PHẦN II THƢ̣C NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U
f. Phương pháp BET xác định diện tích bề mặt riêng của chất rắn
3.3. CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÉT HỮU CƠ ĐỂ ĐIỀU CHẾ
POLYMER - CLAY NANOCOMPOSITE.
3.3.1. Nghiên cứu chế tạo màng phủ polyurethane nanocomposite
Trong phần này, chúng tơi trình bày các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của sét hữu cơ được điều chế từ bentonite Bình Thuận và CTAB (sét hữu cơ BT) đến một số tính chất cơ lí của màng phủ từ nhựa polyurethane (PU) là loại nhựa có những đặc tính tốt như: có độ bóng cao, trong suốt, giá thành rẻ đang được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực sơn phủ bảo vệ.
a. Chế tạo màng phủ polyurethane nanocomposite
Từ sản phẩm sét hữu cơ điều chế được chúng tôi tiến hành ứng dụng làm chất gia cường cho màng phủ với chất nền là polyurethane. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng sét hữu cơ đến tính năng cơ lí của màng phủ bằng cách tiến hành chế tạo màng phủ với tỉ lệ % sét hữu cơ khác nhau so với nhựa PU: 0; 0,5; 1; 2; 3; 5. Kết quả xác định các chỉ tiêu cơ lý của sản phẩm được trình bày trong bảng 3.26.
Bảng 3.26. Mợt số tính chất cơ lí của màng phủ polyurethane nanocomposite có % sét hữu cơ BT khác nhau
Chỉ tiêu cơ lí Hàm lượng sét hữu cơ (%)
0 0,5 1 2 3 5
Độ bền va đập (kg.cm) 44 57 57 55 51 50
Độ bền cào xước (g) 600 900 950 950 800 500
Độ bền uốn (mm) 1 1 1 1 1 1
Độ bám dính (điểm) 1 1 1 1 1 1
Với kết quả các chỉ tiêu cơ lí trên cho thấy, hai chỉ tiêu: độ bền uốn và độ bám dính khơng thay đổi so với mẫu 0% sét hữu cơ và vẫn giữ giá trị cao nhất là 1mm và điểm 1. Như vậy, trong khoảng tỉ lệ sét hữu cơ BT từ 0,5 - 5% không ảnh hưởng đến hai chỉ tiêu cơ lí trên . Các giá trị độ bền va đập và độ bền cào xước được biểu diễn trên đồ thị trên hình 3.54 và hình 3.55. Từ các đồ thị trên có thể thấy , màng nhựa khi gia cường bằng sét hữu cơ BT, biến thiên cơ lí tính tăng vượt trội so với khi không gia cường. Với hàm lượng sét hữu cơ BT từ 0,5 -1% so với chất nền, độ bền va đập tăng 1,3 lần và tăng 1,6 lần về độ bền cào xước. Điều này cho thấy khả
năng kết dính của chất nền với sét hữu cơ là rất tốt, nguyên nhân có lẽ là do sét hữu cơ được cấu tạo bởi nhiều lớp, khi phối trộn trong polyme có thể bị tách lớp tạo ra hàng trăm hàng nghìn lớp với kích thước nano (dạng Well). Do đó, trong một đơn vị chiều dày có nhiều lớp xếp chồng lên nhau làm mức độ phân tán lực tăng lên khi chịu tác động cơ học dẫn đến hệ vật liệu trở lên bền hơn.
Khi có mặt chất gia cường sét hữu cơ, ở tỉ lệ 0,5% thì giá trị cơ lí đã tăng rõ rệt cho thấy: với cấu trúc lớp, 1gam sét hữu cơ có hàng triệu lớp khi phối trộn trong polyme các lớp đó bị tách ra và phân tán đều trong chất nền (polyme), các đầu tích điện dương của cation amoni hữu cơ thì gắn vào các trung tâm tích điện âm trên bề mặt của các lớp sét bị tách ra (cả 2 mặt) cịn phần đi ưa hữu cơ sẽ tạo ra các liên kết chặt chẽ với chất nền. Vì vậy, tính chất gia cường của sét hữu cơ được thể hiện rõ rệt chỉ với 0,5% khối lượng thêm vào.
40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 0 1 2 3 4 5 6 % Sét hữu cơ Đ ộ bề n cà o xư ớc ( g) Độ bền cào xước (g)
Hình 3.54. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ bền cào xước của màng phủ theo % sét hữu cơ BT thêm vào
400 500 600 700 800 900 1000 0 1 2 3 4 5 6 % Sét hữu cơ Đ ộ bề n va đ ập ( kg .c m ) Độ bền va đập (kg.cm)
Hình 3.55. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ bền va đập của màng phủ theo % sét hữu cơ BT thêm vào
Sự giảm dần độ bền va đập và cào xước ở các mẫu > 1% sét hữu cơ BT có thể là do khi phân tán trong chấ t nền với mật độ dày đặc , sẽ xuất hiện các điểm chỉ có sét hữu cơ BT tập hợp lại với nhau. Lực liên kết giữa các chúng với nhau rất yếu so với liên kết của các lớp sét với chất nền, vì vậy tại các vị trí này tính chất sét hữu cơ thể hiện tính chất của bột độn làm giảm dần độ bền chung của màng.
b. Hình thái bề mặt của vật liệu polyurethane nanocomposite
Cấu trúc vật liệu màng phủ qua hình 3.56 cho thấy rõ, các hạt gia cường với kích thước nano phân tán trong chất nền. Với cấu trúc này chất nền đóng vai trị chủ đạo là thành phần kết dính, thành phần chịu lực là các phiến sét hữu cơ làm tăng tính năng cơ lí của tồn hệ vật liệu.
Hình 3.56. Ảnh SEM bề mặt bẻ gẫy của màng phủ gia cường 1% sét hữu cơ.
Như vâ ̣y, chúng tơi có thể khẳng định đã chế tạo và n ghiên cứu sự ảnh hưởng của sét hữu cơ đến một số tính chất cơ lí của màng phủ polyurethane
nanocomposite. Kết quả thực nghiệm cho thấy, chỉ với 1% sét hữu cơ tính năng cơ lí của màng phủ tăng 1,3 lần độ bền va đập, 1,6 lần độ bền cào xước. Các tính chất bám dính và độ bền uốn khơng bị ảnh hưởng đạt mức cao nhất. Kết quả phân tích cấu trúc vật liệu cho thấy, tính chất cơ lí tăng do sự phân tán đồng đều của các lớp sét hữu cơ trong chất nền.