PHẦN 4 :GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE - 123doc

1. Trang chủ >
2. Luận Văn - Báo Cáo >
3. Công nghệ - Môi trường >

PHẦN 4 :GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (830.44 KB, 48 trang )

Đồ án công nghệ 1GVHD: TS. Lê Minh Đứclượng chất gia cường thấp (1-7%) và chất gia cường này phải ở kích thước nanomet.Pha gia cường ở kích thước nanomet được sử dụng trong lĩnh vực nanocompositethường là hạt nano và cacbon ống nano (carbon nanotube). Các phương pháp được sửdụng phổ biến hiện nay để chế tạo vật liệu polyme nanocomposite là phương pháptrùng hợp, phương pháp trộn hợp, phương pháp dung dịch.33Cái Nhật HoàngGVHD: TS. Lê Minh ĐứcĐồ án công nghệ 1PHẦN 5GIỚI THIỆU VẬT LIỆU POLYME – CLAYNANOCOMPOSITETrong số các vật liệu có kích thước hay cấu trúc nano thì sét thu hút được sự quantâm chú ý của rất nhiều các nhà khoa học bởi các đặc tính ưu việt của nó như diện tích bềmặt riêng lớn cỡ 700 ÷ 800 m2/g, giá thành rẻ, dễ điều chế... Chỉ với một lượng nhỏ cỡ vàiphần trăm khối lượng được đưa vào polyme người ta có thể nâng cao nhiều tính chất cơ lýcủa vật liệu, nâng cao khả năng chống cháy, hệ số chống thấm khí lên rất nhiều lần màkhông làm tăng đáng kể trọng lượng, độ trong của vật liệu.Vật liệu polyme - clay nanocomposite đã được nghiên cứu từ khá sớm, chẳng hạnvật liệu nylon 6 - clay nanocomposite là vật liệu nanocomposite đầu tiên được hãngToyota nghiên cứu ứng dụng cùng công nghiệp ôtô . Cho đến nay người ta đã chế tạothành công nhiều loại polyme - clay nanocomposite trên các nền nhựa khác nhau như:epoxy, polystyren, polyamit, polyolefin (PE, PP)...Polyme - clay nanocomposite có thể làm vật liệu chống cháy, ví dụ như một số loạinanocomposite của nylon 6 - silicat, PS - silicat lớp…hay vật liệu dẫn điện nhưnanocomposite PEO - Li - MMT (MMT: montmorillonite, thành phần chính của khoángsét bentonite) dùng trong pin, vật liệu phân hủy sinh học như PCL - MMT hay PLA MMT.Ngoài ra, khi các polyme như ABS, PS, PVA…được gia cường hạt sét sẽ cải thiệnđáng kể tính chất cơ lý của polyme và có những ứng dụng khác nhau như ABS - MMTlàm khung xe hơi hay khung máy bay, PMMA - MMT làm kính chắn gió, PVA - MMTlàm bao bì…Các hạt nano sét được sử dụng trong sơn có thể cải thiện đáng kể tính chất như làm cholớp sơn mỏng hơn, khả năng bảo vệ tốt hơn, bền hơn….34Cái Nhật HoàngĐồ án công nghệ 11. Các loại vật liệu polyme - clay nanocompositeGVHD: TS. Lê Minh ĐứcTuỳ theo cách thức phân bố hay dạng tồn tại của sét ở trong nền polyme mà người tachia vật liệu polyme - clay composite thành ba loại khác nhau: dạng tách pha, dạng chènlớp và dạng bóc tách lớp.• Dạng tách pha (phase separated microcomposite)Khi polyme không có khả năng xen lớp vào giữa các lớp sét, khi đó chỉ thu đượcnhững hạt sét phân tán đều trong mạng polyme ở dạng tách pha. Vật liệu thu được chỉ đơnthuần là vật liệu composite có cấu trúc kích thước micromet.• Dạng chèn lớp ( intercalated nanocomposite)Trong trường hợp này các phân tử polyme được chèn vào giữa các lớp sét và khoảngcách giữa các lớp sét được tăng lên song sét trong polyme - clay nanocomposite vẫn còncấu trúc lớp như khi chưa kết hợp với polymer.