Hình 3.13. là giản đồ phân tích nhiệt khối lượng (TGA) của nền PVC, giản đồ được dùng làm mẫu so sánh để đánh giá độ bền nhiệt của vật liệu PVC/bột gỗ. Hình 3.13 cho thấy 2 giai đoạn phân hủy nhiệt của PVC, giai đoạn đầu là quá trình phân hủy tách thoát HCl, giai đoạn 2 là quá trình phân hủy của phụ gia (DOP) và phần còn lại của polyme. Kết quả phân tích TGA cho thấy 2 nhiệt độ bắt đầu phân hủy của PVC (tính theo phương pháp onset-offset bằng phần mềm đi kèm với thiết bị Simadzu TGA 50H) là Ton1 = 245,6 °C và Ton2 = 481,2 °C. Hàm lượng tro còn lại (bao gồm các chất phụ gia vô cơ và tro của polyme bị phân hủy) là 17,69%.
Hình 3. 13. Giản đồ phân tích nhiệt (TGA) mẫu PVC
Hình 3.14 là giản đồ TGA của PVC/BG, bảng 3.9 là các kết quả phân tích nhiệt bao gồm nhiệt độ bắt đầu phân hủy ở giai đoạn 1 và 2 (Ton1, Ton2), và nhiệt độ kết
47
thúc quá trình phân hủy ở giai đoạn 1 và 2 ((Toff1, Toff2). Từ hình 3.13 có thể thấy rõ sự phân hủy nhiệt của vật liệu PVC/BG và PVC/BT (bột gỗ biến tính TEOS) đều có đặc trưng giống với nền PVC, bao gồm 2 giai đoạn phân hủy. Sự giảm khối lượng mạnh của các mẫu PVC/BG và PVC/BT xảy ra chủ yếu trong khoảng nhiệt độ 245- 490°C. Các mẫu bắt đầu suy giảm khối lượng ở khoảng nhiệt độ từ 100°C đến 250°C, quá trình này xảy ra do sự bay hơi của nước ngấm ẩm trong mẫu và sự tách thoát ban đầu của HCl khỏi PVC. Tại các điểm Ton1 là nhiệt độ bắt đầu quá trình phân hủy nhiệt thứ 1; Ton2 là là nhiệt độ mà bắt đầu quá trình phân hủy nhiệt thứ 2. Toff1 và Toff2 là nhiệt độ kết thúc quá trình phân hủy nhiệt thứ 1 và thứ 2. Quá trình phân hủy nhiệt mạnh ở giai đoạn 1 của vật liệu compozit PVC/BG xảy trong khoảng từ 250°C đến 390°C. Quá trình phân hủy nhiệt thứ 2 diền ra mạnh trong khoảng nhiệt độ 450 – 490°C. 0 100 200 300 400 500 600 0 20 40 60 80 100 TGA Nhiet do (OC) PVC PVCBG PVCBT1 PVCBT3 PVCBT5 PVCBT10
Hình 3. 14. Giản đồ phân tích nhiệt của compozit PVC/BT theo hàm lượng TEOS dùng để biến tính bột gỗ.
48
Quan sát hình 3.14 có thể thấy rõ các đường TGA của vật liệu compozit PVC/BG và PVC/BT (1; 3; 5; 10) không có sự khác nhau đáng kể. Tuy nhiên, khi so sánh với các kết quả phân tích nhiệt của mẫu PVC ban đầu có thể thấy rõ BG và BT (bột gỗ biến tính TEOS) đã cải thiện được độ bền nhiệt cho PVC. Điều này có thể giải thích bởi khi bột gỗ được biến tính bằng TEOS các hạt nanosilica được hình thành và phủ trên bề mặt vật liệu compozit, nanosilica là các hạt vô cơ bền nhiệt, phân tán đồng đều trên bột gỗ, nó góp phần cải thiện độ bền nhiệt của vật liệu PVC/BG. Tuy nhiên, hàm lượng chất biến tính TEOS không ảnh hưởng rõ rệt đến việc cải thiện độ bền nhiệt cho vật liệu compozit PVC/BG. Điều này có thể liên quan đến hiệu suất thực sự của các phản ứng thủy phân, trong đó hàm lượng nanosilica được tạo thành không thay đổi nhiều và có thể đánh giá định tính thông qua khối lượng mẫu còn lại ở 600°C (bảng 3.8). Với hàm lượng TEOS sử dụng là 1; 3; 5% , độ chênh lệch về khối lượng mẫu còn lại ở 600°C của vật liệu PVC/BT so với PVC/BG là không nhiều, còn độ chênh lệch giữa PVC/BT10 và PVC/BG có sự thay đổi nhiều, nhưng khi đó silica có thể được hình thành ở cấp độ micromet, giảm hiệu quả cải thiện độ bền nhiệt của nó.
Bảng 3. 8. Các nhiệt độ bắt đầu và kết thúc sự phân hủy nhiệt của các mẫu compozit PVC/BG, PVC/BT ở giai đoạn phân hủy 1 và 2.
Mẫu Ton1 (oC) Toff1 (oC) Ton2 (oC) Toff2 (oC) % còn lại ở 600oC PVC/BG 262,81 329,28 418,92 488,96 25,86 PVC/BT 1 263,51 331,08 423,42 487,61 26,77 PVC/BT 3 263,06 333,33 427,93 486,49 27,11 PVC/BT 5 262,39 334,46 430,18 487,61 27,18 PVC/BT 10 261,56 334,68 430,41 488,96 28,23
49
PVC 245,60 308,55 438,90 481,20 17,69