HỒ thị oanh nghiên cứu chế TẠo và TÍnh chất vật liệu cao su nanocompozit trên cơ SỞ blend của cao su thiên nhiêN


Một số loại vật liệu polyme nanocompozit điển hình



tải về 490.05 Kb.
trang5/10
Chuyển đổi dữ liệu04.08.2016
Kích490.05 Kb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

1.4. Một số loại vật liệu polyme nanocompozit điển hình

1.4.1. Vật liệu polyme ống carbon nanocompozit


- Chế tạo vật liệu polyme ống carbon nanocompozit

Như các vật liệu polyme nanocompozit khác, các phương pháp chủ yếu hiện nay để chế tạo vật liệu polyme ống nano carbon (CNT) nanocompozit là trộn hợp trong dung môi, trộn hợp nóng chảy và trùng hợp in-situ [11].



+ Phương pháp trộn hợp trong dung môi: Dung môi phù hợp được sử dụng để hòa tan vật liệu polyme nền và phân tán CNT. Sau đó chúng được trộn hợp bằng cách khuấy cơ học, siêu âm hoặc phối hợp cả hai phương pháp để tạo thành hệ đồng nhất và cuối cùng làm bốc hơi dung môi ở điều kiện có hoặc không có chân không. Phương pháp này được sử dụng để chế tạo màng polyme nanocompozit. Theo một số tác giả, phân tán hiệu quả nhất đạt được bằng cách rung siêu âm.

Sơ đồ khối của quá trình được trình bày trên hình dưới đây.


Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý chế tạo CNT polyme nanocompozit theo

phương pháp trộn hợp trong dung môi

+ Trộn hợp nóng chảy: Các polyme nhiệt dẻo được làm nóng chảy và chuyển sang trạng thái chảy nhớt ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của nó. Phương pháp trộn hợp nóng chảy đơn giản, dễ thực hiện và do vậy có giá trị để chế tạo compozit trên cơ sở CNT và được ứng dụng phổ biến cho các loại nanocompozit với nhựa nhiệt dẻo. Phương pháp này không sử dụng dung môi nên thuận tiện hơn nhiều trong quá trình gia công (không cần tách, xử lý và thu hồi dung môi). Quá trình trộn hợp nóng chảy có thể thực hiện trên máy trộn kín hay hệ thống máy đùn một hoặc hai trục vít [13].

+ Trùng hợp in-situ: Phản ứng trùng hợp in-situ được thực hiện như sau: monome và CNT được phối trộn (cơ học hoặc thủ công). Trong giai đoạn này monome và CNT phân bố đồng đều vào nhau, các monome được phân bố ở bên trong và bên ngoài ống CNT. Tiếp theo, chất khơi mào và chất đóng rắn được trộn hợp vào hỗn hợp monone và CNT [22]. Quá trình trùng hợp đóng rắn khối vật liệu xảy ra tạo thành vật liệu polyme nanocompozit với các polyme hình thành bao bọc lấy các ống CNT, thậm chí có cả mạch polyme hình thành phía bên trong ống nano carbon. Sơ đồ khối của quá trình được trình bày trên hình dưới đây.

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý quá trình chế tạo polyme CNT nanocompozit theo phương pháp trùng hợp in-situ

Trùng hợp in-situ có một số ưu điểm so với phương pháp chế chế tạo polyme CNT nanocompozit khác. Điều này là do sự tương tác mạnh mẽ giữa polyme và ống nano carbon khi hình thành polyme dễ dàng hơn so với trộn polyme bằng các phương pháp khác. Trong một số trường hợp, tùy thuộc vào cách thực hiện phản ứng, một số mạch polyme thậm chí có thể được gắn cộng hóa trị vào các ống nano. Các phương pháp này làm tăng cường độ bền trượt của mặt phân cách vì tương tác mạnh của polyme/ống nano carbon.

- Tính chất của vật liệu polyme CNT nanocompozit

CNT có thể được coi như sợi carbon cơ bản với độ bền kéo đứt cao (150 GPa), modul đàn hồi cao (1200 GPa) và diện tích bề mặt riêng lớn gấp 500 lần sợi carbon. Chính vì vậy, vật liệu này đã được quan tâm nghiên cứu sử dụng làm vật liệu gia cường cho polyme. Trong các polyme nanocompozit, CNT có liên kết cộng hóa trị với chuỗi polyme làm cho tính chất cơ học được nâng cao. Điều này đã cải thiện, sự phân tán CNT và sự truyền ứng suất vào nền polyme. Sự phối hợp của CNT chưa biến đổi bề mặt với các polyme bằng phương pháp dung dịch như trường hợp gia cường PVA bằng CNT làm tăng mạnh tính chất cơ lý của vật liệu sau khi thêm CNT. Điều này có thể giải thích do CNT làm mầm cho sự kết tinh của polyme, do đó dẫn đến tạo ra vật liệu cứng hơn [20].

Bản chất vật liệu gia cường ống nano carbon cũng là yếu tố có vai trò quan trọng đối với các tính chất của vật liệu nanocompozit. Độ bền mỏi của compozit SWCNT/epoxy cao gấp đôi so với compozit sợi carbon/epoxy [31].

Một vấn đề thường gặp phải trong việc chế tạo polyme nanocompozit gia cường CNT là sự kết tụ của CNT và tương tác trên bề mặt yếu giữa CNT và nền. Để giải quyết vấn đề này, nhiều nghiên cứu đã đưa ra phương pháp hiệu quả để phân tán đồng đều CNT và tăng cường tương tác trên bề mặt trong nền polyme. Một phương pháp hiệu quả là chức hóa CNT, tạo ra các nhóm chức trên bề mặt CNT. Thông qua đó, có thể tăng cường sự phân tán của CNT trong nền cũng như tương tác giữa CNT với pha nền. Tuy nhiên, các nhóm chức này phải có khả năng phản ứng với polyme nền. Qua một số kết quả nghiên cứu cho thấy, CNT chức hóa bằng 3-aminopropyltrietoxysilan là một phương pháp hiệu quả có thể tạo ra các nhóm chức trên bề mặt của CNT làm chúng có thể phân tán tốt hơn trong nền epoxy. Các nghiên cứu cũng cho thấy rằng, CNT chức hóa bằng silan vẫn còn nguyên vẹn cấu trúc, không có sự phá hủy CNT trong quá trình silan hóa và tính chất bền kéo của CNT chức hóa silan/epoxy nanocompozit tốt hơn so với CNT biến tính axit/epoxy nanocompozit [13,34].


1.4.2. Vật liệu polyme silica nanocompozit


Vật liệu polyme silica nanocompozit là một trong những vật liệu nanocompozit được chú ý bởi các tính năng đặc biệt của nó. Dưới đây là một số phương pháp chế tạo và tính chất của vật liệu silica nanocompozit [5,10, 36].

- Phương pháp chế tạo polyme silica nanocompozit

Vật liệu polyme silica nanocompozit là một trong những vật liệu lai giữa hai pha vô cơ và hữu cơ với pha vô cơ ở kích thước nanomet. Vật liệu này, như phần trên đã nói, có thể được chế tạo theo một số phương pháp dưới đây:

+ Phương pháp trộn hợp: Phương pháp này chỉ đơn giản là phối trộn các hạt nano silica vào trong nền polyme. Quá trình phối trộn có thể thực hiện trong dung dịch hay ở trạng thái nóng chảy. Khó khăn lớn nhất trong quá trình trộn hợp là phân tán nano silica trong nền polyme một cách hiệu quả. Người ta có thể trộn hợp ở trạng thái nóng chảy, trộn hợp trong dung dịch với khuấy trộn cơ học, khuấy trộn bằng siêu âm hoặc phối hợp cả khuấy trộn cơ học với siêu âm. Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, khi trộn hợp trong dung dịch thì cách thứ 3 - phối hợp khuấy trộn cơ học và rung siêu âm có hiệu quả cao hơn.

+ Phương pháp sol-gel: Phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu lai vô cơ - hữu cơ. Ưu điểm chính của phương pháp này là điều kiện phản ứng êm dịu: nhiệt độ và áp suất tương đối thấp. Trong trường hợp polyme nanocompozit, mục tiêu của phương pháp là tiến hành phản ứng sol-gel với sự có mặt của polyme và polyme chứa các nhóm chức để nâng cao khả năng liên kết với pha vô cơ.

Điểm đặc biệt của phương pháp ở chỗ mạng lưới oxit được tạo thành từ alkoxide cơ kim ngay trong nền hữu cơ. Nếu phản ứng sol-gel xảy ra hoàn toàn, silica được hình thành và có thể tóm tắt theo phương trình:

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến động học của quá trình thuỷ phân và ngưng tụ trong phản ứng sol-gel: tỉ lệ nước/silan, xúc tác, nhiệt độ và bản chất của dung môi,.... Phương pháp sol-gel có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác bởi có thể điều khiển được đặc tính bề mặt và hình thái học của pha vô cơ thông qua điều kiện phản ứng. Có thể sử dụng cả xúc tác axit và xúc tác bazơ, xúc tác axit có nhiều ưu điểm hơn nên trong phương pháp sol-gel thường sử dụng xúc tác axit.

Có nhiều kỹ thuật tổng hợp khác nhau trong quá trình sol-gel để tạo được nanocompozit. Hai cách thường được sử dụng:

* Tạo silica trong polyme được hình thành trước;

* Tạo thành đồng thời cả polyme lẫn silica để tạo mạng lưới đan xen.



Hai kỹ thuật này chỉ khác nhau ở thứ tự hình thành các cấu tử vô cơ và hữu cơ trong vật liệu.

+ Trùng hợp in-situ: Phương pháp này có ưu điểm là dễ chế tạo, nhanh và tính chất sản phẩm tốt. Quá trình trùng hợp in-situ trải qua ba giai đoạn: đầu tiên các phụ gia nano được xử lý bởi chất biến tính bề mặt thích hợp và sau đó được phân tán vào monome rồi tiến hành trùng hợp trong dung dịch hoặc trong khối để tạo nanocompozit.

- Tính chất của vật liệu polyme silica nanocompozit

+ Tính chất cơ học: Tùy thuộc vào hệ polyme nền và phương pháp chế tạo, tính chất cơ học của polyme silica nanocompozit thay đổi khác nhau. Trong các hệ polyme silica nanocompozit chế tạo bằng phương pháp in-situ, phương pháp sol-gel thường cho tính chất cơ học cao hơn chế tạo bằng phương pháp trộn hợp do các pha phân tán tốt và có liên kết tốt với nhau hơn. Đối với các hệ nanocompozit trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo và nanosilica thường có hàm lượng nanosilica tối ưu dưới 10%, trong khi đó, đối với một số cao su thì hàm lượng này có thể tới 15-20% hoặc cao hơn. Riêng về độ dẻo, dai của vật liệu nanocompozit trên cơ sở polyme và nanosilica có ưu thế hơn vật liệu polyme nền. Độ cứng của vật liệu tăng không nhiều khi tăng hàm lượng nanosilica, trong khi micro silica thì tính chất này tăng mạnh khi tăng hàm lượng silica.

+ Tính chất ma sát: Khác với vật liệu gia cường silica kích cỡ micro thông thường, vật liệu polyme silica nanocompozit có độ ma sát giảm, đặc biệt dưới tải trọng cao. Mặt khác cũng giống như micro silica, nanosilica làm tăng độ bền mài mòn cho vật liệu.

+ Tính chất nhiệt: Vật liệu polyme silica nanocompozit có khả năng ổn định nhiệt tốt hơn so với polyme nền tương ứng bởi nanosilica có độ bền nhiệt cao, các hạt nanosilica phân tán vào nền đã che chắn, hạn chế tác động của nhiệt môi trường vào các đại phân tử polyme. Từ những kết quả thực nghiệm còn cho thấy, nhìn chung nhiệt độ hóa thủy tinh của vật liệu tăng với sự tăng của hàm lượng nanosilica. Tuy nhiên sự biến đổi này cũng có nhiệt độ tới hạn của nó. Trong khi đó các chất độn micro silica hầu như không có ảnh hưởng tới nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) của vật liệu.

+ Tính chất chống cháy: Sự có mặt của silica nói chung và nanosilica nói riêng đã làm tăng khả năng bền chống cháy cho vật liệu. Thể hiện ở chỉ số oxy tới hạn của polyme silica nanocompozit cao hơn vật liệu polyme nền tương ứng.

+ Tính chất quang học: Dù sự có mặt của nanosilica trong vật liệu có làm giảm độ trong suốt của vật liệu so với polyme nền tương ứng, song đây có thể coi như một trong những vật liệu gia cường giữ được độ trong của vật liệu cao. Đặc biệt ở các hệ nanocompozit phân tán tốt nanosilica. Mức độ tương hợp của polyme nền và silica gia cường càng cao, độ phân tán càng tinh, độ trong vật liệu càng cao.

+ Độ thấm khí: Khác với các vật liệu gia cường vô cơ khác, khi có mặt của nanosilica làm tăng khả năng thấm khí của vật liệu. Điều này có thể được giải thích do thể tích tự do của nanosilica lớn, dẫn đến hiệu ứng làm tăng độ thấm khí của vật liệu.

: files -> ChuaChuyenDoi
ChuaChuyenDoi -> ĐẠi học quốc gia hà NỘi trưỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Thị Hương XÂy dựng quy trình quản lý CÁc công trìNH
ChuaChuyenDoi -> TS. NguyÔn Lai Thµnh
ChuaChuyenDoi -> Luận văn Cao học Người hướng dẫn: ts. Nguyễn Thị Hồng Vân
ChuaChuyenDoi -> 1 Một số vấn đề cơ bản về đất đai và sử dụng đất 05 1 Đất đai 05
ChuaChuyenDoi -> Lê Thị Phương XÂy dựng cơ SỞ DỮ liệu sinh học phân tử trong nhận dạng các loàI ĐỘng vật hoang dã phục vụ thực thi pháp luật và nghiên cứU
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Hà Linh
ChuaChuyenDoi -> ĐÁnh giá Đa dạng di truyền một số MẪu giống lúa thu thập tại làO
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiêN
ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Văn Cường


1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương