến tính silicon nano clay”, Tạp chí Hố học, T.43(2), 207-209 [17] Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức (2002), Vật liệu compozit – Cơ học công nghệ, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội [18] Quách Đăng Triều (2003), Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit, Đề tài Nhà nước KC.02.07, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội [19] Từ điển Bách khoa Việt Nam (1995), Hà Nội, Tập 1, 414, 801 TIẾNG ANH [20] “Annual book of ASTM Standards, Electric insulating materials” (1971), USA, part 29, ASTM D149, D150, D157 [21] G Beyer (2002), “Nanocomposites: A new class of flame retardants for polymer”, Plastics Additives and Compounding, 4(10), 22-28 [22] J.W Cho, D.R Paul (2001), “Nylon nanocomposites by melt compounding”, Polymer, 42, 1083-1094 [23] S J Dahman (2000), “Melt processed polymer-clay Nanocomposites: Properties and Applications” Proceedings of ANTEC 2000, May 7-11, Orlando Florida, 2407-2411 [24] H R Dennis, D L Hunter, D Chang, S Kim, J L White, J W Cho, D R Paul (2000), “Nanocomposites: the importance of processing”, Proceedings of ANTEC 2000, May 7-11/2000, Orlando Florida, 428-432 [25] N Francis, D.Schmidt, “Improved lead - free wire and cable insulation”, http://www.turi.org/content Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL 94 Đỗ Quang Thẩm [26] W Gianelli, G Camino, N T Dintcheva, S L Verso, F P L Mantia (2004), “EVA-Montmorillonite Nanocomposites: Effect of Processing Conditions”, Macromol Mater Eng., 289(3), 238-244 [27] J.N Hay, S.J Shaw (2000), “Clay based nanocomposites, a review of nanocomposites 2000" http://www.azom.com/ [28] Nguyen Van Hieu (2003), “Nanophysics and nanotechnology in Vietnam”, Vietnam - Korea Symposium on Frontier Materials Science and Technology, Hanoi-Vietnam-February, 25-26 [29] Thai Hoang, Nguyen Thac Kim, Do Van Cong, Nguyen Ngoc Chien (2005), “Preparation and properties of polypropylene/clay nanocomposites”, The 2nd International Symposium on Advanced Materials In Asia-Pacific Rim, Ha Noi, Viet Nam, April 1-4, 33-35 [30] Thai Hoang, Nguyen Thac Kim, Nguyen Thi Thanh Huong, Nguyen The Anh (2006), Preparation and Characteristics of Poly (vinyl chloride)/Clay Nanocomposites, The 3nd International Symposium on Advanced Materials In Asia-Pacific Rim, Ulsan, Korea, May 11-13, 21-23 [31] H Hu, M Pan, X Li, X Shi, L Zhang, (2004), “Preparation and characterization of poly (vinyl chloride)/organoclay nanocomposites by in situ intercalation”, Polymer International, 53(2), 225-231 [32] A Kalendova, M Pospisil, L Kovarova, D Merinska, M Valaskova, H Vlkova, J Simonik, P Capkova (2004), “Influence of chain length on intercalation process of poly(vinyl chloride)/clay nanocomposites based on alkyl-amine”, Plastics, Rubbers and Composites, 33(7), 279-285 [33] A Kalendova, L Kovarova, J Malac, J Simonik, F Gerard (2005), “Poly(vinyl chloride) Nanocomposites Based on Stearate Plasticizer Cointercalation”, European Polymer Congress, June 27-July 1-2005, Moscow, Russia Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL 95 Đỗ Quang Thẩm [34] L Kovarova, A Kalendova, J Simonik, J Malac, Z Weiss, J.F Gerard (2004), “Effect of melt processing conditions on mechanical properties of poly(vinyl chloride)/organoclay nanocomposites”, Plastics, Rubbers and Composites, 33(7), 287-297 [35] E Manias (2001), “A direct-blending approach for polypropylene/clay nanocomposites enhances properties”, MRS Bulletin, 26(11), 862-863 [36] Marchant, D., Jayaraman, K (2001), “Rheological probing of structure in Polypropylen/ Clay Nanocomposites”, Proceedings of ANTEC 2001, May 6-10 Dalles Texas, p 2130 [37] D Merinska, Z Malac, J Hrncirik, J Simonic, J.Trlica, M.Pospisil, P Capkova, Z Weiss (2001), “Modification of clay intercalate structure and properties of TPO based nanocomposites”, Proceedings of ANTEC 2001, 2166-2170 [38] D Merinska, Z Malac, Z Weiss, M Chmielova, P Capkova, J Simonik (2004), “Polymer/clay nanocomposites based on MMT/ODA intercalates”, Composite Interface, 9, 529-540 [39] D Merinska, Z Malac , J Hrncirik, J Simonik, J Trlica, M Pospisil, P Capkova, Z Weiss (2001), “Modification of clay intercalate structure and properties of TPO based Nanocomposites”, Proceedings of ANTEC 2001 Dalles Texas, May 6-10, 2166-2170 [40] T Peprnicek, J Duchet, L Kovarova, J Malac, J.F Gerard, J Simonik (2005), “PVC/clay nanocomposites: X-ray diffraction and thermal stability”, Proceeding of the 8th Polymer for Advanced Technologis International Symposium, Budapest, Hungary, September 13-16, proceedings form pages, 1-3 [41] T Peprnicek, J Duchet, L Kovarova, J Malac, J.F Gerard, J Simonik (2006), “Poly(vinyl chloride)/clay nanocomposites: X-ray diffraction, thermal Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL 96 Đỗ Quang Thẩm and rheological behaviour”, Polymer Degradation and Stability, 91(8), 18551860 [42] T Peprnicek, A Kalendova, E Paplova, J Simonik, J Duchet, J.F Gerard (2006), “Poly(vinyl chloride)/clay nanocomposites: Investigation of thermal and morphological characteristics”, Polymer Degradation and Stability, 91(12), 3322-3329 [43] T J Pinnavaia, T Lan (1996), Mater Res Soc Symp Proc 435, 79-84 [44] A Pozsgay, I Csapo, L Szazdi, B Pukanszky (2004), “Preparation, structure and properties of PVC/montmorillonite nanocomposites”, Mat Res Innovat., 138-139 [45] “PVC nanocomposite using emulsion and suspension polymerization”, http://www uakron.edu [46] T Ren, J Yang, J Ren (2004), “Preparation characterization and properties of PVC/organophillic-montmorillonite nanocomposites”, Polymer Composite, 24, 2210-2213 [47] Rick D Davis, Jeffrey W Gilman, Thomas E Sutto, Jonh H Callahn, Paul C Trulove, Hugh C Delong (2004), “Improved thermal stability of organically modified layered silicates”, Clays and Minerals, 52, 171-179 [48] Robert Leaversuch (2001), Nanocomposite, http://www plasticstechnology.com, October 2001 [49] “Rubber-clay and PVC/clay nanocomposites”, http://www2.uakron.edu/cpspe/ DPS/fachome/WJB [50] J G Ryul, P S Lee, H S Kim, J W Lee (2001), “Development of PPbased nanocomposites via in-situ copolymerization and melt intercalation with the power ultrasonic wave”, Proceedings of ANTEC 2001, Dalles Texas, May 6-10, 2135–2139 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm 97 [51] W Shao, Q Wang, F Wang, Y Chen, (2006), “Polyamide –6/ Natural clay Mineral Nanocomposites Prepared by Solid-State Shear Milling Using Pan-Mill Equipment”, J Polym Sci., Part B: Polym Phys., 44(1), 249-255 [52] J Simonik, A Kalendova, L