Luận án tiến sĩ nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp trên cơ sở polyolefin và ứng dụng trong ngành vật liệu nổ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGUYỄN TRUNG THÀNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP TRÊN CƠ SỞ POLYOLEFIN VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH VẬT LIỆU NỔ LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC HÀ NỘI – 2016 VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ …… ….***………… NGUYỄN TRUNG THÀNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP TRÊN CƠ SỞ POLYOLEFIN VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH VẬT LIỆU NỔ LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa Hữu Mã số: 62.44.01.14 Người hướng dẫn khoa học: GS, TS NGUYỄN VĂN KHÔI Hà Nội – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết thực nghiệm trình bày luận án trung thực, cộng thực Các kết nêu luận án nhóm nghiên cứu thực chưa công bố cơng trình nhóm nghiên cứu khác Tác giả luận án Nguyễn Trung Thành LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Văn Khôi hướng dẫn, giúp đỡ tận tình bảo, động viên thực thành công luận án tiến sĩ Xin cảm ơn chân thành Lãnh đạo Viện Hố học, Học viện Khoa học Cơng nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Phịng Quản lý tổng hợp- Viện Hóa học, Văn phịng Khoa Hóa học- Học viện Khoa học Cơng nghệ hết lịng giúp đỡ tơi suốt thời gian thực luận án Xin cảm ơn đồng nghiệp Phịng Vật liệu Polyme - Viện Hố học, động viên, chia sẻ khó khăn tơi hồn thành phần việc cơng trình khoa học Xin chân thành cảm ơn Thủ trưởng Viện Công nghệ quan tạo điều kiện để tham gia học tập thực luận án Xin trân trọng cảm ơn Nhà máy Z121 thử nghiệm sử dụng sản phẩm luận án Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn tình cảm q giá, động viên khích lệ, giúp đỡ người thân bạn bè thực luận án DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN ABS: Acrylonitril Butadien Styren ASA: Acrylonitril Styren Acrylat BLEND: Vật liệu trộn hợp BR: Cao su Butyl CL-MAH: caprolactam-maleic anhydrit DCP: Peoxit Dicumyl DSC: Phân tích nhiệt vi sai quét EPDM: Etylen Propylen Dien Monome EVA: Etylen vinyl axetat HDPE: Polyetylen tỷ trọng cao HIPS: Polystyren bền va đập cao IR: Phổ hồng ngoại LDPE: Polyetylen tỷ trọng thấp LLDPE: Polyetylen tỷ trọng thấp mạch thẳng mLLDPE: Polyetylen tỷ trọng thấp mạch thẳng thu cách sử dụng xúc tác metalocen NBR: Cao su Nitril Butadien PA: Polyamit PBT: Polybutylen Terephtalat PC: Polycacbonat PE: Polyetylen PE-g-AAc: Polyetylen ghép axit acrylic PE-g-MA: Polyetylen ghép anhydrit maleic PE-g-MAH: Polyetylen ghép anhydrit maleic POE: Eetylen-octen copolyme PET: Polyetylen Terephtalat PIB: Polyisobutylen PKL: Phần khối lượng PMMA: Polymetyl metacrylat POM: Polyoxymetylen PP: Polypropylen PP-g-MA: Polypropylen ghép anhydrit maleic PSU: Polysunfo PTFE: Polytetrafloroetylen PU: Polyuretan PVC: Polyvinylclorua PVB: Polyvinylbutyran RHDPE: Polyetylen tỷ trọng cao tái sinh SAN: Styren Acrylonitril SEM: Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét Tc : Nhiệt độ kết tinh Tg: Nhiệt độ thủy tinh hóa TGA: Phân tích thay đổi khối lượng theo nhiệt độ TNT: Thuốc nổ trinirotoluen VA: Vinyl axetat MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN I.1 Giới thiệu chung polyme blend I.1.1 Phân loại polyme blend I.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất polyme blend I.1.3 Các phương pháp xác định tương hợp polyme blend I.1.4 Một số biện pháp tăng cường tính tương hợp polyme I.1.5 Các tương tác đặc biệt polyme blend 11 I.1.6 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend 13 I.1.7 Đặc trưng số tính chất polyme dùng để nghiên cứu 14 I.1.8 Một số phụ gia tương hợp sử dụng cho tổ hợp vật liệu polyolefin 21 I.1.9 Một số phụ gia sử dụng nghiên cứu 23 I.2 Tình hình nghiên cứu tổ hợp vật liệu polyolefin 28 I.3 Một số ứng dụng tổ hợp vật liệu polyolefin 43 I.3.1 Dây dẫn tín hiệu nổ 43 I.3.2 Bi nghiền thuốc nổ AD1 46 PHẦN II ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 51 II.1 Nguyên liệu & hóa chất 51 II.2 Chế tạo mẫu vật liệu polyme blend PE/EVA 52 II.2.1 Chế tạo mẫu vật liệu polyme blend PE/EVA 52 II.2.2 Chế tạo mẫu polyme blend PE/EVA/mLLDPE 52 II.3 Chế tạo mẫu vật liệu polyme blend PP/PE 53 II.3.1 Chế tạo mẫu vật liệu polyme blend PP/PE 53 II.3.2 Chế tạo mẫu polyme blend PP/PE/mLLDPE 54 III.4 Chế tạo mẫu vật liệu polyme blend PA/PP 54 II.4.1 Chế tạo mẫu vật liệu polyme blend PA/PP 54 II.4.2 Chế tạo mẫu polyme blend PA/PP/PP-g-MA 55 II.5 Các phương pháp nghiên cứu 55 II.5.1 Nghiên cứu khả chảy nhớt polyme blend 55 II.5 Xác định tính chất lý polyme blend chế tạo 55 II.5.3 Phân tích thay đổi khối lượng mẫu theo nhiệt độ (TGA) 57 II.5.4 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu polyme blend chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 57 II.5.5 Chụp phổ hồng ngoại 57 II.6 Chế thử dây dẫn tín hiệu nổ kiểm tra sản phẩm Nhà máy Z121 60 II.7 Tiến hành sản xuất bi nghiền thử nghiệm nghiền, trộn thuốc nổ công nghiệp AD1 Nhà máy Z121 65 PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 67 III.1 Nghiên cứu chế tạo polyme blend PE/EVA 67 III.1.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend PE/EVA 67 III.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng mLLDPE đến khả chảy nhớt polyme blend PE/EVA 70 III.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số cơng nghệ đến tính chất lý vật liệu polyme blend PE/EVA/mLLDPE 71 III.1.4 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu polyme blend PE/EVA có khơng sử dụng phụ gia tương hợp 77 III.1.5 Nghiên cứu độ bền nhiệt vật liệu polyme blend PE/EVA có khơng sử dụng phụ gia tương hợp 78 III.1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia chống oxy hóa đến độ bền oxy hóa nhiệt polyme blend PE/EVA 80 III.1.7 Giản đồ DSC polyme blend PE/EVA PE/EVA/mLLDPE 82 III.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend PP/PE 85 III.2.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend PP/PE 85 III.2.2 Nghiên cứu q trình trộn hợp nóng chảy vật liệu polyme blend PP/PE có sử dụng mLLDPE phụ gia tương hợp 88 III.2.3 Nghiên cứu tính chất lý vật liệu polyme blend PP/PE có sử dụng mLLDPE làm phụ gia tương hợp 89 III.2.4 Nghiên cứu độ bền nhiệt vật liệu polyme blend PP/PE có khơng sử dụng phụ gia tương hợp 91 III.2.5 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu polyme blend PP/PE có khơng sử dụng phụ gia tương hợp 92 III.2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia chống oxy hóa đến độ bền oxy hóa nhiệt polyme blend PP/PE/mLLDPE 93 III.2.7 Giản đồ DSC vật liệu polyme blend PP/PE có khơng sử dụng phụ gia tương hợp 97 III.3 Nghiên cứu chế tạo vât liệu polyme blend PA/PP 100 III.3.1 Nghiên cứu tính chất lý vật liệu polyme blend PA/PP có không sử dụng phụ gia tương hợp 100 III.3.2 Nghiên cứu độ bền nhiệt polyme blend PA/PP có khơng sử dụng phụ gia tương hợp 102 III.3.3 Nghiên cứu hình thái cấu trúc vật liệu polyme blend PA/PP có không sử dụng phụ gia tương hợp 104 III.3.4 Giản đồ DSC polyme blend PA/PP có khơng sử dụng phụ gia tương hợp 105 III.3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng PP-g-MA tới khả hấp thụ nước vật liệu polyme blend PA/PP 108 