ảng 1. 2: Đ c trưng của soliton, polaron và ipolaron
III.2. Polyme-clay nanocompozit (PCN)
PCN là một loại vật liệu mới kết hợp giữa 1 polyme đóng vai trò chất nền và một khối lượng nhỏ vài phần trăm khối lượng của clay (chất gia cường) có kích thước nm. So với những vật liệu compozit truyền thống từ trước đến
nay, PCN hiện tại đang thu hút đƣợc nhiều sự chú ý đặc biệt của các nhà khoa học công nghệ trên thế giới, nhờ vào những tính chất ƣu việt nhƣ là tính cơ lý cao, tính bền cao, tính chống cháy v.v… Dạng đầu tiên của PCN, Nylon-6/clay hybrid đã đƣợc phát minh cách đây khoảng hơn 20 năm (1993).
Polypropilen (PP) là một trong những chất dẻo đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới hiện nay. Vì vậy cùng với sự phát triển của công nghệ PCN đã có một vài nghiên cứu về PP/clay với mong muốn rằng vật liệu PP/clay trên cơ sở những đặc tính tốt vốn có của PP sẽ cung cấp những khả năng tốt trong thực tế.
Polyme/clay nanocompozit là một lĩnh vực mới của thế kỷ 21 rất có tiềm năng nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Với ƣu thế về cơ tính, cũng nhƣ các tính chất tốt khác của PCN nhƣ đã nêu trên cộng với tính sẵn có của nguyên liệu (từ khoáng clay), qui trình biến tính clay không phức tạp và với việc sản xuất PCN bằng phương pháp thông dụng là ép nóng chảy, hiện tại lĩnh vực này đƣợc nghiên cứu và sản xuất rộng rãi ở các nước phát triển. Trong những năm tới, đây là ngành sẽ phát triển và mang lại nhiều lợi nhuận. PCN là một ngành mới mẻ chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều về cơ bản nhưng cũng có những bước tiến cụ thể trong áp dụng thực tiễn, đặc biệt là ngành vật liệu cho sản xuất ô tô, sản xuất bao bì đựng và bảo quản thức ăn…
Với nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú và tiềm lực dồi dào của đội ngũ các nhà khoa học ở Việt Nam, tin tưởng rằng trong tương lai gần ngành PCN sẽ đƣợc phát triển và đƣợc ứng dụng nhiều trên thực tế.
.3. ác cấu trúc của polyme/clay nanocompozit
Tuỳ theo cách thức phân bố hay tồn tại của clay trong nền polyme mà người ta chia vật liệu polyme/clay nanocompozit thành 3 loại khác nhau: dạng chèn lớp, dạng kết tụ và dạng bóc lớp:
Hình 1.18: Các dạng polyme/clay nanocompozit [27]
* Dạng chèn lớp: Trong trường hợp này các phân tử polyme được chèn vào giữa các lớp clay và khoảng cách giữa các lớp clay tăng lên song polyme/clay vẫn còn dạng cấu trúc tương tự như khi chưa kết hợp với polyme.
* Dạng bóc lớp: Trường hợp này các lớp clay được tách hoàn toàn khỏi nhau và phân tán đều trong nền polyme. Hiện tƣợng tách lớp khi hàm lƣợng clay nhỏ và pha nền polyme tương tác tốt với clay.
* Dạng kết tụ: Trường hợp này cũng giống như trường hợp chèn lớp nhưng có hiện tượng một số lớp clay dính vào nhau do tương tác hiđro giữa các lớp. Dạng này có tính chất cơ học không tốt so với dạng chèn lớp vì hiện tƣợng kết tụ làm cho clay không đƣợc phân bố đều trong nền polyme.
.4. Phương pháp hoá học tổng hợp vật liệu compozit của polyme dẫn Các polyme dẫn nhƣ polyanilin (PAni), polypirol (PPy), polythiophen (PTh) thường được điều chế bằng cách oxi hóa các monome tương ứng. Trong phần lớn các trường hợp thì bản chất của sự oxi hóa có thể xảy ra theo phương pháp hóa học hay điện hóa. Bên cạnh đó cũng có một số phương pháp khác như phương pháp quang hóa hay phương pháp trùng hợp sử dụng xúc tác enzim [30].
Phương pháp tổng hợp điện hóa có lợi thế tạo thành polyme có tính dẫn điện tốt và cho phép kiểm soát đƣợc chiều dày cũng nhƣ độ đồng nhất của lớp
màng tạo thành. Nhưng phương pháp hóa học lại có lợi ích chính là gia công đơn giản và cho sản phẩm giá thành thấp. Tuy nhiên, do quá trình oxi hóa hóa học khó kiểm soát nên dễ dẫn đến sự quá oxi hóa làm phân hủy polyme tạo thành. Trong khuôn khổ luận văn này chúng tôi sử dụng phương pháp hóa học để tổng hợp polyme dẫn do điều kiện thực nghiệm đơn giản và dễ tiến hành trong phòng thí nghiệm.
Các tác nhân hay đƣợc sử dụng cho quá trình polyme hóa anilin là các ion kim loại chuyển tiếp có tính oxi hóa nhƣ: FeCl3, Fe(NO3)3, Fe(ClO4)3, Fe2(SO4)2, K3Fe(CN)6, FeBr3, CuCl2, CuBr2. Muối Fe(III) là tác nhân sử dụng phổ biến nhất cho sự tổng hợp PAni có độ dẫn điện cao theo phương pháp hóa học.
Amoni pesunfat (NH4)2S2O8 cũng là tác nhân thường được sử dụng làm xúc tác tổng hợp PAni. Cho tới nay có nhiều quan điểm về cơ chế hình thành PAni. Đối với chất oxi hoá là FeCl3, một trong những cơ chế đƣợc chấp nhận nhiều nhất hiện nay là cơ chế gốc [1].
III.4.1. Tổng hợp polyme/clay nanocompozit bằng phương pháp trùng hợp tại chỗ [5]
Đây là phương pháp đầu tiên được sử dụng để tổng hợp polyme/clay nanocompozit. Phương pháp dựa trên phản ứng trùng hợp polime được tiến hành trong các lớp của clay. Đầu tiên ta tiến hành đƣa monome vào trong các lớp. Tiến hành trùng hợp polyme xen kẽ giữa các lớp của clay. Có thể mô tả quá trình diễn ra nhƣ sau:
Hình 1.19: Sơ đồ tổng hợp nanocompozit theo phương pháp trùng hợp tại chỗ
Theo phương pháp này, có thể tổng hợp được polyme/clay nanocompozit trên cơ sở epoxi, polyeste, polyuretan và poly(etilen terephatalat).
III.4.2. Tổng hợp compozit của polyanilin bằng phương pháp trùng hợp phân tán
Chúng ta đều biết một trong những hướng khắc phục khó khăn về khả năng gia công vật liệu polyme dẫn đó là sử dụng phương pháp trùng hợp phân tán. Phương pháp trùng hợp phân tán để tạo ra hạt PAni được nghiên cứu và phát triển từ thập kỷ trước. Phương pháp này có những điều kiện sau:
Monome có thể trộn lẫn với môi trường phản ứng.
PAni tạo thành không tan trong môi trường phản ứng.
Dùng các chất ổn định hoặc chất hoạt động bề mặt thích hợp để ngăn cản sự kết tụ thành các hạt lớn.
Hình 1.20: Mô hình hóa phương pháp trùng hợp phân tán PAni trong chất ổn định thích hợp [36, 43]
Khi cho thêm monome vào hỗn hợp chỉ có chất ổn định thích hợp, các tiểu phân monome sẽ trương nở và phân tán thành cụm ngăn cách bởi chất ổn định nhờ các tương tác vật lý. Sau khi cho chất oxi hóa, quá trình trùng hợp xảy ra, các hạt polyanilin sinh ra sẽ đƣợc bao bọc một phần hoặc hoàn toàn bởi chất ổn định và dính với nhau tạo thành các hạt lớn (hình 1.20). Các chất oxi hóa thường dùng trong quá trình trùng hợp phân tán đó là FeCl3, (NH4)2S2O8 hoặc hệ xúc tác H2O2/Fe3+/HBr.
. Tổng quan về vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên cơ sở polyme dẫn.