Kovarova (2002), “Polymer/clay nanocomposites modified clay in polyvinyl chloride (PVC) matrix”, Nano ‘02, Brno, Czeck, 109-112 [53] “The emulsion polymerization method”, http://www.wiley.com [54] S C Tjong, Y Z Meng (2003), “Impact-Modified Polypropylene/Vermiculite Nanocomposites”, J Polym Sci Part B: Polym Phys 41, 23322341 [55] J Trlica, A Kalendova, Z Malac, J Simonik, L Pospisil (2001), “PVC/ Clay Nanocomposites”, ANTEC 2001, 2162-2165 [56] R A.Vaia, E P Giannelis (1997), “Lattice Model of Polymer Melt Intercalation in Organically Modified Layered Silicates”, Macromolecules, 30(25), 7990-7999 [57] R A Vaia, H Ishii, , E P Giannelis (1993), “Synthesis and Properties of Two-Dimensional Nanostructures by Direct intercalation of Polymer Melts in Layered Silicates”, Chem Mater., 5, 1694-1696 [58] R.A Vaia, K D Jandt, E.J Kramer, E.P Giannelis (1996), “Microstructural Evolution of Melt Intercalated Polymer-Organically Modified Layered Silicates Nanocomposites”, Chem Mater., 8(11), 2628-2635 [59] C Y Wan, X Y Qiao, Y Zhang, Y X Zhang (2003), “Effect of different clay treatment on morphology and mechanical properties of PVCclay nanocomposites”, Polymer Testing, 22(4), 453-461 [60] C.Y Wan, Y Zhang, Y Zhang (2004), “Effect of ankyl quaternary amonium on processing discoloration of melt-intercalated PVC- montmorillonite composites”, Polymer Testing, 23(3), 299-306 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm 98 [61] C Y Wan, Y Zhang, Y X Zhang, X Y Qiao, G M Teng (2003), “Morphology and fracture behavior of toughening- modified poly (vinylchloride)/organophilic montmorillonite composites”, Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics, 42(2), 286-295 [61] Chao Ying Wan, Yong Zhang, Yin Xin Zhang, Xiu Ying Qiao, Guo Min Teng (2003), “Morphology and fracture behavior of toughening- modified poly (vinylchlorit)/organophilic montmorillonite composites”, Journal of Polymer Science, PartB: Polymer Physics, 42(2), 286-295 [62] J Xu, Y.-Z Meng, R.K.Y Li, Y Xu, A.V Rajulu (2003), Preparation and Properties of Poly (vinyl alcohol)-Vermiculite Nanocomposites J Polym Sci Part B: Polym Phys 41, 749-755 [63] X Xu, Q Wang (2001), CN Patent ZL, 95111258.9, April 19, 2001 [64] Y.J Yoo, S.S Kim, J C Won, K Y Choi, J H Lee (2004), “Enhancement of the thermal, mechanical and morphologies of recycled PVC/clay nanocomposites”, Polymer Bulletin, 52(5), 373-380 [65] Q.-X Zhang, Z.-Z Yu, M Yang, J Ma, Y.-W Mai (2003), “Multiple Melting and Crystallization of Nylon-66/ Montmorillonite Nanocomposites”, J Polym Sci., Part B, Polym Phys., 41, 2861-2869 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu ITIMS K2007 ... compozit PVC3 5 /clay 56 III.1.3 Tính chất lý vật liệu compozit PVC3 5 /clay 61 III.1.4 Tính chất điện vật liệu compozit PVC3 5 /clay 63 III.2 Nghiên cứu tính chất cấu trúc vật liệu compozit PVC/ B166... vào nghiên cứu chế tạo polyme nanocompozit: PE /nano- clay, PP/nanoclay, PVC/ nanoclay, epoxy /nano- SiO2, polyanilin/nanoclay, polypyrol/nanoclay, polyanilin/ nano- SiO2 Có thể nói cơng việc nghiên cứu. .. vi luận văn chọn đề tài: ? ?Chế tạo, nghiên cứu tính chất cấu trúc vật liệu nano compozit sở poly vinyl clorua (PVC) số clay hữu cơ? ?? với mục đích tạo vật liệu compozit có khả bền oxy hố nhiệt, bền