Nhựa nền PVC là polyme có tính phân cực trong phân tử thấp (tính kỵ nước), trong khi đó bột gỗ tự nhiên với thành phần chủ yếu là xenluloza, hemixenluloza và lignin có chứa nhóm -OH trong phân tử nên tính phân cực cao (tính ưa nước). Do sự khác biệt về cấu trúc phân tử dẫn tới tính tương thích của các cấu tử trong compozit PVC/BG là rất kém. Bên cạnh đó, để vật liệu compozit đạt được những tính chất hóa lí tốt nhất, độ tương hợp cao thì các cấu tử thành phần cần phải hình thành được các liên kết hóa học hoặc có mặt các chất gia cường đặc biệt kích thước cỡ phân tử polyme. Do đó, để phát triển ứng dụng thành công vật liệu compozit PVC/BG cần phải có nghiên cứu chuyên sâu, giải quyết bài toán tăng tính tương hợp và tạo sự kết dính giữa các cấu tử trong cấu trúc vật liệu compozit.
Biến tính vật lí
Các phương pháp biến tính vật lí liên quan đến sự tạo vi sợi trên bề mặt, tích điện (thổi lửa corona, plasma nguội)…. Plasma nguội, phóng xạ tĩnh điện, thổi lửa corona giúp giảm sức căng bề mặt của sợi tự nhiên. Xử lý plasma nguội tạo ra sự hình thành gốc tự do, thổi lửa corona liến quan đến sự hoạt hóa oxy hóa bề mặt sợi.
Biến tính hóa học
- Xử lý bằng dung dịch NaOH
Phương pháp Mercer là phương pháp cổ điển biến tính sợi xenluloza trong đó có sử dụng bước ngâm xút [33]. Hiệu quả của nó phụ thuộc vào loại, nồng độ dung
17
dịch, nhiệt độ xử lý và thời gian. Kèm theo việc tẩm sợi bằng chất làm trương có tính kiềm mạnh là phản ứng với các chất hóa học khác, các nhóm hydroxyl trong phân tử xenluloza có thể được thay thế. Sự thay thế nhóm chức hydroxyl cho sợi có mức độ kết tinh giảm.
Kết quả xử lý kiềm là tăng độ nhám bề mặt sợi giúp tăng độ bám dính cơ học theo kiểu interlocking. Đồng thời, xử lý kiềm loại bỏ các lignin, sáp bám quanh sợi xenluloza giúp lộ ra các nhóm chức hoạt động của mạch xenluloza trên vi sợi. Các phản ứng thay thế nhóm chức được biết đến như phản ứng axetylat hóa (hình 16), diazo hoá, xyanoetylate hoá, dinitrophenylat hoá, benzoyl hóa….
Hình 1.15. Kiềm hóa và axetylate hóa bề mặt sợi xenluloza - Biến tính bột gỗ bằng các tác nhân ghép nối
Xử lý bằng các tác nhân ghép nối
Mục đích chính của biến tính hóa học là nhằm làm giảm tính phân cực trên bề mặt sợi xenluloza. Độ phân cực thấp trên bề mặt sợi giúp sợi phân tán và tương thích tốt trong nền nhựa có độ phân cực thấp. Quá trình hóa học này cũng tạo ra một màng phủ kỵ nước trên bề mặt sợi. Màng phủ này được tạo thành từ tác nhân ghép nối, tác nhân ghép nối có hai chức năng trong quá trình này: Phản ứng với nhóm hydroxyl - OH của xenluloza, phản ứng với các nhóm chức khác trong nhựa nền. Các tác nhân ghép nối thông dụng hiện nay là các hợp chất silan, isoxyanat, tianat. Quá trình hình thành các liên kết đồng hóa trị giữa xenluloza-isoxyanat, liên kết yếu giữa nhựa nhiệt dẻo và isoxynat giúp cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu compozit nền nhựa nhiệt dẻo được gia cường bằng sợi xenluloza thiên nhiên. Xử lý sợi bằng hơp chất silan
18
hữu cơ và cách sợi biến tính bằng silan tạo liên kết với nền nhựa có thể được mô tả trên hình.
Hình 1.16. Cơ chế ghép silan lên sợi gỗ