Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng của biến đổi bề mặt khoáng chất đến tính chất vật liệu polypropylen

• Tác giả: Nguyễn Việt Dũng
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Kế Thế
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Vật liệu Cao phân tử và tổ hợp
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Biến Đổi Bề Mặt Khoáng Chất Đến Tính Chất Vật Liệu Polypropylen
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Nhựa nhiệt dẻo PP
• 1.2. Giới thiệu chung
• 1.3. Điều chế và cấu trúc phân tử
• 1.4. Quá trình kết tinh, cấu trúc và thành phần pha
• 1.5. Tính chất vật lý và hóa học. Vật liệu compozit trên cơ sở PP với chất độn dạng hạt
• 1.6. Ảnh hưởng của chất độn dạng hạt đến quá trình kết tinh và cấu trúc tinh thể của PP
• 1.7. Tương tác ở bề mặt phân chia pha và sự tồn tại của lớp polyme chuyển pha
• 1.8. Quá trình xử lý bề mặt chất độn gia cường cho vật liệu PP
• 1.9. Những nghiên cứu gần đây trên thế giới về vật liệu compozit PP với các chất độn dạng hạt
• 1.10. Compozit PP/hạt thủy tinh
• 1.11. Compozit PP/CaCO3
• 1.12. Compozit PP/talc
• 1.13. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn và ứng dụng của nó để xác định tính linh động phân tử trong vật liệu compozit PP
• 1.14. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn
• 1.15. Ứng dụng ss-NMR phân tích cấu trúc PP
• 1.16. Những nghiên cứu ở trong nước
• 1.17. Nguyên vật liệu
• 1.18. Chất nền polyme
• 1.19. Chất biến đổi bề mặt
• 1.20. Phương pháp chế tạo mẫu
• 1.21. Phương pháp biến đổi bề mặt chất độn
• 1.22. Phương pháp chế tạo mẫu vật liệu compozit
• 1.23. Phương pháp đánh giá tính chất vật liệu
• 1.24. Kính hiển vi điện tử quét SEM
• 1.25. Tính chất cơ giãn dài
• 1.26. Độ bền va đập
• 1.27. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn 1H và 13C
• 1.28. Phân tích nhân tố
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Vật liệu compozit trên cơ sở PP và chất độn hạt thủy tinh
• 3.2. Hình thái tương tác pha
• 3.3. Tính chất giãn dài
• 3.4. Độ bền va đập
• 3.5. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn compozit PP/hạt thủy tinh
• 3.6. Vật liệu compozit trên cơ sở PP và chất độn canxi cacbonat
• 3.7. Hình thái tương tác pha
• 3.8. Tính chất giãn dài
• 3.9. Độ bền va đập
• 3.10. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn compozit PP/CaCO3
• 3.11. Vật liệu compozit trên cơ sở PP và chất độn talc
• 3.12. Hình thái tương tác pha
• 3.13. Tính chất giãn dài
• 3.14. Độ bền va đập
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về polypropylen

Polypropylen (PP) là một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và tiêu dùng. Đặc điểm nổi bật của PP là khả năng biến đổi tính chất linh hoạt, cho phép nó được gia cường bằng các chất độn dạng hạt. Việc nghiên cứu biến đổi bề mặt của các khoáng chất như talc, canxi cacbonat và hạt thủy tinh có thể ảnh hưởng đến tính chất vật liệu của PP. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự tương tác giữa bề mặt khoáng chất và nhựa nền có thể tạo ra một lớp polyme chuyển pha, ảnh hưởng đến tính chất cơ học như độ bền kéo đứt và độ bền va đập. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc tối ưu hóa tính chất cơ học của vật liệu composite.

1.1. Đặc điểm của polypropylen

Polypropylen có cấu trúc phân tử đặc biệt, cho phép nó có khả năng kết tinh cao và tính chất cơ học tốt. Tính chất hóa học của PP cũng rất ổn định, giúp nó kháng lại nhiều loại hóa chất. Việc sử dụng khoáng chất làm chất độn không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu cho thấy rằng tương tác bề mặt giữa khoáng chất và PP có thể tạo ra các liên kết hóa học mới, làm tăng cường độ bền và độ dẻo của vật liệu. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc xử lý bề mặt khoáng chất có thể làm tăng khả năng tương tác giữa các pha, từ đó cải thiện đáng kể tính bền vững của vật liệu composite.

II. Ảnh hưởng của biến đổi bề mặt khoáng chất

Sự biến đổi bề mặt của các khoáng chất như talc và canxi cacbonat có thể tạo ra những thay đổi đáng kể trong tính chất vật liệu của PP. Các phương pháp xử lý bề mặt như sử dụng silan hoặc axit oleic đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc cải thiện khả năng tương tác giữa khoáng chất và nhựa nền. Nghiên cứu cho thấy rằng tính bền vững của vật liệu composite phụ thuộc vào cách thức mà các khoáng chất được xử lý trước khi kết hợp với PP. Việc tối ưu hóa quy trình xử lý bề mặt có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong tính chất cơ học của vật liệu, bao gồm độ bền kéo đứt và độ bền va đập.

2.1. Phương pháp xử lý bề mặt

Các phương pháp xử lý bề mặt khoáng chất bao gồm xử lý bằng axit oleic, axit stearic và các hợp chất silan. Những phương pháp này không chỉ làm tăng cường khả năng bám dính giữa khoáng chất và PP mà còn cải thiện tính chất hóa học của vật liệu. Nghiên cứu cho thấy rằng việc xử lý bề mặt có thể làm giảm sự phân tán của khoáng chất trong nhựa, từ đó tạo ra một cấu trúc đồng nhất hơn. Điều này dẫn đến việc cải thiện đáng kể tính bền vững và khả năng chịu lực của vật liệu composite, mở ra nhiều ứng dụng mới trong ngành công nghiệp chế tạo.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng biến đổi bề mặt khoáng chất có ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất vật liệu của PP. Các mẫu vật liệu composite được chế tạo từ PP và khoáng chất đã được xử lý bề mặt cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ bền kéo đứt và độ bền va đập. Phân tích bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn (ss-NMR) đã chỉ ra rằng tính linh động của các phân tử trong vật liệu composite có sự thay đổi rõ rệt, cho thấy sự tương tác giữa các pha là rất quan trọng. Những phát hiện này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc phát triển các vật liệu composite mới với tính chất ưu việt.

3.1. Đánh giá tính chất cơ học

Đánh giá tính chất cơ học của các mẫu vật liệu composite cho thấy rằng việc xử lý bề mặt khoáng chất đã làm tăng đáng kể độ bền kéo đứt và độ bền va đập. Các mẫu được xử lý bề mặt bằng silan cho thấy hiệu suất tốt nhất, với độ bền kéo đứt cao hơn 20% so với các mẫu không xử lý. Điều này chứng tỏ rằng tương tác bề mặt giữa khoáng chất và nhựa nền là yếu tố quyết định trong việc cải thiện tính bền vững của vật liệu composite. Những kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu composite có tính chất ưu việt hơn trong tương lai.