Thạc Sĩ Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất và cấu trúc của vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở nhựa

MỞ ĐẦU
Polypropylen (PP) là nhựa nhiệt dẻo được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của các ngành công nghiệp khác nhau như: công nghiệp ô-tô, xây dựng, điện tử, chế biến bao bì, sợi PP được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp từ các monome propylen tách ra từ khí đồng hành trong quá trình lọc hóa dầu. PP là một trong những nhựa nhiệt dẻo có nhu cầu tiêu thụ lớn. Năm 2007, thị trường tiêu thụ PP toàn cầu lên đến 45,1 triệu tấn, doanh thu đạt khoảng 65 tỉ USD (47,4 tỉ Euro) [5]. PP có nhiều ưu điểm như độ bền cơ học tương đối cao, khá cứng, có khả năng cách điện cao. Ngoài ra PP có thể chịu được nhiệt độ trên 100 oC, có tính chất chống thấm O2, hơi nước, dầu mỡ và các khí khác [11, 22]. Tuy nhiên, khi sử dụng PP trong điều kiện khí hậu nhiệt đới có nhiệt độ và độ ẩm cao, hàm lượng bức xạ tử ngoại lớn nên dễ ảnh hưởng đến tính chất và cấu trúc của PP. Kết quả là PP dễ bị nứt, giòn, ngấm ẩm dẫn đến tính chất cách điện và tính chất cơ lý bị suy giảm theo thời gian sử dụng. Điều này trở thành những trở ngại không nhỏ khi ứng dụng PP trong đời sống, đặc biệt với đặc thù khí hậu như nước ta. Việc nghiên cứu cải thiện tính chất cơ học, hạn chế ảnh hưởng của bức xạ mặt trời (đặc biệt là các tia UV), làm tăng tuổi thọ của vật liệu PP là vấn đề thực tiễn đặt ra cần giải quyết.
Gần đây, công nghệ nano đã có những bước phát triển mạnh mẽ và đã đạt được nhiều thành công trong lĩnh vực vật liệu mới. Một trong những thành công về ứng dụng vật liệu nano là chế tạo vật liệu polyme nanocompozit sử dụng các chất gia cường có kích thước nano đưa vào các polyme. Đặc biệt, chất gia cường kích thước nano có thể ngăn chặn sự suy yếu của vật liệu bởi những vết nứt, gãy hình thành trong quá trình sử dụng, hơn nữa bản thân các chất gia cường này có mật độ khuyết tật rất thấp vì kích thước chúng cũng xấp xỉ các khuyết tật, từ đó tạo nên các vật liệu nanocompozit có tính cơ lý vượt trội so với các compozit truyền thống [35]. Trong số các chất gia cường được sử dụng phổ biến như: sợi cacbon, bột talc, hạt silica, clay, bột canxicacbonat , Bột nano titan đioxit TiO¬2 thể hiện nhiều ưu điểm của một chất gia cường điển hình. Đó là có độ cứng lớn, độ bền cơ học cao, hệ số phản xạ lớn (2,7), khả năng chống cháy, tính hấp phụ tia UV cao và tính chất siêu hấp phụ nước [26]. Với các ưu điểm như trên, việc nghiên cứu tính chất và cấu trúc của vật liệu nanocompozit trên cơ sở nền PP và hạt TiO2 kích thước nano là vấn đề khoa học nhiều ý nghĩa. Sự kết hợp của hạt TiO2 và nền PP được hi vọng là tạo ra vật liệu có độ bền cơ học cao, có tỉ khối nhỏ hơn, có khả năng hấp phụ tia UV và giảm phân hủy bởi nhiệt. Ngoài ra sự có mặt hạt TiO2 làm tăng khả năng tự làm sạch của vật liệu nhờ tính chất siêu hấp phụ nước. Trên cơ sở khoa học được trình bày ở trên, trong phạm vi luận văn này chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất và cấu trúc của vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo polyprorylen (PP) và hạt titan đioxit TiO2 kích thước nano”.
Đề tài được tiến hành với các nhiệm vụ sau:
1. Nghiên cứu quá trình biến tính hạt TiO2 bằng hợp chất 3-glycidoxypropyl trimetoxysilan (GPMS) để tìm ra hàm lượng ghép tối ưu của silan và tăng khả năng tương hợp với nền PP.
2. Nghiên cứu tính chất lưu biến và tính chất cơ lý của vật liệu của vật liệu nanocompozit trên nền PP sử dụng TiO2 biến tính và không biến tính.
3. Khảo sát tính chất nhiệt của vật liệu nanocompozit PP/TiO2 bằng phương pháp nhiệt quét vi sai (DSC) và phân tích nhiệt (TGA).
4. Nghiên cứu cấu trúc và hình thái học bề mặt của vật liệu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) và hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FESEM).
5. Xác định độ suy giảm cơ tính (độ bền kéo đứt) của vật liệu bằng phương pháp oxi hóa quang- nhiệt- ẩm trên thiết bị UVCON (Mỹ).