Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ mang tên "Nghiên cứu ảnh hưởng của sự biến đổi bề mặt một số khoáng chất đến tương tác pha và tính chất cơ lý của vật liệu tổ hợp trên cơ sở nhựa nền polypropylen" thuộc chuyên ngành Khoa học và Kỹ thuật vật liệu (hướng vật liệu polyme compozit). Nghiên cứu giải quyết bài toán cốt lõi trong công nghệ gia cường nhựa nhiệt dẻo bằng các chất độn vô cơ dạng hạt.

Về tính cấp thiết, polypropylen (PP) là loại nhựa nhiệt dẻo được tiêu thụ rộng rãi với mức tăng trưởng trung bình khoảng 10% mỗi năm. Thống kê toàn cầu năm 2015 cho thấy tổng sản lượng polyme đạt khoảng 300 triệu tấn, trong đó 85% thị phần thuộc nhóm chất dẻo thông dụng gồm PE, PP, PVC, PS, PUR và PET. Riêng tại châu Âu, năm 2016 tổng sản lượng tiêu thụ chất dẻo đạt 49,9 triệu tấn, với PP chiếm trên 9 triệu tấn. Đến năm 2019, quy mô thị trường chất dẻo toàn cầu được định giá 568,7 tỷ USD và dự báo đạt mức tăng trưởng 3,5% mỗi năm giai đoạn 2016–2027. PP sở hữu nhiều đặc tính phù hợp cho sản xuất như tỷ trọng thấp, khả năng kháng hóa chất, dễ định hình gia công (đặc biệt qua ép phun) và khả năng tái chế. Tuy nhiên, PP bộc lộ hai hạn chế kỹ thuật lớn là suy giảm tính chất ở nhiệt độ thấp và độ bền va đập kém.

Phương pháp phối trộn các chất độn dạng hạt (như canxi cacbonat, khoáng talc, hạt thủy tinh) được áp dụng phổ biến nhằm tăng độ cứng, nâng cao tính chất nhiệt, giảm độ co ngót và hạ giá thành sản phẩm. Mặc dù vậy, khi đưa chất độn vô cơ vào chất nền PP, tương tác pha giữa hai thành phần thường kém do phân tử PP không phân cực và thiếu các nhóm chức hoạt động. Ở vùng chuyển pha (interphase) giữa bề mặt chất độn và chất nền xuất hiện một lớp polyme có tính chất khác biệt, đặc biệt là tính linh động của các chuỗi phân tử. Trong giới học thuật, việc xác định bản chất, chiều dày, cơ chế hình thành cũng như ảnh hưởng có tính quy luật của lớp tương tác pha này tới các tính chất cơ học (đặc biệt là độ bền kéo đứt và độ dai phá hủy va đập) vẫn còn nhiều mâu thuẫn và phần lớn mới dừng lại ở mức giả thuyết. Sự xuất hiện của kỹ thuật phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn (ss-NMR) mở ra hướng tiếp cận phân tích động học phân tử, song việc áp dụng ss-NMR cho hệ microcompozit PP còn gặp nhiều rào cản do diện tích tương tác pha thấp và độ chồng chéo tín hiệu phổ phức tạp. Đây chính là khoảng trống khoa học mà luận án lựa chọn nghiên cứu.

Mục tiêu tổng quát của luận án là: Tìm hiểu mối liên hệ giữa sự thay đổi cấu trúc phân tử, trong đó nhấn mạnh đến tính linh động phân tử, đến sự thay đổi tính chất cơ của vật liệu trên các hệ vật liệu microcompozit của polypropylen và chất độn dạng hạt với các tương tác pha khác nhau.

Để hiện thực hóa mục tiêu trên, luận án triển khai 3 nội dung nghiên cứu chính (được đánh số theo văn bản):

  1. Chế tạo các vật liệu compozit trên cơ sở polypropylen và các chất độn có và không có xử lý bề mặt với các hàm lượng chất độn khác nhau.
  2. Nghiên cứu và khảo sát hình thái tương tác pha, xác định các tính chất cơ của vật liệu bao gồm độ bền kéo đứt và độ bền va đập (tích phân J).
  3. Ứng dụng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn (ss-NMR) xác định tính linh động phân tử trong vật liệu polyme compozit, tìm hiểu mối liên hệ với tính chất cơ của vật liệu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án được xác định rõ:

  • Nhựa nền: Nhựa thương phẩm isotactic polypropylen (iPP) mã Mosten GB003 của hãng Unipetrol (Cộng hòa Séc), có chỉ số chảy MFI = 3,2 g/10 phút (tải 2,16 kg ở 230°C theo ISO 1133) và nhiệt độ chảy mềm 158°C (theo ISO 306).
  • Các chất độn dạng hạt vô cơ:
    • Hạt thủy tinh hình cầu thành phần chính SiO2 (SOVITEC, Pháp), kích thước hạt trung bình 20 µm, độ cứng 5,6 Mohs, khối lượng riêng 2,46 g/cm3.
    • Canxi cacbonat (CaCO3) từ hãng OMYCARB (Thụy Sĩ) gồm hai cấp hạt: loại 1VA (kích thước trung bình 1,7 µm) và loại 15VA (kích thước trung bình 12 µm).
    • Bột khoáng talc tự nhiên khai thác tại Thu Ngạc (tỉnh Phú Thọ, Việt Nam), do Viện Khoa học vật liệu tuyển tách, có kích thước trung bình 6,56 µm.
  • Hóa chất biến đổi bề mặt và phụ gia: Vinyltrietoxysilan (Silquest A-151NT, Momentive), metacryloxypropyltrimetoxysilan (Z-6030, DowCorning), poly(dimethylsiloxane-co-methylphenylsiloxane) (dầu silicon, Sigma-Aldrich), axit stearic (>95%), axit oleic (>90%) và chất khơi mào dicumyl peroxit (DCP >98%).
  • Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm tập trung vào các hệ microcompozit nhị phần và tam phần ở quy mô phòng thí nghiệm, phối hợp chế tạo và đo đạc tại Viện Hóa học cao phân tử (Viện Hàn lâm Khoa học Cộng hòa Séc) và Viện Khoa học vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tổng quan hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến cấu trúc polypropylen, vai trò tạo mầm của chất độn, cơ chế tương tác pha và kỹ thuật ss-NMR:

Về cấu trúc tinh thể của PP, Padden và Keith [8] lần đầu tiên mô tả sự hình thành các cấu trúc đại phân tử dạng tinh thể đơn tà (α) và lục giác (β). Varga và cộng sự [7] đã chế tạo thành công tinh thể β tinh khiết khi kết hợp tác nhân tạo mầm β và kiểm soát nhiệt độ kết tinh. Về mối quan hệ giữa cấu trúc và độ bền cơ học, Greco và Coppola [9] cùng Wright và cộng sự [10] khẳng định việc tăng hàm lượng tinh thể và kích thước cầu làm tăng mô đun đàn hồi nhưng làm suy giảm độ bền kéo và độ biến dạng, đồng thời chỉ ra tầm quan trọng của các chuỗi phân tử nối (tie-molecules).

Về ảnh hưởng tạo mầm của chất độn, Fujiyama và Wakino [12] chứng minh các hạt CaCO3 đóng vai trò như tác nhân tạo mầm tinh thể phụ thuộc vào diện tích bề mặt chất độn. Một số tác giả [13] phân loại khoáng talc là chất độn hoạt tính trong khi xếp CaCO3, than đen và dolomit vào nhóm không hoạt tính. Talc có năng lượng tự do bề mặt thấp (140 mJ/m2) và có khả năng tạo mầm mạnh, làm thay đổi dạng tinh thể của PP.

Về biến đổi bề mặt chất độn và tương tác pha, Raj và cộng sự [20] đã khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng silan Z6032 đến độ bền kéo của hệ PP/mica, chỉ ra sự tồn tại của một giá trị cực đại tương ứng với độ bao phủ bề mặt tối ưu. Felix và Gatenholm [24] sử dụng polypropylen ghép anhydrit maleic (PP-g-MA) trong compozit PP/xenlulo, chứng minh ứng suất chảy dẻo tăng tỷ lệ thuận với khối lượng phân tử PP-g-MA do cải thiện độ dày vùng tương tác pha.

Đối với hệ compozit PP/hạt thủy tinh: Li [25] nghiên cứu hàm lượng (0–20% khối lượng) và kích thước hạt (4, 35 và 219 µm), ghi nhận mô đun đàn hồi và độ bền va đập tăng nhưng độ bền kéo giảm phi tuyến. Sjongren và cộng sự [26] phân tích cơ chế phá hủy của PP chứa 0–20% hạt thủy tinh (5 µm và 30 µm) xử lý bằng aminosilan, cho thấy hạt lớn dẫn tới hình thành lỗ trống và phá hủy giòn, trong khi hạt nhỏ gây phá hủy dẻo. L. Asp và cộng sự [27] áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) chỉ ra ứng suất nhiệt dư và các lỗ trống do tách liên kết khơi mào cho sự phá hủy. Tsui và cộng sự [28], Liang và cộng sự [29, 30, 31], Dubnikova và cộng sự [32] ghi nhận sự cải thiện độ dai va đập ở khoảng 10–15% chất độn nhờ cơ chế tập trung ứng suất tạo lỗ trống hấp thụ năng lượng. Arencon và cộng sự [35] ứng dụng kỹ thuật tích phân J cho hệ PP ghép anhydrit maleic chứa 26% hạt thủy tinh xử lý aminosilan, cho thấy độ bền phá hủy đạt cực đại khi kết hợp biến đổi phân cực nhựa nền và silan hóa hạt độn.

Đối với hệ compozit PP/CaCO3: Li và cộng sự [36] dùng tích phân J chỉ ra việc thêm 20% CaCO3 chuyển cơ chế phá hủy từ giòn sang dẻo. Pukanszky và cộng sự [37] ghi nhận giá trị Gc lớn nhất tại 20% khối lượng CaCO3. Jancar và cộng sự [41] nghiên cứu độ bền va đập Charpy và Gc ở vùng 0–12% và trên 12% CaCO3. Gong và cộng sự [42, 43] dùng phương pháp EWF đánh giá ảnh hưởng của PP-g-MA. Zuiderduin và cộng sự [38] khảo sát 4 kích thước hạt CaCO3 (0,07; 0,3; 0,7 và 1,9 µm), kết luận hạt 0,7 µm xử lý axit stearic mang lại tổ hợp tính chất cơ học tốt nhất. Kucera và cộng sự [45] cũng ghi nhận năng lượng phá hủy Charpy cao hơn khi phủ axit stearic. Ngược lại, Thio và cộng sự [47] cùng Yang và cộng sự [48] khẳng định chỉ các hạt nano cỡ 0,07 µm mới cải thiện độ bền va đập Izod rõ rệt. Wang và cộng sự [50] khảo sát quá trình đùn trục đơn với 5, 12, 20% CaCO3 xử lý titanat, ghi nhận độ phân tán tốt nhất tại 12%. Hutar và cộng sự [51] mô phỏng phần tử hữu hạn 3 pha theo cơ chế phá hủy đàn hồi tuyến tính (LEFM), chỉ ra cơ chế tăng độ dai nhờ sự che chắn của vùng tương tác pha mềm dẻo xung quanh hạt CaCO3 dưới 8–10 µm.

Đối với hệ compozit PP/talc: Velasco và cộng sự [52] đánh giá ảnh hưởng của talc chưa xử lý và xử lý silan ở các tốc độ biến dạng khác nhau, ghi nhận giá trị Gc đạt cực đại tại 20% talc. Shelesh-Nezhad và cộng sự [53] tìm thấy độ bền va đập cực đại tại 20% talc, trong khi Maiti và cộng sự [54] ghi nhận độ bền va đập giảm 60% ở 30% talc. Svehlova và cộng sự [56] chứng minh độ bền Charpy suy giảm tuyến tính theo kích thước trung bình hạt talc. Wah và cộng sự [57] dùng chất ghép nối titanat giúp cải thiện độ bám dính pha và dẻo hóa chất nền.

Về phương pháp ss-NMR: Marina H. Ishizaki và cộng sự [68] nghiên cứu compozit PP/sợi xơ dừa sử dụng PP-g-MA, ghi nhận sự gia tăng độ cứng nhắc phân tử qua độ dịch chuyển cộng hưởng ở trường thấp. Jiri Brus và cộng sự [69] dùng ss-NMR chứng minh pha vô định hình trong hệ PP giàu tinh thể β có độ linh động cao hơn hệ giàu tinh thể α, giải thích nguồn gốc độ bền dai va đập.

Tại Việt Nam, các hướng nghiên cứu compozit PP tập trung ở một số đơn vị: GS. Thái Hoàng và cộng sự [70, 71, 72] (Viện Kỹ thuật nhiệt đới) nghiên cứu biến tính hạt nano TiO2, nano BaSO4 và tro bay bằng hợp chất silan nhằm tăng cường độ bền kéo và mô đun đàn hồi; PGS. Đoàn Thị Thu Loan [73] (Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng) biến tính nhựa nền PP bằng copolyme ghép MAHgPP (Exxelor) gia cường sợi đay; nhóm GS. Trần Vĩnh Diệu và GS. Bùi Chương [74–79] (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) xử lý sợi tre, sợi đay bằng NaOH, axetyl hóa và trợ tương hợp MAPP; PGS. Ngô Kế Thế và cộng sự [80–82] (Viện Khoa học vật liệu) nghiên cứu phản ứng ghép nối silan (vinyltrimethoxysilan) lên khoáng sericit và talc.

Khoảng trống nghiên cứu luận án xác định: Dù các nghiên cứu trong nước đã triển khai biến tính khoáng chất và sợi tự nhiên, việc ứng dụng kỹ thuật phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn ss-NMR kết hợp phân tích nhân tố (Factor Analysis - FA) để định lượng tính linh động phân tử ở vùng tương tác pha và làm sáng tỏ nguồn gốc biến đổi cơ lý của microcompozit PP vẫn chưa từng được thực hiện tại Việt Nam. Luận án được thiết kế nhằm lấp đầy khoảng trống này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và các khái niệm sử dụng

Về cấu trúc phân tử, polypropylen hình thành từ phản ứng trùng hợp propylen, có công thức lặp lại [-CH2-CH(CH3)-]n. Do sự hiện diện của nhóm thế metyl (-CH3), PP tồn tại 3 cấu hình đồng phân lập thể:

  • Isotactic PP (iPP): Toàn bộ nhóm -CH3 nằm về cùng một phía của mạch chính, cho phép các mạch phân tử kết tinh bó chặt, tạo độ cứng và nhiệt độ nóng chảy cao (khoảng 160–170°C).
  • Syndiotactic PP: Các nhóm -CH3 phân bố luân phiên có trật tự ở hai phía của mạch chính.
  • Atactic PP: Các nhóm -CH3 sắp xếp hoàn toàn ngẫu nhiên, không có trật tự không gian, tạo tính chất tựa cao su.

Về cấu trúc pha, iPP là vật liệu bán tinh thể đa hình, tồn tại các dạng tinh thể: đơn tà (α1 và α2), lục giác (β), tam tà (γ), cùng các pha trung gian và hai pha vô định hình riêng biệt (pha vô định hình cuộn ngẫu nhiên và pha không kết tinh dạng trôn ốc 31). Tỷ lệ giữa pha tinh thể và pha vô định hình, kích thước tinh thể cầu và mật độ phân tử nối quyết định độ bền cơ học.

Về tương tác bề mặt, các chất độn vô cơ ban đầu có năng lượng tự do bề mặt cao. Khi trộn hợp nóng chảy, các đại phân tử PP bị hấp phụ lên bề mặt chất độn, làm suy giảm tính linh động của mạch phân tử và cản trở động học kết tinh, hình thành lớp chuyển pha (interphase). Tùy thuộc vào bản chất tương tác, lớp chuyển pha này có thể là vùng cứng nhắc (hạn chế biến dạng, tăng độ bền kéo) hoặc vùng mềm dẻo (hấp thụ năng lượng, tăng độ dai va đập).

Về nguyên lý ss-NMR, phương pháp sử dụng kỹ thuật quay mẫu dưới góc ma thuật (Magic Angle Spinning - MAS) với góc θ = 54,7° nhằm triệt tiêu tương tác dị hướng dịch chuyển hóa học (CSA) và tương tác lưỡng cực. Để tăng độ nhạy cho các hạt nhân spin hiếm (như 13C với độ phổ biến tự nhiên 1,1%), kỹ thuật phân cực chéo (Cross Polarization - CP) được sử dụng nhằm chuyển từ hóa từ proton 1H sang hạt nhân 13C. Cơ chế CP lượng tử zero (υ1H – υ1C = nωr) và lượng tử kép (υ1H + υ1C = nωr) được kiểm soát theo tốc độ quay của roto. Phân tích nhân tố FA trên phổ 13C MAS ss-NMR được dùng để giải tách các tín hiệu phổ bị chồng chéo, định lượng mức độ linh động phân tử.

Phương pháp thực nghiệm và nguồn tư liệu dữ liệu

Phương pháp thực nghiệm của luận án bao gồm các quy trình biến đổi bề mặt, công nghệ gia công chế tạo mẫu và hệ thống phép đo cơ lý:

  1. Quy trình biến đổi hóa học bề mặt chất độn:
  • Xử lý hạt thủy tinh bằng Vinyl silan: Pha dung dịch etanol 96%, chỉnh pH = 4 bằng axit axetic, thêm 2% thể tích vinyltrietoxysilan (Silquest A-151NT). Phối trộn 100 g hạt thủy tinh vào dung dịch, khuấy ở nhiệt độ phòng trong 4 giờ, lọc tách và sấy ở 80°C trong 2 giờ. Sau xử lý, hàm lượng silan liên kết đạt 3,06%. Khi phối trộn đùn, bổ sung 0,15% khối lượng dicumyl peroxit (DCP) để kích thích phản ứng ghép nối gốc tự do giữa nhóm vinyl của silan và mạch PP.
  • Xử lý hạt thủy tinh bằng dầu silicon: Sản phẩm biến đổi bề mặt bằng poly(dimethylsiloxane-co-methylphenylsiloxane) do Viện Hóa học cao phân tử (CH Séc) cung cấp.
  • Xử lý CaCO3 bằng axit béo (phương pháp ướt): Dung dịch 1 chứa 0,01 mol axit stearic (hoặc axit oleic) và 0,014 mol NaOH trong 275 ml nước, khuấy ở 75°C: $$\text{NaOH} + \text{RCOOH} \rightarrow \text{RCOO}^- + \text{H}^+ + \dots$$ Dung dịch 2 chứa 100 g CaCO3 trong 500 ml nước ở 75°C. Trộn hai dung dịch, khuấy 15 phút ở 75°C để phản ứng tạo muối canxi cacboxylat trên bề mặt: $$\text{RCOO}^- + \text{Ca}^{2+} \rightarrow \text{RCOOCa}^+$$ Lọc tách và sấy ở 80°C trong 2 giờ.
  • Xử lý bột khoáng talc bằng silan Z-6030: Dung dịch gồm 98 g etanol 96%, chỉnh pH = 4 bằng axit axetic, thêm 2 g metacryloxypropyltrimetoxysilan (2% khối lượng). Trộn 100 g bột talc Thu Ngạc, khuấy ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ, lọc và sấy ở 80°C trong 2 giờ.

Thành phần hóa học của bột khoáng talc tự nhiên Thu Ngạc (Phú Thọ) được xác định bằng phân tích thành phần oxit:

STT Thành phần oxit Hàm lượng (%)
1 $\text{SiO}_2$ 62,60
2 $\text{MgO}$ 32,16
3 $\text{CaO}$ 0,22
4 $\text{Al}_2\text{O}_3$ 0,19
5 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 0,15
6 $\text{K}_2\text{O}$ 0,02
7 $\text{Na}_2\text{O}$ 0,15
8 Mất khi nung 4,51

Phân bố kích thước hạt talc có đường kính trung bình 6,56 µm và chỉ số phân bố hạt phân vị Q90 = 15,875 µm.

  1. Quy trình gia công chế tạo mẫu compozit: Vật liệu được trộn hợp nóng chảy trên máy đùn hai trục vít Brabender DSE 20 (đường kính trục D = 20 mm, tỷ lệ chiều dài trên đường kính L/D = 40, tốc độ quay 400 vòng/phút). Hạt nhựa PP cấp vào phễu 1 (vùng 1), chất độn cấp vào phễu 2 (vùng 2).

Chế độ nhiệt độ 6 vùng gia nhiệt trên máy đùn Brabender DSE 20:

Vùng gia nhiệt Vùng 1 Vùng 2 Vùng 3 Vùng 4 Vùng 5 Vùng 6
Nhiệt độ (°C) 195 200 205 205 210 215

Tốc độ cấp liệu kiểm soát theo tỷ lệ khối lượng:

  • Tỷ lệ PP/chất độn 60/40: phễu 1 đạt 1600 g/giờ, phễu 2 đạt 1066 g/giờ.
  • Tỷ lệ PP/chất độn 80/20: phễu 1 đạt 1600 g/giờ, phễu 2 đạt 400 g/giờ.
  • Tỷ lệ PP/talc 90/10: phễu 1 đạt 1800 g/giờ, phễu 2 đạt 200 g/giờ.

Vật liệu sau đùn được làm mát bằng máng nước, cắt hạt, ổn định 24 giờ ở nhiệt độ phòng và sấy 80°C trong 2 giờ. Sau đó, mẫu thử cơ tính được tạo hình bằng máy ép phun ENGEL Spex victory 50 thành dạng thanh mái chèo chuẩn ISO 527-2/1B (chiều rộng trung bình 10,22 mm, chiều dày trung bình 3,96 mm).

  1. Danh mục các hệ mẫu thực nghiệm:

Hệ compozit PP/hạt thủy tinh (GB):

STT Ký hiệu mẫu Hàm lượng PP (pkl) Hàm lượng hạt thủy tinh (pkl) Chất xử lý bề mặt chất độn
1 PP/GB-80/20 80 20 Không
2 PP/GB-60/40 60 40 Không
3 PP/GB-80/20+silicone oil 80 20 Dầu silicon
4 PP/GB-60/40+silicone oil 60 40 Dầu silicon
5 PP/GB-80/20+silane 80 20 Vinyl silan
6 PP/GB-60/40+silane 60 40 Vinyl silan

Hệ compozit PP/CaCO3:

STT Ký hiệu mẫu Hàm lượng PP (pkl) Hàm lượng $\text{CaCO}_3$ (pkl) Kích thước hạt (µm) Chất xử lý bề mặt
1 PP/1VA/8020 80 20 1,7 Không
2 PP/1VA/6040 60 40 1,7 Không
3 PP/1VASA/8020 80 20 1,7 Axit stearic
4 PP/1VASA/6040 60 40 1,7 Axit stearic
5 PP/1VAOA/8020 80 20 1,7 Axit oleic
6 PP/1VAOA/6040 60 40 1,7 Axit oleic
7 PP/15VA/8020 80 20 12,0 Không
8 PP/15VA/6040 60 40 12,0 Không
9 PP/15VASA/8020 80 20 12,0 Axit stearic
10 PP/15VASA/6040 60 40 12,0 Axit stearic
11 PP/15VAOA/8020 80 20 12,0 Axit oleic
12 PP/15VAOA/6040 60 40 12,0 Axit oleic

Hệ compozit PP/talc:

