Tương tác đẩy giữa các polyme hòa tan trong một dung môi chung có thể gây ra sự co ngót các bó, các cuộn của các đại phân tử polyme và do đó làm giảm độ nhớt của dung dịch polyme b[r]
(1)BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -
NGUYỄN TUẤN NAM
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT MÀNG POLYME CHẮN KHÍ VÀ THĂM DÒ ỨNG DỤNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
(2)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -
NGUYỄN TUẤN NAM
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT MÀNG POLYME CHẮN KHÍ VÀ THĂM DỊ ỨNG DỤNG
Chun ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 62.44.01.14
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1 TS Nguyễn Tiến Dũng 2 TS Nguyễn Thanh Tùng
(3)
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi cộng Các kết nghiên cứu không trùng lặp chưa công bố tài liệu khác
Hà Nội, ngày tháng năm 2020
Tác giả
(4)
LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Tiến Dũng TS Nguyễn Thanh Tùng, người thầy tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo suốt thời gian thực luận án, người thầy truyền động lực, niềm đam mê nhiệt huyết khoa học cho
Tôi xin trân trọng cảm ơn Học viện Khoa học Công nghệ, Ban lãnh đạo anh chị viện Hóa học, cán nghiên cứu phòng Vật liệu polyme – Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam đã ủng hộ, giúp đỡ thời gian thực luận án
Tôi xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè bên tôi, động viên tạo điều kiện cho tơi suốt q trình thực luận án
(5)MỤC LỤC
Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt i
Danh mục bảng ii
Danh mục hình vẽ, đồ thị iv
MỞ ĐẦU
CHƢƠNG TỔNG QUAN 3
1 Cơ sở lý thuyết polyme blend
1.1.1 Những yếu tố ảnh hưởng tới tính chất polyme blend
1.1.2 Các phương pháp xác định tương hợp polyme blend
1.1.2.1 Phương pháp giản đồ pha 4
1.1.2.2 Phương pháp dựa vào nhiệt độ thủy tinh hóa 5
1.1.2.3 Phương pháp dựa vào độ nhớt dung dịch polyme blend 5
1.1.2.4 Phương pháp dựa vào phổ hồng ngoại
1.1.2.5 Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi 6
1.1.2.6 Phương pháp dựa vào momen xoắn polyme blend trạng thái nóng chảy
1.1.2.7 Phương pháp dựa vào tính chất học
1.1.3 Một số biện pháp tăng cường tính tương hợp polyme
1.1.3.1 Biến tính polyme
1.1.3.2 Đưa vào hợp chất thấp phân tử
1.1.3.3 Đưa vào hệ chất khâu mạch chọn lọc lưu động hóa
1.1.3.4 Sử dụng chất tương hợp polyme
1.1.3.5 Đưa vào ionome
1.1.3.6 Các tương tác đặc biệt polyme blend 8
1.1.3.7 Tạo mạng lưới polyme đan xen
1.1.4 Phương pháp chế tạo polyme blend trạng thái nóng chảy 9
1.2 Một số polyme polyme blend thông dụng để tạo màng chắn khí (chống thấm khí)
1.2.1 Một số polyme thông dụng để chế tạo màng chống thấm khí 11
(6)1.2.1.2 Poly(etylen-vinyl ancol) (EVOH) 12
1.2.1.3 Polyamit 14
1.2.2 Polyme blend sở EVOH 16
1.2.2.1 Polyme blend PE/EVOH 18
1.2.2.2 Polyme blend PA6/EVOH 24
1.2.3 Màng polyme đa lớp chống thấm khí sở EVOH 28
1.2.3.1 Công nghệ chế tạo màng polyme đa lớp chống thấm khí 28
1.2.3.2 Nghiên cứu màng polyme đa lớp chống thấm khí sở EVOH 31
1.3 Ứng dụng bao bì chống thấm khí bảo quản nơng sản khơ 33
1.3.1 Trên giới 33
1.3.1.1 Bảo quản ngô hạt 33
1.3.1.2 Bảo quản đậu tương 34
1.3.1.3 Bảo quản lạc nhân 37
1.3.1.4 Bảo quản thóc gạo hạt giống lúa 38
1.3.1.5 Bảo quản lúa mì lúa mạch 38
1.3.2 Tình hình nghiên cứu bao bì chống thấm khí Việt Nam 38
CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 41
2.1 Hóa chất, thiết bị dụng cụ 41
2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 41
2.1.2 Dụng cụ thiết bị 41
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 42
2.2.1 Chế tạo polyme blend sở EVOH 42
2.2.1.1 Chế tạo polyme blend PE/EVOH 42
2.2.1.2 Chế tạo polyme blend PA6/EVOH 42
2.2.2 Chế tạo màng đa lớp chống thấm khí sở EVOH 43
2.2.2.1 Chế tạo màng đa lớp chống thấm khí PE/PE-EVOH/PE 43
2.2.2.2 Chế tạo màng đa lớp chống thấm khí PE/PA-EVOH/PE 43
2.2.2.3 Đánh giá tuổi thọ màng đa lớp chống thấm khí sở EVOH phương pháp phân tích nhiệt khối lượng 43
2.2.3 Nghiên cứu ứng dụng màng đa lớp chống thấm khí để bảo quản số loại nông sản khô 45
(7)2.2.3.2.Nghiên cứu ứng dụng màng đa lớp chống thấm khí để bảo quản đậu tương45
2.3 Phƣơng pháp phân tích đánh giá 46
2.3.1 Tính chất học 46
2.3.2 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourie(FTIR) 46
2.3.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 47
2.3.4 Phân tích nhiệt khối lượng (TGA) 47
2.3.5 Nhiệt lượng quét vi sai (DSC) 47
2.3.6 Độ thẩm thấu khí O2 47
2.3.7 Độ thẩm thấu nước 48
2.3.8 Độ ẩm nông sản 48
2.3.9 Hàm lượng protein thô 49
2.3.10 Hàm lượng tinh bột 49
2.3.11 Hàm lượng chất béo 50
2.3.12 Độ axit phần dầu chiết 51
2.3.13 Tổng số nấm men, nấm mốc 51
CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53
3.1 Nghiên cứu chế tạo polyme blend sở EVOH 53
3.1.1 Nghiên cứu chế tạo polyme blend PE/EVOH 53
3.1.1.1 Tính chất chảy nhớt vật liệu polyme blend PE/EVOH 53
3.1.1.2 Phổ IR polyme blend PE/EVOH 55
3.1.1.3 Tính chất học polyme blend PE/EVOH 56
3.1.1.4 Hình thái học bề mặt polyme blend PE/EVOH 59
3.1.1.5 Nhiệt lượng quét vi sai (DSC) polyme blend PE/EVOH 61
3.1.1.6 Phân tích nhiệt khối lượng (TGA) polyme blend PE/EVOH 64
3.1.2 Nghiên cứu chế tạo polyme blend PA6/EVOH 66
3.1.2.1 Tính chất chảy nhớt vật liệu polyme blend PA6/EVOH 66
3.1.2.2 Tính chất học polyme blend PA6/EVOH 67
3.1.2.3 Hình thái học bề mặtcủa polyme blend PA6/EVOH 68
3.1.2.4 Nhiệt lượng quét vi sai (DSC)của polyme blend PA6/EVOH 70
3.1.2.5 Phân tích nhiệt khối lượng (TGA)của polyme blend PA6/EVOH 72
(8)3.2.1 Nghiên cứu chế tạo màng đa lớp chống thấm khí PE/PE-EVOH/PE 73
3.2.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH đến tính chất của màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE 73
3.2.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng polyme blend PE/EVOH (lớp 2) đến tính chất củamàng đa lớp PE/PE-EVOH/PE 76
3.2.2 Nghiên cứu chế tạo màng đa lớp chống thấm khí PE/PA-EVOH/PE 78
3.2.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH đến tính chất của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE 78
3.2.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng polyme blend PA6/EVOH (lớp 2) đến tính chất của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE 81
3.2.3 Nghiên cứu đánh giá tuổi thọ màng đa lớp chống thấm khí sở EVOH phương pháp phân tích nhiệt khối lượng 83
3.2.3.1 Xây dựng giản đồ tương quan log ν – giản đồ Arrhenius 83
3.2.3.2 Xây dựng giản đồ chịu nhiệt vật liệu 86
3.3 Nghiên cứu ứng dụng màng đa lớp chống thấm khí bảo quản nông sản khô 88
3.3.1 Nghiên cứu ứng dụng màng đa lớp chống thấm khí bảo quản ngơ hạt88 3.3.1.1 Ảnh hưởng điều kiện đóng gói đến chất lượng bảo quản ngô hạt 88 3.3.1.2 Ảnh hưởng độ ẩm nguyên liệu đến thời gian bảo quản ngô 90
3.3.1.3 Ảnh hưởng vật liệu bao bì đến thời gian bảo quản ngơ hạt 91
3.3.2 Nghiên cứu ứng dụng màng đa lớp chống thấm khí bảo quản đậu tương 93
3.3.2.1 Ảnh hưởng điều kiện đóng gói đến chất lượng bảo quản đậu tương93 3.3.2.2 Ảnh hưởng độ ẩm nguyên liệu đến thời gian bảo quản đậu tương 94
3.3.2.3 Ảnh hưởng vật liệu bao bì đến thời gian bảo quản đậu tương 95
KẾT LUẬN 99
NHỮNG ĐIỂM MỚI VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN 101
(9)i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Giải thích
AFM Kính hiển vi lực nguyên tử
DMTA Phân tích nhiệt động
DSC Nhiệt lượng quét vi sai
EVAL Bao bì đa lớp kín khí sở nhựa EVOH
EVOH Poly(ethylen-vinyl alcohol)
FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourie
HDPE Polyethylen tỷ trọng cao
LDPE Polyethylen tỷ trọng thấp
LLDPE Polyethylen tỷ trọng thấp mạch thẳng LLDPE-g-MAH
(PE-g-MAH) Polyethylen tỷ trọng thấp mạch thẳng ghép maleic anhydrit
MAH Maleic anhydrit
MD Theo phương kéo máy
MPA Polyamit biến tính
OTR Độ thẩm thấu oxy
PA Polyamit
PA6 Polyamit6
PE Polyethylen
PET Poly(ethylen terephthalat)
PICS Túi chống thấm khí cải tiến
PP Polypropylen
PS Polystyren
PVAL Poly(vinyl alcohol)
PVC Polyvinylclorua
PVDC Polyvinyliden chlorua
SEBS-g-MA Styren ethylen butylen styren ghép maleic anhydride
SEM Ảnh hiển vi điện tử quét
Tc Nhiệt độ kết tinh
Tg Nhiệt độ thủy tinh hóa
Tm Nhiệt độ nóng chảy
TD Theo phương ngang
TGA Phân tích nhiệt trọng lượng
(10)ii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng Trang
Bảng 1.1 Phân loại vật liệu chắn khí 10
Bảng 1.2 Độ thấm khí polyme thường sử dụng làm bao bì
[10]
10
Bảng 1.3 Một số tính chất PE 12
Bảng 1.4 Ảnh hưởng cấu trúc hoá học tới nhiệt độ nóng chảy
PA
15
Bảng 1.5 Một số thông số PA6 thông dụng 16
Bảng 1.6 Các cấu trúc bao bì có độ chắn khí cao chứa EVOH 32
Bảng 2.1 Các số tích phân (tiêu chuẩn ASTM E1641) 45
Bảng 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ thành phần đến tính chất lý vật
liệu polyme blend PE/EVOH
57
Bảng 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng PE-g-MAH đến tính chất học
của polyme blend PE/EVOH 70/30
58
Bảng 3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ LLDPE/EVOH đến tính chất nhiệt
polyme blend
61
Bảng 3.4 Số liệu TGA mẫu polyme blend PE/EVOH 66
Bảng 3.5 Tính chất học polyme blend PA6/EVOH 67
Bảng 3.6 Kết phân tích DSC polyme PA6, EVOH mẫu
polyme blend PA6/EVOH
71
Bảng 3.7 Các đặc trưng TGA mẫu polyme blend PA-EVOH 73
Bảng 3.8 Tính chất thẩm thấu oxy nước màng đa lớp
PE/PE-EVOH/PE với hàm lượng PE-g-MAH khác (PE/EVOH chiếm 15%)
76
Bảng 3.9 Tính chất học mẫu màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE 77
Bảng 3.10 Tính chất thẩm thấu oxy nước mẫu màng đa lớp PE/PE-EVOH/PE (hàm lượng PE-g-MAH 4%)
77
Bảng 3.11 Tính chất thẩm thấu oxy nước màng đa lớp
PE/PA-EVOH/PE với hàm lượng PE-g-MAH khác (PA6/EVOH chiếm 10%)
(11)iii
Bảng 3.12 Tính chất học màng đa lớp với hàm lượng lớp blend PA6/EVOH khác
81
Bảng 3.13 Tính chất thẩm thấu oxy nước màng đa lớp
PE/PA-EVOH/PE (hàm lượng PE-g-MAH 5%)
82
Bảng 3.14 Thời gian chịu nhiệt màng đa lớp chống thấm khí 87
Bảng 3.15 Chất lượng ngô hạt điều kiện khác theo thời gian bảo quản
89
Bảng 3.16 Mức độ nhiễm nấm mốc ngô hạt theo thời gian bảo quản
(CFU/ml)
90
Bảng 3.17 Mức độ nhiễm nấm mốc ngô hạt bảo quản
vật liệu khác (CFU/ml)
93
Bảng 3.18 Chất lượng đậu tương điều kiện khác theo
thời gian bảo quản
94
Bảng 3.19 Mức độ nhiễm nấm men, nấm mốc đậu tương theo thời
gian bảo quản (CFU/ml)
95
Bảng 3.20 Sự thay đổi chất lượng đậu tương bảo quản
vật liệu bao bì khác
96
Bảng 3.21 Mức độ nhiễm nấm men, nấm mốc đậu tương bảo
quản loại bao bì khác (CFU/ml)
(12)iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên hình Trang
Hình 1.1 Khả thấm oxy nước EVOH theo hàm lượng
ethylen
13
Hình 1.2 Ảnh AFM mẫu màng đùn theo hướng dọc hướng
ngang trục với tỷ lệ LLDPE/EVOH khác (a):70/30-TD; (b): 50/50-ED; (c): 30/70-ED; (d): 70/30-TD; (e): 50/50-TD; (f): 30/70-TD
24
Hình 1.3 Sơ đồ mơ hình thái học màng blend sở
ảnh AFM
24
Hình 1.4 Sơ đồ mơ tả q trình ghép màng ướt 30
Hình 2.1 Mẫu vật liệu đo tính chất học 46
Hình 3.1 Giản đồ mômen xoắn theo thời gian trộn polyme blend
PE/EVOH tỷ lệ khác
54
Hình 3.2 Giản đồ mơmen xoắn theo thời gian trộn polyme blend
PE/EVOH 70/30 với hàm lượng PE-g-MAH khác
54
Hình 3.3 Cơ chế hình thành cầu nối este EVOH PE-g-MAH 55
Hình 3.4 Phổ IR polyme blend PE/EVOH hàm lượng chất
trợ tương hợpkhác
55
Hình 3.5 Phổ IR LLDPE, PE-g-MAH, EVOH blend
EVOH/PE-g-MAH
56
Hình 3.6 Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu polyme blend PE/EVOH
không chứa chất trợ tương hợp
59
Hình 3.7 Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu polyme blend PE/EVOH
chứa 4% chất trợ tương hợp PE-g-MAH
60
Hình 3.8a Giản đồ DSC (nhiệt độ âm) mẫu polyme blend
PE/EVOH với hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH 4% tỷ lệ PE/EVOH khác
62
Hình 3.8b Giản đồ DSC (nhiệt độ dương) mẫu polyme blend
PE/EVOH với hàm lượng chất trợ tương hợp PE-g-MAH
(13)v
4% tỷ lệ PE/EVOH khác
Hình 3.9 Giản đồ TGA polyme blend PE/EVOH, tỉ lệ PE/EVOH
khác
65
Hình 3.10 Giản đồ momen xoắn- thời gian trộn PA6, EVOH,
polyme blend PA6/EVOH
67
Hình 3.11 Ảnh SEM bề mặt gẫy mẫu polyme blend
PA6/EVOH
68
Hình 3.12 Ảnh SEM mẫu polyme blend PA6/EVOH sau bị
ngâm mẫu dioxan
69
Hình 3.13 Giản đồ DSC polyme blend PA/EVOH 70
Hình 3.14 Liên kết hydro hình thành nhóm -OH EVOH
nhóm -NH PA6 polyme blend PA6/EVOH
72
Hình 3.15 Giản đồ TGA polyme blend PA/EVOH 72
Hình 3.16 Ảnh SEM bề mặt gẫy màng PE/PE-EVOH/PE
