Nghiên cứu sử dụng elastomer nhằm cải thiện khả năng chịu va đập của nhựa polypropylene

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - NGƠ THANH BÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ELASTOMER NHẰM CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỊU VA ĐẬP CỦA NHỰA POLYPROPYLENE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - NGƠ THANH BÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ELASTOMER NHẰM CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỊU VA ĐẬP CỦA NHỰA POLYPROPYLENE Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐOÀN THỊ THU LOAN Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành trân trọng, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Quý Thầy, Cơ Khoa Hóa, Cán giảng viên - Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng phía Trường Đại học Phạm Văn Đồng – Quảng Ngãi tạo điều kiện cho tơi hồn tất khóa đào tạo Thạc sỹ định hướng, hồn thành nghiên cứu Luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Cán Hướng dẫn khoa học PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan trực tiếp tận tụy hướng dẫn để tơi hồn thành đề tài Luận văn Trân trọng! LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Ngơ Thanh Bình TĨM TẮT NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ELASTOMER NHẰM CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỊU VA ĐẬP CỦA NHỰA POLYPROPYLENE Học viên: Ngơ Thanh Bình; Chun ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301; Khóa: 35; Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: - Hiện nay, nhựa polypropylene (PP) sử dụng rộng rãi có khả gia công nhiều phương pháp, giá thành hợp lý, tính chất cơ, lý, hóa tốt dễ dàng tái chế Tuy nhiên, polypropylene trở nên giòn nhiệt độ nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh (Tg = 0÷10oC) giảm đáng kể độ dẻo dai dẫn đến ứng dụng cịn hạn chế so với tiềm Nghiên cứu khảo sát khả cải thiện độ bền va đập PP ba loại elastomer (POEs), gồm engage, infuse versify Qua khảo sát tính chất học cho thấy độ bền va đập PP cải thiện đáng kể có mặt elastomer Tuy nhiên, độ bền kéo, uốn module kéo, uốn giảm tăng hàm lượng elastomer Trong nghiên cứu này, tính chất nhiệt hình thái cấu trúc hỗn hợp POEs/PP khảo sát phương pháp phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC) kính hiển vi điện tử quét (SEM) Từ khóa: - Polypropylene; polyolefin elastomers; hỗn hợp polymer; độ bền va đập RESEARCH USING ELASTOMER TO IMPROVE IMPACT STRENGTH OF POLYPROPYLENE Abstract - Currently, polypropylene (PP) is widely used due to good process ability with many processing methods, good price, good chemical, physical, mechanical properties and easy recycling However, polypropylene become brittle at temperature below the glass transition temperature (Tg= 0÷10oC) due to a dramatic loss of toughness leading to the limitation of PP’s applications compared to its potential This study investigated the impact improvement of three types of elastomers (POEs), including engage, infuse and versify The mechanical investigation showed that the impact strength of polypropylene was improved significantly with the elastomers However, tensile and bending strengths, tensile and bending modulus decreased when the elastomer content increased In this investigation, thermal behavior and morphology of POEs/PP blends were studied by differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM), respectively Key words: - Polypropylene; polyolefin elastomers; polymer blend; impact strength MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề .1 Những nghiên cứu nước Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu kỹ thuật sử dụng Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài .5 CHƯƠNG LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan Polypropylene (PP) 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Cấu trúc phân tử 1.1.3 Phân loại 1.1.4 Tính chất 1.1.5 Ứng dụng .8 1.2 Tổng quan PolyolefinElastomer (POE) 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 EngageTM Polyolefin Elastomers 1.2.3 InfuseTM Olefin Block Copolymers 10 1.2.4 Versify™ Plastomers and Elastomers 10 1.3 Tổng quan hỗn hợp polymer (polymer blend) 11 1.3.1 Định nghĩa .11 1.3.2 Các dạng polymer blend 12 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả tương hợp polymer .13 1.3.4 Các phương pháp xác định tương hợp polymer blend .13 1.3.5 Các biện pháp tăng cường tương hợp polymer blend 16 1.3.6 Các phương pháp chế tạo vật liệu polymer blend .18 1.3.7 Sự phát triển hình thái vật liệu polymer blend máy đùn – Quá trình trộn lẫn phân tán 19 1.3.8 Cơ chế tăng độ dẻo dai cho polymer 22 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 24 2.1 Nguyên liệu dụng cụ 24 2.1.1 Nguyên liệu 24 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 25 2.2 Nội dung nghiên cứu 27 2.2.1 Quy trình nghiên cứu 27 2.2.2 Khảo sát tính chất lý mẫu 29 2.2.3 Phân tích nhiệt lượng quét vi sai 31 2.2.4 Khảo sát số chảy .31 2.2.5 Khảo sát phân bố elastomer kính hiển vi điện tử quét (SEM) 31 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Khảo sát nhiệt độ gia công đúc tiêm PP 32 3.2 Khảo sát ảnh hưởng elastomer đến tính chất PP 35 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng loại elastomer đến độ bền va đập điều kiện khác .35 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng loại elastomer đến tính chất kéo, uốn PP 37 3.2.3 Khảo sátảnh hưởng loại elastomerđến tính chất nhiệt .39 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng elastomer đến hình thái cấu trúc mẫu .47 KẾT LUẬN 51 KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ABS Acrylonitrile butadiene styrene DMTA Dynamic mechanical thermal analysis (Phân tích nhiệt động) DSC Differential scanning calorimetry (Nhiệt lượng quét vi sai) EPDM Ethylene propylene diene monomer EPR Ethylene propylene rubber EVA Ethylene vinyl acetate HDPE High density polyethylene HPP Homo polypropylene IPN Interprenetrating polymer networks LCST Lower critical solution temperature LDPE Low density polyethylene LLDPE Linear low density polyethylene MFI Melt flow index (Chỉ số chảy) PE Polyethylene PET Polyetylen terephtalat POE Polyolefin elastomer PP Polypropylene PS Polystyren PVC Polyvinyl Chloride RCP Random copolypropylene RTM Resin transfer moulding SEM Scanning electron microscope (Kính hiển vi điện tử quét) TEM Transmission electron microscopy (Kính hiển vi điện tử truyền qua) TSE Twin screw extrusion UCST Upper critical solution temperature DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 2.1: 2.2: 2.3: Tên bảng Một số thông số nhựa PP I3110 Một số thông số Engage Một số thông số Infuse TM TM 8407 [20] 9100 [20] TM Trang 24 25 25 2.4: Một số thông số Versify 2.5: Thành phần mẫu chuẩn bị 29 3.1: Nhiệt độ kết tinh nhiệt độ nóng chảy hỗn hợp PP/Engage 46 3.2: Nhiệt độ kết tinh nhiệt độ nóng chảy hỗn hợp PP/Infuse 46 3.3: Nhiệt độ kết tinh nhiệt độ nóng chảy hỗn hợp PP/Versify 46 2000[20] 25 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1: Cơng thức cấu tạo polypropylene 1.2: Cấu trúc isotactic polypropylene 1.3: Cấu trúc atactic polypropylene 1.4: Cấu trúc syndiotactic polypropylene 1.5: Cấu trúc engage 1.6: Cấu trúc infuse 10 1.7: Cấu trúc versify 11 1.8: Mô tả loại giản đồ pha polymer 14 1.9: Cơ chế đảo pha theo Shih 21 2.1: Hạt nhựa Polypropylene I3110 24 2.2: Máy ép đùn trục vít Rheomex CEW100 QC 26 2.3: Thiết bị đúc tiêm MiniJet II 26 2.4: Sơ đồ nghiên cứu giai đoạn 27 2.5: Sơ đồ nghiên cứu giai đoạn 28 2.6: Thiết bị đo độ bền va đập HIT 50P 30 2.7: Thiết bị đo độ bền kéo uốn AG-X plus 30 3.1: Ảnh hưởng nhiệt độ gia công đúc tiêm đến độ bền va đập PP 32 3.2: Ảnh hưởng nhiệt độ gia công đúc tiêm đến độ bền uốn PP 32 3.3: Ảnh hưởng nhiệt độ gia công đúc tiêm đến module uốn PP 33 3.4: Ảnh hưởng nhiệt độ gia công đúc tiêm đến độ bền kéo PP 33 3.5: Ảnh hưởng nhiệt độ gia công đúc tiêm đến module kéo PP 34 3.6: Ảnh hưởng nhiệt độ gia công đúc tiêm đến số chảy PP 34 3.7: Ảnh hưởng nhiệt độ sử dụng đến độ bền va đập PP 35 3.8: Ảnh hưởng loại elastomer đến độ bền va đập nhiệt độ thường 36 51 KẾT LUẬN Từ kết thu trình nghiên cứu thực đề tài, rút số kết luận sau:  Đã khảo sát điều kiện gia công đúc tiêm hỗn hợp PP/elastomer, nhiệt độ xylanh lựa chọn 210oC  Đã đánh giá khả cải thiện độ bền va đập ba loại elastomer engage, infuse versify polypropylene Engage elastomer cho khả cải thiện độ bền va đập cao nhất, nhiên lại làm giảm tính chất kéo, uốn đáng kể So với engage infuse, khả cải thiện độ bền va đập versify thấp làm giảm tính chất kéo, uốn PP nguyên chất  Hàm lượng elastomer tăng độ bền va đập tăng, nhiên độ bền module kéo, uốn giảm  Kết phân tích DSC cho thấy việc thêm vào elastomer làm giảm mức độ kết tinh PP, làm giảm nhiệt độ nóng chảy tăng nhiệt độ kết tinh hỗn hợp  Kết khảo sát cấu trúc mẫu cho thấy phân bố đồng PP elastomer  Tùy vào mục đích sử dụng mà tùy chọn loại hàm lượng elastomer cho phù hợp KIẾN NGHỊ Do thời gian làm đề tài ngắn, thực nhiều nên sau hồn thành đề tài nghiên cứu này, tơi có số kiến nghị cho đề tài nghiên cứu sau:  Khảo sát thêm số tính chất mẫu: độ trong, tính kháng lão hóa UV, nhiệt, …  Ứng dụng gia công vài sản phẩm thực tế 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan Thế Anh, Giáo trình Kỹ thuật sản xuất nhựa, Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng [2] Đống Thị Anh Đào (2005), Kỹ thuật bao bì thực phẩm, Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [3] Thái Hồng (2011), Vật liệu polyme blend, Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ [4] Phan Thị Phương Thanh, Phạm Hữu Khương, khoa Công nghệ vật liệu, Trường ĐH Bách khoa TP.HCM (2014), Nghiên cứu tính chất hỗn hợp nhựa/cao su sở nhựa Polypropylen (PP) cao su ethylene propylene dien monomer (EPDM) [5] Trần Xuân Trường, FPT Securities, Báo cáo ngành nhựa tháng 3/2017 Tiếng Anh [6] Ana Lúcia N.da Silva, Maria Inês B Tavares, Daniel P Politano, Fernanda M.B Coutinho, Marisa C.G Rocha (1997), Polymer Blends Based on Polyolefin Elastomer and Polypropylene [7] Burỗak Conley, Allan McLennaghan and Selim Yalvac, Dow Elastomers (2014), Polyolefin elastomers boost end use performance of hot melt adhesives [7] Ceresana, Market Study: Propylene (4thed.) [9] Datasheet BSRTM I3110 - Polypropylene Homopolymer - Binh Son Refining & Petrochemical Co., Ltd [10] Danilova G.M -Volkovskaya (2005), Properties of polypropylene modified with elastomers [11] Dow Chemical (2014), Injection Molding Processing Guide For EngageTM Polyolefin Elastomer [12] Fact Sheet - VERSIFY™ Plastomers and Elastomers, Dow Chemical [13] Jafari S.H., A.K.Gupta (2000), Impact Strength and Dynamic Mechanical Properties correlation in Elastomer-Modified Polypropylene [14] Jeanine Smith, scientist, PP Product Development, Introduction to Polypropylene [15] PAUL S., D D KALE- University Department of Chemical Technology, University of Mumbai, India-1999, Impact Modification of Polypropylene Copolymer with a Polyolefinic Elastomer 53 [16] Rajesh Theravalappil, Tomas Bata University in Zlín (2012), Polyolefin elastomer: A study on crosslinking, blends and composites [17] Rizvi S J A., Int J Plast Technol, Effect of injection molding parameters on crystallinity and mechanical properties of isotactic polypropylene (2017) [18] Roger L Blaine TA Instruments, 109 Lukens Drive, New Castle DE 19720, USA (2014), Polymer Heats of Fusion [19] Sameepa Poongavalappil, Petr Svoboda, Rajesh Theravalappil, Dagmar Svobodova, Tomas sedlacek (2014); Comparison of peroxide cross-linked ethylene-octene copolymers [20] Seema V Karande Development Fellow - The Dow Chemical Company - SPE International Polyolefins Conference-February 25, 2018 - Material Science and Applications of Polyolefin Elastomers [21] Tortorella, Nathan Fraser, ProQuest Dissertations And Theses; Thesis (Ph.D.) - University of Florida, 2005, High impact strength polymers having novel nano-structures produced via reactive extrusion [22] Zebarjad S.M., R.Bagheri, S.M.Seyed Reihani, A.Lazzeri (2003), Deformation, Yield and Fracture of Elastomer-Modified Polypropylene Trang web [23] https://vi.wikipedia.org/wiki/Polypropylen Truy cập ngày 5/10/2018 [24] https://en.wikipedia.org/wiki/Elastomer Truy cập ngày 5/10/2018 [25] https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoplastic_elastomer Truy cập ngày 5/10/2018 [26] https://www.dow.com/elastomers/products/engage.htm Truy cập ngày 5/10/2018 [27] https://www.dow.com/elastomers/products/infuse.htm Truy cập ngày 5/10/2018 [28]https://www.dow.com/elastomers/products/versify.htm Truy cập ngày 6/4/2019 ... tơi chọn đề tài ? ?Nghiên cứu sử dụng elastomer nhằm cải thiện khả chịu va đập nhựa polypropylene? ?? Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát khả cải thiện độ bền va đập ba loại elastomer nhựa polypropylene Đối... học có nghiên cứu cải thiện độ bền va đập cho nhựa polypropylene: - Silva cộng nghiên cứu hỗn hợp polymer sở polypropylene polyolefin elastomer Các tác giả nghiên cứu ảnh hưởng polyethylene elastomer. .. ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - NGƠ THANH BÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ELASTOMER NHẰM CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỊU VA ĐẬP CỦA NHỰA POLYPROPYLENE Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301