Thạc Sĩ Chế tạo, nghiên cứu tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit trên cơ sở copolyme etylen

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT . v
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TRONG LUẬN ÁN viii
DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN ÁN xiii
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN . 3
1.1. Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) . 3
1.1.1. Giới thiệu về EVA . 3
1.1.2. Tính chất của EVA 4
1.1.3. Ứng dụng của EVA . 4
1.2. Nanosilica . 5
1.2.1. Giới thiệu về silica . 5
1.2.2. Các phương pháp chế tạo 7
1.2.2.1. Phương pháp phun khói và silica khói (fumed silica) . 7
1.2.2.2. Phương pháp kết tủa (silica kết tủa và silica gel) 7
1.2.3.3. Phương pháp sol-gel . 8
1.2.3. Cấu trúc của nanosilica . 9
1.2.4. Tính chất và ứng dụng của nanosilica 10
1.2.4.1. Tính chất vật lý của nanosilica . 10
1.2.4.2. Tính chất hóa học của silica 12
1.2.4.3. Ứng dụng của silica 12
1.3. Tình hình nghiên cứu vật liệu nanocompozit polyme/silica 13
1.3.1. Các phương pháp chế tạo vật liệu nanocompozit polyme/silica 13
1.3.1.1. Phương pháp trộn nóng chảy . 13
1.3.1.2. Phương pháp trộn trong dung dịch . 14
1.3.1.3. Phương pháp sol-gel . 15
1.3.2. Biến tính silica trong chế tạo vật liệu nanocompozit polyme/silica 17
1.3.2.1. Biến tính vật lý . 18
1.3.2.2. Biến tính hóa học 18
1.3.3. Sử dụng chất tương hợp và biến tính polyme trong chế tạo vật liệu nanocompozit polyme/silica 22
1.4. Tình hình nghiên cứu vật liệu nanocompozit EVA/silica 27
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM . 35
2.1. Nguyên liệu và hóa chất . 35
2.2. Chế tạo vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM 35
2.2.1. Chế tạo bằng phương pháp sol-gel 35
2.2.2. Chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy 36
2.3. Các phương pháp và thiết bị nghiên cứu 36
2.3.1. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 36
2.3.2. Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM) . 37
2.3.3. Phân tích nhiệt . 37
2.3.4. Đặc trưng chảy nhớt 37
2.3.5. Xác định tính chất cơ học 37
2.3.6. Xác định các tính chất lưu biến 38
2.3.7. Thử nghiệm độ bền hóa chất, dung môi . 38
2.3.8. Thử nghiệm oxy hoá nhiệt và bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm 39
2.3.9. Xác định khả năng cháy của vật liệu theo UL94 HB . 40
2.3.10. Xác định các tính chất điện và điện môi của vật liệu . 41
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 42
3.1. Tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM chế tạo bằng phương pháp sol-gel . 42
3.1.1. Tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM chế tạo bằng phương pháp sol-gel với xúc tác axit 42
3.1.1.1. Phổ hồng ngoại (IR) 42
3.1.1.2. Hình thái cấu trúc . 49
3.1.1.3. Tính chất cơ học . 54
3.1.1.4. Tính chất nhiệt 57
3.1.1.5. Tính chất lưu biến . 60
3.1.2. Tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM chế tạo bằng phương pháp sol-gel với xúc tác bazơ 63
3.1.2.1. Phổ hồng ngoại (IR) 63
3.1.2.2. Hình thái cấu trúc . 65
3.1.2.3. Tính chất cơ học . 69
3.1.2.4. Tính chất nhiệt 72
3.1.2.5. Tính chất lưu biến . 75
Tóm tắt kết quả mục 3.1 . 77
3.2. Tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy 77
3.2.1. Tính chất cơ học 78
3.2.2. Phổ hồng ngoại 84
3.2.3. Khả năng chảy nhớt 86
3.2.4. Tính chất lưu biến 89
3.2.5. Hình thái cấu trúc 93
3.2.6. Tính chất nhiệt 95
3.2.7. Tính chất điện 97
3.2.7.1. Hằng số điện môi 97
3.2.7.2. Tổn hao điện môi 98
3.2.7.3. Điện trở suất khối . 99
3.2.7.4. Điện áp đánh thủng 101
3.2.8. Độ bền hóa chất - dung môi 102
3.2.9. Độ bền oxi hóa nhiệt . 106
3.2.10. Độ bền bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm . 108
3.2.10.1. Phổ IR của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM sau khi thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm . 109
3.2.10.2. Hình thái cấu trúc của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM sau khi thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm 111