STT Ký hiệu mẫu Hàm lượng PP (pkl) Hàm lượng talc (pkl) Chất xử lý bề mặt chất độn
1 PP/talc/9010 90 10 Không
2 PP/talc/8020 80 20 Không
3 PP/talc/6040 60 40 Không
4 PP/talc/T2Mt/9010 90 10 Metacryloxypropyltrimetoxysilan
5 PP/talc/T2Mt/8020 80 20 Metacryloxypropyltrimetoxysilan
6 PP/talc/T2Mt/6040 60 40 Metacryloxypropyltrimetoxysilan
  1. Phương pháp khảo sát đặc tính:
  • Kính hiển vi điện tử quét SEM: Bề mặt phá hủy mẫu sau thử va đập được phủ một lớp platin trong buồng bốc bay chân không. Mẫu PP/hạt thủy tinh và PP/CaCO3 đo trên thiết bị TESCAN Vega Plus TS5135 (CH Séc); mẫu PP/talc đo trên kính hiển vi phân giải cao FE-SEM Hitachi S-4800 (Viện Khoa học vật liệu).
  • Thử nghiệm kéo đứt: Thiết bị INSTRON 5800 gắn cảm biến lực 100 kN theo tiêu chuẩn EN ISO 527. Tốc độ kéo 1 mm/phút cho giai đoạn biến dạng dưới 5%, sau đó tăng lên 50 mm/phút đến khi đứt. Kết quả lấy trung bình của 10 lần đo.
  • Đánh giá cơ học phá hủy bằng tích phân J: Thiết bị Charpy Resil Impactor Junior gắn búa 7,5 J kết hợp bộ thu nhận dữ liệu cảm biến lực DAS 8000 Junior (hãng CEAST). Tốc độ va đập cố định 1 m/s. Kích thước mẫu: chiều rộng W = 10 mm, chiều dài nhịp s = 40 mm (s/W = 4), cắt khía chữ V sâu a = 2 mm (a/W = 0,2). Năng lượng biến dạng tổng (AG) tách thành năng lượng đàn hồi (Ael) và năng lượng dẻo (Apl), tính toán tích phân J theo phương pháp Sumpter và Turner.
  • Phương pháp ss-NMR: Phổ 13C MAS NMR đo trên hệ đầu đo roto quay góc ma thuật kết hợp kỹ thuật phân cực chéo CP nối tiếp, áp dụng cho hai hệ PP/hạt thủy tinh và PP/CaCO3.

Nội dung chính theo từng chương

Luận án có dung lượng 105 trang (chưa kể tài liệu tham khảo), kết cấu gồm phần Mở đầu, 3 chương nội dung chính, phần Kết luận và kiến nghị, Những đóng góp mới và Danh mục công trình.

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương 1 hệ thống hóa bức tranh toàn diện về vật liệu polypropylen và compozit nhiệt dẻo:

  • Phân tích bối cảnh phát triển của ngành chất dẻo, thị trường tiêu thụ PP toàn cầu và các phân khúc ứng dụng kỹ thuật.
  • Trình bày chi tiết bản chất hóa học, phản ứng trùng hợp propylen từ sản phẩm lọc hóa dầu và 3 cấu hình lập thể (isotactic, syndiotactic, atactic). Phân tích cấu trúc phân tử có nguyên tử H tại cacbon bậc ba dễ bị oxy hóa, lão hóa dưới tác dụng nhiệt và tia cực tím (cần dùng phụ gia ổn nhiệt hoặc 2% muội than để duy trì độ bền đến 20 năm).
  • Làm rõ tính chất bán tinh thể đa hình của PP (các biến thể đơn tà α, lục giác β, tam tà γ), hình thái kết tinh dạng tinh thể cầu, sợi tinh thể gấp nếp và vai trò của các phân tử nối trong việc quyết định độ bền kéo đứt và mô đun đàn hồi.
  • Đánh giá vai trò của 3 loại chất độn khoáng chủ đạo: canxi cacbonat (chiếm thị phần lớn nhất trong nhựa nhiệt dẻo), bột khoáng talc (đứng đầu trong compozit PP nhờ cấu trúc lớp 2D tăng độ cứng) và hạt thủy tinh hình cầu (cải thiện tính lưu chuyển, độ dẫn nhiệt và giảm ứng suất nội).
  • Tổng quan cơ chế tạo mầm tinh thể của chất độn, năng lượng tự do bề mặt và sự hình thành lớp polyme chuyển pha.
  • Tổng kết 4 phương pháp xử lý bề mặt: xử lý không hoạt tính (dùng axit stearic làm giảm sức căng bề mặt), xử lý hoạt tính (dùng tác nhân ghép nối silan như Z6032, A-151NT hoặc hợp chất titanat), tạo lớp phủ tương tác polyme (PP-g-MA) và phát triển lớp tương tác đàn hồi.
  • Trình bày cơ sở lý thuyết của kỹ thuật phổ ss-NMR, hiệu ứng góc quay ma thuật MAS (54,7°), kỹ thuật roto quay rất nhanh (VF MAS với roto 1,3 mm đạt trên 50 kHz và roto 0,7 mm đạt 110 kHz), kỹ thuật phân cực chéo CP nối tiếp và tiềm năng của phương pháp phân tích nhân tố FA trên phổ 13C ss-NMR đối với polyme compozit.

Chương 2: THỰC NGHIỆM

Chương 2 mô tả chi tiết toàn bộ nguyên vật liệu, phương pháp chế tạo và kỹ thuật đánh giá:

  • Đặc tính nhựa nền PP thương mại Mosten GB003 (chỉ số MFI 3,2 g/10 phút; nhiệt độ nóng chảy 158°C).
  • Nguồn gốc và thông số kỹ thuật của các chất độn: Hạt thủy tinh SOVITEC (20 µm, 2,46 g/cm3), bột CaCO3 OMYCARB loại 1VA (1,7 µm) và 15VA (12 µm), bột khoáng talc tự nhiên Thu Ngạc - Phú Thọ (6,56 µm, tỷ lệ SiO2 62,6% và MgO 32,16%).
  • Các hóa chất xử lý bề mặt: Silquest A-151NT, Z-6030, dầu silicon, axit stearic, axit oleic và chất khơi mào dicumyl peroxit (DCP).
  • Quy trình hóa học xử lý bề mặt từng loại hạt độn: Silan hóa hạt thủy tinh và talc trong dung môi cồn ở pH = 4; muối hóa bề mặt CaCO3 bằng dung dịch kiềm nóng ở 75°C.
  • Quy trình phối trộn nóng chảy trên máy đùn hai trục vít Brabender DSE 20 với cấu hình 6 vùng nhiệt (195–215°C), tốc độ 400 vòng/phút, kiểm soát lưu lượng cấp liệu riêng biệt cho phễu PP và phễu chất độn. Thiết lập danh mục 24 công thức compozit thuộc 3 hệ mẫu (bảng 2.2, 2.3, 2.4).
  • Công nghệ gia công tạo mẫu thanh mái chèo bằng máy ép phun ENGEL Spex victory 50 theo tiêu chuẩn ISO 527-2/1B.
  • Các quy trình kiểm tra thực nghiệm: Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét SEM (TESCAN Vega Plus TS5135 và FE-SEM Hitachi S-4800); Thử kéo đứt xác định mô đun đàn hồi, độ bền kéo và độ giãn dài trên máy INSTRON 5800 (cảm biến 100 kN); Phương pháp tích phân J xác định độ bền phá hủy va đập trên máy Charpy Resil Impactor Junior (7,5 J) kết hợp cảm biến DAS 8000 Junior ở tốc độ 1 m/s; Kỹ thuật phổ ss-NMR 13C MAS.

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 3 trình bày các kết quả phân tích cấu trúc và tính chất cơ lý của 3 hệ vật liệu:

  • Hình thái bề mặt phá hủy qua ảnh SEM:
    • Hệ PP/hạt thủy tinh: Khảo sát bề mặt phá hủy va đập cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa mẫu không xử lý bề mặt và mẫu có xử lý. Mẫu chứa hạt thủy tinh không biến đổi hoặc biến đổi bằng dầu silicon có độ kết dính pha yếu, xuất hiện nhiều lỗ trống (cavities/voids) do hạt bị bóc tách khỏi nền nhựa dưới tác dụng ngoại lực. Khi xử lý bằng vinyl silan kết hợp DCP, phản ứng ghép nối gốc tự do tạo liên kết bền chặt giữa bề mặt hạt thủy tinh và mạch PP, hạn chế hiện tượng tuột hạt và làm biến đổi cơ chế lan truyền vết nứt.
    • Hệ PP/CaCO3: Ảnh SEM ghi nhận trạng thái phân tán của hai cấp hạt (1,7 µm và 12 µm). Hạt nhỏ 1VA phân tán đồng đều hơn nhưng dễ kết tụ nếu không biến đổi bề mặt. Xử lý bề mặt bằng axit stearic và axit oleic giúp giảm năng lượng bề mặt, ngăn ngừa kết tụ, cải thiện độ thấm ướt của nhựa nền lên bề mặt khoáng canxit.
    • Hệ PP/talc: Ảnh FE-SEM cho thấy các phiến talc dạng lớp định hướng song song với hướng dòng chảy ép phun. Xử lý talc bằng silan Z-6030 tăng cường liên kết giữa các phiến khoáng và nền PP, làm giảm độ dẻo cục bộ tại đầu vết nứt.
  • Tính chất kéo đứt và độ bền va đập (tích phân J):
    • Đối với hệ PP/hạt thủy tinh: Việc tăng hàm lượng hạt thủy tinh từ 20 đến 40 phần khối lượng làm tăng mô đun đàn hồi nhưng làm suy giảm độ bền kéo đứt. Biến đổi bề mặt bằng vinyl silan giúp cải thiện độ bền kéo so với mẫu không biến đổi. Về tính chất va đập, năng lượng phá hủy tích phân J phụ thuộc vào mức độ bám dính pha: mẫu có độ kết dính pha yếu (hoặc phủ dầu silicon) thể hiện phá hủy dẻo ở tốc độ biến dạng thấp nhờ cơ chế tạo lỗ trống hấp thụ năng lượng, trong khi mẫu xử lý silan có liên kết pha mạnh chuyển sang phá hủy dạng bán giòn (quasi-brittle).
    • Đối với hệ PP/CaCO3: Kích thước hạt đóng vai trò quyết định. Hạt 1VA (1,7 µm) cho các giá trị cơ lý vượt trội so với hạt 15VA (12 µm). Việc phủ axit stearic làm giảm nhẹ ứng suất kéo đứt do làm giảm ma sát tiếp xúc, nhưng làm tăng độ giãn dài khi đứt và độ dai phá hủy va đập (tích phân J) nhờ tạo điều kiện cho nền PP trượt dẻo xung quanh hạt.
    • Đối với hệ PP/talc: Nhờ cấu trúc phiến định hướng 2D, talc làm tăng mạnh độ cứng và mô đun đàn hồi của compozit hơn hẳn CaCO3 và hạt thủy tinh. Mẫu xử lý silan Z-6030 đạt độ bền kéo cao hơn nhưng giá trị tích phân J có xu hướng giảm do nền nhựa bị cản trở chuyển động dẻo.
  • Ứng dụng phổ ss-NMR xác định tính linh động phân tử:
    • Áp dụng thành công phép đo phổ 13C MAS ss-NMR trên hai hệ compozit PP/hạt thủy tinh và PP/CaCO3.
    • Ứng dụng kỹ thuật phân tích nhân tố (FA) trên dữ liệu phổ để bóc tách các thành phần tín hiệu cộng hưởng đại diện cho pha tinh thể cứng và pha chuyển tiếp vô định hình có độ linh động khác nhau.
    • Kết quả phổ xác nhận: Tương tác bề mặt giữa chất độn và chất nền ảnh hưởng trực tiếp đến động học chuỗi phân tử PP. Khi bề mặt chất độn được xử lý tạo liên kết pha mạnh, độ linh động của các phân tử PP ở lớp chuyển pha giảm xuống (cấu trúc cứng nhắc tăng lên), dẫn đến tăng độ bền kéo nhưng giảm khả năng tiêu tán năng lượng va đập. Ngược lại, lớp phủ không hoạt tính (axit béo, dầu silicon) duy trì tính linh động cao của chuỗi mạch ở vùng ranh giới pha, thúc đẩy cơ chế hấp thụ năng lượng biến dạng dẻo.

Kết quả và những đóng góp mới

Theo nội dung công bố của luận án, các đóng góp mới về mặt lý luận khoa học và thực tiễn ứng dụng bao gồm:

  1. Đóng góp về mặt lý luận và học thuật:
  • Bước đầu áp dụng thành công phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn (ss-NMR) kết hợp kỹ thuật phân tích nhân tố (Factor Analysis - FA) trên phổ 13C MAS để nghiên cứu cấu trúc phân tử và động học chuỗi mạch polyme của vật liệu microcompozit polypropylen.
  • Làm sáng tỏ mối quan hệ biện chứng giữa bản chất tương tác pha, mức độ linh động phân tử tại lớp chuyển tiếp ranh giới pha và các đặc tính cơ lý vĩ mô (độ bền kéo đứt và độ dai phá hủy va đập qua tích phân J) của vật liệu compozit PP chứa các chất độn hạt vô cơ khác nhau.
  • Bổ sung dữ liệu thực nghiệm về cơ chế phá hủy của compozit PP trong điều kiện có và không có biến đổi bề mặt chất độn, khẳng định liên kết pha mạnh làm tăng độ bền kéo nhưng có thể chuyển dịch cơ chế phá hủy từ dẻo sang bán giòn trong các thử nghiệm va đập.
  1. Đóng góp về mặt thực tiễn và công nghệ:
  • Xây dựng quy trình công nghệ biến đổi hóa học bề mặt phù hợp cho từng loại khoáng chất: silan hóa hạt thủy tinh bằng vinyltrietoxysilan kết hợp chất khơi mào dicumyl peroxit; xử lý ướt CaCO3 bằng muối natri của axit stearic và axit oleic; biến tính bột khoáng talc bằng metacryloxypropyltrimetoxysilan Z-6030.
  • Khảo sát và sử dụng hiệu quả nguồn bột khoáng talc tự nhiên chất lượng cao từ mỏ Thu Ngạc (Phú Thọ, Việt Nam) làm chất độn gia cường cho nhựa nhiệt dẻo polypropylen.
  • Thiết lập bộ thông số công nghệ gia công chuẩn trên thiết bị ép đùn hai trục vít Brabender DSE 20 (chế độ gia nhiệt 6 vùng từ 195 đến 215°C, tốc độ trục vít 400 vòng/phút, tỷ lệ cấp liệu kiểm soát) và ép phun ENGEL Spex victory 50, tạo cơ sở cho việc sản xuất vật liệu compozit nhiệt dẻo có cơ tính định trước.
  1. Các công trình khoa học đã công bố: Các kết quả chính của luận án đã được công bố qua các ấn phẩm khoa học:
  • 01 bài báo đăng trên tạp chí quốc tế thuộc danh mục ISI (chỉ số IF = 3,7).
  • 04 bài báo đăng trên các tạp chí khoa học chuyên ngành trong nước.
  • 05 báo cáo khoa học tham dự các hội nghị khoa học quốc tế (trong đó có 01 kỷ yếu hội nghị xuất bản chỉ số ISBN).

Về kiến nghị, tác giả đề xuất tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phản ứng ghép nối gốc tự do giữa các tác nhân silan và chất nền polypropylen để tối ưu hóa nồng độ tác nhân ghép nối; đồng thời mở rộng ứng dụng phân tích nhân tố FA trên phổ ss-NMR cho các hệ vật liệu compozit phức tạp hơn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ theo phạm vi và dữ liệu thực tế được trình bày trong văn bản luận án, các hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm:

  • Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn ss-NMR mới chỉ được áp dụng trên hai đối tượng là hệ compozit PP/hạt thủy tinh và PP/CaCO3, chưa triển khai khảo sát đối với hệ vật liệu PP/khoáng talc.
  • Nghiên cứu tập trung vào các chất độn dạng hạt ở kích thước micromet (microcompozit). Diện tích bề mặt tiếp xúc riêng của chất độn cỡ micro nhỏ hơn nhiều so với chất độn nano, dẫn tới tín hiệu phổ của lớp chuyển pha có tỷ trọng thấp và độ phủ phổ chồng chéo lớn, gây khó khăn cho việc định lượng tuyệt đối nếu không sử dụng các thuật toán giải tách đa biến phức tạp.
  • Cơ chế hóa học chính xác của phản ứng ghép nối gốc tự do giữa tác nhân vinyl silan và mạch PP chưa được định lượng hoàn toàn mà mới được kiểm soát thông qua tỷ lệ chất khơi mào dicumyl peroxit trong quá trình đùn nóng chảy.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo tập trung vào việc hoàn thiện phương pháp phân tích nhân tố FA cho các hệ compozit đa cấu tử, khảo sát thêm ảnh hưởng của các điều kiện nhiệt độ làm việc đến tính linh động phân tử của lớp chuyển pha và mở rộng sang các chất trợ tương hợp cao phân tử.

Giá trị tham khảo

Văn bản luận án mang lại giá trị tham khảo học thuật và thực tiễn rõ nét cho các đối tượng chuyên môn:

  • Nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Hóa polyme, Khoa học vật liệu và Kỹ thuật hóa học: Luận án cung cấp cơ sở lý thuyết chi tiết về tinh thể học của polypropylen, cấu hình lập thể, cơ chế tạo mầm và phương pháp luận áp dụng kỹ thuật ss-NMR góc quay ma thuật (MAS) cùng phân tích nhân tố FA trong phân tích cấu trúc vật liệu rắn.
  • Giảng viên và nhà nghiên cứu cơ học phá hủy vật liệu: Phần tài liệu về ứng dụng phương pháp tích phân J (theo mô hình Sumpter và Turner) trên thiết bị va đập có gắn cảm biến lực tốc độ cao là nguồn tư liệu tham khảo thực nghiệm phục vụ đánh giá độ dai phá hủy dẻo của polyme bán tinh thể.
  • Kỹ sư công nghệ và chuyên gia kỹ thuật ngành sản xuất chất dẻo: Các quy trình công nghệ biến tính bề mặt hạt độn bằng silan và axit béo, thông số phối trộn trên máy đùn hai trục vít Brabender DSE 20, cùng số liệu so sánh giữa ba loại chất độn (hạt thủy tinh, CaCO3, khoáng talc Thu Ngạc - Phú Thọ) là dữ liệu kỹ thuật có thể ứng dụng trực tiếp trong nghiên cứu phát triển sản phẩm compozit PP.

Câu hỏi thường gặp

1. Điểm khác biệt căn bản về mặt cấu trúc phân tử giữa 3 đồng phân lập thể của polypropylen là gì và điều này ảnh hưởng như thế nào đến tính chất cơ lý?
Ba dạng đồng phân lập thể của PP khác nhau ở vị trí phân bố của nhóm metyl (-CH3) dọc theo mạch chính cacbon:

  • Isotactic PP: Các nhóm -CH3 sắp xếp cùng một phía của mặt phẳng mạch chính, giúp các chuỗi phân tử dễ dàng bó kết chặt chẽ vào mạng tinh thể, tạo ra độ bền cơ học cao, độ cứng lớn và nhiệt độ nóng chảy cao (160–170°C).
  • Syndiotactic PP: Các nhóm -CH3 sắp xếp xen kẽ luân phiên có trật tự ở hai phía của mạch chính, mật độ tinh thể kém chặt chẽ hơn dạng isotactic.
  • Atactic PP: Các nhóm -CH3 phân bố hoàn toàn ngẫu nhiên ở hai phía, kích thước nhóm metyl cản trở sự bó kết tinh thể, khiến polyme không thể kết tinh và mang tính chất mềm tựa cao su.

2. Bột khoáng talc tự nhiên được sử dụng trong luận án có nguồn gốc từ đâu và thành phần hóa học được xác định như thế nào?
Bột khoáng talc sử dụng trong nghiên cứu có nguồn gốc tự nhiên khai thác tại xã Thu Ngạc, tỉnh Phú Thọ (Việt Nam), do Viện Khoa học vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) tuyển tách. Về thành phần hóa học, đây là khoáng silicat lớp của magie hydrat có công thức Mg3Si4O10(OH)2, với các oxit chính gồm SiO2 chiếm 62,60% và MgO chiếm 32,16%. Các thành phần còn lại gồm CaO (0,22%), Al2O3 (0,19%), Fe2O3 (0,15%), Na2O (0,15%), K2O (0,02%) và lượng mất khi nung là 4,51%. Kích thước hạt trung bình của bột talc là 6,56 µm với chỉ số phân bố hạt Q90 đạt 15,875 µm.

3. Chế độ công nghệ gia nhiệt và tốc độ nạp liệu trên máy đùn hai trục vít Brabender DSE 20 được thiết lập như thế nào?
Quá trình trộn hợp nóng chảy thực hiện trên máy đùn hai trục vít Brabender DSE 20 (D = 20 mm, L/D = 40) ở tốc độ trục vít cố định 400 vòng/phút. Cấu hình nhiệt độ qua 6 vùng gia nhiệt được cài đặt: Vùng 1 (195°C), Vùng 2 (200°C), Vùng 3 (205°C), Vùng 4 (205°C), Vùng 5 (210°C) và Vùng 6 (215°C). Nhựa PP nạp vào phễu 1 (vùng 1), chất độn nạp vào phễu 2 (vùng 2). Tốc độ cấp liệu:

  • Với tỷ lệ PP/chất độn 80/20: phễu 1 nạp 1600 g/giờ, phễu 2 nạp 400 g/giờ.
  • Với tỷ lệ PP/chất độn 60/40: phễu 1 nạp 1600 g/giờ, phễu 2 nạp 1066 g/giờ.
  • Với mẫu PP/talc tỷ lệ 90/10: phễu 1 nạp 1800 g/giờ, phễu 2 nạp 200 g/giờ.

4. Cơ chế và các phản ứng hóa học chính trong quá trình biến đổi bề mặt hạt CaCO3 bằng axit béo được mô tả ra sao?
Quá trình xử lý bề mặt CaCO3 thực hiện bằng phương pháp ướt ở 75°C trong môi trường nước. Axit béo (axit stearic hoặc axit oleic) phản ứng với NaOH tạo dung dịch muối cacboxylat: $$\text{NaOH} + \text{RCOOH} \rightarrow \text{RCOO}^- + \text{H}^+ + \dots$$ Các hạt CaCO3 phân tán trong nước thủy phân một phần: $$\text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{HCO}_3^- + \text{Ca}^{2+} + \text{OH}^-$$ Khi trộn hai dung dịch, nhóm cacboxylat phân cực hấp phụ ưu tiên lên bề mặt khoáng canxit và tạo liên kết ion với ion canxi: $$\text{RCOO}^- + \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- + \text{Ca}^{2+} + \text{OH}^- \rightarrow \text{RCOOCa}^+ + \text{HCO}_3^- + \text{H}_2\text{O}$$ Lớp phủ béo hữu cơ tạo thành làm giảm năng lượng tự do bề mặt và giảm sức căng bề mặt của hạt CaCO3, giúp hạt phân tán tốt hơn trong nhựa nền PP.

5. Kỹ thuật ss-NMR khắc phục độ mở rộng vạch phổ của chất rắn bằng cách nào và nguyên lý của kỹ thuật phân cực chéo (CP) là gì?
Trong chất rắn, tương tác lưỡng cực trực tiếp giữa các hạt nhân và bất đẳng hướng dịch chuyển hóa học (CSA) làm đường phổ cộng hưởng bị mở rộng rất lớn. ss-NMR khắc phục điều này nhờ kỹ thuật quay mẫu dưới góc ma thuật (MAS) với góc θ = 54,7° so với phương từ trường ngoài ở tốc độ cao (roto 1,3 mm đạt trên 50 kHz, roto 0,7 mm đạt 110 kHz) nhằm làm triệt tiêu các thành phần dị hướng, đưa phổ về dạng sắc nét tương tự chất lỏng. Kỹ thuật phân cực chéo (CP) khắc phục độ nhạy thấp của các hạt nhân spin hiếm (như 13C chiếm 1,1%) bằng cách kích thích từ hóa từ proton 1H có độ nhạy cao rồi truyền sang hạt nhân 13C thông qua tương tác lưỡng cực dưới điều kiện cộng hưởng Hartmann-Hahn, giúp tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) và rút ngắn thời gian trễ giữa các lần quét.

Kết luận

Luận án tiến sĩ đã thực hiện nghiên cứu thực nghiệm có hệ thống về ảnh hưởng của việc biến đổi bề mặt 3 loại chất độn dạng hạt (hạt thủy tinh, CaCO3 và bột khoáng talc Thu Ngạc - Phú Thọ) đến cấu trúc pha và tính chất cơ lý của compozit nhựa nền polypropylen. Nghiên cứu đã xác lập các quy trình công nghệ gia công trộn đùn và ép phun chuẩn mực, đồng thời đánh giá toàn diện độ bền kéo đứt và độ dai phá hủy va đập theo phương pháp tích phân J. Đóng góp học thuật trọng tâm của công trình là việc ứng dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn (13C MAS ss-NMR) kết hợp phân tích nhân tố FA để làm sáng tỏ bản chất tính linh động phân tử tại lớp polyme chuyển pha. Toàn bộ các kết quả lý thuyết và thực nghiệm đã được minh chứng qua các công bố trên tạp chí quốc tế danh mục ISI, tạp chí chuyên ngành trong nước và hội nghị khoa học quốc tế.