Chương 1: TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài: LDPE là nhựa nhiệt dẻo, được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp gốc tự do dưới áp suất từ 150 – 350 MPa và nhiệt độ từ 80 – 3000C. Các đặc trưng cơ bản của LDPE là: tỷ trọng thấp, dai, bền va đập ở nhiệt độ thấp, cách điện tốt, bền hóa chất và khả năng chống rão tốt. Tuy nhiên, LDPE có một số nhược điểm như: khả năng tương hợp với các phụ gia kém, dễ cháy, khả năng chống nứt dưới tác động của môi trường không cao.
[4] EVA là tên của một loại hạt nhựa được viết tắt từ tên gọi tiếng Anh là Ethylene Vinyl Acetate Copolymer, là hợp chất giữa Ethylene và Acetate. Được sản xuất bằng công đoạn áp suất sao với áp lực trên 2. Do EVA có tính lính hoạt nên ở nhiệt độ thấp nó có độ dẻo dai và mềm mại, nhẹ, trong suốt, có khả năng chịu lực và không độc hại. EVA có khả năng phối trộn với nhiều phụ gia, có thể thay đổi tính chất và tính năng sử dụng nhờ điều chỉnh hàm lượng vinyl axetat trong đại phân tử.
Tuy nhiên, EVA cũng có một số hạn chế như mođun đàn hồi thấp, độ bền hóa chất thấp, nhiệt độ nóng chảy thấp, dễ bị nhiệt phân tách ra axit axetic, không bền với một số dung môi hữu cơ. [5] Một trong những thành tựu quan trọng của khoa học và công nghệ vật liệu trong vài chục năm trở lại đây là đã nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng có kết quả các vật liệu polyme trộn hợp, polyme tổ hợp, trong đó có vật liệu polyme blend. Vật liệu này đã, đang và sẽ có mặt trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống và kỹ thuật với các ưu thế nổi trội. Vật liệu polymer blend được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật cũng như trong cuộc sống hàng ngày như: giao thông vận tải, điện lực, điện tử, xây dựng, nội thất… Khả năng ứng dụng của vật liệu polymer blend phụ thuộc vào tính năng cơ lý của chúng cũng như là các tính chất của polymer thành phần.
Từ các ưu điểm là kết hợp được các tính chất nổi trội của các polymer thành phần mà vật liệu polymer blend đã được nghiên cứu phát triển và có nhiều ứng dụng trong đời sống và kỹ thuật. [3] Với các đặc tính của PE và để kết hợp với một loại vật liệu khác, thì trong đề tài này Polyethylene mật độ thấp (LDPE) đã được chọn và nghiên cứu, với các tính 1 chất vốn có của mình chúng có độ dẻo dai tốt, làm việc ở vùng có nhiệt độ cao, do đó chúng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, khả năng linh hoạt. Và đồng thời LDPE có nhiều phân nhánh hơn Polyethylene mật độ cao (HDPE) (khoảng 2% phân tử cacbon) và sự liên kết giữa các phân tử của nó rất yếu, do đó rất dễ dàng tạo được sự liên kết với một loại vật liệu khác. [11] Trong số các loại PE, LDPE có nhiều tính chất có thể tương hợp tốt hơn với EVA như: cấu trúc mạch phân nhánh, tỷ trọng thấp, nhiệt độ nóng chảy gần với EVA… Do giá thành LDPE, LLDPE trên thị trường luôn thấp hơn EVA khoảng 30% nên giá thành sản phẩm chế tạo từ polyme blend LDPE/EVA, LLDPE/EVA luôn có giá thành thấp hơn sản phẩm cùng loại chế tạo từ EVA.
Vật liệu polyme blend LDPE/EVA đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như vật liệu bọc cách điện cho dây điện, cáp, ống, màng co nhiệt, các sản phẩm xốp, màng bao gói đa chức năng. Vì vậy, trong đề tài này lựa chọn LDPE phối trộn với EVA để khắc phục những hạn chế của mỗi polyme thành phần, góp phần tăng tăng độ mềm dẻo, độ đàn hồi, độ dai và khả năng chống nứt xé dưới tác động của môi trường, cũng như khảo sát một cách tổng quát các tính chất cơ học đặc biệt là độ dãn dài của hỗn hợp LDPE/EVA ứng dụng cho sản xuất các loại bao bì, màng nilon. Tình hình nghiên cứu ở Thế giới: Theo nghiên cứu của H. Morshedian thì tính chất nhiệt, cơ học và khả năng kháng cháy của XLPE chứa copolyme ethylene-vinylacetat (EVA) alumina trihydrate (ATH) và antimon trioxit (Sb2O3) đã được nghiên cứu.