3.2.10.3. Tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM sau khi thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm 116
3.2.11. Khả năng chống cháy 118
Tóm tắt kết quả mục 3.2 . 120
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122
NHỮNG ĐIỂM MỚI VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN 124
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO 127
PHỤ LỤC 144

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT[TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Ký hiệu
[/TD]
[TD]Tên đầy đủ
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]APTES
[/TD]
[TD]3-amino propyl trietoxy silan
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]A[SUB]s[/SUB]
[/TD]
[TD]diện tích bề mặt riêng trung bình
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]CTAB
[/TD]
[TD]n-hexadexyl trimetylammoni bromua
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]CCT
[/TD]
[TD]phép đo nhiệt lượng hình nón (cone calorimeter test)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DCP
[/TD]
[TD]dicumyl peoxit
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DSC
[/TD]
[TD]nhiệt lượng quét vi sai (differential scanning calorimetry)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DTA
[/TD]
[TD]phân tích nhiệt vi sai (differential thermal analysis)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DTMA
[/TD]
[TD]phân tích cơ nhiệt động (dynamic thermo mechanical analysis)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]E
[/TD]
[TD]mô đun đàn hồi (Young’s modulus; elastic modulus)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]EVA
[/TD]
[TD]copolyme etylen vinylaxetat
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]EVAgAM
[/TD]
[TD]EVA ghép anhydrit maleic
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]EVAsilX
[/TD]
[TD]nanocompozit EVA/X%silica chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy, với X = 2, 3, 4, 5 (% về khối lượng so với EVA)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]EVAsilXgG
[/TD]
[TD]nanocompozit EVA/X%silica/G%EVAgAM chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy; G = 0.5; 1; 1.5; 2 (% về khối lượng so với EVA)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]EVAsolX
[/TD]
[TD]nanocompozit chế tạo từ EVA và X% TEOS bằng phương pháp sol-gel, với X = 5; 10; 15; 20; 25 (% về khối lượng so với EVA)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]EVAsolXg
[/TD]
[TD]nanocompozit chế tạo từ EVA và X%TEOS bằng phương pháp sol-gel có 1%EVAgAM
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]FESEM
[/TD]
[TD]hiển vi điện tử quét phát xạ trường
(field emission scanning electron microscope)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]FTIR
[/TD]
[TD]phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier transform infrared)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]G*
[/TD]
[TD]mô đun đàn hồi phức (complex modulus)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]G’
[/TD]
[TD]mô đun tích trữ (storage modulus)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]G”
[/TD]
[TD]mô đun tổn hao (loss modulus)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]GMA
[/TD]
[TD]glyxidyl metacrylat
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Hε
[/TD]
[TD]hệ số lão hoá oxi hoá nhiệt theo độ giãn dài khi đứt
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Hσ
[/TD]
[TD]hệ số lão hoá oxi hoá nhiệt theo độ bền kéo đứt
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Hε[SUB]tnna[/SUB]
[/TD]
[TD]hệ số lão hoá tử ngoại nhiệt ẩm theo độ giãn dài khi đứt
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Hσ[SUB]tnna[/SUB]
[/TD]
[TD]hệ số lão hoá tử ngoại nhiệt ẩm theo độ bền kéo đứt
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HRSEM
[/TD]
[TD]hiển vi điện tử quét phân giải cao
(high resolution scanning electron microscope)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]IR
[/TD]
[TD]hồng ngoại, phổ hổng ngoại (infrared)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]LOI
[/TD]
[TD]chỉ số oxy giới hạn (limiting oxygen index)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]NMR
[/TD]
[TD]phổ cộng hưởng từ hạt nhân (nuclear magnetic resonance)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PA6
[/TD]
[TD]polyamit
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PA66
[/TD]
[TD]poly hexametylen adipamit
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PAAm
[/TD]
[TD]polyacrylamit
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PC
[/TD]
[TD]polycacbonat
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PCL
[/TD]
[TD]polycaprolacton
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PDMS
[/TD]
[TD]polydimetylsiloxan
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PE
[/TD]
[TD]polyetylen (HDPE: PE tỷ trọng cao; LDPE: PE tỷ trọng thấp)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PEN
[/TD]
[TD]polyetylen 2, 6-naphtalen
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PET
[/TD]
[TD]polyetylen terephtalat
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PMMA
[/TD]
[TD]polymetylmetacrylat
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PMP
[/TD]
[TD]poly(4-metyl-2-pentyn)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PP
[/TD]
[TD]polypropylen (iPP: isotactic PP)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PS
[/TD]
[TD]polystyren
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PU
[/TD]
[TD]polyuretan
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PVAc
[/TD]
[TD]poly vinylaxetat
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]SEM
[/TD]
[TD]hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]TEM
[/TD]
[TD]hiển vi điện tử truyền qua (transmssion electron microscope)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]TEOS
[/TD]
[TD]tetraetoxysilan
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]T[SUB]g[/SUB]
[/TD]
[TD]nhiệt độ thuỷ tinh hoá
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]TGA
[/TD]
[TD]phân tích nhiệt khối lượng (thermal gravimetric analysis)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]tg δ
[/TD]
[TD]tang của góc tổn hao điện môi
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]TMA
[/TD]
[TD]phân tích cơ nhiệt (thermo-mechanical analysis)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]UL 94
[/TD]
[TD]kiểm tra cháy theo UL 94 (Underwriter’s Laboratory Test #94)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]VA
[/TD]
[TD]vinylaxetat
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]VTES
[/TD]
[TD]vinyltrietoxysilan
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]VTMS
[/TD]
[TD]vinyltrimetoxysilan
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]WAXS
[/TD]
[TD]tán xạ tia X góc rộng (wide angle X-ray scattering)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]XRD
[/TD]
[TD]nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]ν
[/TD]
[TD]dao động hoá trị của nhóm phân tử
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]ν[SUB]đx[/SUB], ν[SUB]kđx[/SUB]
[/TD]
[TD]dao động hoá trị đối xứng, không đối xứng
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]δ
[/TD]
[TD]dao động biến dạng của nhóm phân tử
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]ε
[/TD]
[TD]độ giãn dài khi đứt
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]ε'
[/TD]
[TD]hằng số điện môi
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]ρ[SUB]v[/SUB]
[/TD]
[TD]điện trở suất khối
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]σ
[/TD]
[TD]độ bền kéo đứt
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TRONG LUẬN ÁN
Hình 1.1. Các dạng liên kết của nhóm SiưO trên bề mặt silica và sự liên kết của các hạt silica . 10
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu nanocompozit polyme/silica bằng phương pháp trộn trong dung dịch 15
Hình 1.3. Mô đun đàn hồi của vật liệu PP/nanosilica (biến tính và không biến tính) theo hàm lượng nanosilica và PP-g-MA . 23
Hình 1.4. Độ bền kéo đứt của vật liệu PP/nanosilica (biến tính và không biến tính) theo hàm lượng nanosilica và PP-g-MA . 24
Hình 1.5. Độ giãn dài khi đứt của vật liệu PP/nanosilica (biến tính và không biến tính) theo hàm lượng nanosilica và PP-g-MA . 24
Hình 1.6. Ảnh TEM của vật liệu nanocompozit EVA/Aerosil ở các hàm lượng silica khác nhau . 28
Hình 1.7. Giản đồ DSC cuả EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica. 30
Hình 1.8. Giản đồ XRD cuả EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica. 31
Hình 1.9. Ảnh SEM của màng EVA/silica (6%) theo mặt cắt ngang . 32
Hình 1.10. Phổ FTIR của EVA và màng nanocompozit EVA/silica 32

Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm kiểm tra khả năng cháy ngang theo UL 94HB. 41

Hình 3.1. Phổ IR của EVA 43
Hình 3.2. Phổ IR của silica chế tạo bằng phương pháp sol-gel với xúc tác axit HCl, ở pH = 4 . 43
Hình 3.3. Phổ IR của vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo ở pH = 1 (c) và pH = 6 (d) 44
Hình 3.4. Phổ IR của vật liệu nanocompozit EVAsol10 và EVAsol10g (pH=4). 46
Hình 3.5. Minh họa về liên kết hydro và tương tác lưỡng cực trong vật liệu nanocompozit EVA/silica - (a) và trong vật liệu nanocompozit EVA/EVAgAM/silica - (b). 48
Hình 3.6. Ảnh FESEM của silica chế tạo ở pH = 3 (a) và pH = 4 (b) 49
Hình 3.7. Ảnh FESEM của vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo ở pH = 1 - 6. 50
Hình 3.8. Ảnh FESEM của vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo ở pH = 4 với các hàm lượng TEOS (a): 15% và (b): 25% . 53
Hình 3.9. Ảnh FESEM của vật liệu nanocompozit EVA/EVAgAM/silica chế tạo ở pH = 4 với các hàm lượng TEOS (a): 15% và (b): 25% . 53
Hình 3.10. Giản đồ TG của vật liệu nanocompozit EVAsol15 chế tạo ở pH = 2 và pH = 4 57
Hình 3.11. Giản đồ TG của vật liệu nanocompozit EVAsol25 và EVAsol25g. 60
Hình 3.12. Ứng suất trượt theo độ biến dạng của EVA và vật liệu EVAsol10 (chế tạo ở pH = 2; 4; 6) 61
Hình 3.13. Mô đun đàn hồi phức của EVA và vật liệu EVAsol10 (chế tạo ở pH = 2; 4; 6) 61
Hình 3.14. Mô đun đàn hồi phức của EVA, vật liệu nanocompozit EVAsol5 và EVAsol10 62
Hình 3.15. Phổ IR của: (a) - silica chế tạo bằng phương pháp sol-gel với xúc tác bazơ; (b) và (c) - vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo ở pH = 8 và 9 64
Hình 3.16. Phổ IR của: (a)- vật liệu nanocompozit EVAsol10 và (b)- vật liệu nanocompozit EVAsol10g chế tạo ở pH = 8,5 65
Hình 3.17. Ảnh FESEM của silica tổng hợp ở pH = 8 (a) và pH = 9,5 (b). 66
Hình 3.18. Ảnh FESEM của vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo ở pH = 7,5 (a); pH = 8 (b); pH = 9 (c) và pH = 9,5 (d) 66
Hình 3.19. Ảnh FESEM của vật liệu nanocompozit EVAsol15 và EVAsol25. 68
Hình 3.20. Ảnh FESEM của vật liệu nanocompozit EVAsol15g và EVAsol25g. 69
Hình 3.21. Giản đồ TG của vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo với các hàm lượng TEOS 15 và 25% . 73
Hình 3.22. Giản đồ TG của vật liệu nanocompozit EVA/silica (5%TEOS) không có và có EVAgAM . 74
Hình 3.23. Mô đun đàn hồi phức của vật liệu nanocompozit EVA/silica với hàm lượng TEOS 10% và 15% 75
Hình 3.24. Mô đun đàn hồi phức của vật liệu nanocompozit EVAsol5 (5%TEOS - không có EVAgAM) và EVAsol5g (5%TEOS có EVAgAM) . 76
Hình 3.25. Đường cong ứng suất kéo - độ giãn dài của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM 79
Hình 3.26. Mô đun đàn hồi và độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có 1% EVAgAM 81
Hình 3.27. Độ giãn dài khi đứt của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có 1% EVAgAM . 82
Hình 3.28. Tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit EVAsil3 với các hàm lượng EVAgAM khác nhau . 83
Hình 3.29. Phổ IR của nanosilica và vật liệu nanocompozit EVAsil3 không có và có EVAgAM . 85
Hình 3.30. Giản đồ mô men xoắn - thời gian trộn của EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica 88
