NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ BIẾN ĐỔI BỀ MẶT MỘT SỐ KHOÁNG CHẤT ĐẾN TƯƠNG TÁC PHA VÀ TC CƠ LÝ CỦA VL TỔ HỢP TRÊN CS NHỰA NỀN POLYPROPYLEN LUẬN ÁN TIẾN SĨ

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 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 Hoàng, 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 Cơng 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 Công 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 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 Công nghệ, T 50(1A), 2012, Tr 248-255 [81] Ngô Kế Thế, Nguyễn Việt Dũng, Ngô Trịnh Tùng Nghiên cứu biến đổi bề mặt khống sericit 3-aminopropyltrimetoxysilan Tạp chí Hóa học, T.47 (6B), 2009, Tr 31-36 [82] Ngơ 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