• Dạng bóc lớp (exfoliated nanocomposite)Trong trường hợp này các lớp sét được tách hoàn toàn khỏi nhau và phân tán đềutrong nền polyme. Vì các lớp sét được tách hoàn toàn ra khỏi nhau và phân tán đều trongnền polyme nên tương tác giữa pha nền và pha gia cường trong trường hợp này là tốtnhất. Hiện tượng bóc lớp xảy ra khi hàm lượng sét nhỏ và pha nền polyme tương tác tốtvới sét.Hình dưới mô tả các dạng tồn tại của polyme - clay composite:35Cái Nhật HoàngGVHD: TS. Lê Minh ĐứcĐồ án công nghệ 1Hình 7: Các dạng vật liệu polyme - clay composite2. Tính chất của polyme - clay nanocompositeVật liệu polyme - clay nanocomposite có những tính chất ưu việt hơn hẳn so với vậtliệu polyme gia cường bằng các hạt có kích thước micro, trong đó đáng chú ý là: tính chấtcơ học cao, khả năng chịu nhiệt và chống cháy tốt, có tính chất che chắn, khả năng phânhuỷ sinh học…• Tính chất cơ học cao:Do có tương tác và kết dính tốt giữa pha nền và pha gia cường nano, ngoài ra vớikích thước nhỏ bé và khả năng phân tán tốt của hạt gia cường nên vật liệu polyme - claynanocomposite có các tính chất cơ học vượt trội hơn hẳn so với vật liệu ban đầu khi chỉcần thêm một lượng nhỏ hạt gia cường.• Khả năng chịu nhiệt và chống cháy tốt:Khả năng chịu nhiệt và chống cháy của polyme - clay nanocomposite không thuầntuý là do khả năng chịu nhiệt và giữ nhiệt của sét như composite nền polyme gia cườngbằng sét dạng hạt thông thường mà gắn liền với hiệu ứng nano. Trong vật liệu polyme clay nanocomposite các phân tử polyme được bao bọc bởi các lớp sét, các lớp này đóngvai trò ngăn cản sự khuyếch tán của oxy cần thiết cho quá trình cháy của polyme. Mặt36Cái Nhật HoàngĐồ án công nghệ 1GVHD: TS. Lê Minh Đứckhác, các lớp sét có vai trò giữ nhiệt và cản trở sự thoát các sản phẩm dễ bay hơi khipolyme cháy .• Tính chất che chắn:Do vai trò của các lớp sét trong nền polyme cũng như sự định hướng của các lớpsét trong quá trình gia công nên polyme - clay nanocomposite có độ thấm khí rất thấp:Hình 8:Sơ đồ biểu diễn khả năng che chắncủa vật liệu polyme - clay nanocompositeKhí và hơi ẩm khi đi qua vật liệu sẽ không thể đi theo một đường thẳng mà sẽ bịcản lại bởi các lớp sét trong thành phần, như những hàng rào che chắn. Do đó vật liệupolyme - clay nanocomposite có khả năng che chắn sự thấm khí và hơi ẩm hơn hẳn cácloại vật liệu polyme khác. Tính chất này của vật liệu polyme - clay nanocomposite đượcứng dụng để làm bao gói cho thực phẩm, dược phẩm, màng sơn phủ.• Khả năng phân huỷ sinh học cao:Polyme trong vật liệu polyme - clay nanocomposite có khả năng phân huỷ sinh họctốt hơn so với vật liệu polyme hoặc được gia cường bằng hạt thông thường. Cơ chế củaquá trình này đến nay vẫn chưa được hiểu rõ nhưng có một số tác giả cho rằng đó là dovai trò xúc tác phản ứng phân huỷ polyme của sét hữu cơ.3. Công nghệ chế tạo vật liệu polyme clay nanocompositeKhác với các loại vật liệu composite truyền thống là sử dụng các loại chất độn giacường thông thường có kích thước hạt lớn cỡ vài micromet, vật liệu nanocomposite sử37Cái Nhật HoàngĐồ án công nghệ 1GVHD: TS. Lê Minh Đứcdụng chất độn gia cường có kích thước cỡ nano đã đem đến cho loại vật liệu compositenày có những tính chất cơ lý vượt qua tầm của vật liệu composite truyền thống như: độbền cơ học, độ trong suốt, khả năng chịu nhiệt và không tách pha và đạt đến mức vật liệuthông minh. Do đó, công nghệ chế tạo vật liệu polyme - clay nanocomposite có những nétđặc trưng riêng và trải qua các giai đoạn sau:+ Lựa chọn khoáng sét có chứa hàm lượng MMT cao.+ Biến tính hữu cơ hóa khoáng sét (MMT - hữu cơ hay organoclay)+ Tiến hành khuếch tán MMT - hữu cơ vào trong polyme bằng các phương pháp:phương pháp dung dịch;phương pháp trộn hợp; phương pháp trùng hợp, để tạonanocomposite trạng thái xen lớp (Intercalated state) hoặc trạng thái tách lớp (Exfoliatedstate).* Phương pháp dung dịchPolyme nền được hoà tan trong dung môi hữu cơ. Tiếp theo cho khuếch tán sét hữucơ vào dung dịch polyme. Dung môi hữu cơ xâm nhập vào các lớp MMT đã hữu cơ hóa.Với tính ưa dầu, MMT hữu cơ từ từ khuếch tán trong dung dịch polyme theo các giaiđoạn, cuối cùng được hỗn hợp dung dịch có các phần tử MMT khuếch tán đều trongpolyme.* Phương pháp trộn hợpPhương pháp trộn hợp được tiến hành cho khuếch tán trực tiếp sét hữu cơ trong dungdịch polyme nóng chảy. Phương pháp này chủ yếu áp dụng cho những polyme nhiệt dẻovà phải dùng đến máy trộn siêu tần. Phương pháp này bao gồm cả trùng hợp oligome nhưepoxy, polyeste. Theo phương pháp này thì đầu tiên hữu cơ hóa sét bằng hợp chất hữu cơcó gốc cation sau đó đưa tiếp chất đóng rắn nhận được nanocomposite nhiệt rắn.* Phương pháp trùng hợpĐây là phương pháp trùng hợp polyme được tiến hành trong các lớp sét của khoáng38Cái Nhật HoàngĐồ án công nghệ 1GVHD: TS. Lê Minh Đứcsét. Ban đầu người ta tiến hành đưa monome có điện tích dương vào trong các lớp sét củakhoáng sét. Sau đó tiến hành trùng hợp polyme xen kẽ trong các lớp sét. Phương pháp nàycó hạn chế là chỉ tiến hành được phản ứng trùng hợp cation.39Cái Nhật HoàngGVHD: TS. Lê Minh ĐứcĐồ án công nghệ 1PHẦN 6:VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE CLAY/EPOXY1. Tổng hợp Composite từ sét hữu cơ và Epoxy:Quy trình tổng hợp vật liệu epoxy – clay composite từ epoxy và sét hữu cơ:EpoxySét hữu cơ biến tínhKhuấy trộnChất đóng rắnĐóng rắnCompositeHình 2.6: Quy trình chế tạo vật liệu epoxy – clay composite- Clay đã được biến tính được sấy ở 1050C trong 2 giờ-Cân hàm lượng nanoclay thích hợp rồi trộn với nhựa epoxy, tiến hành khuấy trộnbằng máy khuấy siêu âm trong 1 giờ với biên độ 40% trên máy siêu âm loại UltrasonicProcessor 750 Watt Model để đạt được sự phân tán tốt.- Tiếp theo cho chất đóng rắn vào hỗn hợp (chất đóng rắn khoảng 20% trọng lượngso với epoxy) và khuấy cho đến khi hỗn hợp đồng nhất.-Cho hỗn hợp vào khuôn được khử khí bằng chân không và ở nhiệt độ phòng trong24 giờ, sau đó sấy ở 750C trong 5 giờ để mẫu đóng rắn hoàn toàn-Sau khi sấy xong, mẫu được để nguội ở nhiệt độ phòng rồi tháo sản phẩm ra khỏikhuôn.2.Tính chất cơ lý của clay nanocomposite clay/epoxyCác tính chất cơ học của mẫu nanocompozit được thể hiện: độ bền kéo đứt, độ dãn40Cái Nhật HoàngĐồ án công nghệ 1dài khi đứt, độ bền uốn.GVHD: TS. Lê Minh ĐứcMẫu epoxy nguyên chất có độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt bé. Khi được giacường bằng nanoclay, mẫu có độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt lớn hơn so với nhựanền epoxy. Khi đó, độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của mẫu nanocompozitđạt cựcđại ở hàm lượng nanoclay 2%. Tuy nhiên, nếu tăng hàm lượng nanoclay lên 3% thì độbền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của mẫu nanocompozitepoxy/clay lại giảm xuống.Trong khối epoxy nguyên chất, giữa các cấu trúc thường tồn tại những điểm cấu trúc rỗng(khuyết tật). Ở những điểm kết bó rỗng này, các đoạn mạch phân tử có độ linh động lớnvà lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử rất nhỏ. Dưới tác dụng lực cơ học, chẳng hạnlực kéo đứt thì ứng suất xuất hiện trong khối polyme không đồng đều nên polyme sẽ bịphá hủy với giá trị lực không lớn lắm. Khi các kết bó rỗng này được điền đầy bằngnanoclay hoặc mạch đại phân tử epoxy chèn vào giữa các lớp nanoclay, độ bền liên kếtgiữa mạch đại phân tửepoxy với các lớp nanoclay được tăng lên. Ngoài ra, nanoclay còncó tác dụng lấp đầy các khuyết tậttrong khối vật liệu, ngăn chặn sự phá hủy của cáctinhthể trên bề mặt epoxy bởi lực tác dụng từ bên ngoài và ngăn ngừa sự lớn lên của các vếtnứt tế vi tồn tại bên trong epoxy ra bề mặt nên độ bền chịu tải trọng của vật liệu tăng lên.Do vậy, độ bền của các mẫu nanocoposite epoxy/clay được cải thiện.41Cái Nhật Hoàng

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite clayepoxy
  • 48
  • 2,205
  • 14
• Quyết định 43/2006/QĐ-UBND về Bộ Đơn giá xây dựng công trình - Phần xây dựng” do Ủy ban nhân dân tỉnh Lâm Đồng ban hành
  • 2
  • 0
  • 0
• Sắc lệnh số 127/SL về việc về phụ cấp cho gia đình các vị trong ban thường trực Quốc hội do Chủ tịch nước ban hành, để sửa đổi điều 3 của Sắc lệnh số 3 ngày 22-05-1950 về phụ cấp cho gia đình các vị trong ban thường trực Quốc hội
  • 1
  • 0
  • 0
• Công văn số 4790/BGTVT-TC về việc lập dự toán thu, chi Ngân sách nhà nước năm 2010 do Bộ Giao thông vận tải ban hành
  • 1
  • 0
  • 0
• Quyết định 165/2004/QĐ-BCN về việc chuyển Công ty Tư vấn đầu tư xây dựng dầu khí thành Công ty cổ phần Tư vấn đầu tư và Thiết kế dầu khí do Bộ trưởng Bộ công nghiệp ban hành
  • 2
  • 0
  • 0
• Công văn 9434/BCT-XNK thực hiện Thông báo 197/TB-BCT do Bộ Công thương ban hành
  • 1
  • 0
  • 0
• Nghị định 305-TTg năm 1957 về thành lập tại Bộ Tài chính một Trường cán bộ tài chính do Thủ Tướng ban hành.
  • 1
  • 0
  • 0
• Công văn số 6538/VPCP-NN về việc giao đất xây dựng cảng tổng hợp tại Khu công nghiệp Phú Hữu, quận 9, thành phố Hồ Chí Minh do Văn phòng Chính phủ ban hành
  • 1
  • 0
  • 0
• Quyết định 101/2010/QĐ-UBND ban hành Quy định phân cấp quản lý ngân sách các cấp chính quyền địa phương thuộc tỉnh Bắc Ninh năm 2011 do Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Ninh ban hành
  • 10
  • 0
  • 0
• Công văn số 5788/VPCP-QHQT ngày 15/10/2002 của Văn phòng Chính phủ về việc ký lại Hiệp định khung với Angola và ký Nghị định thư hợp tác với Angola, Namibia và Congo
  • 1
  • 0
  • 0
• Công văn số 5646/VPCP-CN ngày 17/11/2003 của Văn phòng Chính phủ về việc bổ sung nhiệm vụ xây dựng đường nhánh, đường dẫn đầu cầu Bồng Sơn Dự án xây dựng 5 cầu QL1-GĐII-3
  • 1
  • 0
  • 0

Tải bản đầy đủ (.docx) (48 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(859.93 KB) - nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite clayepoxy-48 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×