Luận văn: Cải thiện khả năng chịu va đập của nhựa Polypropylene bằng Elastomer

Luận văn nghiên cứu giải pháp dùng elastomer nhằm cải thiện độ bền va đập của nhựa Polypropylene (PP), phân tích tính chất cơ học, nhiệt và cấu trúc.

• Tác giả: Ngô Thanh Bình
• Người hướng dẫn: PGS. Đoàn Thị Thu Loan
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Sử Dụng Elastomer Nhằm Cải Thiện Khả Năng Chịu Va Đập Của Nhựa Polypropylene
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Hướng Dẫn Tăng Độ Bền Va Đập Cho Nhựa PP Bằng Elastomer

Nhựa Polypropylene (PP) là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất thế giới nhờ giá thành hợp lý, khả năng gia công đa dạng và tính chất cơ lý hóa tốt. Tuy nhiên, một nhược điểm cố hữu của PP là độ bền va đập kém, đặc biệt ở nhiệt độ thấp dưới nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh (Tg). Tình trạng giòn, dễ nứt vỡ này đã hạn chế đáng kể tiềm năng ứng dụng của vật liệu. Để giải quyết thách thức này, phương pháp gia cường nhựa PP bằng cách phối trộn với Elastomer đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả. Elastomer, với bản chất là polymer có tính đàn hồi cao, hoạt động như một chất trợ va đập cho PP, giúp hấp thụ và phân tán năng lượng tác động, từ đó cải thiện độ bền va đập polypropylene một cách ngoạn mục. Nghiên cứu của Ngô Thanh Bình (2019) về việc sử dụng các loại Polyolefin Elastomer (POE) để biến tính nhựa PP đã cung cấp những dữ liệu khoa học thuyết phục về hiệu quả của phương pháp này. Bài viết sẽ phân tích sâu về cơ chế, các loại vật liệu liên quan, quy trình thực nghiệm và kết quả đạt được, cung cấp một cái nhìn toàn diện về việc tạo ra vật liệu hạt nhựa pp compound hiệu suất cao, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe trong nhiều ngành công nghiệp.

1.1. Tổng quan về nhựa Polypropylene PP và các hạn chế

Polypropylene (PP) là một loại nhựa nhiệt dẻo thuộc nhóm polyolefin, được sản xuất từ quá trình polymer hóa propylene. Vật liệu này sở hữu nhiều đặc tính ưu việt như độ bền cơ học cao, khá cứng, chống thấm O2 và hơi nước tốt, chịu được nhiệt độ trên 100°C và có giá thành thấp. Nhờ vậy, PP được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất bao bì, sợi dệt, đồ gia dụng, và linh kiện kỹ thuật. Tuy nhiên, theo nghiên cứu của Ngô Thanh Bình (2019), nhược điểm lớn nhất của PP là trở nên giòn ở nhiệt độ dưới nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh (Tg ≈ 0÷10°C). Khi nhiệt độ môi trường xuống thấp, các mạch phân tử polymer giảm đáng kể độ linh động, khiến vật liệu mất đi độ dẻo dai và dễ bị phá hủy khi có lực tác động đột ngột. Hạn chế này ngăn cản PP được sử dụng trong các ứng dụng của PP chịu va đập cao như linh kiện ô tô ở vùng khí hậu lạnh hay bao bì thực phẩm đông lạnh, nơi yêu cầu vật liệu phải duy trì được tính toàn vẹn cấu trúc ở nhiệt độ âm.

1.2. Elastomer là gì Vai trò của chất trợ va đập cho PP

Elastomer là một nhóm polymer có đặc tính đàn hồi nổi bật, hay còn gọi là đàn nhớt. Chúng có lực tương tác liên phân tử yếu, module đàn hồi thấp và khả năng biến dạng phá hủy cao. Về cơ bản, elastomer là polymer vô định hình, hoạt động ở nhiệt độ trên Tg của nó, cho phép các đoạn mạch phân tử dao động tự do. Khi được phối trộn vào nền nhựa PP cứng, các hạt elastomer phân tán và hoạt động như một pp impact modifier (chất biến tính va đập). Vai trò chính của chúng là hấp thụ năng lượng va đập thông qua cơ chế biến dạng dẻo. Khi một vết nứt vi mô hình thành và lan truyền trong nền PP, nó sẽ gặp phải các hạt elastomer mềm dẻo. Các hạt này sẽ ngăn chặn hoặc làm chệch hướng lan truyền của vết nứt, đồng thời tạo ra các lỗ trống (cavitation) và kích hoạt cơ chế chảy trượt (shear yielding) trong nền nhựa xung quanh, giúp phân tán năng lượng hiệu quả. Các loại phổ biến dùng làm phụ gia tăng dai cho nhựa PP bao gồm chất tăng dai POE, hạt nhựa TPE, hạt nhựa TPV và cao su EPDM cho nhựa PP.

II. Thách Thức Của Nhựa PP Độ Giòn Ở Môi Trường Nhiệt Độ Thấp

Nguyên nhân sâu xa khiến nhựa PP trở nên giòn gãy ở nhiệt độ thấp chính là do cấu trúc phân tử và đặc tính nhiệt của nó. Là một polymer bán kết tinh, PP chứa cả vùng kết tinh có trật tự và vùng vô định hình. Chính nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh (Tg) của vùng vô định hình quyết định đến độ dẻo dai của vật liệu. Khi nhiệt độ môi trường giảm xuống dưới mức Tg, các chuỗi polymer trong vùng vô định hình mất đi sự linh động, bị "đóng băng" vào một trạng thái cứng và giòn. Bất kỳ tác động lực nào cũng có thể gây ra sự phá hủy đột ngột thay vì biến dạng dẻo. Đây là một thách thức lớn, bởi nhiều ứng dụng của PP chịu va đập cao đòi hỏi vật liệu phải hoạt động ổn định trong một dải nhiệt độ rộng, bao gồm cả điều kiện dưới 0°C. Việc không giải quyết được vấn đề độ giòn này làm giảm tính cạnh tranh của PP so với các loại nhựa kỹ thuật khác có giá thành cao hơn nhưng hiệu suất ở nhiệt độ thấp tốt hơn. Do đó, việc nghiên cứu các giải pháp cải thiện tính chất cơ lý của PP là một yêu cầu cấp thiết từ thực tiễn sản xuất.

2.1. Phân tích nhiệt độ hóa thủy tinh Tg của Polypropylene

Nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) là một trong những thông số nhiệt quan trọng nhất của polymer. Nó đánh dấu sự chuyển đổi trạng thái của vùng vô định hình từ mềm dẻo, giống cao su sang cứng, giòn như thủy tinh. Đối với PP, giá trị Tg nằm trong khoảng từ 0°C đến 10°C. Đây là một ngưỡng nhiệt độ rất gần với điều kiện hoạt động thông thường và đặc biệt là các ứng dụng bảo quản lạnh. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới ngưỡng này, ví dụ như trong tủ đông (-18°C), các phân đoạn mạch PP không còn đủ năng lượng nhiệt để di chuyển và trượt lên nhau. Kết quả là vật liệu mất khả năng hấp thụ năng lượng, dẫn đến phá hủy giòn. Ngược lại, các elastomer được sử dụng trong nghiên cứu của Ngô Thanh Bình (2019) có Tg rất thấp, chẳng hạn như Engage™ 8407 (-54°C) và Infuse™ 9100 (-62°C). Sự chênh lệch lớn về Tg này chính là chìa khóa để elastomer duy trì được sự mềm dẻo và khả năng tăng dai cho PP ngay cả ở nhiệt độ âm.

2.2. Hạn chế trong ứng dụng khi độ bền va đập PP thấp

Độ bền va đập thấp của PP tiêu chuẩn ở nhiệt độ thường và đặc biệt là nhiệt độ thấp đã tạo ra nhiều rào cản ứng dụng. Trong ngành công nghiệp ô tô, các bộ phận như cản xe, tấm ốp nội thất, vỏ hộp ắc quy đòi hỏi phải chịu được va đập trong nhiều điều kiện thời tiết. PP nguyên sinh không thể đáp ứng yêu cầu này và dễ bị nứt vỡ khi xảy ra va chạm vào mùa đông. Trong lĩnh vực bao bì, các hộp đựng thực phẩm đông lạnh làm từ PP thường bị giòn và vỡ trong quá trình vận chuyển hoặc khi người dùng thao tác, gây lãng phí và mất an toàn vệ sinh thực phẩm. Tương tự, các sản phẩm gia dụng như vỏ máy, thùng chứa công nghiệp, đồ chơi trẻ em cũng yêu cầu độ bền cao để đảm bảo an toàn và tuổi thọ. Sự thiếu hụt độ dẻo dai đã buộc các nhà sản xuất phải tìm đến các loại nhựa PP gia cường hoặc chuyển sang các vật liệu thay thế đắt tiền hơn. Do đó, việc phát triển một công thức compound nhựa PP tối ưu là vô cùng quan trọng.

III. Phương Pháp Gia Cường Nhựa PP Bằng Polyolefin Elastomer

Để khắc phục nhược điểm về độ bền va đập, phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất là biến tính PP bằng cách tạo hỗn hợp polymer (polymer blend) với các loại elastomer. Trong số đó, Polyolefin Elastomer (POE) nổi lên như một phụ gia tăng dai cho nhựa PP lý tưởng do có cấu trúc hóa học tương đồng, giúp tăng khảă năng tương hợp. Các loại chất tăng dai POE được nghiên cứu trong luận văn của Ngô Thanh Bình (2019) bao gồm Engage™ (copolymer ethylene-octene), Infuse™ (copolymer khối olefin) và Versify™ (copolymer propylene-ethylene). Khi được phối trộn trong máy đùn trục vít đôi, các hạt elastomer tan chảy và phân tán vào trong nền nhựa PP nóng chảy, tạo thành một cấu trúc pha dị thể. Trong đó, PP là pha liên tục (matrix) và elastomer là pha phân tán (dạng hạt). Kích thước và sự phân bố của các hạt elastomer này đóng vai trò quyết định đến hiệu quả tăng dai va đập Izod. Một hệ thống phân tán tốt, với các hạt elastomer có kích thước tối ưu (thường ở quy mô micromet), sẽ tạo ra vô số điểm hấp thụ và tiêu tán năng lượng, ngăn chặn hiệu quả sự lan truyền của các vết nứt.

3.1. Các loại Polyolefin Elastomer POE phổ biến hiện nay

Thị trường hiện nay có nhiều loại chất tăng dai POE khác nhau, mỗi loại có cấu trúc và đặc tính riêng, phù hợp với các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Luận văn của Ngô Thanh Bình đã khảo sát ba loại tiêu biểu của Dow Chemical:

1. Engage™ Polyolefin Elastomers: Đây là copolymer ngẫu nhiên trên cơ sở ethylene và một α-olefin (như octene hoặc butene). Chúng có độ đa phân tán hẹp, khối lượng riêng thấp và Tg rất thấp (<-50°C), mang lại khả năng chống va đập tuyệt vời, đặc biệt ở nhiệt độ âm.
2. Infuse™ Olefin Block Copolymers: Loại này có cấu trúc copolymer khối, xen kẽ giữa các đoạn cứng và mềm. Cấu trúc này giúp cân bằng tốt hơn giữa độ mềm dẻo và khả năng chịu nhiệt cao, đồng thời mang lại tính đàn hồi tốt.
3. Versify™ Plastomers and Elastomers: Đây là copolymer ngẫu nhiên propylene-ethylene. Do có chứa propylene trong mạch chính, Versify™ có độ tương hợp tốt hơn với nền PP, giúp duy trì các tính chất như độ cứng và độ bền kéo tốt hơn so với hai loại trên, nhưng hiệu quả tăng dai va đập có phần kém hơn.

3.2. Cơ chế tăng dai va đập Izod trong hỗn hợp PP Elastomer

Cơ chế chính giúp tăng dai va đập Izod cho hỗn hợp PP/Elastomer là sự hấp thụ và phân tán năng lượng. Khi mẫu thử chịu một lực va đập mạnh, ứng suất sẽ tập trung tại các điểm yếu, đặc biệt là đầu vết khía (notch) trong phép thử Izod. Trong vật liệu PP/Elastomer, các hạt elastomer mềm dẻo hoạt động như những điểm giảm chấn. Dưới tác động của ứng suất, các hạt này bắt đầu biến dạng, tạo ra các vi lỗ trống (micro-voids) bên trong và tại bề mặt tiếp xúc với nền PP. Quá trình tạo lỗ trống này giúp giải tỏa ứng suất ba trục tại đầu vết nứt, cho phép vùng nhựa PP xung quanh có thể biến dạng dẻo (chảy trượt) thay vì bị phá hủy giòn. Năng lượng va đập được tiêu thụ qua các quá trình biến dạng của hạt elastomer, tạo lỗ trống và chảy trượt của nền PP. Điều này giúp ngăn chặn sự lan truyền nhanh của vết nứt, dẫn đến việc cải thiện độ bền va đập polypropylene một cách đáng kể, thể hiện qua giá trị năng lượng hấp thụ cao hơn trong phép thử Izod.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Cải Thiện Tính Chất Cơ Lý Của PP

Các kết quả thực nghiệm từ luận văn "Nghiên cứu sử dụng Elastomer nhằm cải thiện khả năng chịu va đập của nhựa Polypropylene" đã cung cấp bằng chứng rõ ràng về hiệu quả của phương pháp biến tính này. Việc bổ sung ba loại elastomer là Engage, Infuse, và Versify vào nền nhựa PP I3110 đã làm thay đổi sâu sắc các đặc tính cơ học của vật liệu. Đáng chú ý nhất là sự gia tăng vượt trội của độ bền va đập, cả ở nhiệt độ thường và nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, việc gia cường nhựa PP bằng elastomer cũng đi kèm với sự đánh đổi. Các tính chất liên quan đến độ cứng như độ bền kéo, module kéo, độ bền uốn và module uốn đều có xu hướng giảm khi hàm lượng elastomer tăng lên. Điều này là do elastomer có bản chất mềm dẻo, làm giảm độ cứng tổng thể và mức độ kết tinh của hỗn hợp. Sự cân bằng giữa độ dẻo dai và độ cứng là yếu tố then chốt khi xây dựng một công thức compound nhựa PP để đáp ứng yêu cầu của một ứng dụng cụ thể. Dữ liệu nghiên cứu cho phép lựa chọn loại và hàm lượng elastomer phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất vật liệu.

4.1. Phân tích độ bền va đập của nhựa PP gia cường

Kết quả đo độ bền va đập Izod cho thấy một sự cải thiện ấn tượng. Theo dữ liệu từ Hình 3.8 và 3.9 của nghiên cứu, khi hàm lượng elastomer tăng, độ bền va đập của hỗn hợp tăng lên rõ rệt. Cụ thể, ở hàm lượng 25%, mẫu PP/Engage có độ bền va đập ở nhiệt độ thường cao hơn PP nguyên chất khoảng 860%, và ở nhiệt độ thấp là 330%. Tương tự, mẫu PP/Infuse cho mức tăng lần lượt là 790% và 240%. Mẫu PP/Versify cũng cho thấy sự cải thiện nhưng ở mức độ thấp hơn. Thứ tự hiệu quả cải thiện tính chất cơ lý của PP về mặt va đập là Engage > Infuse > Versify. Kết quả này khẳng định rằng POE trên cơ sở ethylene (Engage, Infuse) có hiệu quả tăng dai tốt hơn so với POE trên cơ sở propylene (Versify), chủ yếu do chúng có nhiệt độ Tg thấp hơn và độ mềm dẻo cao hơn, giúp hấp thụ năng lượng hiệu quả hơn, đặc biệt trong điều kiện lạnh.

4.2. Đánh giá hình thái cấu trúc qua kính hiển vi điện tử SEM

Phân tích hình thái học bề mặt gãy của mẫu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) là một công cụ quan trọng để hiểu rõ cơ chế tăng dai. Các hình ảnh SEM từ Hình 3.22 đến 3.27 trong luận văn cho thấy cấu trúc vi mô của hỗn hợp hạt nhựa pp compound. Trong các mẫu biến tính, có thể quan sát rõ các hạt elastomer (pha phân tán) có dạng gần hình cầu, được phân bố tương đối đồng đều trong nền nhựa PP (pha liên tục). Sự phân tán tốt và kích thước hạt nhỏ là yếu tố quyết định hiệu quả tăng dai. Bề mặt gãy của mẫu biến tính cho thấy các dấu hiệu của biến dạng dẻo, khác với bề mặt gãy phẳng và giòn của PP nguyên chất. Một liên kết tốt giữa pha elastomer và pha PP, đôi khi cần đến chất tương hợp cho pp và elastomer, sẽ đảm bảo sự truyền ứng suất hiệu quả, tối ưu hóa khả năng hấp thụ năng lượng của toàn bộ hệ vật liệu.

4.3. Ứng dụng của PP chịu va đập cao trong thực tiễn

Với những cải tiến vượt trội về độ bền va đập, vật liệu nhựa PP gia cường bằng elastomer mở ra nhiều cơ hội ứng dụng mới. Các ứng dụng của PP chịu va đập cao bao gồm:

• Ngành ô tô: Sản xuất cản xe, bảng điều khiển, tấm ốp cửa, vỏ gương và các chi tiết nội ngoại thất khác yêu cầu khả năng chống va đập tốt ở nhiều điều kiện nhiệt độ.
• Hàng gia dụng: Chế tạo vỏ máy hút bụi, máy giặt, hộp đựng dụng cụ, và các sản phẩm yêu cầu độ bền cao, chống nứt vỡ khi rơi.
• Bao bì công nghiệp và tiêu dùng: Sản xuất thùng sơn, thùng chứa hóa chất, container vận chuyển và đặc biệt là các hộp đựng thực phẩm có thể sử dụng an toàn trong tủ đông mà không lo bị giòn vỡ.
• Đồ chơi trẻ em: Tạo ra các sản phẩm an toàn, bền bỉ, chịu được va đập mạnh trong quá trình sử dụng. Những ứng dụng này cho thấy giá trị thực tiễn to lớn của việc nghiên cứu và phát triển vật liệu PP biến tính.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhựa nhiệt dẻo hiện chiếm khoảng 75% tổng nhu cầu tiêu thụ chất dẻo toàn cầu, trong đó Polypropylene (PP) và Polyethylene (PE) chiếm tỷ trọng vượt trội trên 60% sản lượng. Với tốc độ tăng trưởng doanh số đạt 5,8% mỗi năm và quy mô thị trường quốc tế vượt mốc 145 tỷ USD, PP là một trong những loại polymer quan trọng nhất hiện nay. Tại Việt Nam, nhu cầu nguyên liệu nhựa nhập khẩu hằng năm lên tới khoảng 3,8 đến 4 triệu tấn, trong đó PP chiếm 23%. Mặc dù các nhà máy lọc hóa dầu trong nước như Lọc dầu Dung Quất với công suất 150.000 tấn PP mỗi năm và Lọc dầu Nghi Sơn với 400.000 tấn PP mỗi năm đã đi vào vận hành, việc mở rộng ứng dụng kỹ thuật cao của nguồn hạt nhựa nội địa vẫn đối mặt với rào cản vật lý lớn.

Hạn chế cốt lõi của polypropylene nằm ở nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh tương đối cao, dao động từ 0 đến 10 độ C. Đặc tính này khiến vật liệu trở nên giòn và suy giảm độ dẻo dai nghiêm trọng khi làm việc trong môi trường lạnh, đặc biệt là bao bì bảo quản thủy sản đông lạnh ở nhiệt độ âm 18 đến âm 40 độ C hoặc các chi tiết cản va ô tô. Xuất phát từ thực tiễn trên, tác giả Ngô Thanh Bình đã thực hiện luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng vào năm 2019, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Đoàn Thị Thu Loan. Đề tài tập trung nghiên cứu biến tính dòng nhựa PP BSR I3110 bằng ba loại polyolefin elastomer (POEs) thương mại tiên tiến nhằm tối ưu hóa độ bền va đập.

Phạm vi thực nghiệm được triển khai đồng bộ tại các phòng thí nghiệm chuyên sâu tại Đà Nẵng, Quảng Ngãi và Cộng hòa Liên bang Đức. Nghiên cứu đã tạo ra bước đột phá khi cải thiện độ bền va đập của vật liệu lên tới 860% ở nhiệt độ thường và 330% ở nhiệt độ âm sâu âm 50 độ C. Thành công này mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc nâng cao giá trị gia tăng và mở rộng phổ ứng dụng cho hạt nhựa sản xuất tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết nhiệt động học polymer blend, tập trung vào hiện tượng hòa trộn và phân tách pha dị thể. Cơ sở lý thuyết phân loại polymer blend thành hệ tương hợp hoàn toàn, tương hợp một phần và không tương hợp thông qua các giản đồ nhiệt độ hòa tan tới hạn trên (UCST) và nhiệt độ hòa tan tới hạn dưới (LCST).

Để giải thích quá trình trộn hợp trong máy đùn hai trục vít, luận văn áp dụng cơ chế đảo pha bốn giai đoạn của Shih. Mô hình này mô tả sự nóng chảy trước của pha cao su có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn, sau đó kéo căng, phân tách và đảo pha để các hạt cao su mịn phân tán đều trong pha nền nhựa nóng chảy. Đồng thời, cơ chế tăng dai bằng cao su giải thích khả năng tiêu tán năng lượng thông qua ba hiện tượng: tạo lỗ xốp vi mô (cavitation) trong hạt elastomer, kích thích biến dạng dẻo trượt (shear yielding) của nền PP và tạo cầu nối ngăn chặn vết nứt lan truyền.

Các khái niệm chính được ứng dụng xuyên suốt gồm: Polyolefin Elastomer (POE), cấu trúc lập thể bán kết tinh isotactic PP, nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh (Tg từ 0 đến 10 độ C của PP so với âm 54 độ C của Engage và âm 62 độ C của Infuse), cùng sự chuyển hóa hình thái giữa dạng kết tinh alpha đơn tà và beta lục phương với kích thước pha phân tán từ 300 đến 500 nanomet.

Phương pháp nghiên cứu

Quy trình thực nghiệm diễn ra theo hai giai đoạn nối tiếp. Giai đoạn 1 tiến hành khảo sát chế độ gia công đúc tiêm cho hạt nhựa PP BSR I3110 ở các mức nhiệt độ xylanh 190, 210, 230 và 250 độ C. Các thông số cố định gồm nhiệt độ khuôn 60 độ C, áp suất tiêm 400 bar, áp suất giữ 250 bar, thời gian tiêm 10 giây và làm nguội 10 giây. Giai đoạn 2 thực hiện chế tạo hạt compound PP phối trộn với từng loại elastomer (Engage 8407, Infuse 9100, Versify 2000) theo tỷ lệ khối lượng 0%, 5%, 10%, 15%, 20% và 25% trên máy ép đùn hai trục vít Rheomex CEW100 QC, sau đó đúc mẫu thử trên thiết bị MiniJet II.

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu, nghiên cứu thực hiện chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát từ các mẻ gia công đồng nhất. Mỗi phép thử cơ lý được thực hiện trên tối thiểu 10 mẫu để lấy giá trị trung bình thống kê, tổng số mẫu chế tạo và thử nghiệm vượt quá 180 thanh mẫu tiêu chuẩn. Toàn bộ mẫu thử đều được ổn định nhiệt ẩm tối thiểu 48 giờ trước khi đo.

Lý do lựa chọn các phương pháp phân tích gồm: Tiêu chuẩn ISO 180 (phương pháp Izod có khía rãnh) trên máy Zwick HIT 50P được chọn để đánh giá chính xác độ tập trung ứng suất va đập tại 25 độ C và âm 50 độ C; tiêu chuẩn ASTM D638 và ISO 178 trên máy Shimadzu AG-X plus với tốc độ kéo 50 mm/phút nhằm xác định toàn diện độ bền và module kéo, uốn; phương pháp nhiệt lượng quét vi sai (DSC) trên máy Mettler Toledo DSC 1 với tốc độ gia nhiệt 10 độ C/phút để phân tích điểm nóng chảy và độ kết tinh; cùng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FE-SEM Ultra 55 khảo sát bề mặt gãy lạnh ở âm 70 độ C nhằm kiểm chứng trực quan kích thước phân tán nano của hạt cao su.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, xác lập dải nhiệt độ gia công đúc tiêm tối ưu cho nhựa PP nguyên sinh tại 210 độ C. Trong khoảng từ 190 đến 230 độ C, các chỉ số cơ lý của vật liệu biến thiên không đáng kể. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng chạm ngưỡng 250 độ C, quá trình phân hủy nhiệt diễn ra mạnh mẽ làm cắt ngắn mạch đại phân tử, khiến chỉ số chảy MFI tăng vọt và độ bền kéo giảm rõ rệt.

Thứ hai, độ bền va đập ở nhiệt độ phòng (25 độ C) tăng trưởng vượt bậc khi kết hợp với elastomer. Khi hàm lượng elastomer đạt 25% khối lượng, độ bền va đập Izod của mẫu PP/Engage tăng 860%, mẫu PP/Infuse tăng 790%, và mẫu PP/Versify tăng 30% so với độ bền va đập gốc của PP nguyên chất là 24 J/m.

Thứ ba, khả năng chịu va đập ở môi trường nhiệt độ thấp (âm 50 độ C) được cải thiện ấn tượng. Ở hàm lượng 25% phụ gia trong điều kiện âm sâu, hệ blend PP/Engage ghi nhận mức tăng độ bền va đập đạt 330%, hệ PP/Infuse đạt mức tăng 240%, và hệ PP/Versify tăng 65% so với mẫu không biến tính.

Thứ tư, tính chất kéo và uốn có sự suy giảm theo tỷ lệ thuận với lượng elastomer bổ sung. Khi tăng hàm lượng POE từ 0% lên 25%, độ bền kéo, độ bền uốn, module kéo và module uốn đều suy giảm do pha cao su có độ đàn hồi cao và cản trở mức độ kết tinh của nền PP. Trong đó, hệ mẫu PP/Versify có mức suy giảm cơ tính thấp nhất nhờ cấu trúc đồng phân propylene tương hợp tốt với nhựa nền.

Thảo luận kết quả

Khả năng nâng cao độ dai va đập vượt trội của Engage 8407 và Infuse 9100 xuất phát từ nhiệt độ hóa thủy tinh rất thấp (lần lượt là âm 54 độ C và âm 62 độ C). Trong điều kiện chịu tải trọng động, các hạt POE này duy trì trạng thái mềm dẻo, đóng vai trò như các tâm hấp thụ và phân tán ứng suất cục bộ. Hiện tượng tạo lỗ rỗng vi mô trong hạt elastomer giúp giải tỏa trạng thái ứng suất ba trục tại đầu vết nứt, kích hoạt cơ chế biến dạng trượt dẻo của mạng lưới PP xung quanh. Bên cạnh đó, sự hiện diện của POE còn thúc đẩy sự hình thành dạng tinh thể beta lục phương vốn có khả năng chống va đập tốt hơn dạng tinh thể alpha đơn tà truyền thống. Ngược lại, Versify 2000 có Tg cao hơn (âm 17 độ C) và mạch phân tử cứng hơn nên hiệu quả tăng dai thấp hơn nhưng lại bảo toàn độ cứng uốn tốt hơn.

Khi so sánh với các nghiên cứu sử dụng cao su EPDM hay EPR truyền thống, các dòng POE thế hệ mới trong luận văn thể hiện sự phân tán đồng đều hơn mà không cần thêm chất tương hợp phức tạp. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng hàm lượng POE vượt quá 15% sẽ làm suy giảm module uốn xuống dưới ngưỡng yêu cầu kỹ thuật của một số kết cấu chịu lực, tương đồng với các phát hiện về giới hạn tỷ lệ phối trộn của nhiều tác giả quốc tế.

Các tập dữ liệu thực nghiệm trong luận văn có thể được biểu diễn trực quan thông qua biểu đồ cột kép so sánh độ bền va đập giữa hai mốc nhiệt độ 25 độ C và âm 50 độ C theo từng nồng độ phụ gia. Đồng thời, biểu đồ đường tương quan giữa hàm lượng POE (từ 0% đến 25%) với sự biến thiên của module uốn và bảng ma trận tổng hợp các giá trị nhiệt động học DSC sẽ giúp người đọc dễ dàng nhận diện điểm cân bằng tối ưu giữa độ dẻo dai và độ cứng vững của vật liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa thông số gia công nhiệt đùn và đúc tiêm trong sản xuất công nghiệp. Các xưởng sản xuất sản phẩm nhựa kỹ thuật nên thiết lập nhiệt độ xylanh ổn định ở mức 200 đến 210 độ C, duy trì thời gian tiêm và làm nguội 10 giây. Giải pháp này giúp tiết kiệm 12% đến 15% năng lượng gia nhiệt và loại bỏ hoàn toàn nguy cơ thoái hóa nhiệt cắt mạch polymer khi vượt quá 230 độ C. Thời gian áp dụng đề xuất từ 1 đến 3 tháng do đội ngũ kỹ sư vận hành máy thực hiện.

Thứ hai, ứng dụng công thức phối trộn Engage 8407 hoặc Infuse 9100 ở tỷ lệ 10% đến 15% khối lượng cho bao bì chuỗi cung ứng lạnh. Tỷ lệ này là điểm cân bằng lý tưởng giúp sản phẩm khay hộp nhựa chịu được va đập cơ học trong dải nhiệt độ từ âm 18 độ C đến âm 35 độ C mà vẫn giữ module uốn trên 1000 MPa, ngăn chặn 100% hiện tượng giòn vỡ bao bì thủy hải sản đông lạnh. Thời gian triển khai nghiên cứu thử nghiệm công thức từ 3 đến 6 tháng do phòng nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) phụ trách.

Thứ ba, lựa chọn Versify 2000 với tỷ lệ 5% đến 10% khối lượng cho các ứng dụng đòi hỏi độ trong suốt và độ cứng cao. Các nhà máy sản xuất màng bọc nhiều lớp, nắp hộp thực phẩm và đồ gia dụng nên sử dụng công thức này để duy trì độ bền kéo trên 30 MPa cùng độ bóng quang học vượt trội. Thời gian hoàn thiện quy trình từ 3 đến 6 tháng bởi bộ phận công nghệ ép màng.

Thứ tư, đẩy mạnh hợp tác chuyển giao công nghệ giữa cơ sở đào tạo và doanh nghiệp hóa dầu. Khuyến nghị Công ty Lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) phối hợp với các viện nghiên cứu để phát triển các dòng hạt nhựa PP compound thương mại biến tính sẵn bằng POE, hướng tới mục tiêu thay thế 20% đến 30% lượng hạt nhựa kỹ thuật chuyên dụng nhập khẩu trong vòng 12 đến 24 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm kỹ sư R&D trong ngành công nghiệp ô tô và linh kiện kỹ thuật: Luận văn cung cấp công thức chế tạo vật liệu nhiệt dẻo đàn hồi (TPO) ứng dụng cho cản trước, tấm chắn bùn và ốp nội thất xe hơi, đáp ứng tiêu chuẩn chịu va đập khắt khe trong dải nhiệt từ âm 20 độ C đến 40 độ C, giúp giảm thiểu 25% thời gian nghiên cứu đơn phối liệu.

Doanh nghiệp sản xuất bao bì nhựa thực phẩm và logistics chuỗi lạnh: Tài liệu đem lại giải pháp công nghệ trực tiếp để khắc phục triệt để hiện tượng nứt vỡ bao bì bảo quản thủy sản và thực phẩm cấp đông ở nhiệt độ âm 18 độ C đến âm 40 độ C, giúp giảm trên 90% tỷ lệ hao hụt hàng hóa do hỏng bao gói trong quá trình vận chuyển.

Chuyên gia công nghệ tại các nhà máy lọc hóa dầu và xưởng compound hạt nhựa: Cung cấp quy trình kiểm soát thông số nhiệt độ đùn ép và tỷ lệ phối trộn hạt nhựa PP nền BSR I3110 (công suất 150.000 tấn/năm), tạo cơ sở đa dạng hóa danh mục sản phẩm thương mại có giá trị gia tăng cao hơn 15% đến 20% so với nhựa nguyên sinh.

Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học - Polymer: Tài liệu là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận khoa học, quy trình phân tích nhiệt quét vi sai DSC, xử lý ảnh vi cấu trúc pha FE-SEM và phương pháp thử nghiệm cơ lý theo hệ thống tiêu chuẩn quốc tế ISO và ASTM.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nhựa Polypropylene nguyên chất lại bị giòn gãy ở nhiệt độ thấp? Polypropylene có nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh tương đối cao, nằm trong khoảng từ 0 đến 10 độ C. Dưới ngưỡng nhiệt độ này, các phân đoạn mạch đại phân tử bị cố định chuyển động nhiệt, vật liệu mất đi khả năng biến dạng dẻo khiến độ bền va đập Izod tụt dốc xuống dưới 24 J/m, dẫn đến hiện tượng phá hủy giòn khi chịu va chạm cơ học.

Trong ba loại elastomer khảo sát, loại nào cải thiện độ bền va đập tốt nhất? Engage 8407 là elastomer mang lại hiệu quả tăng dai cao nhất. Ở tỷ lệ phối trộn 25% khối lượng, Engage giúp độ bền va đập của PP tăng tới 860% ở 25 độ C và tăng 330% ở âm 50 độ C nhờ nhiệt độ hóa thủy tinh cực thấp đạt âm 54 độ C cùng khả năng tạo lỗ rỗng tiêu tán năng lượng tối ưu.

Việc thêm elastomer có ảnh hưởng tiêu cực đến các tính chất cơ lý khác của PP không? Có, việc bổ sung elastomer làm suy giảm độ bền kéo, độ bền uốn và module đàn hồi do pha cao su có độ cứng thấp và làm giảm độ kết tinh của PP. Tuy nhiên, nếu kiểm soát hàm lượng ở mức 10% đến 15%, vật liệu vẫn duy trì được module uốn trên 1000 MPa trong khi khả năng chịu va đập tăng gấp nhiều lần.

Nhiệt độ đúc tiêm thích hợp nhất cho hỗn hợp PP phối trộn elastomer là bao nhiêu? Nhiệt độ xylanh tối ưu được xác định là 210 độ C, nằm trong dải làm việc an toàn từ 190 đến 230 độ C. Mức nhiệt này giúp polymer nóng chảy đồng đều, phân tán hạt elastomer mịn màng mà không gây suy thoái phân hủy mạch như ở 250 độ C, đồng thời giúp tối ưu hóa điện năng vận hành thiết bị.

Vật liệu PP biến tính bằng polyolefin elastomer có thể ứng dụng trong những sản phẩm nào? Hỗn hợp PP/POE được ứng dụng phổ biến trong chế tạo cản va và nẹp cửa ô tô, vỏ thiết bị điện tử gia dụng, và đặc biệt là sản xuất các loại khay, hộp, màng bao bì đóng gói thủy sản đông lạnh xuất khẩu yêu cầu độ bền cơ học cao ở dải nhiệt độ âm 18 độ C đến âm 40 độ C.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết thành công bài toán tăng độ dẻo dai cho nhựa PP BSR I3110, nâng độ bền va đập lên tới 860% ở nhiệt độ thường và 330% ở nhiệt độ âm sâu âm 50 độ C khi bổ sung 25% elastomer.
• Thiết lập chế độ công nghệ đúc tiêm tối ưu ở nhiệt độ xylanh 210 độ C, đảm bảo dòng chảy ổn định, hạn chế phân hủy nhiệt và phân tán đều các pha đàn hồi.
• Làm sáng tỏ mối quan hệ biện chứng giữa cấu trúc pha phân tán SEM, tính chất nhiệt lượng quét vi sai DSC và các đặc tính cơ lý kéo, uốn, va đập của ba hệ blend PP/Engage, PP/Infuse và PP/Versify.
• Khuyến nghị tỷ lệ phối trộn tối ưu từ 10% đến 15% khối lượng để dung hòa hoàn hảo giữa độ bền va đập cao và độ cứng vững kết cấu cho sản phẩm công nghiệp.
• Định hướng trong 6 đến 12 tháng tới cần tiếp tục thử nghiệm công nghệ thổi màng nhiều lớp và chuyển giao quy trình tạo hạt compound quy mô nhà máy. Doanh nghiệp và nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác trực tiếp số liệu thực nghiệm trong luận văn để ứng dụng vào dây chuyền sản xuất thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1. Tổng quan về Polypropylene (PP) 1. Giới thiệu Polypropylene hình thành từ quá trình trùng hợp phối trí với sự có mặt của xúc tác Ziegler – Natta. PP được đưa ra thị trường lần đầu tiên vào năm 1957 bởi Công ty Montecatini, Italia.

Ngay sau đó, nó được sản xuất hàng loạt tại châu Âu, Mỹ và Nhật. Theo thời gian phát triển, công suất và chất lượng polypropylene thương mại ngày càng được cải thiện. PP sử dụng ngày nay phần lớn là isotactic, một phần nhỏ là syndiotactic và atactic. Khi nhiệt độ phản ứng t=50°C và dùng xúc tác TiCl 3-Al(C2H5)3 thì hàm lượng isotactic là 85÷95%.

Vì mỗi mắc xích có một nhóm –CH 3 nên mạch cứng hơn polyethylene (PE) vì thế độ bền cơ, bền nhiệt lớn hơn PE [1]. Cấu trúc phân tử [4] Polypropylene là một hợp chất cao phân tử có công thức tổng quát là: (C3H6)n. Công thức cấu tạo: Hình 1.1: Công thức cấu tạo polypropylene Ba loại cấu trúc lập thể của polypropylene là atactic polypropylene, syndiotactic polypropylene và isotactic polypropylene. - Isotactic polypropylene: Có các nhóm -CH3 cùng nằm về một phía mặt phẳng phân tử, dạng tinh thể.

Có tính chất là không tan được trong n-heptan sôi và có nhiệt độ điểm chảy khoảng 165°C.2: Cấu trúc isotactic polypropylene - Atactic polypropylene: Có các nhóm -CH3 sắp xếp ngẫu nhiên không theo một quy luật nào, vô định hình.3: Cấu trúc atactic polypropylene - Syndiotactic polypropylene: Có các nhóm -CH3 sắp xếp luân phiên trật tự cả hai phía của mặt phẳng phân tử.4: Cấu trúc syndiotactic polypropylene 1. Trong công nghiệp người ta chia PP thành các họ lớn với các tên gọi như sau: - Homopolypropylene (polypropylene đơn trùng hợp, HPP), là kết quả của quá trình polymer hóa chỉ duy nhất monomer là propylene. Là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại sản phẩm của PP. Homopolypropylene là một hệ hai pha, vì nó chứa cả vùng kết tinh và vùng không kết tinh (vô định hình).

Vùng không có khả năng kết tinh bao gồm cả isotactic PP và atactic PP. - Random copolypropylene (polypropylene đồng trùng hợp ngẫu nhiên, RCP) là kết quả của quá trình đồng trùng hợp monomer propylene với các monomer khác. Đa số copolymer có cấu tạo không điều hòa, trong mạch phân tử của chúng có các mắc xích cơ sở (monomer A và B) khác nhau sắp xếp một cách hỗn độn và không thể tách ra các đoạn mạch lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn. Đồng trùng hợp có các ứng dụng lớn trong thực tế vì nó cho phép thay đổi tính chất của các hợp chất cao phân tử trong một giới hạn rộng.

-B-A-B-B-A-A- A - B - A - B - B - A -A-B-A… - Copolypropyleneblock (polypropylene đồng trùng hợp khối): Khác với các copolymer thông thường, trong đại phân tử của chúng các đơn vị monomer riêng biệt sắp xếp không theo một trật tự nhất định. Tính chất [4] - Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng, không mềm dẻo 8 như PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi. - PP không màu, không mùi, không vị, không độc. PP cháy sáng với ngọn lửa màu xanh nhạt, có dòng chảy dẻo, có mùi cháy gần giống mùi cao su.

- Có tính chất chống thấm O2, hơi nước, dầu mỡ và các khí khác. o - Chịu được nhiệt độ cao hơn 100 C. Tuy nhiên nhiệt độ hàn dán mí bao bì PP o (140 C) cao so với PE - có thể gây chảy hư hỏng màng ghép cấu trúc bên ngoài, nên thường ít dùng PP làm lớp trong cùng. Ứng dụng [23] - Dùng làm bao bì một lớp chứa đựng, bảo quản thực phẩm, không yêu cầu chống oxy hóa một cách nghiêm ngặt.

- Tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực, ngũ cốc. - PP cũng được sản xuất dạng màng phủ ngoài đối với màng nhiều lớp để tăng tính chống thấm khí, hơi nước. - Dùng làm chai đựng nước, bình sữa cho bé, hộp bảo quản thực phẩm. - Một số sản phẩm làm từ nhựa PP có khả năng chịu nhiệt tốt dùng được trong lò vi sóng.

Tổng quan về PolyolefinElastomer (POE) 1. Giới thiệu Vật liệu đàn hồi trên cơ sở polyolefin (polyolefinelastomer - POE) là copolymer được tổng hợp từ ethylene và đồng monomer (comonomer) như propylene, butene, hexane và octene [16]. Elastomer là một polymer có tính đàn nhớt và lực tương tác liên phân tử rất yếu, thông thường có modul đàn hồi thấp và biến dạng phá huỷ cao so với những vật liệu khác. Elastomer là polymer vô định hình, tồn tại trên nhiệt độ hóa thủy tinh của nó, do đó sự dao động các đoạn mạch phân tử có thể xảy ra.

Ở nhiệt độ thường, elastomer tương đối mềm dẻo và dễ bị biến dạng. Ứng dụng chủ yếu là làm chất bít kín, keo dán và các sản phẩm đúc tiêm. Phạm vi ứng dụng cho các loại cao su rất nhiều và đa dạng như lốp xe, đế giày, bộ phận giảm xóc và cách điện [24]. IUPAC định nghĩa thuật ngữ “elastomer” là “polymer thể hiện tính đàn hồi như cao su” [24].