III.3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia chống tĩnh điện đến điện trở suất bề mặt vật liệu polyme blend PA/PP 109 III.3.7 Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia chống oxy hóa đến độ bền oxy hóa nhiệt vật liệu polyme blend PA/PP/PP-g-MA 112 III.3.8 Nghiên cứu độ cứng độ mài mòn vật liệu polyme blend PA/PP/PP-g-MA 115 III.4 Thử nghiệm sản phẩm nghiên cứu điều kiện thực tế sản xuất 117 III.4.1 Thử nghiệm nghiền, trộn thuốc nổ công nghiệp AD1 117 III.4.2 Thử nghiệm chế tạo dây dẫn tín hiệu nổ 122 KẾT LUẬN CHUNG 125 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 PHỤ LỤC 139 134 54 Mourad A-H., Thermo-mechanical characteristicsof thermally aged polyethylene/polypropylene blends, Materials and Design, 2010, 31, 918–929 55 C Albano, J Reyes, M Ichazo, J Gonzalez, M Hernandez, M Rodriguez, Mechanical, thermal and morphological behaviour of the polystyrene/polypropylene (80/20) blend, irradiated with gamma-rays at low doses (0–70 kgy), Polymer Degradation and Stability, 2003, 80 (2), 251–261 56 Wahit M U., Rahmat A R., Ethylene-octene copolymer (POE) toughened polyamide 6/polypropylene nanocomposites: Effect of POE maleation, eXPRESS Polymer Letters, 2009, 3(5), 309–319 57 Li F Q., Kim D G., Wu D Z., Lu K., Effect of maleic anhydride graft ratio on mechanical properties and morphology of nylon 11/ethylene-octane copolymer blends, Polymer Engineering and Science, 2001, 41, 2155–2161 58 Wahit M U., Hassan A., Rahmat A R., Lim J W.,Mohd Ishak Z A., Effect of organoclay and ethyleneoctene copolymer inclusion on the morphology and mechanical properties of polyamide/polypropylene blends Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2006, 25, 933–954 59 Anna Ujhelyiova, Compatibilisation of PP/PA Blends, Fiber & Textiles in Eastern Europe, 2012, 20, 30-36 60 Suchada Chongprakobkit, Mantana opaprakasit, Use of PP-g-MA Prepared by Solution Process as Compatibilizer in Polypropylene/Polyamide Blends, Journal of Metals, Materials and Minerals, 2007, 17 (1), 9-16 61 S M Cunha, A Gaspar-Cunha, J A Covas, Melting of polymer blends in single-screw extrusion– an experimental study, Polymer, 2006, 47, 85-97 62 Dong Wang, Xu-Ming Xir., Novel strategy for ternary polymer blend compatibilization, Polymer, 2006, 47, 859-863 63 Jyoti Giri et al, Effect of Ketuki Fiber on Morphology and Mechanical Properties of Thermoplastics Composites, Nepal Journal of Science and Technology, 2012, 13 (1), 73-79 135 64 Cotterell B., Chia J Y H., Hbaieb K., Fracture mechanisms and fracture toughness in semicrystalline polymer nanocomposites Engineering Fracture Mechanics, 2007, 74, 1054–1078 65 B.C Poon, Adhesion of polyethylene blends to polypropylene, Polymer, 2004, 45, 893–903 66 Chang AC, Chum SP, Structure of blown film from blends of polyethylene and high melt strength polypropylene, Polymer, 2002, 43, 4923-4933 67 A C Chang, Characterization of an amorphous surface layer on blown polyolefin film, Journal of Applied Polymer Science, 2002; 86(14), 3625 – 363 68 Bin Chen, Tao Tang, Shengqing Xu, Compatibilization of Polyamide6/Syndiotactic Polystyrene Blends Using Styrene/Glycidyl Methacrylate Copolymers , Polymer Journal, 2003, 35, 141-147 69 S Bose et al., Fractionated crystallization in PA6/ABS blends: Influence of a reactive compatibilizer & multiwall carbon nanotubes, Polymer, 2007, 48, 356-362 70 Đào Thế Minh, Trịnh Sơn Hà, Tính chất học hình thái cấu trúc polyme blend polyamit/polypropylen, Tạp chí Hóa học, 2006, 44 (4), 465-470 71 Rupali Gadekar, Asmita Kulkarni, J P Jog, Blends of nylon with polyethylen: Effect of compatibilization on mechanical and dynamic mechanical properties, Journal of Applied Polymer Science, 2008, 69, 161-168 72 B Jurkowski, Influence of chemical and mechanical compatibilization on structure and properties of Polyethylene/Polyamide Blends, Journal of Applied Polymer Science, 2008, 69, 719-727 73 S H Jafari, A K Gupta, Crystallization behavior of polypropylene in PP/PA6 blend, Journal of Applied Polymer Science, 2009, 71, 11153-11161 74 Andrea Lazzeri, Marco Malanima, Mariano Pracella, Reactive compatibilization and fracture in Nylon 6/VLPE Blends, Journal of Applied Polymer Science, 2009, 74, 3455-3468 136 75 Zhanhai Yao and al , Morphology,thermal behavior and mechanical properties of PA6/UHMWPE blends with HDPE-g-MAH as compatibilizing agent, Journal of Applied Polymer Science, 2005, 75, 232-238 76 Limin Liu and al , Studies on PA6/clay nanocomposites by meltinteraction process, Journal of Applied Polymer Science, 2009, 71, 1133-1138 77 Mancarella C., Martuscelli E., Influence of composition and processing conditions on the morphology and properties of polyamide 6/ethylenevinyl acetate copolymer blends, Journal of Materials Science, 2006, 21, 980- 989 78 Martuscelli E., Casale A., Polyamide 6/ethylene-co-vinylacetate blends: morphology properties relationships in injection moulded samples, Journal of Materials Science, 2007, 22, 429-436 79 Addonizio M.L., D'Orazio L., Mancarella C., Polyamide 6/ethylene-vinylacetate copolymer blends: melt rheology and morphology of extruded samples Journal of Materials Science, 2009, 24, 2939-2945 80 D'Orazio L., Mancarella C and Martuscelli E., Polyamide6/ethylene-covinylacetate blends: a model system of thermoplastic/elastomer pairs, Advanced Routes for Polymer Toughening, 2006,10, 289-295 81 Bai S-L., Wang G-T., Hiver J-M., G’Sell C., Microstructures and mechanical properties of polypropylene/polyamide 5/polvethelene-octene elastomer blends, Polymer, 2004, 45, 3063–3071 82 Hongzhi Liu, Tingxiu Xie, Ying Zhang, Crystallization Behaviors of Polypropylene/Polyamide-6 Blends Modified by a Maleated Thermoplastic Elastomer, Polymer Journal, 2006, 38, 21–30 83.A Gnatowski , J Koszkul, Investigation on PA/PP mixture properties by means of DMTA method, Journal of Materials Processing Technology, 2006, 175, 212–217 84.Agrawal, S I Oliveira, T.J.A.Melo, Effect of different polypropylenes and compatibilizers on the rheological, mechanical and morphological properties of nylon6/PP blends, Journal of Materials Science, 2007, 42, (13), 5007–5012 137 85 G.M.Shashidhara, D.Biswas, B.S.Pai,A.K Kadiyala,G.S W Feroze, Effect of PP-g-MAH compatibilizer content in polypropylene/nylon-6 blends, Polymer Bulletin, 2009, 63 (1), 147–157 86 La Văn Bình, Nguyễn Trí Dũng, Nguyễn Chí Thanh, Nghiên cứu trình phản ứng nổ yếu tố ảnh hưởng đến q trình nổ dây dẫn tín hiệu nổ, 2008, Tạp chí Hóa học, 46 (2A), 7-13 87 Technical Information of Cordtex TM 5P Detonating Cord, Orica Mining Services, Accessed on 03/10/2012 88 Technical Information of Detonating Cord: A-cord Slideline, Lite Line, 50 Reinforced…, Austin Powder Company, Accessed on 20/5/2010 89 Brendan M Walsh, P Cary Franklin, Detonating Cord With Protective Jacket, 2011, US7921776B2 90 Trevor E Rogers, Flexible Detonating Cord, 1993, US5223664A 91 Duprey, K E Mallery, M.R Graham, J A., An Analytical Study of Gap Testing of Flexible Confined Detonating Cord Assemblies, 2000, American Institute of Aeronautics and Astronautics 92 K Mahmadi, S Itoh, T Hamada, N Aquelet, M.Souli, Numerical Studies of Wave Generation Using Spiral Detonating Cord, Materials Science Forum, 2004, 465, 439-444 93 Technical Information of PRIMACORD ® Detonating Cord, Dyno Nobel Inc, Accessed on 12/10/2014 94 Nguyễn Hữu Hoè, Trần Cao Thắng, Nguyễn Phú Vẽ, Hỏa cụ Việt Nam, 2003, Nhà máy Z121 95 TCVN 6632: 2000, Dây dẫn tín hiệu nổ - yêu cầu kỹ thuật 96 TCVN 6633: 2000, Dây dẫn tín hiệu nổ - phương pháp thử 97 QCVN 06:2012/BCT, Quy chuẩn kỹ thuật QG dây dẫn tín hiệu nổ 98 Nguyễn Hữu Hoè, Trần Cao Thắng, Nguyễn Phú Vẽ, Thuốc Nổ, 2003, Nhà máy Z121 99 QCVN 07:2015/BCT, Quy chuẩn kỹ thuật QG thuốc nổ amonit AD1 138 100 Sydney Meyers, Industrial Explosives - A Brief History of Their Development and Use, Journal of Hazardous Materials, 2001, 23, 183-201 101 A Sahoo, G K Roy, Correlations for the Grindability of the Ball Mill As a Measure of Its Performance, Asia Pacific Journal of Chemical Engineering, 2008, (2), 230-235 102 T Yalcin, A simulation study of sulphur grindability in a batch ball mill Powder Technology, Minerals Engineering, 2004, 146, 3, 193-199 103 Technical Information of Tan Kong specializes in precision plastic balls, Tan Kong Precision Tech Co., Accessed on 15/8/2013 104 Technical Information of Plastic Balls, Redhill Precision Specialty Balls Co., Ltd, Accessed on 07/9/2014 105 Yakup Umucu, Mehmet Yılmaz Alrinigne, Vedat Deniz, The Effects of Ball Types on Breakage Parameters of Barite, Journal of the Polish Mineral Engineering Society, 2014, 7, 113-117 106 Deniz, V Effects of mill speed on kinetic breakage parameters of four different particulate pumices, Particulate Science and Technology, 2013, 31 (2), 101-108 107 TCVN 5530:2010, Thuật ngữ hóa học – danh pháp nguyên tố hợp chất hóa học 108 TCVN 5529:2010, Thuật ngữ hóa học – nguyên tắc 109 TCVN 7918: 2008, Phương pháp thử nghiệm điện trở xuất khối suất điện trở bề mặt vật liệu cách điện rắn 110 TCVN 5363: 2006, Cao su, lưu hóa nhiệt dẻo- Xác định độ chịu mài mịn sử dụng thiết bị trống quay hình trụ 111 TCVN 10521:2014, Chất dẻo – Xác định độ hấp thụ nước 139 PHỤ LỤC - Giản đồ phân tích nhiệt vi sai DSC - Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng TGA 140 Giản đồ TGA polyme blend PE/EVA (70/30) Giản đồ TGA polyme blend PE/EVA/mLLDPE (70/30/8) 141 Giản đồ TGA polyme blend PP/PE/ (80/20) môi trường Ar Giản đồ TGA polyme blend PP/PE/mLDPE (80/20/6) môi trường Ar 142 Giản đồ TGA polyme blend PP/PE (80/20) mơi trường khơng khí Giản đồ TGA polyme blend PP/PE/mLDPE (80/20/6) môi trường khơng khí 143 Giản đồ TGA polyme blend PA/PP (80/20) môi trường Ar Giản đồ TGA polyme blend PA/PP/PP-g-MA (80/20/10) môi trường Ar 144 Giản đồ DSC nhựa PE Giản đồ DSC nhựa EVA 145 Giản đồ DSC polyme blend PE/EVA (70/30) Giản đồ DSC polyme blend PE/EVA/mLLDPE (70/30/8) 146 Giản đồ DSC nhựa PP Giản đồ DSC polyme blend PP/PE (80/20) 147 Giản đồ DSC polyme blend PP/PE/mLLDPE (80/20/6) Giản đồ DSC nhựa PA 148 Giản đồ DSC polyme blend PA/PP (80/20) Giản đồ DSC polyme blend PA/PP/PP-g-MA (80/20/10) ... HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ …… ….***………… NGUYỄN TRUNG THÀNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP TRÊN CƠ SỞ POLYOLEFIN VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH VẬT LIỆU NỔ LUẬN ÁN TIẾN... đề này, luận án ? ?Nghiên cứu chế tạo tổ hợp vật liệu sở polyolefin ứng dụng ngành vật liệu nổ? ?? nghiên cứu vật liệu polyme blend PE/EVA, PP/PE PA/PP chế tạo trạng thái nóng chảy ứng dụng chúng với... thực tế này, chọn vật liệu chế tạo dây dẫn tín hiệu nổ, vật liệu chế tạo bi nghiền thuốc nổ công nghiệp AD1 làm đối tượng nghiên cứu Mục tiêu luận án: Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme blend