Biến tính montmorillonit bằng chitosan và ứng dụng chế tạo PVC nanocomposit
Biến tính montmorillonit bằng chitosan và ứng dụng chế tạo PVC nanocomposit
Xem bên trong

Biến tính montmorillonit bằng chitosan và ứng dụng chế tạo PVC nanocomposit

50 tr. + CD-ROM
Tổng quan về vật liệu composit và nanocomposit, khoáng sét và chitosan. Tiến hành thực nghiệm biến tính montmorillonit bằng chitosan, phân tích cấu trúc, khảo sát tính chất cơ, tính chất hóa lý của vật liệu thông qua phân tích DMA, khảo sát tính ổn định nhiệt của vật liệu thông qua phân tích nhiệt trọng lượng. Kết quả cho thấy PVC nanocomposit đã được tạo thành khi phối trộn nóng chảy chất độn nano. PVC nanocomposit tạo thành đã được gia cường về tính chất cơ: tăng mođun đàn hồi và độ bền keo đứt. Đặc biệt là tăng mạnh khả năng chịu va đập. Ngoài ra, tính bền nhiệt của vật liệu cũng được cải thiện. Sử dụng chitosan không giảm cấp để biến tính N757 sẽ hiệu quả hơn trong việc gia cường tính chất cơ của vật liệu PVC nanocomposit
Luận văn ThS. Vật liệu và linh kiện nanô — Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2008
Electronic Resources

0.00

Tải về miễn phí bản đầy đủ PDF luận văn tại Link bản đầy đủ 1

VÕ HỒNG NHÂN

BIẾN TÍNH MONTMORILLONIT BẰNG CHITOSAN
VÀ ỨNG DỤNG CHẾ TẠO PVC NANOCOMPOSIT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2008

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHÓ
HỒ CHÍ MINH
PTN CÔNG NGHỆ NANO

ii
MỤC LỤC

Trang bìa phụ Trang
Lời cảm ơn …………………………………………………………………………………………… i
Mục lục ……………………………………………………………………………………………….. ii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ……………………………………………………. v
Danh mục các bảng ………………………………………………………………………………. vi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị …………………………………………………………………. vii
MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………………………..ix
Chương 1 – TỔNG QUAN ……………………………………………………………………………… 1
1.1. Vật liệu composit ……………………………………………………………………………………… 2
1.2. Vật liệu nanocomposit ………………………………………………………………………………. 2
1.2.1. Giới thiệu vật liệu nanocomposit…………………………………………………………… 2
1.2.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu nanocomposit …………………………………….. 3
1.2.3. Tính chất của vật liệu nanocomposit ……………………………………………………… 5
1.2.4. Các phương pháp phân tích cấu trúc polyme nanocomposit ……………………… 5
1.2.4.1. Nhiễu xạ tia X ……………………………………………………………………………….. 5
1.2.4.1.1 Sơ lượt về nhiễu xạ tia X ……………………………………………………………. 5
1.2.4.1.2. Nguyên lý của nhiễu xạ tia X …………………………………………………….. 5
1.2.4.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) …………………………………………….. 6
1.3. Sơ lược về khoáng sét ……………………………………………………………………………….. 6
1.3.1. Cấu trúc………………………………………………………………………………………………. 6
1.3.2. Tính chất của nanoclay …………………………………………………………………………. 7
1.3.3. Biến tính nanoclay ……………………………………………………………………………….. 7
1.3.3.1. Biến tính bằng phương pháp trao đổi ion …………………………………………… 8
1.3.3.2. Biến tính bằng hợp chất non-ion ………………………………………………………. 8
1.3.3.3. Biến tính bằng silan ………………………………………………………………………… 8
1.4. Sơ lược về chitosan…………………………………………………………………………………… 9
1.4.1. Khái niệm về chitin và chitosan ……………………………………………………………. 9
1.4.2. Điều chế chitosan ……………………………………………………………………………….. 9
1.4.3.Tính chất hóa lý của chitosan ………………………………………………………………… 10
1.4.3.1. Độ deaxetyl hóa …………………………………………………………………………….. 10
1.4.3.2. Khối lượng phân tử ………………………………………………………………………… 10
1.4.3.3. Tính tan ………………………………………………………………………………………… 10
1.4.3.4. Tính tạo phức ………………………………………………………………………………… 10
1.4.3.5. Một số tính chất khác …………………………………………………………………….. 10
1.4.4. Ứng dụng của chitosan ………………………………………………………………………… 11
1.4.4.1. Thực phẩm ……………………………………………………………………………………. 11
1.4.4.2. Dược phẩm …………………………………………………………………………………… 11

iii
1.4.4.3. Môi trường ……………………………………………………………………………………. 11
1.4.4.4. Nông nghiệp …………………………………………………………………………………. 11
1.4.4.5. Các lĩnh vực khác ………………………………………………………………………….. 12
1.4.5. Vật liệu chitosan nanocomposit…………………………………………………………….. 12
1.5. Tổng quan về PVC …………………………………………………………………………………… 13
1.5.1. Giới thiệu về PVC ………………………………………………………………………………. 13
1.5.1.1. Tính chất của PVC …………………………………………………………………………. 14
1.5.1.1.1. Sự kết tinh ……………………………………………………………………………….. 14
1.5.1.1.2. Tỉ trọng …………………………………………………………………………………… 14
1.5.1.1.3.Tính chất cơ ……………………………………………………………………………… 14
1.5.1.2. Gia công ……………………………………………………………………………………….. 14
1.5.1.3. Lão hóa nhiệt của PVC …………………………………………………………………… 14
1.5.2. PVC nanocomposit và sự phân hủy của PVC nanocomposit …………………….. 15
1.6. Mục tiêu đề tài …………………………………………………………………………………………. 16

Chương 2 – THỰC NGHIỆM ………………………………………………………………………….. 17
2.1. Thiết bị và hóa chất ………………………………………………………………………………….. 18
2.1.1. Thiết bị ………………………………………………………………………………………………. 18
2.1.2. Hóa chất …………………………………………………………………………………………….. 18
2.2. Thực nghiệm ……………………………………………………………………………………………. 18
2.2.1. Biến tính montmorillonit bằng chitosan …………………………………………………. 18
2.2.1.1 Trường hợp chitosan giảm cấp …………………………………………………………. 18
2.2.1.2 Trường hợp chitosan không giảm cấp ……………………………………………….. 19
2.2.2. Phối trộn nóng chảy N757-CSgc và N757-CSkgc với PVC để chế tạo PVC
nanocomposit …………………………………………………………………………………….. 19
2.2.3. Phân tích cấu trúc ……………………………………………………………………………….. 21
2.2.3.1. Phổ XRD (X-ray Diffraction) ………………………………………………………….. 21
2.2.3.2. Hình ảnh TEM (Transmission Electron Microscope) ………………………… 21
2.2.4. Khảo sát tính chất cơ ………………………………………………………………………….. 21
2.2.4.1. Độ bền kéo ……………………………………………………………………………………. 21
2.2.4.2. Độ bền va đập ……………………………………………………………………………….. 21
2.2.5. Khảo sát tính chất hóa lý của vật liệu thông qua phân tích DMA (Dynamic
Mechanical Analysis) ………………………………………………………………………….. 22
2.2.6. Khảo sát tính ổn định nhiệt của vật liệu thông qua phân tích nhiệt trọng lượng
(TGA-Thermogravimetry Analysis) ………………………………………………………. 22

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN …………………………………………………………. 23
3.1. Biến tính montmorillonit bằng chitosan giảm cấp và khảo sát cấu trúc thông qua
phổ nhiễu xạ tia X góc rộng (XRD), nhiễu xạ tia X góc hẹp (SAXRD) ………….. 24