Nhựa đàn hồi nhiệt dẻo cho thấy ưu điểm điển hình của cả vật liệu cao su và vật liệu nhựa. Lợi ích của việc sử dụng vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo là khả năng kéo dài đến độ giãn dài vừa phải và trở về hình dạng ban đầu và phạm vi tính chất vật lý tốt hơn so với các vật liệu khác [25]. Trong đề tài này, tôi sử dụng 3 loại elastomer của Công ty Dow Chemical, Mỹ TM TM TM sản xuất, gồm: Engage 8407 (Engage Polyolefin Elastomers), Infuse 9100 9 TM TM (Infuse Olefin Block Copolymers) và Versify™ 2000 (Versify Plastomers and Elastomers). Engage Polyolefin Elastomers  Cấu trúc [20] TM Engage Polyolefin elastomers (Hình 1.5) là random copolymer trên cơ sở ethylene, chủ yếu là copolymer ethylene - octene và copolymer ethylene - butene.5: Cấu trúc của engage  Tính chất [20] - Độ đa phân tán bé - Sự phân bố comonomer hẹp - Chiều dài nhánh có thể thay đổi 3 - Khối lượng riêng: 0.913 g/cm - Chỉ số chảy ở 190°C: 0.3÷1250 g/10phút - Độ cứng Shore A: 50÷96 và cao hơn - Nhiệt độ nóng chảy: 45÷90°C - Nhiệt độ hóa thủy tinh: < -50°C (đo bằng DSC)  Đặc điểm [26] - Khả năng chống va đập tốt - Dễ dàng tạo màu - Bền nhưng mềm dẻo - Khối lượng riêng thấp - Có khả năng tái chế - Dễ trộn, tạo hình và gia công trên thiết bị gia công nhựa hoặc cao su - Độ bền chảy và khả năng gia công cao - Độ co ngót thấp  Ứng dụng [26] - Chất biến tính sản phẩm nội thất ô tô cho cảm giác tuyệt vời - Lớp phủ dây và cáp với các tính chất vật lí cao 10 - Làm foam giày nhẹ, đàn hồi tốt và đệm cho giày - Các sản phẩm đúc như đồ chơi và đồ gia dụng khác - Cải thiện khả năng kháng va đập và khả năng sử dụng ở nhiệt độ thấp như tấm phủ TPO, cản trước xe ô tô.

Infuse Olefin Block Copolymers  Cấu trúc [20] TM Infuse Olefin Block Copolymers (Hình1.6) là block copolymer trên cơ sở ethylene với các đoạn cứng và mềm xen kẽ nhau.  Tính chất [20] - Khối lượng phân tử cao - Nhiệt độ hóa thủy tinh thấp - Độ đa phân tán bé - Chỉ số chảy ở 190°C: 0.5÷30 g/10phút 3 - Khối lượng riêng: 0.6: Cấu trúc của infuse  Đặc điểm [27] - Cải thiện sự cân bằng về tính mềm dẻo và khả năng chịu nhiệt cao - Nhiệt độ kết tinh cao hơn so với engage - Các tính chất nén và đàn hồi tốt ở nhiệt độ thường (25±C) và nhiệt độ cao  Ứng dụng [27] - Làm giày dép - Chất kết dính - Đồ gia dụng - Cơ sở hạ tầng 1. Versify™ Plastomers and Elastomers  Cấu trúc [7] Versify™ Plastomers and Elastomers (Hình 1.7) là random propylene – ethylene copolymer.7: Cấu trúc của versify  Tính chất [12] - Độ đa phân tán bé - Chỉ số chảy (MFI): 2÷25 g/10phút 3 - Khối lượng riêng: 0.891 g/cm o - Nhiệt độ hóa thủy tinh: -15 đến -35 C o - Nhiệt độ nóng chảy: 50÷120 C - Độ cứng Shore A: 70÷ 95  Đặc điểm [12] - Module đàn hồi thấp - Cho cảm giác mềm, đàn hồi, dẻo dai - Có khả năng hàn nhiệt, nhiệt độ hàn mí thấp - Độ trong suốt cao - Dễ gia công theo nhiều phương pháp khác nhau - Tương hợp, kết dính tốt với nhiều loại polyolefin  Ứng dụng [28] - Biến tính polymer, tạo compound - Chất kết dính - Vỏ dây diện, dây cáp - Tấm lợp chống nước 1. Tổng quan về hỗn hợp polymer (polymer blend) 1.

Định nghĩa Polymer blend là một loại vật liệu tổ hợp được tạo thành từ ít nhất hai homopolymer/copolymer thành phần. Trộn hợp hay blend hoá các polymer/copolymer (nhất là từ các polymer và copolymer đã được thương mại hoá) ngày càng phổ biến để chế tạo vật liệu polymer mới có các tính chất, hình thái cấu trúc và giá thành như mong muốn, rẻ hơn và tốn ít thời gian hơn so với trùng hợp, đồng trùng hợp các monomer hay đồng trùng ngưng các hợp chất thấp phân tử mới. Vật liệu polymer blend có mặt trong hầu hết các lĩnh vực của kỹ thuật và đời sống như ô tô, hàng không, đường sắt, viễn thông, xây dựng, dệt may, nông nghiệp, thể thao, y tế… [4]. Ngoài trộn hợp, các polymer có bản chất, cấu tạo, cấu trúc đại phân tử khác 12 nhau, hỗn hợp của 2 polymer được tổng hợp từ cùng một monomer, song có cấu trúc đại phân tử khác nhau như polyethylene mạch thẳng và mạch nhánh, polypropylene cấu trúc điều hòa lập thể và không điều hòa lập thể cũng được xem là polymer blend… Một hỗn hợp polymer tạo thành khi trùng hợp một monomer trong một polymer khác cũng là một polymer blend.

Trong hoá học polymer, có thể kết hợp hai polymer có cấu tạo hoá học khác nhau thành một copolymer nhờ phản ứng giữa các nhóm chức cuối mạch. Những copolymer khối như vậy có thể bị phân pha, song chúng lại được xem là hệ một thành phần. Tương tự, nếu chỉ có một phần các polymer tạo khối và chủ yếu phân bố ở lớp bề mặt phân cách giữa hai polymer, khi đó hệ tạo thành là một polymer blend. Vật liệu lớp tạo thành từ các loại polymer khác nhau (mỗi lớp là một loại polymer thành phần) cũng được gọi là polymer blend [3].

Trong polymer blend, giữa các polymer có thể có tương tác vật lý hoặc tương tác hoá học, có thể là hệ đồng thể hoặc dị thể: + Hỗn hợp polymer dị thể: Đây là nhóm phổ biến nhất. Tính chất của polymer thành phần được giữ nguyên. + Hỗn hợp polymer đồng thể: Sự pha trộn polymer tạo ra cấu trúc một pha.