Tài liệu Nghiên cứu chế tạo blend giữa polypropylen và cao su butadien acrylonitril

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả thực nghiệm được trình bày trong luận án là trung thực và chưa được tác giả nào khác công bố trong bất kỳ công trình nào. Các thí nghiệm được tiến hành một cách nghiêm túc trong quá trình nghiên cứu, không có sự sao chép từ bất kỳ tài liệu khoa học nào. TẬP THỂ HƯỚNG DẪN TÁC GIẢ HD1: PGS. TS. Nguyễn Huy Tùng Nguyễn Thị Thu Thủy HD2: GS. TS. Bùi Chương i LỜI CẢM ƠN Trước hết, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới Phó giáo sư, Tiến sỹ Nguyễn Huy Tùng và Giáo sư, Tiến sỹ Bùi Chương, những người thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn, động viên, khích lệ và dành nhiều thời gian trao đổi góp ý cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Đặng Việt Hưng, PGS.TS.Nguyễn Thanh Liêm, TS. Nguyễn Phạm Duy Linh và các thầy cô giáo, cán bộ Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polyme-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các khóa sinh viên chuyên ngành vật liệu polyme & compozit đã cộng tác, trao đổi, thảo luận và đóng góp cho luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn TS. Đỗ Trần Hải, Viện trưởng Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ Lao động, đã tạo điều kiện giúp đỡ về cả vật chất và thời gian cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với sự hợp tác và giúp đỡ của phòng Vật liệu Cao phân tử- Viện Hóa học Vật liệu, TS. Phạm Minh Tuấn, ThS. Phạm Như Hoàn. Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu nặng đối với sự ủng hộ và động viên của gia đình, là chỗ dựa vững chắc trong suốt quá trình thực hiện luận án. Trong quá trình thực hiện luận án không thể tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và bổ sung của các thầy cô và đồng nghiệp để luận án được hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 09 tháng 01 năm 2018 Tác giả Nguyễn Thị Thu Thủy ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii MỤC LỤC .................................................................................................................. iii DANH MỤC VIẾT TẮT .......................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................. ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................. xii MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1 A. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................... 2 B. Đối tượng và nội dung nghiên cứu ................................................................................ 2 C. Ý nghĩa khoa học của luận án........................................................................................ 2 D. Giá trị thực tiễn của luận án .......................................................................................... 2 E. Những điểm mới của luận án ......................................................................................... 3 F. Nội dung của luận án ...................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 4 1.1. Giới thiệu chung ........................................................................................................... 4 1.2 Polyme blend ................................................................................................................. 4 1.2.1 Khái niệm về polyme blend .................................................................................. 4 1.2.2 Phân loại polyme blend ........................................................................................ 5 1.2.3 Các phương pháp chế tạo polyme blend............................................................... 5 1.2.4 Yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu polyme blend ................................. 7 1.2.5 Sự tương hợp của các polyme ............................................................................. 8 1.2.5.1 Tương hợp và quá trình chế tạo blend ........................................................... 9 1.2.5.2 Vai trò của chất tương hợp trong polyme blend ......................................... 11 1.2.6 Các phương pháp tăng cường tương hợp polyme blend [19,31,78] .................. 14 1.2.6.1 Tương hợp bằng các copolyme khối và copolyme ghép ............................. 14 1.2.6.2 Tương hợp bằng polyme có khả năng phản ứng ........................................ 15 1.2.6.3 Tương hợp bằng các ionme ......................................................................... 15 1.2.6.4 Biến tính polyme ........................................................................................ 16 iii 1.2.6.5 Sử dụng các chất tương hợp là polyme ...................................................... 17 1.2.6.6 Tương hợp bằng hợp chất thấp phân tử ....................................................... 18 1.2.6.7 Tương hợp bằng hệ thống các chất khâu mạch chọn lọc ............................ 18 1.3 Cao su nhiệt dẻo (TPE) ............................................................................................... 19 1.3.1 Lịch sử phát triển ................................................................................................ 19 1.3.2 Đặc điểm cấu tạo của TPE .................................................................................. 20 1.3.3 Phương pháp tổng hợp TPE................................................................................ 25 1.3.4 Ứng dụng của TPE ............................................................................................. 28 1.4 Cao su butadien acrylonitril (NBR) và nhựa polypropylen (PP) ............................ 28 1.4.1 Cao su butadien acrylonitril (NBR) [6, 30,32] ................................................... 28 1.4.1.1 Lịch sử phát triển ......................................................................................... 28 1.4.1.2 Đặc điểm cấu tạo ......................................................................................... 28 1.4.1.3 Tinh chất cơ lý ............................................................................................. 29 1.4.1.4 Ứng dụng ..................................................................................................... 30 1.4.2 Nhựa polypropylen (PP) ..................................................................................... 31 1.4.2.1 Lịch sử phát triển ......................................................................................... 31 1.4.2.2 Đặc điểm cấu tạo ......................................................................................... 31 1.4.2.3 Tính chất cơ lý ............................................................................................. 32 1.4.2.4 Ứng dụng của nhựa polypropylen ............................................................... 34 1.4.2.4 Ưu nhược điểm của nhựa polypropylen ..................................................... 35 1.4.3 Polypropylen ghép anhydric maleic [95]............................................................ 35 1.5 Vật liệu polyme blend NBR/PP ................................................................................. 36 1.5.1 Lưu hóa động bằng nhựa phenolic ..................................................................... 36 1.5.2 Lưu hóa động bằng hệ lưu hóa nhựa phenolic và trợ xúc tác clorua thiếc SnCl2 ..................................................................................................................................... 38 1.5.3 Lưu hóa động bằng bằng PP-g-MA khi có mặt kẽm dimetacrylat (ZDMA) ..... 41 CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .................................. 44 NGHIÊN CỨU .......................................................................................................... 44 2.1 Nguyên vật liệu và thiết bị .......................................................................................... 44 2.1.1 Nguyên liệu ........................................................................................................ 44 2.1.2 Thiết bị................................................................................................................ 44 2.1.2.1 Thiết bị chế tạo ............................................................................................ 44 2.1.2.2 Thiết bị phân tích ......................................................................................... 45 iv 2.2 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................ 47 2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu cao su NBR .............................................................. 47 2.2.1.1 Thành phần phối liệu cao su chế tạo vật liệu............................................... 47 2.2.1.2 Quy trình chế tạo ......................................................................................... 47 2.2.2 Phương pháp chế tạo mẫu blend NBR/PP .......................................................... 47 2.2.2.1 Chế tạo mẫu blend NBR/PP ........................................................................ 47 2.2.2.2 Quá trình chế tạo (3 quy trình chế tạo theo 3 phương pháp) ....................... 47 2.2.3 Phương pháp xác định tính chất, cấu trúc của vật liệu ....................................... 49 2.2.3.1 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt của vật liệu ..................................... 49 2.2.3.2 Phương pháp xác định độ giãn dài khi đứt .................................................. 50 2.2.3.3 Phương pháp xác định độ giãn dài dư ......................................................... 50 2.2.4.4 Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu ................................................ 50 2.2.3.5 Phương pháp ảnh hiển vi điện tử (SEM, FESEM và EDS) ........................ 51 2.2.3.6 Phương pháp phân tích cơ nhiệt động ........................................................ 52 2.2.3.7 Phương pháp xác định độ mài mòn ............................................................. 52 2.2.3.8 Phương pháp đo độ trương trong dung môi ................................................ 52 2.2.3.9 Phương pháp phân tích nhiệt lượng vi sai quét DSC (Differential Scanning Calorimetry) và TGA (Thermogravimetric Analyzer) ............................................ 53 2.2.3.10 Phép thử già hóa nhanh ............................................................................. 53 2.2.3.11 Phương pháp xác định mật độ mạng ......................................................... 53 2.2.3.12 Phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm ............................................... 54 2.2.3.13 Phương pháp xác định khả năng chống xăng, dầu,mỡ ............................. 54 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 55 3.1 Nghiên cứu vật liệu đầu cho blend NBR/PP.............................................................. 55 3.1.1 Khảo sát tính chất của vật liệu Polypropylen (PP) ............................................. 55 3.1.1.1 Momen xoắn (chế độ chảy) tại nhiệt độ 1600C của PP ............................... 55 3.1.1.2 Tính chất cơ học của PP .............................................................................. 55 3.1.2 Khảo sát tính chất của cao su butadien acrylonitril (NBR) ................................ 56 3.1.2.1 Lựa chọn phối liệu dựa vào đường cong lưu hóa của cao su NBR ............. 56 3.1.2.2 Lựa chọn phối liệu dựa vào tính chất cơ học của cao su NBR .................... 59 3.2 Nghiên cứu chế tạo cao su nhiệt dẻo (TPE) bằng phương pháp lưu hóa động ...... 63 3.2.1 Ảnh hưởng của phương pháp chế tạo blend NBR/PP ........................................ 63 3.2.1.1 Biểu đồ Momen xoắn trong quá trình trộn hợp của 3 phương pháp ........... 63 3.2.1.2 Tính chất cơ học của blend NBR/PP chế tạo theo 3 phương pháp .............. 65 v 3.2.1.3 Hình thái cấu trúc SEM của blend NBR/PP ở tỷ lệ 50/50 ........................... 67 3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ trộn đến tính chất blend NBR/PP ............... 69 3.2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn tới tính chất của blend NBR/PP.................... 69 3.2.2.2 Ảnh hưởng của tốc độ trộn tới tính chất của blend NBR/PP ....................... 70 3.2.3 Đánh giá sự hình thành cao su nhiệt dẻo ............................................................ 72 3.2.4 Ảnh hưởng của chất trợ tương hợp lên tính chất của blend NBR/PP ................. 74 3.2.5 Tối ưu hóa các thông số công nghệ để chế tạo blend NBR/PP .......................... 79 3.2.5.1 Lựa chọn khoảng giá trị của các thông số trong thí nghiệm........................ 81 3.2.5.2 Xử lý số liệu thực nghiệm .......................................................................... 81 3.2.5.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ NBR/PP (A) ............................................................... 85 3.2.5.4 Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp PP-g-MA(B)...................... 85 3.2.5.5 Ảnh hưởng của thời gian trộn (C) ............................................................... 86 3.2.5.6 Ảnh hưởng tương tác tỷ lệ NBR/PP và hàm lượng chất trợ tương hợp PP-gMA ........................................................................................................................... 86 3.2.5.7 Ảnh hưởng tương tác của hai yếu tố tỷ lệ NBR/PP và thời gian trộn ........ 88 3.2.5.8 Ảnh hưởng tương tác của hai yếu tố hàm lượng chất trợ tương hợp (B) và thời gian trộn (C) ..................................................................................................... 89 3.3 Nghiên cứu tính chất TPE từ blend NBR/PP ............................................................ 92 3.3.1 Độ trương nở bão hòa và mật độ mạng .............................................................. 92 3.3.1.1 Độ trương nở ............................................................................................... 92 3.3.1.2 Mật độ mạng ................................................................................................ 96 3.3.2 Tính chất cơ học và hình thái pha....................................................................... 97 3.3.3 Tính chất cơ nhiệt động ................................................................................... 100 3.3.4 Tính chất nhiệt .................................................................................................. 103 3.3.5 Một số tính chất khác ....................................................................................... 106 3.3.5.1 Lão hóa nhiệt ............................................................................................. 106 3.3.5.2 Độ bền nhiệt ............................................................................................. 107 3.3.5.3 Độ mài mòn .............................................................................................. 109 3.3.5.4 Khả năng chống xăng dầu mỡ .................................................................. 110 KẾT LUẬN CHUNG ......................................................................................................... 112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................... 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 114 PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 123 vi DANH MỤC VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải ABS Copolyme styren- butadien - acrylonitril CR Cao su clopren CSTN Cao su thiên nhiên DCP Dicumyl peoxit DMA Dynamic Mechanical Analysis: Phân tích cơ học động DM Disulfit benzothiazil DMTA Dynamic Mechanical Thermal Analysis: phân tích cơ nhiệt động DOP Dioctyl phthalat DSC Differential Scanning Calorimetry: Nhiệt lượng vi sai quét EMA Copolyme etylen-co-axit metacrylic EPDM Etylen-propylen-dien monome EP-g-MA Cao su etylen-propylen-ghép-anhydrit maleic EPDM-g-MMA EPDM ghép metyl metacrylat EPDM-MA Copolyme EPDM-anhydrit maleic FTIR Fourier transform infrared spectroscopy: Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier LDPE Polyetylen tỷ trọng thấp LDPE-g-AA LDPE ghép axit acrylic MA Anhydrit maleic MMA Metyl metacrylat NBR Butadien acrylonitril PA Polyamit PA-g-MMA PA ghép metyl metacrylat PBO 2,2’-(1,3-phenylene)-bis-(2-oxazolin) PBT Poly(butylen terephtalat) PC Polycacbonat PE-g-AA Polyetylen ghép axit acrylic PE-PA Copolyme polyetylen-polyamit PET Poly(etylen terephtalat) vii pkl Phần khối lượng PMA Poly(metyl acrylat) PMMA Polymetyl metacrylat PP Polypropylen PP-g-AA Copolyme PP-ghép-axit acrylic PP-g-MA Copolyme PP-ghép-anhydrit maleic PPO Poly(2,6-dimetyl-1,4-phenylen oxit) PS Polystyren PU Polyuretan PVC Polyvinyl clorua RD Phòng lão RD SAN Copolyme styren-acrylonitril SBR Styrene Butadiene Rubber: Cao su styren-butađien SEM Scanning Electron Microscopy: Hiển vi điện tử quét TEM Transmission electron microscopy: Hiển vi điện tử truyền qua Tg Nhiệt độ thuỷ tinh hoá TGA Thermogravimetric Analyzer: Phân tích nhiệt trọng lượng Tm Nhiệt độ chảy nhớt TMA Thermo-Mechanical Analysis: Phân tích cơ nhiệt TMTD Tetrametyl tiuram disunfit TPE Thermoplastic Elastomer: Cao su nhiệt dẻo viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.20 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Mô tả sự thay đổi momen xoắn của vật liệu polyme blend NBR/PP………………………… 11 Các dạng của các chất trợ tương hợp tại bề mặt phân chia pha của các blend dị thể………... 12 Sự tương hợp nhờ liên kết trên bề mặt phân chia pha; (a) một chuỗi phản ứng đơn; (b) nhiều chuỗi phản ứng…………………………………………………………………... 13 Sự phân tán cao su trong nhựa nền nhựa nhiệt dẻo……………………………………….. 21 Giản đồ pha của vật liệu đàn hồi…………………………………………………………...21 Hình thái của blend nhựa nhiệt dẻo và cao su trước và sau khi lưu hóa động……………..25 Hình thái học trong quá trình lưu hóa động của polyme blend…………………………… 26 Quá trình sản xuất polyme blend PP/EPDM lưu hoá động trong máy trộn kín……………27 Phản ứng tổng hợp của NBR……………………………………………………………….29 Cấu trúc của NBR……………………………………………...…………………………...29 Phản ứng tạo PP ……………………………………………………………………………31 Các hình thái cấu trúc của PP……………………………………………………………….. 31 Phản ứng hình thành PP-g-MA……………………………………………………………..36 Mô tả phản ứng hình thành cấu trúc của polyme blend NBR/PP………………………….37 Quá trinh phản ứng tạo thành cấu trúc vật liệu blend NBR/PP…………………………….39 Ảnh hưởng của %KL của NBR vào độ bền xé……………………………………………..40 Sơ đồ biểu diễn các bề mặt phân chia pha giữa NBR và PP trong lưu hóa động blend NBR/ PP /ZDMA /PP-g-MA……………………………………………………………….41 Mô men xoắn của blend NBR/PP/ZDMA/PP-g-MA trong quá trình lưu hóa động ở các hàm lượng tương hợp khác nhau…………………………..……………………………… 42 Đường góc tổn hao cơ học tanδ phụ thuộc vào nhiệt độ ở tần số 10Hz trong quá trình lưu hóa động của blend NBR/PP/ZDMA/PP-g-MA………………………………………….. 42 Biểu đồ độ bền kéo và Modun đàn hồi của blend NBR/PP/PKS…………………………. 42 Thiết bị trộn kín Brabender……………………………………………………………….. 44 Kính hiển vi điện tử phát xạ trường và phân tích nguyên tố FE-SEM/EDS……………….45 Máy đo lưu hóa Ektron EKT 2000P………………………………………………………… 45 Thiết bị đo DMA 8000 dynamic Mechanical Analyser- PerkinElmer……………………….. 46 Quy trình chế tạo blend NBR/PP theo phương pháp I……………………………………… 47 Quy trình chế tạo blend NBR/PP theo phương pháp II…………………………………....... 48 Quy trình chế tạo blend NBR/PP theo phương pháp III……………………………………48 Mẫu đo độ bền kéo đứt……………………………………………………………………. 49 Đồng hồ đo độ cứng………………………………………………………………………..50 Nguyên lý thiết bị đo SEM/EDS...........................................................................................51 Cân phân tích bốn số ……………………………………………………………………….54 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Sự thay đổi độ nhớt của PP trong quá trình chảy ở 1600C…………………………………55 Đường cong ứng suất-giãn dài của PP……………………………………………………...56 Đường cong lưu hóa của phối liệu cao su NBR 1, nhiệt độ 1600C………….......................57 Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hinh 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 Hình 1.15 Hình 1.16 Hình 1.17 Hình 1.18 Hình 1.19 ix Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 Hình 3.23 Hình 3.24 Hình 3.25 Hình 3.26 Hình 3.27 Hình 3.28 Hình 3.29 Hình 3.30 Hình 3.31 Hình 3.32 Hình 3.33 Hình 3.34 Hình 3.35 Hình 3.36 Đường cong lưu hóa của phối liệu cao su NBR 2, nhiệt độ 1600C……………………….. 58 Đường cong lưu hóa của phối liệu cao su NBR 3, nhiệt độ 1600C………………………....58 Độ bền kéo đứt của 3 phối liệu cao su ở 3 chế độ lưu hóa khác nhau……………………..59 Đường cong ứng suất – giãn dài phối liệu 1…………………………………..……………60 Đường cong ứng suất – giãn dài phối liệu 2………………………………………………..60 Đường cong ứng suất – giãn dài phối liệu 3………………………………………………..61 Modul của ba phối liệu cao su ở tại 3 nhiệt độ khảo sát…………………………………… 62 Biểu đồ thay đổi momen xoắn trong quá trình trộn hợp NBR/PP 1. Phương pháp I; 2.Phương pháp II; 3.Phương pháp III………………………………………………………64 Đường cong ứng suất –giãn dài của vật liệu blend (50/50) khi chưa chó chất trợ tương hợp 1. PP; 2. Blend I; 3 Blend II; 4. Blend III; 5.NBR.................................................... 66 Độ bền kéo đứt của blend NBR/PP theo 3 phương pháp ở các tỷ lệ khác nhau……………67 Ảnh SEM mặt cắt mẫu blend I ở độ phóng đại (a):300 lần và (b):1000 lần………………..68 Ảnh SEM mặt cắt mẫu ở độ phóng đại 1000 lần , (a): blend II, (b) blend III ……………..68 Đường cong ứng suất – giãn dài của mẫu blend theo nhiệt độ…………………………... 70 Đường cong ứng suất – giãn dài của mẫu blend theo tốc độ trộn………………………... 71 Ảnh chụp FE-SEM/EDS của phương pháp III……………………………….……………..72 Hình ảnh EDS phân tích thành phần chất tại từng vị trí ở hình 3.16……………………….. 73 Ảnh mẫu vật liệu trước và sau khi tái sinh………………………………………………….74 Biểu đồ mô tả sự biến đổi của momen xoắn vào thời gian phối trộn khi có chất trợ tương hợp NBR/PP/PP-g-MA(40/60/5)…………………………………………………………. 75 Biểu đồ mô tả sự biến đổi của momen xoắn vào thời gian phối trộn khi có chất trợ tương hợp NBR/PP/Fusabond(40/60/5)………………………………………………………… 75 Đường cong ứng suất – giãn dài của mẫu blend chưa có trợ tương hợp (3), blend NBR/PP/5% Fusabond (2)và blend NBR/PP/5% PP-g-MA (1)……………………………77 Sơ đồ phản ứng giữa PP-g-MA và NBR…………………………………………………...78 Đồ thị khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ NBR/PP đến độ bền kéo của blend NBR/PP……. 85 Đồ thị khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng trợ tương hợp đến độ bền kéo của blend NBR/PP…………………………………………………………………………………….85 Đồ thị khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian trộn đến độ bền kéo của blend NBR/PP……..86 Tương tác giữa hai yếu tố NBR/PP và hàm lượng trợ tương hợp PP-g-MA……………….87 Đường đồng mức độ bền kéo dưới ảnh hưởng của hàm lượng trợ tương hợp và tỷ lệ NBR/PP…………………………………………………………………………………… 87 Mặt đáp của hai yếu tố Tỷ lệ NBR/PP và hàm lượng PP-g-MA………………………..…88 Tương tác giữa hai yếu tố tỷ lệ NBR/PP và thời gian trộn …………………………….….89 Mặt đáp của hai nhân tố hàm lượng chất trợ tương hợp và thời gian………………………89 Độ trương nở của blend NBR/PP trong xăng A95 khi chưa có chất trợ tương hợp……….92 Độ trương nở của blend NBR/PP trong xăng A95 khi có 5% PP-g-MA…………………..93 Độ trương nở của blend NBR/PP (50/50) trong xăng A95 khi có PP-g-MA………………93 Độ trương nở của blend NBR/PP trong toluen khi chưa có trợ tương hợp……………….. 95 x Hình 3.37 Hình 3.38 Hình 3.39 Hình 3.40 Hình 3.41 Hình 3.42 Hình 3.43 Hình 3.44 Hình 3.45 Hình 3.46 Hình 3.47 Hình 3.48 Hình 3.49 Hình 3.50 Hình 3.51 Hình 3.52 Hình 3.53 Độ trương nở của blend NBR/PP trong toluen khi có trợ tương hợp PP-g-MA…………...95 Đường cong ứng suất –giãn dài của blend NBR/PP/5% PP-g-MA………………………… 98 Ảnh hiển vi điện tử SEM của blend ở độ phóng đại 1000 lần (a) blend 40/60/0; (b) blend 40/60/5% PP-g-MA……………………………………………………………………….. 100 Ảnh hiển vi điện tử của blend ở độ phóng đại 1000 lần (a) blend 5050/0; (b) blend 50/50/5% PP-g-MA……………………………………………………………………….. 100 Đường cong cơ nhiệt động của PP…………………………………………………………101 Đường cong cơ nhiệt động của cao su NBR………………………………………………..102 Đường cong cơ nhiệt động của blend NBR/PP/PP-g-MA(40/60/5%)……………………… 102 Đường cong cơ nhiệt động blend NBR/PP/PP-g-MA (50/50/5%)……………………….. 103 Giản đồ DSC của cao su NBR……………………………………………………………… 104 Giản đồ DSC của PP……………………………………………………………………….104 Giản đồ DSC của blend NBR/PP/PP-g-MA (50/50/5%)…………………………………. 105 Giản đồ DSC của blend NBR/PP/PP-g-MA (60/40/5%)…………………………………. 105 Giản đồ TGA của NBR……………………………………………………………………..107 Giản đồ TGA của PP…………………………………………………………….................108 Giản đồ TGA của blend NBR/PP/PP-g-MA (50/50/5%)………………………………... 108 Ảnh SEM bề mặt mài mòn của blend ở độ phóng đại 500 lần (a) blend 50/50; (b) blend NBR/PP/PP-g-MA (50/50/5% )…………………………………………….. 109 Ảnh ngâm mẫu vật liệu trong hỗn hợp dung dịch iso octan và toluen……………… 110 xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 1.5 Bảng 1.6 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 Bảng 3.16 Bảng 3.17 Bàng 3.18 Bảng 3.19 Bảng 3.20 Bảng 3.21 Bảng 3.22 Bảng 3.23 Bảng 3.24 Bảng 3.25 Bảng 3.26 Bảng 3.27 Ảnh hưởng của các chất khâu mạch tới tính chất cơ học của polyme blend PP/EPDM lưu hoá động…………………………………………………………………………….. 19 Tính chất của cao su NBR theo hàm lượng acrylonitril tăng dần…………………..…… 30 Thông số kỹ thuật của polypropylen……………………………………………………. 33 Trình tự và thời gian trộn của các chất trong quá trinh trộn hơp NBR/PP (50/50 pkl)…. 38 Kết quả đo tinh chất cơ học của vật liệu blend ở các hệ khác nhau…………………….. 40 Tính chất cơ lý và độ kết tinh của blend NBR/PP……………………………………… 43 Các thông số chủ yếu của máy trộn kín……………………………………………….... 44 Thành phần phối liệu cao su NBR …………………………………………………....... 46 Các thông số trong thí nghiệm trương nở……………………………………………….. 52 Kết quả ép mẫu vật liệu PP……………………………………………………………….55 Các thông số chính của quá trình lưu hóa các phối liệu cao su NBR ở hai nhiệt độ lưu hóa 1500C đến 1600C …………………………………………………………………….58 Thành phần phối liệu của blend NBR/PP khi chưa có chất trợ tương hợp……..……….. 63 Một số tính chất cơ học cơ bản của blend NBR/PP (50/50) chưa có chất trợ tương hợp.. 65 Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn tới tính chất của blend NBR/PP (50/50)………………… 69 Ảnh hưởng của tốc độ trộn tới tính chất của blend NBR/PP (50/50)…………………….71 Khả năng tái sinh của vật liệu………………………………………………..…………. 74 Độ bền kéo của TPE với các chất trợ tương hợp khác nhau, MPa……………………….78 Bảng thiết kế thí nghiệm với các mức được khảo sát trong thí nghiệm…………………..79 Các mức của các yếu tố trong các chế độ thực nghiệm ……………………………..….. 80 Bảng giá trị khảo sát thí nghiệm sơ bộ………………………………………………….. 81 Giá trị các yếu tố trong thí nghiệm………………………………..…………………….. 81 Ma trận kết quả thực nghiệm theo thiết kế nhân tố 23……………………………………82 Phân tích ANOVA cho độ bền kéo đứt…………………………………………..…….. 83 Danh sách các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo đứt………………………………….. 84 Giá trị các thông số thí nghiệm quanh tâm……………………………………………… 90 Khảo sát tính chất của blend NBR/PP (50/50) quanh tâm………………………………. 90 Độ trương nở của blend NBR/PP trong xăng A95 khi có chất trợ tương hợp PP-g-MA và không……………………………………………………………………………………… 94 Độ trương nở của blend NBR/PP trong toluen khi có và không có chất trợ tương hợp PP-g-MA ……………………………………………………………………………….. 96 Mật độ mạng của mẫu vật liệu có và không có chất trợ tương hợp………………………97 Tính chất cơ học của blend NBR/PP chưa có chất trợ tương hợp.......................................99 Tính chất cơ học của NBR/PP khi có 5%PP-g-MA………………………………..…… 99 Giá trị nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg)…………………………………………………..…….103 Giá trị Tg và delta Cp………………………………………………………………….…. 106 Kết quả khảo sát khả năng chịu lão hóa nhiệt…………………………………………….106 Độ mài mòn của blend NBR/PP/PP-g-MA………………………………………………..109 Sự thay đổi thể tích của mẫu thử sau khi ngâm…………………………………………. 110 xii MỞ ĐẦU Vật liệu polyme blend nói chung, cao su blend nói riêng được nghiên cứu chế tạo, ứng dụng rộng rãi trong đời sống, sản xuất và kỹ thuật. Có nhiều loại cao su blend đã trở thành thương phẩm trên thị trường quốc tế như hệ blend của cao su NBR và EPDM có khả năng bền nhiệt, bền dầu, mỡ; blend của cao su NBR với nhựa PVC có khả năng bền dầu, hóa chất và nhiệt độ thấp; blend của cao su EPDM với nhựa polypropylen có khả năng bền va đập, bền thời tiết, sử dụng trong công nghiệp ôtô. Hệ blend NBR với CR sử dụng chế tạo các sản phẩm gioăng, phớt chịu dầu làm việc ngoài trời rất tốt. Trong đó blend trên cơ sở kết hợp giữa cao su và nhựa nhiệt dẻo tạo ra vật liệu mang những ưu điểm của các polyme thành phần, khả năng đàn hồi như cao su và khả năng gia công chế tạo như nhựa nhiệt dẻo, vật liệu này gọi là cao su nhiệt dẻo (TPE). Sự ra đời của TPE vào đầu những năm 30 của thế kỷ 20 là một bước tiến mới trong ngành chế tạo vật liệu, chúng được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống. Cùng với sự phát triển của công nghệ polyme, TPE đã không ngừng được phát triển cho đến ngày nay. Cao su butadien acrylonitril (NBR) và nhựa polypropylen (PP) là những polyme được sử dụng từ rất lâu, trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Bên cạnh những ưu điểm, chúng cũng có những tính chất hạn chế cần khắc phục. Cao su NBR có khả năng bền dầu mỡ cao, có khả năng biến dạng đàn hồi lớn, bền chống cháy, còn nhựa nhiệt dẻo PP có ưu điểm là thân thiện với môi trường, có thể sử dụng trong thực phẩm, có độ bền va đập tốt, có tính chất chống thấm O2, hơi nước, nhưng nhược điểm là vật liệu rất cứng.... Vì vậy, khi phối hợp các loại vật liệu này có thể tạo ra vật liệu mới có được ưu điểm của từng cấu tử riêng biệt. Do khác nhau về cấu tạo, cấu trúc, độ phân cực, khối lượng phân tử, nhiệt độ chảy mềm, chỉ số chảy… nên trộn hợp hai loại vật liệu này rất khó. Tuy nhiên, trên thế giới việc nghiên cứu chế tạo blend trên cơ sở cao su NBR và nhựa nhiệt dẻo PP vẫn rất được quan tâm do blend NBR/PP ngày càng được sử dụng nhiều, đặc biệt là trong ngành sản xuất ô tô. Trong đó, việc chế tạo vật liệu bằng phương pháp lưu hóa động đang tỏ ra có nhiều ưu điểm. Do vậy việc nghiên cứu cải thiện loại vật liệu này để đáp ứng được các yêu cầu ngày càng đa dạng trong công nghiệp là một vấn đề cấp thiết. Cho tới nay ở Việt Nam chưa có một nghiên cứu hệ thống về blend trên cơ sở cao su NBR và nhựa nhiệt dẻo PP. Vì vậy, luận án đã chọn đối tượng nghiên cứu là chế tạo blend giữa polypropylen và cao su butadien acrylonitril bằng phương pháp lưu hóa động. 1 A. Mục đích nghiên cứu 1. Xác định được chế độ gia công và đơn phối liệu phù hợp để chế tạo blend giữa cao su NBR và PP bằng phương pháp lưu hóa động. 2. Đánh giá được khả năng ứng dụng của blend thu được trong môi trường xăng, dầu. B. Đối tượng và nội dung nghiên cứu 1. Nghiên cứu nguyên liệu đầu NBR và PP 2. Nghiên cứu các phương pháp trộn hợp giữa NBR và PP để tạo ra cao su nhiệt dẻo bằng lưu hóa động. 3. Khảo sát ảnh hưởng của các chất trợ tương hợp đến tính chất của blend NBR/PP chế tạo bằng phương pháp lưu hóa động. 4. Thực hiện quy hoạch thực nghiệm để tìm các điều kiện tối ưu chế tạo blend NBR/PP bằng phương pháp lưu hóa động. 5. Khảo sát các tính chất cơ học, lão hóa của TPE từ NBR và PP 6. Khảo sát ảnh hưởng của môi trường xâm thực đến tính chất TPE từ NBR và PP (trong môi trường xâm thực mẫu). C. Ý nghĩa khoa học của luận án 1. Đã tìm được các điều kiện tối ưu để chế tạo cao su nhiệt dẻo trên cơ sở blend giữa cao su butadien acronitril và polypropylen theo phương pháp lưu hóa động trên máy trộn kín. 2. Sản phẩm tạo hình từ cao su nhiệt dẻo trên cơ sở cao su NBR và nhựa nhiệt dẻo PP có thể được chế tạo trên các trang thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo hiện có. 3. Vật liệu blend NBR/PP sau khi sử dụng có thể tái sinh được dễ dàng như các loại nhựa nhiệt dẻo thông thường giúp giảm thiểu phát thải ra môi trường góp phần tăng trưởng xanh, tiết kiệm chi phí mua nguyên liệu mới khi sản xuất blend NBR/PP. D. Giá trị thực tiễn của luận án Chế tạo được vật liệu cao su nhiệt dẻo trên cơ sở cao su NBR và nhựa nhiệt dẻo PP góp phần vào chế tạo các sản phẩm trong ngành công nghiệp ôtô, xe máy và dầu mỏ tại Việt Nam nhằm thay thế các sản phẩm nhập ngoại. Bên cạnh đó vật liệu này sẽ có thể dùng để sản xuất ra các phương tiện bảo vệ cá nhân có công dụng đặc biệt như sản xuất giầy bảo hộ lao động chịu xăng, dầu, mỡ mà trong thành phần 2 không có chất độc hại như nhựa PVC (một hợp chất cấm trong giầy xuất khẩu vào thị trường Châu Âu, Mỹ…). E. Những điểm mới của luận án 1. Đã lựa chọn được phương pháp và đơn phối liệu phù hợp để chế tạo blend NBR/PP bằng phương pháp lưu hóa động. 2. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã xác định được các thông số công nghệ của quá trình chế tạo blend giữa NBR và PP bằng phương pháp lưu hóa động. 3. Trên cơ sở đó đánh giá các tính chất của blend ở các môi trường khác nhau chỉ ra được khả năng ứng dụng của vật liệu blend NBR/PP. F. Nội dung của luận án Nội dung của luận án gồm 3 chương. Chương 1 trình bày tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước về hệ blend NBR/PP, những chất trợ tương hợp để tăng khả năng tương hợp mà trên thế giới đã sử dụng cho blend NBR/PP. Từ đó rút ra chất tương hợp thích hợp để chế tạo blend NBR/PP với điều kiện thực hiện của Việt Nam. Chương 2 mô tả các nguyên liệu và các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong quá trình nghiên cứu luận án. Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm thu được như nghiên cứu hệ lưu hóa cao su phù hợp để chế tạo blend NBR/PP. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã xác định được các chế độ công nghệ phù hợp từ đó chế tạo ra cao su nhiệt dẻo trên cơ sở cao su NBR và nhựa nhiệt dẻo PP với chất trợ tương hợp là PP-g-MA. Vật liệu blend NBR/PP chế tạo được đã thử nghiệm các tính chất và xác định khả năng ứng dụng của nó. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung 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 loại vật liệu polyme trộn hợp, trong đó có vật liệu polyme blend [19]. Vật liệu polyme blend là loại vật liệu có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, từ các ngành kỹ thuật cao như kỹ thuật điện, điện tử, trong công nghiệp chế tạo máy và máy chính xác, trong công nghiệp hóa chất, nơi đòi hỏi có những vật liệu có khả năng chịu hóa chất, xăng, dầu, mỡ [4,5], trong môi trường khắc nghiệt, chịu mài mòn, bền nhiệt [4], cho đến những ứng dụng để sản xuất các loại phương tiện bảo vệ cá nhân có công dụng đặc biệt như giầy bảo hộ lao động cho công nhân làm việc với hóa chất [11], với xăng, dầu, mỡ chống trơn trượt giúp công nhân tránh những tai nạn đáng tiếc xẩy ra [10] và các sản phẩm dân dụng như các đồ gia dụng khác. Bản chất vật liệu polyme blend là một loại vật liệu trộn hợp [19], người ta có thể chế tạo được nhiều loại blend từ những polyme thành phần khác nhau như cao su acrylonitril butadien (NBR), cao su clopren (CR), cao su tự nhiên (CSTN)… chúng có thể kết hợp với nhau hoặc kết hợp với một trong những polyme nhiệt dẻo như nhựa polypropylen (PP), polyetylen (PE), polyamit (PA), polyvinylclorit (PVC)…. Blend NBR/PVC hoặc blend NBR/CR/PVC được dùng làm vỏ bọc dây điện và cáp điện, băng tải, đồ dùng gia đình, đế giầy dép [5, 6]. Hệ blend PVC/NBR/CSTN có tính năng bền môi trường vượt trội so với CSTN. Hệ blend EPDM/PP [20] là một chất lưu hóa động thông dụng trên thị trường Việt Nam….Với những khả năng ứng dụng rộng rãi như vậy, vật liệu polyme blend đã và sẽ là vật liệu của tương lai. 1.2 Polyme blend 1.2.1 Khái niệm về polyme blend Mặc dù vật liệu polyme blend đã được nghiên cứu, ứng dụng từ rất lâu nhưng hiện nay vẫn chưa có một định nghĩa chính thức về loại vật liệu này. Polyme blend là một khái niệm rất rộng, song có thể thấy polyme blend là một vật liệu trộn hợp hoặc vật liệu tổ hợp. Trong polyme blend, giữa các polyme có thể có tương tác vật lý hoặc tương tác hóa học, có thể là hệ đồng thể hoặc dị thể. Trong polyme blend đồng thể, hai polyme thành phần không còn đặc tính riêng và tính chất của polyme blend thường là trung bình cộng của hai polyme đó. Trong polyme blend dị 4 thể, các tính chất của cả hai polyme thành phần hầu như được giữ nguyên [19]. Trong nghiên cứu về vật liệu polyme blend trước hết cần hiểu rõ những khái niệm cơ bản thuộc lĩnh vực này, đó là: - Cấu trúc hình thái: Là hình ảnh thể hiện cấu trúc trên phân tử của vật liệu. - Sự tương hợp trong polyme blend: Mô tả khả năng tạo thành pha ổn định và đồng thể từ hai hay nhiều loại polyme thành phần. - Khả năng trộn hợp: Là khả năng những polyme thành phần được chế tạo trong những điều kiện nhất định có thể hòa trộn vào nhau tạo thành những hỗn hợp vật liệu đồng thể hay dị thể [78]. 1.2.2 Phân loại polyme blend Polyme blend có thể chia làm 3 loại theo sự tương hợp của các polyme thành phần. - Polyme blend trộn lẫn và tương hợp hoàn toàn: Có entanpi âm do có các tương tác đặc biệt và sự đồng nhất được quan sát ở mức độ phân tử. Đặc trưng của hệ này là chỉ có một giá trị nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) nằm ở khoảng giữa Tg của hai pha thành phần. - Polyme blend trộn lẫn và tương hợp một phần: Một phần polyme này tan trong polyme kia, ranh giới phân chia pha không rõ ràng. Cả hai pha polyme (một pha giàu polyme 1, một pha giàu polyme 2) là đồng thể và có hai giá trị T g. Cả hai giá trị Tg chuyển dịch từ giá trị Tg của polyme thành phần ban đầu về phía polyme kia. - Polyme blend không trộn lẫn và không tương hợp: Hình thái pha rất thô, không mịn, ranh giới phân chia pha rõ ràng, bám dính bề mặt hai pha rất kém, có hai giá trị Tg riêng biệt ứng với giá trị Tg của polyme ban đầu [19, 78]. 1.2.3 Các phương pháp chế tạo polyme blend Điều quan trọng đầu tiên trong công nghệ chế tạo vật liệu polyme blend là chọn ra những polyme phối hợp được với nhau và tỷ lệ phối hợp để đem lại hiệu quả cao [58, 59]. Những căn cứ để lựa chọn: - Yêu cầu kĩ thuật của vật liệu blend cần có. - Bản chất và cấu tạo hóa học của polyme thành phần ban đầu. - Giá thành. 5 Đối với các polyme có bản chất hóa học giống nhau sẽ dễ phối hợp với nhau còn những polyme khác nhau về cấu tạo hóa học cũng như độ phân cực sẽ khó trộn hợp với nhau. Trong trường hợp này ta phải dùng các chất tương hợp. Có nhiều phương pháp khác nhau để chế tạo blend, trong đó các phương pháp chế tạo polyme blend trong dung dịch, ở trạng thái nóng chảy trên các thiết bị gia công chất dẻo, lưu hóa động và tạo mạng lưới đan xen của các polyme được sử dụng phổ biến hơn cả [19]. Trong tất cả các trường hợp thì thời gian trộn, nhiệt độ và tốc độ trộn có ảnh hưởng quyết định tới cấu trúc cũng như tính chất của vật liệu. Vì thế ở mỗi hệ cụ thể căn cứ vào tính chất của polyme ban đầu cũng như đặc tính lưu biến của tổ hợp người ta chọn điều kiện chuẩn bị và gia công thích hợp. Hai phương pháp hay dùng nhất là chế tạo blend từ dung dịch polyme và chế tạo blend từ trạng thái nóng chảy. Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme Phương pháp chế tạo polyme blend bằng cách trộn và hòa các polyme trong cùng một dung môi hoặc trộn dung dịch của polyme này với dung dịch của polyme kia. Để chế tạo polyme blend hòa trộn, tương hợp hoàn toàn hay tương hợp một phần, một đòi hỏi rất quan trọng là các polyme thành phần phải hòa tan tốt với nhau trong cùng một dung môi hoặc trong các dung môi có khả năng trộn lẫn với nhau. Có thể kèm theo quá trình khuấy ở nhiệt độ cao và gia nhiệt trong thời gian dài để tạo điều kiện cho các polyme phân tán vào nhau tốt hơn. Sau khi thu được màng polyme blend cần phải đuổi hết dung môi bằng các phương pháp khác nhau (sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp) tránh để màng bị rạn nứt, bị phân hủy nhiệt hay phân hủy oxi hóa nhiệt. Nhược điểm của phương pháp này là phải sử dụng dung môi nên không kinh tế và gây ô nhiễm môi trường [19]. Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy trên các thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo và chế biến cao su như máy trộn, máy đùn trục vít xoắn, máy ép, máy đúc phun… là phương pháp kết hợp cả yếu tố cơ – nhiệt, cơ – hóa và tác động cưỡng bức lên các polyme thành phần. Các chất phụ gia trong polyme blend có thể là các chất trợ tương hợp, chất hoạt động bề mặt, các hợp chất thấp phân tử có khả năng phản ứng, chất hóa dẻo, hợp chất khâu mạch…. Trong công nghệ chế tạo vật liệu polyme blend phương pháp trộn các polyme ở trạng thái nóng chảy là phương pháp phổ biến nhất. Về cơ bản, sự phát triển hình thái cấu trúc của 6 polyme blend chế tạo trong máy trộn nội là hàm của thời gian và trong máy đùn trục vít xoắn là hàm của chiều dài trục vít [19]. Polyme blend PVC/NBR và PVC/NBR/SBR với các tỷ lệ thành phần khác nhau được trộn trên thiết bị trộn nội ở 1500C, tốc độ 30 vòng/phút trong 22 phút. Khối lượng của các polyme thành phần và các chất phụ gia (các chất ổn định PVC như stearat kẽm và bari, hệ lưu hóa cao su NBR và SBR bao gồm chất khâu mạch lưu huỳnh, chất xúc tiến-mecaptobenzatiazol và chất lưu hóa- oxit kẽm) được điều chỉnh sao cho thể tích nóng chảy chiếm 70% thể tích buồng trộn. Phương pháp trộn trục vít các polyme blend ở trạng thái nóng chảy có những ưu điểm sau: - Quá trình chế tạo liên tục với các polyme, các chất phản ứng ở nhiều dạng khác nhau: rắn, bột, cũng có thể ở dạng lỏng. - Trộn phân bố và trộn phân tán rất tốt cho các hợp chất có độ nhớt cao. - Dễ dàng điều khiển nhiệt độ, áp suất, thời gian lưu của polyme. - Không sử dụng dung môi do các quá trình xẩy ra ở dạng rắn và pha nóng chảy nên rất kinh tế và thân thiện với môi trường. - Không có đòi hỏi đặc biệt trước khi gia công như các phản ứng ghép để tạo các nhóm chức trong polyme ban đầu. - Có thể loại bỏ các monome còn lại (monome không tham gia phản ứng) và các sản phẩm phụ khỏi các polyme. - Có thể thực hiện quá trình tự làm sạch khi sử dụng máy đùn 2 trục vít xoắn (trục vít kép) khớp hoàn toàn và máy đùn trục vít đơn chuyển động qua lại. - Các quá trình liên tiếp nhau từ các phản ứng hóa học, trộn, thoát hơi đến cắt hạt và tạo hình. - Có thể chế tạo nhiều polyme blend khác nhau trên cùng một dây truyền đơn giản [19]. 1.2.4 Yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu polyme blend Tính chất của vật liệu polyme blend được quyết định bởi sự tương hợp của các polyme trong hỗn hợp. Từ những kết quả nghiên cứu người ta chỉ ra rằng sự tương hợp của các polyme phụ thuộc vào các yếu tố sau:  Bản chất hóa học và cấu trúc phân tử của các polyme thành phần  Khối lượng phân tử và sự phân bố của khối lượng phân tử  Tỷ lệ các cấu tử trong hỗn hợp  Năng lượng bám dính ngoại phân tử 7  Nhiệt độ.  Năng lượng trộn hợp  Điều kiện trộn hợp.  Sự phân bố pha  Kích thước hạt  Loại bám dính pha. Những yếu tố này bị chi phối bởi điều kiện chuẩn bị và gia công của vật liệu. Trong thực tế để tăng độ tương hợp cũng như khả năng trộn hợp của các polyme người ta dùng các chất làm tăng khả năng tương hợp như các copolyme, chất hoạt tính bề mặt bên cạnh việc chọn chế độ chuẩn bị và gia công thích hợp cho từng loại hỗn hợp thông qua việc khảo sát tính lưu biến của vật liệu [6]. 1.2.5 Sự tương hợp của các polyme Sự tương hợp của các polyme là khả năng tạo thành một pha ổn định và đồng thể từ hai hay nhiều polyme. Nó cũng chính là khả năng trộn lẫn tốt của các polyme vào nhau tạo nên một vật liệu polyme mới - vật liệu polyme blend. Về mặt nhiệt động học các polyme tương hợp với nhau khi năng lượng tự do tương tác (trộn) giữa chúng mang giá trị âm [19]. Gtr = Htr - TStr < 0 Và đạo hàm bậc hai của năng lượng tự do quá trình theo tỷ lệ thể tích của các polyme thành phần phải dương. 2Gtr/2 > 0 ở mọi tỷ lệ Với Htr: sự thay đổi entanpi (nhiệt trộn lẫn) khi trộn lẫn hai polyme. Str: sự thay đổi entrôpi (chỉ mức độ mất trật tự) khi trộn lẫn hai polyme. Nghĩa là khi trộn lẫn hai polyme thì: Gtr < 0 khi Htr < 0 (toả nhiệt) và Str > 0 Để hai polyme trộn lẫn tốt với nhau, quá trình trộn lẫn phải là toả nhiệt, đòi hỏi phải có tương tác giữa các polyme thành phần, các tương tác này có thể là tương tác hoá học cũng có thể không phải [19]. Sự tương hợp các polyme phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Mỗi một cặp polyme được đặc trưng bởi một thông số tương tác. Khả năng hòa tan của các polyme rất hạn chế, phụ thuộc nhiều vào yếu tố như cấu trúc, khối lượng phân tử, độ phân cực, 8