Trong những năm gần đây, việc chế tạo vật liệu PP/CNT nanocompozit nhận được sự quan tâm lớn do sự gia tăng mạnh mẽ các tính chất cơ, nhiệt, điện, quang học và cấu trúc của vật liệu ban đầu. Điều này là do sự kết hợp độc đáo khả năng truyền tải cấu trúc, tính chất cơ, điện và nhiệt của CNT. Tuy nhiên, tính chất của vật liệu polyme compozit phụ thuộc mạnh mẽ vào sự phân tán chất độn nano và hầu hết những tính chất trên của vật liệu PP/CNT nanocompozit có mối liên quan chặt chẽ tới cấu trúc vi phân tử của nó. Để chế tạo PP/CNT nanocompozit, các nghiên cứu thường sử dụng MWCNT sau khi đã biến tính. MWCNT phân tán vào trong cấu trúc của PP với một lượng nhỏ hơn nhiều so với các bột độn thông thường nhưng đã làm thay đổi đáng kể các tính chất của vật liệu nhựa PP ban đầu cả về tính chất cơ lý, tính chất nhiệt và tính chất điện, khắc phục được các nhược điểm của PP và làm tăng khả năng chịu va đập, kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩm [11].
Nanocompozit PP/CNT chủ yếu được chế tạo bằng phương pháp trộn hợp nóng chảy và phương pháp polyme hóa. Môđun đàn hồi, độ bền kéo và môđun dự trữ của vật liệu PP/CNT nanocompozit được tăng lên cùng với sự gia tăng hàm lượng CNT do hiệu ứng tăng cường CNT bên trong khối polyme. Hơn nữa, CNT hoạt động như những tác nhân gia tăng tốc độ kết tinh của PP nên việc tăng hàm lượng CNT cũng sẽ làm tăng các tính chất vật lý khác của PP. Tuy nhiên, vượt quá một lượng CNT nhất định thì các tính chất cơ học sẽ giảm do sự kết tụ của CNT.
Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CNT đến tính chất điện và độ lưu biến của compozit CNT/PP cho thấy điện trở khối của compozit giảm đi khi tăng hàm lượng CNT và ngưỡng điện thẩm được hình thành trong khoảng 1 2 % CNT gây ra do sự hình thành của các chuỗi dẫn điện trong compozit và độ nhớt của compozit tăng lên khi thêm CNT kèm theo sự gia tăng biến dạng dẻo đàn hồi như trình bày tại hình 1.8
Các nghiên cứu cấu trúc vi mô của vật liệu PP/CNT nano compozit bằng các phương pháp phân tích hiện đại như SEM,TEM và chụp phổ hồng ngoại, X-ray đều khẳng định rằng CNT có thể phân tán vào trong mạng lưới phân tử của PP. Quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng do CNT có bề mặt ngoài phẳng, nhẵn nên khó bám dính với polyme. Ngoài ra, CNT dễ bị kết tụ, tập hợp thành các búi lớn với đường kính lên tới vài chục µm nên khó phân tán đều trong nền polyme ở trang thái kích thước nano do đó làm mất tác dụng tăng cường của CNT. Vì vậy để có được vật liệu nanocompozit có tính đồng nhất cao, cần biến tính CNT trước khi trộn hợp và kiểm soát tốt các thông số trong quá trình trộn hợp nóng chảy [16, 23]. Các phương án sử dụng thêm PPgMA và chất trợ tương hợp kẽm stearate, nghiền ở trạng thái rắn kết hợp với trộn hợp nóng chảy cũng được nghiên cứu và được đánh giá cao trong việc phân tán tốt CNT trong nhựa nền PP. Bảng 1.4 trình bày tính chất cơ lý của vật liệu PP/CNT nanocompozit ứng với một số phương pháp gia công khác nhau [26].
Bảng 1.4. Tính chất cơ lý của PP/CNT nanocompozit ứng với một số phương pháp gia công khác nhau [20]
Nền Kiểu CNT
Hàm lƣợng
CNT (%)
Phƣơng pháp gia công
Tính chất cơ lý của
compozit (% tăng) Phƣơng
pháp đo Độ bền kéo Mô đun Young Độ dẻo dai Modul dự trữ
PP SWCNT b.đ 1,00 Hòa tan- kéo sợi nóng chảy 40 55 Kéo đứt
PP SWCNT t.c 1,80 Trộn hợp dung dịch 15 DMA
PP MWCNT t.c 1,00 Nghiền sàng–Trộn hợp nóng
chảy 20 15
Kéo đứt
PP SWCNT b.đ 1,00 Kéo sợi nóng chảy 45 42 Kéo đứt
DMA
PP SWCNT b.đ 1,00 Trộn hợp dung dịch-Kéo sợi 150 200 Kéo đứt
PP SWCNT b.đ 0,75 Cán trộn 15 40 60 Kéo đứt
DMA
PP SWCNT b.đ 0,50 Trộn hợp nóng chảy 75 DMA
PP MWCNT b.đ 0,25 Kéo sợi nóng chảy 10 130 30 Kéo đứt
PP SWCNT flo
hóa
10,00 Trộn hợp dung dịch–cán trộn–
Kéo sợi 150 110 Kéo đứt
PP MWCNT oxh 0,60 Nén động học- Đúc ép phun 20 300 Kéo đứt
PP (90%) / PPgMA (10%) MWCNT gắn gốc alkyl C18 0,30 Nén động học- Đúc ép phun 40 40 Kéo đứt
PP MWCNT b.đ 1,00 Kéo sợi nóng chảy 400 270 Kéo đứt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
PP SWCNT t.c 10,00 Trộn hợp nóng chảy có mặt chất khơi mào gốc 170 130 Kéo đứt PP MWCNT g 3- MPTS 1,00 Trộn hợp nóng chảy 10 Kéo đứt PP MWCNT b.đ 0,90 Cán cắt tạo dạng bột ở trạng thái rắn–Trộn hợp nóng chảy 3 60 Kéo đứt
PPgMA MWCNT 8,00 Trộn hợp nóng chảy 210 Kéo đứt
PP (70%) /EPDM
(30%)
SWCNT b.đ 0,50 Phối trộn nóng chảy 30 DMA