Tỷ lệ % của EVA được sử dụng lần lượt là 0, 5, 15, 25% trọng lượng của hỗn hợp. Các thử nghiệm về độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638. Kết quả cho thấy các tính chất cơ học của XLPE / EVA blends cải thiện bằng cách tăng hàm lượng EVA lên đến 15% trọng lượng, ngoài khoảng này thì độ bền kéo của XLPE/EVA blends giảm nhẹ, các giá trị độ bền kéo của XLPE/EVA blends tương ứng với 0, 5, 15, 25% EVA lần lượt là 15.2 và giảm xuống còn 15. [14] 2 Theo nghiên cứu của Bistra Borisova, Jo ¨rg Kressler về môi trường ứng suất nứt – biến dạng của LDPE/EVA blends, với tỉ lệ % về khối lượng của EVA trong LDPE/EVA blends lần lượt là 1.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hạt EVA có khả năng ngăn chặn sự lan truyền vết nứt. Kết quả cho thấy rằng khi thay thế LDPE và tỷ lệ EVA làm tăng độ dẻo dai của vật liệu do độ bền kết dính gia tăng. Tăng hàm lượng chất độn cacbon đen trong ma trận LDPE dẫn đến tăng sức mạnh cơ học và giảm độ giãn dài. Độ dòn của LDPE có chứa carbon đen có thể được bù đắp bằng cách thêm các thành phần linh hoạt như EVA.
Tại nhiệt độ 500C, thời gian phá hủy của hỗn hợp LDPE/EVA với tỷ lệ EVA lần lượt là 1.9 tăng tuyến tính. [13] Nghiên cứu của S. Amrollahi về Ảnh hưởng của tia điện cực năng lượng cao lên vật liệu Polyethylene mật độ thấp chứa EVA, với các mẫu nghiên cứu là polyethylene mật độ thấp (LDPE) và hỗn hợp của LDPE với 5, 10, 20, và 30% ethylene-vinyl-acetate (EVA). Đối với tất cả các trường hợp, người ta nhận thấy rằng hàm lượng gel tăng nhanh với định lượng chiếu xạ ngày càng tăng.
Nó cũng cho thấy các vật liệu thực sự được tạo thành liên kết ngang. Tuy nhiên, độ nhạy của hỗn hợp cao hơn ở liều lượng bức xạ thấp so với LDPE tinh khiết và sự pha trộn nhạy nhất là hỗn hợp chứa 30% EVA. Nó cũng cho thấy rằng việc bổ sung EVA để LDPE tạo điều kiện thuận lợi cho sự tạo thành liên kết ngang. Độ giãn dài tại tới hạn đối với 30% EVA trong hỗn hợp LDPE/EVA nhỏ hơn các mẫu khác, xác nhận các phép đo hàm lượng gel.
Nói cách khác, hàm lượng EVA pha trộn tăng cường độ nhạy của các mẫu. [7] Nghiên cứu của M. Rodri´guez-pe´rez, A. De saja về ảnh hưởng của việc bổ sung EVA lên các đặc tính kỹ thuật của các miếng mút xốp của hỗn hợp LPDE / EVA, với hỗn hợp LDPE/EVA chứa 10%, 30%, 90% EVA và hỗn hợp chứa EPR 25%, EVA 75%.
Các kết quả đã chỉ ra rằng có thể mở rộng phạm vi của các thuộc tính của xốp LDPE bằng cách trộn chúng với EVA, đó là một bước quan trọng trong việc thu thập tài liệu với các đặc tính phù hợp, thiết yếu cho thiết kế sản phẩm tiên tiến. Nó cũng cho thấy rằng mô đun tĩnh và động và sự ổn định nhiệt 3 giảm khi hàm lượng EVA tăng lên, trong khi khôi phục tức thời, giãn nở nhiệt, và hệ số tổn thất ở nhiệt độ thấp tăng lên khi EVA tăng lên. Các quan sát khác đã chỉ ra rằng tất cả các thuộc tính đều thay đổi tuyến tính (trừ độ dẫn nhiệt) với tỷ lệ EVA. Xốp có mật độ tương tự có các tính chất khác nhau nếu bề mặt tế bào được làm bằng các loại polyme khác nhau.
Trong các hỗn hợp xốp, các tính chất cuối cùng được kiểm soát bởi tỷ lệ EVA. [8] Nghiên cứu của Siqin Dalai, Chen Wenxju nghiên cứu về tạo mút xốp liên kết ngang bằng bức xạ của hỗn hợp LDPE / EVA (An Investigation on Radiation Crosslinked Foam of LDPE/EVA Blends) với tỷ lệ của thành phần EVA trong hỗn hợp LDPE/EVA như sau: 0%, 20%, 25%, 30%, 50%, 100%. Kết quả là độ bền kéo của hỗn hợp LDPE / EVA tăng lên cùng với sự gia tăng tỷ lệ gel trên hỗn hợp LDPE / EVA. Phần gel trên hỗn hợp LDPE / EVA chiếu xạ tăng lên cùng với sự gia tăng hàm lượng EVA trong một định lượng nhất định.
Giá trị phân số gel của hỗn hợp LDPE / EVA với hàm lượng 30% EVA cao hơn so với các hỗn hợp khác. Như vậy độ bền kéo với hàm lượng 30% EVA là cao nhất. [9] Nghiên cứu của G. Sideridou về sự tương thích của polyethylene mật độ thấp và poly (ethylene-co-vinyl axetat) chứa 18% trọng lượng đơn vị vinyl acetate (EVA-18) được trộn nóng chảy.
Với mục đích này, một loạt các hỗn hợp LDPE/EVA khác nhau chứa 25%, 50% và 75% EVA-18 đã được chuẩn bị bằng cách trộn tan với một máy đùn trục vít đơn. Thí nghiệm kéo được thực hiện trên một máy thử lực Instron 1122 trong qui định bằng phương pháp ASTM D 638. Độ bền kéo đứt của vật liệu blend LDPE/EVA tăng gần như tuyến tính khi tăng hàm lượng EVA. Độ dãn dài khi đứt của LDPE, EVA và vật liệu blend LDPE/EVA cũng tương tự như độ bền kéo đứt.
Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam: Nghiên cứu của Hoàng Thị Vân An - Chế tạo và nghiên cứu tính chất của tổ hợp vật liệu cao phân tử ứng dụng làm màng phủ nhà lưới, đã có nghiên cứu về tính chất cơ học của màng LDPE/EVA để chế tạo màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền 4 thời tiết và có kết quả khi không có EVA thì độ dãn dài khi đứt của màng LDPE theo chiều dọc là 550%, theo chiều ngang là 500%, độ bền kéo đứt theo chiều dọc bằng 1825 N/cm2, độ dão 8%. Khi màng LDPE có chứa 10% EVA, độ dãn dài khi đứt theo chiều dọc tăng lên đến 623%, độ dãn dài khi đứt theo chiều ngang tăng lên đến 600%, độ bền kéo đứt theo chiều ngang tăng nhẹ với giá trị là 1830 N/cm2 cùng độ dão 24%. [1] Nghiên cứu của Nguyễn Trung Thành – vật liệu blend trên cơ sở polyetylen, về vật liệu polyme blend trên cơ sở PE/EVA với các tỷ lệ khác nhau. Thu được kết quả momen xoắn ổn định của PE là 25,5 Nm cao hơn so với giá trị này của EVA (10,5Nm) và quá trình chảy của EVA nhanh đạt đến cân bằng hơn so với PE do EVA có nhiệt độ chảy mềm thấp hơn.
Tuy nhiên, hỗn hợp với tỷ lệ PE/EVA lần lượt là 100/0, 90/10, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50, 40/60, 30/70, 20/80, 10/90, 0/100 thì độ bền kéo đứt của hỗn hợp giảm tương ứng với các giá trị: 25.