C: conv-time Time (hour)
NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH SILICẠ ỨNG DỤNG CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE SINH HỌC TRÊN NỀN POLY(LACTIC ACID) GIA CƢỜNG BẰNG SILICA
ISBN: 978-604-82-1375-6 130phụ của nước trên silica, cĩ cường độ dao động giảm chứng tỏ cĩ sự tương tác tạo liên kết giữa bề mặt silica vớ
phụ của nước trên silica, cĩ cường độ dao động giảm chứng tỏ cĩ sự tương tác tạo liên kết giữa bề mặt silica với PLẠ
Khảo sát tính chất cơ lý của vật liệu nanocomposite
Hình 4. Ứng suất uốn cực đại của nanocomposite PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác nhau
Để khảo sát tính chất cơ lý của vật liệu nanocomposite PLA/silica, các mẫu nanocomposite sau khi trộn được cắt nhỏ và được ép phun ở 185oC, 420 bar thành các dạng hình chữ nhật theo tiêu chuẩn ASTM D 638-03 Type IV để thử cơ lý uốn. Hình 4 và Hình 5 là kết quả ứng suất uốn cực đại và modul uốn của PLA trắng và các mẫu nanocompositẹ
Kết quả tính chất cơ lý uốn cho thấy, hầu như các mẫu nanocomposite của PLA đều cĩ ứng suất uống cực đại tăng so với PLA trắng khi được gia cường SiO2. Tuy nhiên giá trị ứng suất tăng khơng nhiều so với mẫu trắng, độ chênh lệch khoảng 10MPạ Ở các mẫu nanocomposite gia cường SiO2 biến tính, ứng suất cực đại ở các mẫu nanocomposite PLA/SiO2bt gần như tương tự nhau, giá trị ứng suất cao nhất là nanocomposite PLA/1%SiO2bt, thấp hơn so với ứng suất của nanocomposite PLA/5%SiO2.
Hình 5. Modul của nanocomposite PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác nhau
PLA mang tính giịn và cĩ độ cứng cao, khi được gia cường với các pha vơ cơ như SiO2 sẽ cải thiện hơn tính cứng của mẫu được thể hiện qua giá trị modul ở hình 5. Nhìn chung, module của các mẫu khi cĩ sự hiện diện của silica đều tăng cao hơn so với mẫu PLA trắng. Ở mẫu nanocomposite gia cường SiO2 biến tính, khi tăng hàm lượng của SiO2 thì giá trị module của nanocomposite tăng dần và đạt được cao nhất với hàm lượng silica là 7%wt. Tuy nhiên giá trị này vẫn khơng tốt hơn so với mẫu nanocomposite PLA/5%SiO2.
Tính chất cơ lý của nanocomposite PLA/silica cĩ xu hướng cải thiện điều này chứng tỏ rằng bề mặt silica cĩ sự tương tác hydrogen với PLA , tuy nhiên sự cải thiện này vẫn khơng vượt trội so với PLA trắng . Sự hạn chế này là do nanosilica sau khi biến tính bị kết tụ tạo thành khối và khơng phân tán được vào nền polymer sau khi trộn nĩng chảy dẫn đến khơng phân tán đồng nhất trong nền polymer. Đối với silica khơng biến tính, tổ hợp PLA/silica chưa cĩ sự tương tác thật sự giữa silica và chất nền PLẠ
ISBN: 978-604-82-1375-6 131
Khảo sát tính chất nhiệt của vật liệu nanocomposite
Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng TGA
Các mẫu nanocomposite được khảo sát TGA trên thiết bị TGA Q500 với tốc độ gia nhiệt 10oC/phút từ 30 đến 700oC. Đường cong TGA cho PLA trắng và mẫu PLA gia cường 1 và 7wt% SiO2bt được thể hiện trong hình 6 và số liệu được tĩm tắt ở bảng 3.
Các mẫu nanocomposite cho kết quả phần cịn lại chưa phân hủy phù hợp, đĩ là của SiO2, phần trăm hàm lượng gia cường SiO2 càng cao thì khối lượng cịn lại chưa phân hủy càng tăng do khả năng chịu nhiệt cao của pha gia cường SiO2.
Hình 6. Đồ thị TGA của nanocomposite PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác nhau
Bảng 3. Số liệu TGA của các mẫu nanocomposite
Nhiệt độ bắt đầu phân hủy Tonset là thơng số cơ bản để đánh giá độ bền nhiệt của vật liệu, theo như bảng 3, các mẫu nanocomposite PLA/SiO2bt đều cĩ Tonset tăng so với mẫu PLA trắng, chứng tỏ với pha gia cường các hạt SiO2, độ bền nhiệt được cải thiện, cĩ xu hướng tăng. Sự tăng nhiệt độ bắt đầu phân hủy này chủ yếu là do tác động chắn của các hạt SiO2 trong nanocomposite, sự tác động này được ảnh hưởng bởi mật độ của mạng lưới được hình thành bởi SiO2 trong chất nền PLẠ
Khi PLA và SiO2 được trộn nĩng chảy ở 170oC, nhĩm SiOH của SiO2 cĩ hoạt tính cao và phản ứng với các nhĩm hydroxyl của PLA trong mơi trường bao bọc xung quanh. Trong quá trình trộn, một số chuỗi PLA được ghép và các đại phân tử nhánh được hình thành. Sau phản ứng, một đầu của những phân tử PLA này liên kết với bề mặt SiO2 và đầu cịn lại thì đan xen với các chuỗi PLA chưa ghép, vì thế các hạt SiO2 được giữ trong ma trận PLẠ Kết quả là một cấu trúc mạng lưới được hình thành, trong đĩ, các hạt SiO2 đĩng vai trị là những liên kết ngang và các chuỗi PLA được liên kết và đan xen quanh chúng. Đồng thời, chúng cũng hạn chế sự tương tác giữa các hạt SiO2, dẫn đến giảm sự kết tụ, cải thiện sự phân tán của SiO2, đảm bảo mạng liên tục và đồng nhất. Bên cạnh đĩ, SiO2 cịn là chất cách nhiệt cao giúp giảm sự truyền nhiệt của của vật liệu nanocomposite tạo thành.
Hình 7. Đồ thị derivative của nanocomposite PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác nhau
oC PLA PLA/1%SiO2bt PLA/7%SiO2bt
Mid Point 421.45 422.11 422.78
Onset 376.13 386.26 392.92