iv
3.1.1. Biến tính montmorillonit bằng chitosan giảm cấp …………………………………… 24
3.1.2. Khảo sát cấu trúc của hỗn hợp N757-CSgc thông qua phổ XRD ……………….. 24
3.2. Chế tạo và khảo sát cấu trúc, tính chất của vật liệu N757-CSgc/PVC nanocomposit
…………………………………………………………………………………………………………………….. 27
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ gia công lên sự phân hủy vật liệu N757-
CSgc/PVC nanocomposit ……………………………………………………………………… 28
3.2.2.Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất độn N757-CSgc lên cấu trúc của vật
liệu N757-CSgc/PVC nanocomposit thông qua phân tích XRD và TEM …….. 29
3.2.2.1. Phân tích XRD ………………………………………………………………………………. 29
3.2.2.2. Phân tích hình ảnh TEM …………………………………………………………………. 33
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất độn N757-CSgc lên tính chất hóa lý
của vật liệu N757-CSgc/PVC nanocomposit thông qua phân tích DMA
(Dynamic Mechanical Analysis) ………………………………………………………….. 34
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất độn N757-CSgc lên tính chất cơ của
vật liệu N757-CSgc/PVC nanocomposit …………………………………………………. 36
3.2.4.1. Khảo sát độ bền kéo ………………………………………………………………………. 36
3.2.4.2. Khảo sát độ bền va đập …………………………………………………………………… 38
3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất độn N757-CSgc lên tính ổn định nhiệt
của vật liệu N757-CSgc/PVC nanocomposit ……………………………………………. 40
3.2.6. Nhận xét chung về vật liệu N757-CSgc/PVC nanocomposit ……………………… 41
3.3. Chế tạo và khảo sát cấu trúc, tính chất của vật liệu N757-CSkgc/PVC
nanocomposit ……………………………………………………………………………………… 41
3.3.1. Đặt vấn đề ……………………………………………………………………………………….. 41
3.3.2. Khảo sát cấu trúc của vật liệu N757-CSkgc/PVC nanocomposit ……………… 42
3.3.3. Khảo sát tính chất hóa lý của vật liệu N757-CSkgc/PVC nanocomposit …… 44
3.3.4. Khảo sát tính chất cơ của vật liệu N757-CSkgc/PVC nanocomposit ………… 45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………………………………………………….. 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………………………………….. 48
PHỤ LỤC

v

v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU,
CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CS: chitosan
CSgc: chitosan giảm cấp
CSkgc: chitosan không giảm cấp
DMA (Dynamic Mechanical Analysis): phương pháp phân tích cơ lý động
MMT: khoáng montmorillonit
N757: khoáng montmorillonit Na (ký hiệu thương mại)
N757-CSgc: hỗn hợp khoáng N757-chitosan giảm cấp
N757-CSgc/PVC nanocomposit: vật liệu nanocomposit với nhựa nền là PVC và
chất độn là hỗn hợp N757-CSgc.
N757-CSkgc: hỗn hợp khoáng N757-chitosan không giảm cấp
N757-CSkgc/PVC nanocomposit: vật liệu nanocomposit với nhựa nền là PVC và
chất độn là hỗn hợp N757-CSkgc.
PVC: Poly Vinyl Clorua
SAXRD: Small Angle X-ray Diffraction: nhiễu xạ tia X góc hẹp
TEM (Transmission Electron Microscope): kính hiển vi điện tử truyền qua
TBLS: tribasic chì sulfat
TGA (Thermogravimetry Analysis): phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng
XRD (X-ray Diffraction): nhiễu xạ tia X

vi
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Tỉ lệ phối trộn của phụ gia và N757-CSgc trong PVC.
Bảng 2.2. Kích thước mẫu kéo.
Bảng 2.3. Kích thước mẫu va đập.
Bảng 3.1. Kết quả phân tích XRD của mẫu N757, CSgc, CSgc-N757 = 1:2,5, 1:5 và
1:10.
Bảng 3.2. Kết quả phân tích XRD của mẫu CSgc:N757 = 1:5, N757-CSgc/PVC = 0, 1,
3, 5 và 7/100.
Bảng 3.3. Kết quả độ bền kéo do ảnh hưởng của hàm lượng chất độn N757-CSgc trong
hệ N757-CSg/PVC.
Bảng 3.4. Kết quả độ bền va đập do ảnh hưởng của hàm lượng chất độn N757-CSgc
trong hệ N757-CSg/PVC.
Bảng 3.5. Nhiệt độ phân hủy và % khối lượng bị mất của hệ N757-CSg/PVC.

vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình vẽ:
Hình 1.1. Phương pháp tổng hợp trong dung môi.
Hình 1.2. Phương pháp trùng hợp in-situ.
Hình 1.3. Phương pháp đan xen nóng chảy.
Hình 1.4. Các dạng phân tán của đất sét trong nền polyme.
Hình 1.5. Hiện tượng tia X nhiễu xạ trên mặt tinh thể chất rắn.
Hình 1.6. Cấu trúc của montmorillonit.
Hình 1.7. Mô hình biến tính đất sét bằng phương pháp trao đổi ion.
Hình 1.8. Mô hình biến tính đất sét bằng polyme.
Hình 1.9. Mô hình biến tính đất sét bằng silan.
Hình 1.10. Cấu trúc của a) Xenluloz; b) Chitin; c) Chitosan.
Hình 2.1. Quy trình biến tính khoáng N757 bằng chitosan giảm cấp.
Hình 2.2. Quy trình gia công PVC với đất sét biến tính bằng chitosan giảm cấp.
Hình 2.3. Hình dạng mẫu kéo.
Hình 2.4. Hình dạng mẫu va đập.
Hình 3.1. Phổ XRD của khoáng montmorillonit N757.
Hình 3.2. Phổ XRD của chitosan giảm cấp.
Hình 3.3. Phổ XRD của mẫu có tỉ lệ CSgc:N757 = 1:2,5.
Hình 3.4. Phổ XRD của mẫu có tỉ lệ CSgc:N757 = 1:5.
Hình 3.5. Phổ XRD của mẫu có tỉ lệ CSgc:N757 = 1:10.
Hình 3.6. Hình chụp các mẫu PVC trắng và N757-CSgc/PVC nanocomposit ở nhiệt độ
gia công khác nhau.
Hình 3.7. Phổ XRD của mẫu có tỉ lệ CSgc:N757 = 1:5.
Hình 3.8. Phổ XRD của hệ phối trộn N757-CSgc/PVC = 0/100.
Hình 3.9. Phổ XRD của hệ phối trộn N757-CSgc/PVC = 1/100.
Hình 3.10. Phổ XRD của hệ phối trộn N757-CSgc/PVC = 3/100.
Hình 3.11. Phổ XRD của hệ phối trộn N757-CSgc/PVC = 5/100.
Hình 3.12. Phổ XRD của hệ phối trộn N757-CSgc/PVC = 7/100.
Hình 3.13. Ảnh TEM của hệ phối trộn N757-CSgc/PVC = 3/100.
Hình 3.14. Ảnh TEM của hệ phối trộn N757-CSgc/PVC = 3/100.
Hình 3.15. Phổ XRD của mẫu có tỉ lệ CSkgc:N757 = 1:5.
Hình 3.16. Phổ XRD của hệ phối trộn N757-CSkgc/PVC = 3/100.
Hình 3.17. Ảnh TEM của hệ phối trộn N757-CSkgc/PVC = 3/100.
Hình 3.18. Ảnh TEM của hệ phối trộn N757-CSkgc/PVC = 3/100.

viii
Đồ thị:
Đồ thị 3.1. Đồ thị tan δ của hệ phối trộn N757-CSgc/PVC = 0, 1, 3, 5 và 7/100.
Đồ thị 3.2. Đồ thị mođun đàn hồi (E’) của hệ phối trộn N757-CSgc/PVC = 0, 1, 3, 5 và
7/100.
Đồ thị 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất độn N757-CSgc lên độ dãn dài tại điểm đứt
của hệ N757-CSg/PVC.
Đồ thị 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng chất độn N757-CSgc lên mođun đàn hồi của hệ
N757-CSg/PVC.
Đồ thị 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng chất độn N757-CSgc lên độ bền đứt của hệ
N757-CSgc/PVC.
Đồ thị 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng chất độn N757-CSgc lên khả năng chịu va đập
của hệ N757-CSgc/PVC.
Đồ thị 3.7. Ảnh hưởng của loại chất độn (N757-CSgc và N757-CSkgc) lên khả năng
chịu va đập của hệ chất độn/PVC = 3/100.
Đồ thị 3.8. Tính ổn định nhiệt của hệ N757-CSgc/PVC.
Đồ thị 3.9. Đồ thị tan δ của loại chất độn (N757-CSgc và N757-CSkgc).
Đồ thị 3.10. Đồ thị mođun đàn hồi (E’) của loại chất độn (N757-CSgc và N757-CSkgc).
Đồ thị 3.11. Ảnh hưởng của loại chất độn (N757-CSgc và N757-CSkgc) lên mođun đàn
hồi của hệ chất độn/PVC = 3/100.
Đồ thị 3.12. Ảnh hưởng của loại chất độn (N757-CSgc và N757-CSkgc) lên độ bền đứt
của hệ chất độn/PVC = 3/100.