a) mẫu PE-g-MAH; b) mẫu chứa 2% PE-g-MAH; c) mẫu chứa 4% PE-g-MAH
74
Hình 3.17 Ảnh hưởng hàm lượng PE-g-MAH đến tính chất lý
của màng PE/PE-EVOH/PE
75
Hình 3.18 Ảnh SEM bề mặt gẫy màng PE/PA-EVOH/PE khơng
có chất trợ tương hợp PE-g-MAH
78
Hình 3.19 Ảnh SEM bề mặt gẫy màng PE/PA-EVOH/PE chứa 5%
chất trợ tương hợp PE-g-MAH
79
Hình 3.20 Ảnh hưởng hàm lượng PE-g-MAH đến tính chất học
của màng đa lớp PE/PA-EVOH/PE
80
Hình 3.21 Sơ đồ mơ tả đường thấm qua màng phân tử O2 83
Hình 3.22a Đường cong tổn hao khối lượng màng
PE/PE-EVOH/PE tốc độ gia nhiệt khác 2,5; 5,0; 7,5 10,0oC/phút
84
Hình 3.22b Đường cong tổn hao khối lượng màng
PE/PA6-EVOH/PE tốc độ gia nhiệt khác 2,5; 5,0; 7,5 10,0oC/phút
84
(14)vi
Hình 3.24 Sự thay đổi độ ẩm ngô bảo quản vật liệu
khác
91
Hình 3.25 Sự thay đổi hàm lượng tinh bột ngô bảo quản
các vật liệu khác
91
Hình 3.26 Sự thay đổi hàm lượng protein thô ngô bảo quản vật liệu khác
91
Hình 3.27 Sự thay đổi hàm lượng chất béo ngô bảo quản
các vật liệu khác
(15)1
MỞ ĐẦU
Bao bì đóng vai trị quan trọng chuỗi cung ứng thực phẩm Chúng không dùng để chứa đựng, bảo quản, vận chuyển sản phẩm mà sử dụng công cụ marketing đem lại giá trị gia tăng cho sản phẩm Bao bì bảo vệ thực phẩm khỏi tác động môi trường oxy, độ ẩm, ánh sáng, bụi, hợp chất dễ bay vi sinh vật [1], chúng hoạt động rào chắn bầu khơng khí xung quanh thực phẩm mơi trường bên ngồi Oxy nước hai nguyên nhân dẫn đến suy giảm chất lượng thực phẩm Do phát triển sản phẩm bao bì chống thấm khí với độ thẩm thấu khí nước thấp hướng nghiên cứu quan tâm thời gian gần Theo Smithers Pira, năm 2015 toàn giới tiêu thụ khoảng 1,4 triệu màng bao gói chống thấm khí, năm 2016 số 1,86 triệu tấn, với tốc độ tăng trưởng 4,7%/năm Khu vực sử dụng màng bao gói chống thấm khí nhiều Châu Á – Thái Bình Dương chiếm 30,9%, khu vực Tây Âu (27,6%) Bắc Mỹ (26,8%)
Trong số loại vật liệu sử dụng làm bao bì, chất dẻo dạng màng mỏng có nhiều ưu điểm bật so với loại bao bì khác như: nhẹ, bền, đàn hồi, suốt, khả chống thấm khí nước cao, đồng thời có khả hàn, dán nhiệt tốt Polyetylen (PE) chất dẻo sử dụng phổ biến làm bao bì nhờ khả chống thấm nước tốt, giá thành thấp, nhiên khả chống thấm O2, hương thơm tinh dầu lại Cũng giống PE, polyamit (PA6) có tính chống thấm nước tốt chống thấm khí O2 CO2 Do đó, gần nhà khoa học có xu hướng quan tâm nghiên cứu kết hợp polyme với polyme khác có khả chống thấm khí cao dạng polyme blend màng đa lớp Polyme có tính chống thấm khí cao sử dụng nhiều poly(etylen-vinylancol) (EVOH) [2] Việc kết hợp EVOH với PE PA6 tạo loại vật liệu vừa có tính chất học cao, vừa có tính chống thấm khí, chống dung mơi, chống thấm ẩm, phù hợp cho ứng dụng địi hỏi độ chắn khí cao bao bì đóng gói thực phẩm bao bì bảo quản nơng sản khô
(16)2
và đầy đủ so với yêu cầu Trong nước có nghiên cứu sử dụng bao bì chống thấm khí để bảo quản thực phẩm, nơng sản khơ, nhiên sản phẩm bao bì chống thấm khí thị trường sản phẩm nhập ngoại với giá thành tương đối đắt Xuất phát từ vấn đề trên, luận án tập trung: “Nghiên cứu chế tạo tính chất màng polyme chắn khí thăm dò ứng dụng”.
* Mục tiêu luận án:
Nghiên cứu, chế tạo màng polyme đa lớp có tính chất chắn khí sở số hệ polyme blend thăm dò đánh giá khả ứng dụng làm bao bì để bảo quản nông sản khô
* Những nội dung nghiên cứu chủ yếu luận án:
- Nghiên cứu chế tạo tính chất số polyme blend sở EVOH (blend PE/EVOH, blend PA6/EVOH)
- Chế tạo nghiên cứu tính chất màng polyme đa lớp chống thấm khí sở polyme blend EVOH
(17)3
CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lý thuyết polyme blend
Polyme blend loại vật liệu trộn hợp hay vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều polyme khác nhằm tạo vật liệu có tính chất dựa tính chất polyme tiền chất [3] Mục đích việc nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend tạo vật liệu có tính chất đặc biệt, giảm nhẹ điều kiện gia công polyme, giảm giá thành sản phẩm, góp phần tạo sản phẩm đáp ứng nhu cầu thương mại qua tính chất độc đáo chi phí thấp so với số vật liệu khác Tính chất polyme blend vượt trội so với polyme thành phần Hơn vật liệu polyme blend cịn có ưu điểm sau:
- Vật liệu polyme blend giúp công nghệ sản xuất bao bì cải tiến tính chất vật liệu sử dụng, tối ưu hóa mặt giá thành, giúp nâng cao hiệu kinh tế tăng tính cạnh tranh
- Vật liệu polyme có tính chất kết hợp từ polyme ban đầu, mà vật liệu riêng rẽ khơng có được, giúp mở rộng tiềm lĩnh vực sử dụng vật liệu
- Quá trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm sở polyme blend nhìn chung nhanh nhiều so với nghiên cứu chế tạo sản phẩm từ vật liệu khác chế tạo từ vật liệu với tính chất biết cơng nghệ sẵn có [4] 1.1.1 Những yếu tố ảnh hưởng tới tính chất polyme blend
Những tính chất cuối polyme blend khơng phụ thuộc vào dòng chảy, áp lực máy trình gia cơng, mà cịn phụ thuộc vào nhiệt động lực học, tính chất nhiệt độ lưu biến polyme Hầu hết polyme blend không trộn lẫn thành phần phụ tạo thành pha miền phân tán riêng rẽ thành phần Kích thước hình dạng pha gọi hình thái hỗn hợp Hình thái hỗn hợp có ảnh hưởng định đến tính chất cuối polyme blend chủ đề nhiều nghiên cứu Hình thái học chịu ảnh hưởng [5]: áp lực bề mặt (nhiệt động lực học), phân tán tới tỉ lệ độ nhớt pha liên tục, tính đàn hồi pha, nồng độ thành phần phụ, thứ tự pha trộn nóng chảy số yếu tố khác
(18)4
khơng trộn lẫn tính chất mong muốn khơng đạt khơng có mặt chất trợ tương hợp Do vậy, tính chất polyme blend định tương hợp polyme thành phần Theo kết nghiên cứu, tương hợp polyme phụ thuộc vào yếu tố sau [6-8]:
- Bản chất hóa học cấu trúc phân tử polyme - Khối lượng phân tử phân bố khối lượng phân tử - Tỷ lệ cấu tử tổ hợp
- Năng lượng bám dính ngoại phân tử - Nhiệt độ
Cịn tính chất tổ hợp khơng tương hợp phụ thuộc: phân bố pha, kích thước hạt, bám dính pha Những yếu tố bị chi phối điều kiện chuẩn bị trình gia cơng vật liệu [8] Trên thực tế để tăng độ tương hợp khả trộn hợp polyme, bên cạnh việc chọn chế độ chuẩn bị gia cơng thích hợp cho loại tổ hợp người ta dùng chất làm tăng khả tương hợp copolyme, chất hoạt động bề mặt thơng qua việc khảo sát tính lưu biến tổ hợp
1.1.2 Các phương pháp xác định tương hợp polyme blend [3]
1.1.2.1 Phương pháp giản đồ pha
Xây dựng giản đồ pha polyme blend theo tỷ lệ polyme thành phần công cụ hiệu để đánh giá khả tương hợp polyme Nhờ giản đồ pha, người ta biết hai polyme tương hợp tốt, tương hợp không tương hợp Dựa vào giản đồ pha polyme hệ (phản ánh phụ thuộc nhiệt độ trộn lẫn, nhiệt độ hịa tan thơng số tương tác Flory-Huggins vào thành phần polyme), người ta đánh giá tạo thành pha hay tách pha polyme:
- Hỗn hợp polyme với hiệu ứng nhiệt trộn lẫn âm (tỏa nhiệt) có nhiệt độ hịa tan tới hạn (LCST) Khi đường LCST hai polyme hòa trộn tốt vào nhau, nhiệt độ vượt đường LCST hai polyme bắt đầu tách pha
(19)5
1.1.2.2 Phương pháp dựa vào nhiệt độ thủy tinh hóa
Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) phản ánh linh động, độ mềm dẻo mạch đại phân tử polyme Để xác định Tg polyme, thường dựa vào phương pháp xác định thể tích riêng, đo tỷ nhiệt, đo mô đun đàn hồi, nhiệt lượng quét vi sai (DSC), phân tích nhiệt động (DMTA)…
Xác định Tg polyme blend rắn công cụ quan trọng để đánh giá mức độ hòa trộn tương hợp polyme:
- Nếu polyme blend có hai Tg của hai polyme thành phần, tức hai polyme khơng tương hợp có tượng tách hai pha polyme
- Nếu polyme blend có hai Tg và hai giá trị Tg này chuyển dịch từ Tg polyme phía Tg polyme kia, hai polyme tương hợp phần
- Nếu polyme blend có giá trị Tg duy nằm khoảng hai Tg của hai polyme thành phần, hai polyme tương hợp hoàn toàn
1.1.2.3 Phương pháp dựa vào độ nhớt dung dịch polyme blend
Để đánh giá tương hợp polyme dung mơi đó, đo độ nhớt dung dịch polyme blend phương pháp quan trọng, từ dự đốn khả tương hợp polyme Tương tác đẩy polyme hịa tan dung mơi chung gây co ngót bó, cuộn đại phân tử polyme làm giảm độ nhớt dung dịch polyme blend so với độ nhớt dung dịch polyme blend tính tốn sở cộng tuyến tính theo độ nhớt tỷ lệ polyme thành phần Trong trường hợp này, hai polyme khơng có khả tương hợp Ngược lại, đại phân tử hai polyme có tương tác hóa học vật lý, kích thước phân tử chúng độ nhớt dung dịch polyme blend tăng lên so với tính tốn lý thuyết Trong trường hợp này, hai polyme có khả tương hợp phần
1.1.2.4 Phương pháp dựa vào phổ hồng ngoại
(20)6
dịch pic đặc trưng nhóm chức so với pic đặc trưng polyme thành phần (do tương tác đặc biệt), dự đốn polyme tương hợp phần
1.1.2.5 Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi
Phương pháp ảnh hiển vi thích hợp để nghiên cứu hình thái cấu trúc polyme blend Nó cơng cụ quan trọng để xác định mức độ tương hợp polyme polyme blend Dựa vào ảnh hiển vi điện tử polyme blend, quan sát thấy đồng không đồng nhất, đồng thể dị thể, liên tục không liên tục pha polyme polyme blend Các phương pháp phổ biến để xác định hình hình thái cấu trúc polyme blend phương pháp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), hiển vi nguyên tử lực (AFM), ảnh vi nhiệt
1.1.2.6 Phương pháp dựa vào momen xoắn polyme blend trạng thái nóng chảy
Khảo sát biến đổi mômen xoắn polyme blend trạng thái nóng chảy phương pháp đáng tin cậy để đánh giá tương tác polyme, polyme có khả phản ứng Đây sở để dự đoán tương hợp không tương hợp polyme Người ta theo dõi biến đổi mômen xoắn khối lượng hay thể tích mẫu nghiên cứu tính tốn thời điểm trộn khác nhiệt độ tương đối ổn định tốc độ rôto trộn không đổi Các thiết bị trộn nội sử dụng phổ biến để nghiên cứu mômen xoắn polyme blend Haake Torque Rheometer, Haake Rheomixer, Brabender
1.1.2.7 Phương pháp dựa vào tính chất học