Hình 3.31. Giản đồ mô men xoắn - thời gian trộn của vật liệu nanocompozit EVA/silica có 1% EVAgAM 88
Hình 3.32. Sự biến đổi độ nhớt theo nhiệt độ của EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica với các hàm lượng nanosilica khác nhau 90
Hình 3.33. Sự biến đổi độ nhớt theo nhiệt độ của vật liệu nanocompozit EVAsil4 và EVAsil4g1 (có 1% EVAgAM) . 90
Hình 3.34. Sự biến đổi của mô đun đàn hồi phức theo tần số của EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica với các hàm lượng nanosilica khác nhau. 92
Hình 3.35. Sự biến đổi của mô đun đàn hồi phức theo tần số của vật liệu nanocompozit EVAsil3 không có và có 1% EVAgAM . 92
Hình 3.36. Ảnh SEM của vật liệu nanocompozit EVA/silica 94
Hình 3.37. Ảnh SEM của vật liệu nanocompozit EVA/silica có 1% EVAgAM. 95
Hình 3.38. Giản đồ TG của EVA và vật liệu nanocompozit EVAsil3 không có và có 1% EVAgAM . 96
Hình 3.39. Hằng số điện môi của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có 1% EVAgAM theo hàm lượng nanosilica 98
Hình 3.40. Thay đổi khối lượng theo thời gian ngâm của EVA ở 25°C trong các dung dịch/dung môi 103
Hình 3.41. Thay đổi khối lượng theo thời gian ngâm của vật liệu nanocompozit EVAsil3 ở 25°C trong các dung dịch/dung môi 103
Hình 3.42. Thay đổi khối lượng theo thời gian ngâm của vật liệu nanocompozit EVAsil3g1 ở 25°C trong các dung dịch/dung môi . 104
Hình 3.43. Các phản ứng xẩy ra trong quá trình phân huỷ EVA dưới tác động của tia tử ngoại và nhiệt ẩm . 108
Hình 3.44. Phổ IR ở vùng số sóng 1737 cm[SUP]-1[/SUP] của EVA (a) và vật liệu nanocompozit EVAsil3 (b) và EVAsil3g1 (c) trước và sau khi thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm trong 72 giờ và 168 giờ 110
Hình 3.45. Ảnh FESEM của EVA sau 72 giờ thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm. 112
Hình 3.46. Ảnh FESEM của nanocompozit EVAsil3 sau 72 giờ thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm . 113
Hình 3.47. Ảnh FESEM của nanocompozit EVAsil3g1 sau 72 giờ thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm . 113
Hình 3.48. Ảnh FESEM của EVA sau 168 giờ thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm. 114
Hình 3.49. Ảnh FESEM của nanocompozit EVAsil3 sau 168 giờ thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm . 114
Hình 3.50. Ảnh FESEM của nanocompozit EVAsil3g1 sau 168 giờ thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm . 115

DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN ÁNBảng 1.1. Tính chất của gel khí (aerogel) so với thủy tinh và không khí. 11
Bảng 1.2. Đặc trưng kỹ thuật của một số loại silica khói 11
Bảng 1.3. Đặc trưng kỹ thuật một số loại silica kết tủa . 11
Bảng 1.4. Mô đun tích trữ của EVA, vật liệu compozit EVA/Aerosil, compozit EVA/DCP/Aerosil có và không khâu mạch . 29
Bảng 1.5. Một số tính chất cơ học của vật liệu EVA/silica 33

Bảng 3.1. Các pic đặc trưng của các nhóm nguyên tử trên phổ IR của EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo với xúc tác HCl, ở pH = 1 - 6 . 45
Bảng 3.2. Các pic đặc trưng của các nhóm nguyên tử trên phổ IR của vật liệu nanocompozit EVA/EVAgAM/silica với các hàm lượng TEOS khác nhau 47
Bảng 3.3. Tính chất cơ học của EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo với xúc tác axit ở các pH khác nhau . 55
Bảng 3.4. Tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit EVA/silica với các hàm lượng TEOS khác nhau chế tạo ở pH = 4 56
Bảng 3.5. Tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit EVA/EVAgAM/silica với các hàm lượng TEOS khác nhau chế tạo ở pH = 4 56
Bảng 3.6. Các đặc trưng TG của EVA và vật liệu EVAsol15 58
Bảng 3.7. Các đặc trưng TG của EVA và vật liệu nanocompozit EVAsol25 (25% TEOS) không có và có EVAgAM 60
Bảng 3.8. Tính chất cơ học của EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo với xúc tác bazơ ở các pH khác nhau . 70
Bảng 3.9. Tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo ở pH = 8,5 với hàm lượng TEOS khác nhau 71