ix
MỞ ĐẦU

Chitosan là dẫn xuất của chitin, một loại polyme thiên nhiên có trong thành
phần vỏ của các loài giáp xác. Chitosan là một polysacarit tự nhiên không độc hại, nó
có nhiều ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, nông nghiệp, mỹ phẩm, thực
phẩm, môi trường,…Tuy nhiên, do tính háo nước của chitosan dẫn đến tính cơ học
kém trong nước và môi trường ẩm ướt, và vì thế làm giới hạn ứng dụng của nó.
Sự phát triển của lớp chitosan silicat nanocomposit bằng cách thêm các chuỗi
chitosan vào các lớp của silicat có thể cải thiện đặc tính kỹ thuật của nó [26]. Trong
vài năm trở lại đây, polyme nanocomposit đang được các nhà khoa học chú ý đến bởi
tính ổn định nhiệt và tính cơ học cao, có thể so sánh với polyme nền cùng loại.
Polyme-clay nanocomposit là một loại vật liệu lai giữa ma trận polyme hữu cơ và các
lớp đất sét ưu hữu cơ (organo-clay). Trong các loại đất sét tạo các lớp nano này,
montmorillonit (MMT) là thông dụng nhất và được nghiên cứu nhiều nhất. MMT là
đất sét có lớp hydrat nhôm-silic (hoặc magiê-silic) được tạo bởi 2 tấm tứ diện chứa
silic và 1 tấm bát diện chứa nhôm (hoặc magiê) bị kẹp giữa 2 tấm tứ diện. Bề mặt vô
cơ của MMT được biến tính bằng cách thay thế các cation hữu cơ khác nhau vào
khoang sét để tạo các tấm tương hợp hơn với các polyme. Polyme nanocomposit đại
diện cho một lớp vật liệu mới và đóng vai trò thay thế cho các loại composit sử dụng
chất độn thông thường.
Loại vật liệu nanocomposit mới này có những tính chất vượt trội so với vật liệu
composit thông thường như tính cơ lý cao, ổn định nhiệt, nhẹ, chống cháy, chống thấm
khí, có khả năng tái chế,…Đây là hướng nghiên cứu mới để tăng tính ưu việt và ứng
dụng của vật liệu nanocomposit.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là đưa chitosan vào montmorillonit để tạo
nên nanocomposit chitosan với hàm lượng chitosan thấp và sau đó sử dụng sản phẩm
này như một organo-clay để gia cường cho nhựa nền PVC tạo nanocomposit. Các tính
chất như cấu trúc nano, tính cơ lý và tính chất nhiệt của loại vật liệu nanocomposit
PVC này cũng được khảo sát .

1

Chương 1

TỔNG QUAN

2
1.1. Vật liệu composit
Composit là vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau,
nhằm mục đích tạo nên một vật liệu mới, ưu việt và bền hơn so với các vật liệu ban
đầu. Composit được cấu thành bởi hai thành phần chính là vật liệu nền và vật liệu gia
cường (còn gọi là vật liệu cốt).
Vật liệu nền đảm bảo cho việc liên kết các vật liệu gia cường lại với nhau, tạo
cho vật liệu gồm nhiều thành phần có tính nguyên khối, liên tục, đảm bảo cho
composit có độ bền nhiệt, bền hóa học và khả năng chịu đựng khi vật liệu có khuyết
tật. Vật liệu nền của composit có thể là polyme, các kim loại và hợp kim, gốm hoặc
cacbon.
Vật liệu gia cường đảm bảo cho composit có các mođun đàn hồi và độ bền cơ
học cao. Các chất gia cường của composit có thể là các hạt ngắn, bột hoặc các sợi cốt
như sợi thủy tinh, sợi polyme, sợi gốm, sợi kim loại và sợi cacbon. Hàm lượng chiếm
khoảng từ 40-50%.
Ưu điểm lớn nhất của composit là có thể thay đổi cấu trúc hình học, sự phân bố
và các vật liệu thành phần để tạo ra một vật liệu mới có độ bền theo mong muốn. Rất
nhiều đòi hỏi khắt khe của kỹ thuật hiện đại (như nhẹ, lại chịu được nhiệt độ lên tới
3000
o
C) chỉ có composit mới đáp ứng nổi. Vì vậy, vật liệu composit giữ vai trò then
chốt trong cuộc cách mạng về vật liệu mới. [27]

1.2. Vật liệu nanocomposit [28]
1.2.1. Giới thiệu vật liệu nanocomposit
Vật liệu nanocomposit là vật liệu mà pha gia cường (chiếm 1-7%) ở kích thước
nano. Vật liệu polyme nanocomposit là một loại polyme composit “mới” mà trong đó
các hạt độn trong mạng nền polyme có kích thước nano. Một loại hạt độn nano đặc
biệt là nanoclay (còn gọi là nano khoáng sét). Chúng được cấu tạo từ các lớp mỏng,
mỗi lớp có chiều dày từ một đến vài nanomet, còn chiều dài từ vài trăm đến vài nghìn
nanomet. Nanoclay có thể là nanoclay tự nhiên hoặc các lớp silicat tổng hợp. Năm
1993, vật liệu polyme-clay nanocomposit lần đầu tiên được chế tạo thành công. Các
nhà khoa học ở Phòng thí nghiệm Nghiên cứu và Phát triển Trung tâm của công ty
Toyota đã tổng hợp được vật liệu nanocomposit của polyamit 6 với montmorillonit.
Khi so sánh với polyamit thông thường, vật liệu nanocomposit chế tạo được có các
tính chất cơ lý tốt hơn.
Vật liệu nanocomposit cải thiện và nâng cao nhiều tính năng hơn so với
composit như tăng độ bền kéo, độ bền va đập, độ bền nhiệt, độ bền uốn, độ kháng mài
mòn, tăng khả năng chống cháy, tăng độ trong, giảm ảnh hưởng và tác động của môi
trường.

3
1.2.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu nanocomposit
Có nhiều phương pháp và tên gọi khác nhau để tổng hợp polyme nanocomposit.
Các phương pháp và kỹ thuật mới hiện nay vẫn đang tiếp tục phát triển. Tuy nhiên có
thể chia làm ba phương pháp chính như sau:
Tổng hợp trong dung môi (solvent polymerization): phương pháp này dựa trên
một hệ thống dung môi, trong đó polyme có thể tan được và những lớp đất sét có thể
trương nở được. Trước tiên các lớp đất sét được trương nở trong dung môi như nước,
cloroform, toluen, axeton, diclorometan,… Sau đó polyme tiếp tục được hòa tan. Khi
polyme và sét được trộn lẫn trong dung môi, những mạch polyme đan xen vào giữa hai
lớp đất sét cùng với dung môi. Dung môi được loại đi bằng cách làm bay hơi nên cấu
trúc đan xen vẫn được giữ lại, hình thành vật liệu nanocomposit.

Hình 1.1. Phương pháp tổng hợp trong dung môi.
Trùng hợp in-situ (in-situ intercalation): trong kỹ thuật này, đất sét được trương
lên trong dung dịch monome (hoặc monome lỏng), sau đó ta có thể tạo ra polyme giữa
những lớp đất sét bằng cách tiến hành trùng hợp. Quá trình trùng hợp có thể khơi mào
bằng cách gia nhiệt, bứt xạ, dùng chất khơi mào phân tán, chất khơi mào hữu cơ, các
chất xúc tác liên kết với trao đổi cation bên trong các lớp trước khi trương lên bởi
monome. Quá trình trùng hợp tạo ra các lực phân tán các lớp khoáng sét vào polyme,
cũng như làm tách lớp và thay đổi cấu trúc đất sét hình thành vật liệu nanocomposit.
Đây là một trong những phương pháp đầu tiên sử dụng để gia công nanocomposit và là
phương pháp khá hiệu quả cho vật liệu có tính chất tốt.

Hình 1.2. Phương pháp trùng hợp in-situ.
Đan xen nóng chảy (melting intercation): đất sét được phối trộn với ma trận
polyme ở trạng thái nóng chảy. Dưới những điều kiện thích hợp và nếu bề mặt lớp
silicat tương hợp đủ tốt với polyme, polyme có thể len lỏi vào trong khoảng không
gian bên trong giữa các lớp đất sét và tạo thành vật liệu nanocomposit có cấu trúc chèn

4
hoặc tách lớp. Phương pháp này có những thuận lợi hơn các phương pháp khác. Trước
tiên, phương pháp này thân thiện với môi trường vì không có sự hiện diện của dung
môi hữu cơ. Hai là có thể tương hợp với những quy trình công nghiệp gia công nhựa
hiện nay như: ép đùn, đúc khuôn, trộn kín,… Phương pháp này còn cho phép sử dụng
những polyme không thể polyme hóa in-situ hoặc ít hòa tan được trong dung môi.

Hình 1.3. Phương pháp đan xen nóng chảy.
Trong vật liệu nanocomposit, đất sét phân tán trong vật liệu nền với các dạng:

Hình 1.4. Các dạng phân tán của đất sét trong nền polyme.
Khi nanoclay được trộn vào trong nền polyme thì có ba cấu trúc tồn tại có thể
có của composit: dạng tách rời hai pha nhau (dạng microcomposit), dạng chèn (dạng
nanocomposit) và dạng tách lớp (dạng nanocomposit). Đối với dạng tách rời nhau: các
hạt đất sét được phân tán trong ma trận polyme và các lớp vẫn giữ nguyên trạng thái
cũ, không có thay đổi cấu trúc lớp sét. Sự trộn lẫn giữa polyme và organo-clay là dạng
microcomposit, với các hạt sét chỉ bị bao phủ bên ngoài. Đối với hai dạng cấu trúc
chèn và tách lớp là hai dạng nanocomposit. Cấu trúc chèn xảy ra khi một phần polyme
chui vào các lớp trong khoang sét và nong rộng các lớp này ra, tạo thành cấu trúc trật
tự. Ở cấu trúc tách lớp, các lớp khoang sét được phân tán hoàn toàn và tồn tại dưới
dạng các đơn lớp riêng biệt trong ma trận polyme. Sự hình thành các cấu trúc chèn và
cấu trúc tách lớp phụ thuộc vào loại và liều lượng của nanoclay được sử dụng.

5
1.2.3. Tính chất của vật liệu nanocomposit
Vật liệu nanocomposit có những tính chất ưu việt hơn những vật liệu khác.
Chính vì lý do này mà nanocomposit ngày nay đang được nghiên cứu rộng rãi và bắt
đầu được đưa vào ứng dụng. Những ưu điểm chính của vật liệu này là:
 Tăng độ bền cơ lý (mođun, ứng suất,…)
 Tăng độ bền nhiệt
 Giảm tính thấm khí
 Giảm khả năng bốc cháy
 Tăng tốc độ phân hủy sinh học
1.2.4. Các phương pháp phân tích cấu trúc polyme nanocomposit
1.2.4.1. Nhiễu xạ tia X
1.2.4.1.1. Sơ lược về nhiễu xạ tia X
Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của
chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu
xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thường viết gọn là nhiễu xạ tia X) được sử dụng để phân
tích cấu trúc chất rắn, vật liệu,…Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống
với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về
tương tác giữa tia X với nguyên tử và sự tương tác giữa điện tử và nguyên tử.
1.2.4.1.2. Nguyên lý của nhiễu xạ tia X [29]
Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, tính tuần hoàn dẫn
đến việc các mặt tinh thể đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ.

Hình 1.5. Hiện tượng tia X nhiễu xạ trên mặt tinh thể chất rắn.
Xét một chùm tia X có bước sóng λ chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới góc tới
θ. Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều
đặn d, đóng vai trò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ của
các tia X. Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (bằng góc tới) thì
hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:
ΔL = 2.d.sinθ
Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:
ΔL = 2.d.sinθ = n.λ

Tác giả

Võ Hồng Nhân

Nhà xuất bản

ĐHCN

Năm xuất bản

2008

Người hướng dẫn

Đặng Tấn Tài

Định danh

V_L0_01735

Kiểu

text

Định dạng

text/pdf

Chủ đề

Biến tính,Chitosan,Khoa học vật liệu,Vật liệu Nanô

Nhà xuất bản

Khoa vật lý kỹ thuật và công nghệ nano,

Trường đại học Công nghệ

Các đánh giá

Hiện chưa có đánh giá cho sản phẩm.

Hãy là người đầu tiên đánh giá “Biến tính montmorillonit bằng chitosan và ứng dụng chế tạo PVC nanocomposit”

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *