L ời cam đ oan
2.1.1.Nhựan ền polypropylene
Nhựa PP trên thị trường có rất nhiều loại, việc lựa chọn nhựa nền phải
đảm bảo các yêu cầu là dễ mua, thông dụng nhất, có giá thành thấp, có thể tái sinh được, độ ổn định nhiệt cao, độ bền cao và nhiệt độ chảy lỏng của nhựa nhỏ hơn 200oC vì ở nhiệt độ này bột gỗ có kích thước nhỏ sẽ bị cháy. Do vậy trong quá trình nghiên cứu chúng tôi đã lựa chọn được loại nhựa PP phù hợp với các yêu cầu để sản xuất vật liệu WPC đó là nhựa polypropylene có tên thương mại là Moplen RP348N (PP 348). Công thức phân tử C C H H H CH3 n
Cấu trúc của Moplen RP348N: PP 348 có cấu trúc không điều hòa (random) copolymer, PP copolymer không điều hòa là PP mà ở mắc xích
được biến tính bằng cách gắn các phân tử monomer khác nhau là ethylene.
Điều này làm thay đổi tính chất vật lý của polymer như: tăng độ trong và sáng, tăng độ bền va đập, uốn dẻo và giảm nhiệt độ chảy lỏng tuy nhiên tính chất kháng khí, mùi, hóa chất giống như PP homopolymer. Polypropylene có cấu trúc không điều hòa thường chứa 1-7% khối lượng là ethylene, 99-93% là propylene. PP không điều hòa copolymer do có nhóm ethylene chen vào giữa mạch polymer cản trở sắp xếp kết tinh nên giảm độ kết tinh so với PP homopolymer tương ứng tính chất vật lý: giảm độ cứng, tăng độ kháng va
đập, tăng độ trong, giảm nhiệt độ nóng chảy thuận lợi cho một số ứng dụng trong ngành tựđộng, nội thất, composite gỗ nhựa,…[64].
Tính chất nhiệt: polypropylene Moplen RP348N là loại nhựa bán kết tinh có nhiệt độ chảy lỏng 170oC. Do nhiệt độ chuyển thủy tinh cao (Tg= - 20oC) nên PP có khuynh hướng bị dòn ở nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ 155oC, PP còn ở thể rắn nhưng đến gần nhiệt độ chảy lỏng, PP chuyển sang trạng thái mềm cao. Khi giảm từ nhiệt độ chảy lỏng về 120oC, PP bắt đầu kết tinh lại. Ở
300oC, nếu PP có chứa chất ổn định thì sẽ bền oxy hóa và không bị phân hủy ngay cảđun vài giờ trong không khí.
Tính chất hóa học: ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ, trương trong hydrocacbon thơm và clo hóa, khi nhiệt độ lớn hơn 800C thì PP bắt đầu tan trong hai loại dung môi trên.
Nhựa polypropylene Moplen RP348N được sản xuất tại công ty HMC Polymers Company Limited, Thái Lan. Có một số đặc tính kỹ thuật như: chỉ
số chảy 11(g/phút); khối lượng thể tích 0,9(g/cm3); độ bền kéo 29(MPa); độ
co dãn 13(%); môđun đàn hồi 1050(MPa); năng lượng bẻ gãy 64(J/m); nhiệt
độ chảy mềm 86(0C), nhiệt độ chảy lỏng 1700C [64].
2.1.2. Cốt bột gỗ Cao su
Cấu tạo thô đại: Cao su là loài gỗ cây lá rộng, về mặt cấu tạo thô đại khi mới cưa xẻ gỗ có màu vàng nhạt, lúc khô biến thành màu kem nhạt. Gỗ
Cao su có phần giác và lõi tuy nhiên hai phần này rất khó phân biệt, vòng sinh trưởng rõ ràng, có chiều rộng khoảng 2-4 mm; Gỗ Cao su thớ thẳng, ít xoắn thớ, có lỗ mạch khá lớn, phân bố phân tán, nhu mô gỗ Cao su phong phú, tia gỗ có cấu tạo tụ hợp, xếp từ 2÷3 hàng tế bào, sợi gỗ thẳng [14-16].
Cấu tạo hiển vi của gỗ Cao su thể hiện trên ba mặt cắt cơ bản bao gồm: mặt cắt ngang, mặt cắt tiếp tuyến, mặt cắt xuyên tâm với những đặc điểm cấu tạo đặc trưng như sau:[14-16]
Hình 2.1: Cấu tạo hiển vi của gỗ cao su trên 3 mặt cắt
- Mạch gỗ: gỗ Cao su có lỗ mạch khá lớn, đường kính trung bình đo theo chiều xuyên tâm từ 385-396 μm, phân bố theo kiểu phân tán, số lượng mạch trung bình đạt 6/mm2. Đa phần mạch phân tán đơn, có khi kép ở xuyên tâm. Những lỗ mạch kép có thể từ 2-7 lỗ mạch đơn nằm sát cạnh nhau. Các lỗ
mạch nằm ở giữa bị ép lại theo hướng xuyên tâm có sự hiện diện của trữ bào (thể bít) chiếm tỉ lệđáng kể khoảng 1/3, tế bào mạch có tấm xuyên mạch đơn.
- Nhu mô (tế bào mô mềm): các hình thức phân bố nhu mô của gỗ Cao su khá phong phú, chủ yếu là nhu mô xa mạch xếp thành những dải băng 1 hàng tế bào. Ngoài ra còn có các dãy nhu mô liên kết các mạch, đặc biệt có sự
xuất hiện của nhu mô dọc xếp thành từng tầng. Bên cạnh đó còn có các tinh thể silic, oxalat canxi trong nhu mô.
- Tia gỗ: gỗ Cao su có tia tụ hợp, bề rộng tia từ 2-3 hàng tế bào, chiều cao tia biến động từ 15-20 hàng tế bào. Đôi khi xuất hiện tinh quả trám ở tế
bào đứng.
- Sợi gỗ: sợi gỗ Cao su khá thẳng có vách ngăn ngang đa phần nằm vuông gốc tế bào sợi.
- Ống dẫn nhựa bệnh: ở cây Cao su có hiện tượng ống dẫn nhựa bệnh do tổn thương.
Tính chất cơ học: theo Phạm Ngọc Nam [14-16] gỗ Cao su có tính chất cơ lý xếp hạng trung bình và mộ số tính chất cơ bản như bảng sau:
Bảng 2.1: Tính chất cơ lý cơ bản của gỗ Cao su STT Tính chất vật lý Giá trị STT Tính chất cơ học Giá trị 1 Khối lượng thể tích cơ bản (g/cm3) 0,55 6 Ứng suất nén dọc thớ (KG/cm2) 451,43 2 (%) Điểm bão hoà thớ 29,5 7 thỨớng su (KG/cmất kéo d2) ọc 1089,71 3 (%) Độ co rút dọc thớ 0,33 8 (KG/cmỨng suấ2t u) ốn 751,36 4 Độtâm (%) co rút xuyên 2,43 9 Ứ(KG/cmng suấ2t l) ực tách 48,51 5 Độ(%) co rút tiếp tuyến 4,05
(nguồn: Phạm Ngọc Nam)
Thành phần hóa học: thành phần hóa học của gỗ Cao su được xác định tại Trung Tâm chế biến lâm sản, giấy và bột giấy; Trường đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh và cho kết quả như bảng sau:
Bảng 2.2: Thành phần hóa học cơ bản của gỗ Cao su STT Tính chất vật lý Giá trị STT Tính chất cơ học Giá trị 1 Hàm lượng cellulose 45% 4 Hàm lượng chất hòa (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tan trong NaOH (1%) 17% 2 Hàm lượng
pentosan 19% 5
Hàm lượng chất hòa tan
trong Alcol - Benzel 6,3% 3 Hàm lượng lignin 23% 6 Hàm ltan trong nượng chước nóng ất hòa 3,9%
2.1.3. Chất trợ tương hợp MAPP
Chất trợ tương hợp MAPP được ghép từ hai thành phần chính là MA (C4H4O2) và PP. Sau một chuỗi phản ứng phức MAPP có công thức như sau:
cách ghép maleic anhydride (MA) lên đại phân tử polypropylene. Người ta thường sử dụng hai phương pháp ghép MA lên PP đó là phương pháp ghép trong dung dịch và phương pháp ghép nóng chảy [62].
Trợ tương hợp sử dụng MAPP trên thị trường có rất nhiều loại, việc lựa chọn MAPP phải đảm bảo các yêu cầu là dễ mua, thông dụng nhất, có giá thành thấp, có thể tái sinh được, độổn định nhiệt cao, độ bền cao và nhiệt độ
chảy lỏng của nhựa nhỏ hơn 200oC. Do vậy trong quá trình nghiên cứu chúng tôi đã lựa chọn được MAPP phù hợp với các yêu cầu để sản xuất vật liệu WPC đó là MAPP có tên thương mại là Scona TPPP 8112 GA được sản xuất tại BYK Kometra GmbH, Đức. Có một số đặc tính kỹ thuật như: hàm lượng maleic anhydride có trong hỗn hợp 1,4% tính theo khối lượng; chỉ số chảy > 80g/10phút [63].
2.1.4. Chất bôi trơn
Chất bôi trơntrên thị trường có rất nhiều loại, việc lựa chọn chất bôi trơn phải đảm bảo các yêu cầu là dễ mua, thông dụng nhất, có giá thành thấp, có thể tái sinh được, độ ổn định nhiệt cao, độ bền cao và nhiệt độ chảy lỏng của nhựa nhỏ hơn 200oC.
Do đó trong quá trình nghiên cứu chúng tôi đã lựa chọn được chất bôi trơn phù hợp với các yêu cầu để sản xuất vật liệu WPC có tên thương mại là BKY – P 4101 được sản xuất tại BYK Kometra GmbH, Đức. Có một số đặc tính kỹ thuật như: thành phần Silicon dioxide; khối lượng thể tích 530kg/m3[63].
2.2. Nguyên lý hình thành và cơ chế liên kết
2.2.1. Nguyên lý hình thành của vật liệu Composite gỗ – nhựa
Giống như các loại composite khác, composite giữa bột gỗ – nhựa
được hình thành trên cơ sở tổ hợp nhựa nhiệt dẻo với vật liệu gia cường là bột gỗ.
công chế tạo composite gỗ – nhựa nhiệt dẻo thường có thêm thành phần trợ
tương hợp, hỗ trợ khả năng tương hợp giữa nhựa nền và gỗ, tăng cường khả
năng liên kết giữ chúng. Khi đó, trong vật liệu sẽ xuất hiện vùng phân chia (vùng trung gian) có dạng như hình 2.2.
Hình 2.2: Sơđồ tổng quát phân chia các pha trong WPC
2.2.2. Cơ chế liên kết giữa bột gỗ, nhựa PP và MAPP
Do bề mặt của cốt là bột gỗ có đặc điểm bề mặt thô không bằng phẳng, có độ nhấp nhô, kết cấu sợi gỗ có nhiều lỗ hổng và xốp. Trong quá trình phối trộn và ép dưới tác dụng của nhiệt độ nhựa PP, MAPP chảy lỏngnhờ áp suất phun, thời gian ép nhựa PP, MAPP đã chui vào các khe hở trên bề mặt sợi gỗ
tạo thành các đinh keo của nhựa PP, MAPP vì vậy tạo ra liên kết giữacác thành phần trong vật liệu. Hiện tượng dán dính như trên là do ăn khớp cài răng lược của nhựa nền PP với bề mặt của bột gỗ. Đây một hình thức liên kết phổ biến trong vật liệu composite gỗ-nhựa PP và được gọi là liên kết cơ học.
Trong trợ tương hợp MAPP có nhóm chức MA, trong quá trình phối trộn, gia công dưới ảnh hưởng của chếđộ gia công. Nhóm chức của MAPP đã tiếp xúc bề mặt bột gỗ đã xảy ra phản ứng thay thế nguyên tử Hydro (trong nhóm OH của gỗ) bằng gốc Hydro cacbon (liên kết hóa học); Đồng thời có liên kết tĩnh điện giữa Hydro đã liên kết với nguyên tử có độ âm điện mạnh có kích thước bé như Oxy. Ở đây có khả năng một hay nhiều nhóm MA từ cùng một phân tử MAPP tương tác với các nhóm OH khác nhau trên bề mặt bột gỗ để tạo thành phân tử MAPP được gắn kết chặt chẽ với bề mặt bột gỗ (hình
BỘT GỖ TRỢ TƯƠNG HỢP NHỰA NỀN BỀ MẶT PHÂN CHIA BỘT GỖ/TRỢTƯƠNG HỢP BỀ MẶT PHÂN CHIA CHẤT LIÊN KẾT / NHỰA VÙNG PHÂN CHIA PHA
2.3). Sau đó các phân tử MAPP được gắn kết với bề mặt sợi gỗ khuếch tán vào nhựa nền PP hình thành các móc xoắn và tạo ra liên kết giữa các thành phần trong vật liệu (hình 2.4).
Hình 2.3: Sơđồ phản ứng liên kết của MAPP với bề mặt sợi gỗ [55]
Hình 2.4: Sơđồ khuếch tán của MAPP gắn trên bề mặt sợi vào nhựa PP[55]
Như vậy liên kết giữa nhựa nền PP/bột gỗ/MAPP/phụ gia bôi trơn liên kết chủ yếu là liên kết cơ học, liên kết hóa học-khuếch tán, liên kết tĩnh điện.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});