Bảng 3.10. Tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit EVA/EVAgAM/silica chế tạo ở pH = 8,5 với hàm lượng TEOS khác nhau . 72
Bảng 3.11. Các đặc trưng TG của EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica với hàm lượng TEOS khác nhau 73
Bảng 3.12. Ký hiệu mẫu của vật liệu nanocompozit EVA/silica và EVA/EVAgAM/silica chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy 78
Bảng 3.13. Mô đun đàn hồi của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM theo hàm lượng nanosilica và EVAgAM . 79
Bảng 3.14. Độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM theo hàm lượng nanosilica và EVAgAM . 80
Bảng 3.15. Độ giãn dài khi đứt của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM theo hàm lượng nanosilica và EVAgAM . 80
Bảng 3.16. Số sóng đặc trưng của một số nhóm nguyên tử của EVA, nanosilica và vật liệu nanocompozit EVAsil3 không có và có EVAgAM 86
Bảng 3.17. Mô men xoắn ổn định (ở phút trộn thứ 5) của EVA và các vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có 1% EVAgAM 89
Bảng 3.18. Các đặc trưng TG của EVA và vật liệu nanocompozit EVAsil3 không có và có 1% EVAgAM 96
Bảng 3.19. Tổn hao điện môi của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có 1%EVAgAM theo hàm lượng nanosilica . 99
Bảng 3.20. Điện trở suất khối của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM với các hàm lượng nanosilica và EVAgAM khác nhau. 100
Bảng 3.21. Điện áp đánh thủng của vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM với các hàm lượng nanosilica khác nhau . 101
Bảng 3.22. Thay đổi khối lượng của EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica khi ngâm trong các dung dịch/dung môi ở 25°C sau 28 ngày 105
Bảng 3.23. Thay đổi khối lượng của EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica khi ngâm trong các dung dịch/dung môi ở 50°C sau 28 ngày 106
Bảng 3.24. Hệ số lão hóa oxi hóa nhiệt Hσ của vật liệu nanocompozit EVA/silica sau khi oxi hóa nhiệt ở 70°C trong 168 giờ 107
Bảng 3.25. Hệ số lão hóa oxi hóa nhiệt Hε của vật liệu nanocompozit EVA/silica sau oxi hóa nhiệt ở 70°C trong 168 giờ 107
Bảng 3.26. Chỉ số cacbonyl CI (A[SUB]1737[/SUB]/A[SUB]1462[/SUB]) và tỷ số A[SUB]1737[/SUB]/A[SUB]1370[/SUB] của EVA và vật liệu nanocompozit EVAsil3 không có và có EVAgAM trước và sau khi thử nghiệm bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm 111
Bảng 3.27. Các hệ số lão hóa bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm Hσ[SUB]tnna[/SUB] và Hε[SUB]tnna[/SUB] của vật liệu nanocompozit EVA/silica sau 72 và 168 giờ thử nghiệm . 117
Bảng 3.28. Các hệ số lão hóa bức xạ tử ngoại nhiệt ẩm Hσ[SUB]tnna[/SUB] và Hε[SUB]tnna[/SUB] của vật liệu nanocompozit EVA/EVAgAM/silica (3%) sau 72 và 168 giờ thử nghiệm 117
Bảng 3.29. Các tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit EVAsil3g1 trước và sau thử nghiệm tử ngoại bức xạ nhiệt ẩm được xác định tại Trung tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 1 . 118
Bảng 3.30. Thời gian cháy, tốc độ cháy và phân loại cháy ngang của EVA và vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có EVAgAM theo UL 94HB 119


MỞ ĐẦU Polyme nanocompozit là loại vật liệu trong đó chất gia cường (thường là các chất vô cơ) phân tán ở kích thước nanomet hoặc có cấu trúc nano trong nền polyme. Các chất gia cường kích thước nano được sử dụng phổ biến hiện nay là khoáng sét nano, ống nano cacbon, các oxit có kích thước nano, sợi thủy tinh nano, muội cacbon, sợi nano cacbit, nano CdS, PbS .[66]. Trong số các chất vô cơ có cấu trúc và kích thước nanomet, nanosilica (SiO[SUB]2[/SUB]) là một loại chất gia cường phổ biến và quan trọng. Với nhiều tính chất nổi bật của nanosilica như bền nhiệt, bền cơ học, hệ số dãn nở nhiệt nhỏ, có các nhóm silanol trên bề mặt có khả năng tạo các liên kết và tương tác với nền polyme, vật liệu nanocompozit polyme/silica đã và đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới [50-52, 89-93, 101-103, 120-126].
Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) là sản phẩm đồng trùng hợp của etylen và vinyl axetat, được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp khối hoặc trong dung dịch. Tùy thuộc vào hàm lượng vinyl axetat, EVA được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như sản xuất giầy da, màng, bao gói, dây/cáp điện và chất kết dính [26, 42]. EVA có nhiều ưu điểm như bền xé tốt, mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, dễ gắn dán, có khả năng phối trộn với nhiều loại chất độn với hàm lượng lớn [56]. Tuy nhiên, EVA cũng có một số nhược điểm như mô đun đàn hồi và độ bền kéo thấp, kém bền nhiệt, kém bền với tia tử ngoại, khả năng chống cháy không cao. Do đó, trong nhiều ứng dụng, EVA cần được kết hợp với một polyme khác hoặc các chất phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của EVA [40, 48, 112, 125]. Cho đến nay, chỉ có một vài công bố về vật liệu nanocompozit EVA/silica chế tạo bằng phương pháp sol-gel [98], trộn nóng chảy và trộn trong dung dịch [24, 25] nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu về độ bền oxi hóa nhiệt, độ bền thời tiết và tính chất điện của nanocompozit vật liệu EVA/silica chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy, cũng như khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng và loại chất xúc tác khi chế tạo bằng phương pháp sol-gel.
Do sự khác nhau về bản chất hóa học, đặc trưng bề mặt, các hạt nanosilica tương hợp kém với EVA và dễ bị kết tụ trong nền EVA. Nhiều nghiên cứu về vật liệu nanocompozit polyme/silica đã cho thấy để tăng cường tương tác, phân tán và bám dính với nền polyme, có thể sử dụng các chất tương hợp nhằm liên kết giữa 2 pha vô cơ và hữu cơ [20, 52, 71, 75, 86, 112-114]. Chất tương hợp được sử dụng phải đảm bảo yêu cầu là tương hợp tốt với cả hai pha EVA và nanosilica. Một trong những lựa chọn phổ biến nhất của chất tương hợp chính là biến tính polyme nền bằng các hợp chất thấp phân tử hoạt động và có cực [17]. Nhóm có cực này sẽ liên kết tốt với các nhóm silanol trên bề mặt của nanosilica. EVA ghép anhydrit maleic (EVAgAM) là một chất tương hợp đang được sử dụng phổ biến cho các polyme blend [18, 58]. Nó góp phần tăng cường sự tương tác, phân tán và bám dính của các hạt silica với nền EVA, tạo cho vật liệu nanocompozit có nhiều tính chất tốt hơn EVA. Vì vậy, nghiên cứu sinh lựa chọn và thực hiện luận án với đề tài: "Chế tạo, nghiên cứu tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit trên cơ sở copolyme etylen-vinyl axetat (EVA) và nanosilica". Luận án này tập trung thực hiện những nội dung chính như sau:
- Chế tạo vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có chất tương hợp EVAgAM bằng phương pháp sol-gel.
- Chế tạo vật liệu nanocompozit EVA/silica không có và có chất tương hợp EVAgAM bằng phương pháp trộn nóng chảy.
- Nghiên cứu hình thái cấu trúc và tính chất của vật liệu chế tạo bằng 2 phương pháp trên. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, lựa chọn vật liệu nanocompozit EVA/silica có chất lượng cao, bền thời tiết, có thể định hướng ứng dụng trong một số lĩnh vực kỹ thuật.