Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của polystyren clay nanocompozit - pdf 28

Download miễn phí Đề tài Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của polystyren clay nanocompozit



MỤC LỤC
 
MỞ ĐẦU 3
I.Vật liệu Polyme Nanocompzit 4
I.1. Định nghĩa vật liệu compozit 4
I.2. Vật liệu Polyme Clay Nanocompozit 4
I.2.1. Đặc điểm cấu trúc và biến tính clay 5
I.2.1.1. Cấu trúc Clay 5
I.2.1.2. Biến tính Clay 6
I.2.1.3. Đặc điểm của trạng thái phân bố clay 9
I.2.1.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 9
I .2.1.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 11
II. Polyme Clay Nanocompozit 12
II.1. Hình thái cấu tạo 12
II.2. Vật liệu Polystyren Clay nanocompozit 14
II.2.1.Các phương pháp chế tạo 14
II.2.1.1.Trùng hợp in-situ 14
( In situ intercalative polymerization )
II.2.1.2.Phương pháp dung dịch 18
( Intercalation of polymers from solution )
II.2.1.3.Phương pháp trộn hợp nóng chảy 20
 ( Melt intercalation method )
II.2.2.Tính chất của Polystyren Clay nanocompozit 23
II.2.2.1.Tính chất cơ học 23
II.2.2.2Tính chất nhiệt 26
II.2.2.3.Tính chất che chắn 27
KẾT LUẬN 29
TÀI LIỆU THAM KHẢO 30
 
 





Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.

Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn


Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:


của clay, do sự thay thế đồng hình của Si4+ bằng Al3+ trong tâm tứ diện và Al3+ bằng Mg2+ hay Fe2+ trong tâm bát diện đã làm xuất hiện điện tích âm trong các lớp. Các điện tích âm này được cân bằng bởi các cation Ca2+,Na+ .Clay được đặc trưng bằng mức độ trao đổi điện tích bề mặt gọi là khả năng trao đổi ion (CEC). Đơn vị thường dùng là mili đương lượng/100g. Khả năng trao đổi này khác nhau giữa các lớp và thường được lấy giá trị trung bình cho cả tinh thể. [1-1541]
I.2.1.2.Biến tính clay:
Clay khi chưa biến tính là chất ưa nước, polyme là chất hữu cơ kị nước nên rất khó tương hợp với clay chưa biến tính. Để tăng khả năng tương tác giữa clay và nền polyme phải biến tính clay từ ưa nước trở thành ưa các hợp chất hữu cơ. Để biến tính clay tạo clay hữu cơ (organoclay) người ta thường dùng phản ứng trao đổi cation của các alkylamino hay alkylphotphat bậc 1,2,3 hay 4. [1-1542]
Trong đó R - Mạch hydrocacbon dài
Sự thay đổi những cation vô cơ bằng những cation hữu cơ trên bề mặt của loại clay smectic không những tạo ra độ phân cực bề mặt phù hợp với độ phân cực của polyme mà nó còn có tác dụng giãn nở khoảng cách giữa các lớp clay. Điều này làm cho quá trình thâm nhập của polyme hay monome vào khoảng trống giữa các lớp thuận tiện hơn. Phụ thuộc vào sự thay đổi tỷ trọng của clay và cấu trúc của chất (ion) hoạt động bề mặt mà các ion hữu cơ sẽ có sự sắp xếp khác nhau. Chiều dài mạch của chất hoạt động bề mặt và tỷ trọng của clay tăng dẫn tới khoảng cách giữa các lớp tăng và thể tích giữa các lớp cũng tăng. [4-14]
Mặt khác,các cation hữu cơ này còn cung cấp các nhóm chức có khả năng phản ứng với nền polyme hay monome, do đó làm tăng khả năng kết dính[1-1542]. Quá trình chế tạo nanocompozit lai ghép bằng phản ứng trùng hợp nhũ tương styren trong clay hữu cơ hoạt tính như sau: clay hữu cơ hoạt tính được tổng hợp bằng phản ứng trao đổi cation vô cơ của clay ban đầu với muối aminometylstyren bậc 4.Quá trình trùng hợp tại chỗ trong trường hợp này không những bị ảnh hưởng bởi nhóm chức của monomer mà còn bị ảnh hưởng bởi liên kết giữa muối amoni và MMT vô cơ, do vậy mô hình cấu trúc nanocompozit như hình 2.Trong trường hợp này liên kết giữa mạch polyme và clay vô cơ tăng lên do mạch copolyme liên kết với clay bằng lực hút tĩnh điện. [5-2884]
Hình 2: Biểu đồ cấu trúc của nanocompozit chế tạo
từ clay hoạt tính.
Phụ thuộc vào mật độ của clay, các mạch alkyl sẽ sắp xếp theo các đường song song trên bề mặt clay tạo cấu trúc đơn lớp,lớp kép, giả ba lớp hay cấu trúc parafin nghiêng. [4-14]
Hình 3: Cấu trúc của clay hữu cơ.
I.2.1.3. Đặc điểm của trạng thái phân bố:
tuỳ từng trường hợp đặc điểm phân bố của clay trong nền polyme mà phân biệt các loại nanocompozit khác nhau. Để xác định trạng thái phân bố của clay trong nền polyme sử dụng hai phương pháp chủ yếu là:
* Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).
* Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).
1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD):
Do dễ sử dụng và hiệu quả cao nên phương pháp nhiễu xạ tia X được dùng rộng rãi nhất để nghiên cứu cấu trúc của nanocompozit. Thông qua hình ảnh phản xạ về vị trí, hình dạng và mật độ của clay có thể biết được đó là loại nanocompozit nào (đan xen hay tróc lớp). Ví dụ đối với nanocompozit tróc lớp, do các lớp silicat bị phân lớp hoàn toàn và bị nén chặt trong nền polyme nên các tia nhiễu xạ X kết hợp bị biến mất. Với nanocompozit đan xen sẽ cho một tia phản xạ có bước sóng dài hơn. [1-1545]
Phương pháp nhiễu xạ tia X cho phép xác định khoảng cách cơ bản d giữa các lớp dựa theo phương trình Bragg:
d = nλ/2sinθ
Trong đó: λ là bước sóng của tia tới, nm.
n là số nguyên đặc trưng cho độ nhiễu xạ.
θ là góc hợp bởi tia tới và bề mặt mẫu.
d là khoảng cách cơ bản giữa các lớp, nm.
Qua phổ XRD ta thấy: nếu hệ polyme và clay không thể trộn lẫn thì phổ XRD không thay đổi. Nếu tạo clay nanocompozit có cấu trúc đan xen thì phổ XRD xuất hiện các pic lùi về phía có góc nhiễu xạ bé hơn so với phổ ban đầu. Hệ clay nanocompozit có cấu trúc đan xen thì các pic sẽ biến mất. (Hình 4).
Phổ ban đầu
Hệ không trộn lẫn được
Có trật tự
Hệ xen kẽ
Hỗn độn
Hệ tróc lớp
Hình 4: Phổ XRD của các hệ nanocompozit khác nhau.
Tuy nhiên khi khoảng cách cơ bản giữa các lớp trong nanocompozit đan xen vượt quá 6÷7 nm hay các lớp trong nanocompozit tróc lớp sắp xếp lộn xộn thì đỉnh nhiễu xạ bị mờ nên phương pháp nhiễu xạ tia X sẽ không được sử dụng. [1-1545]
Hình 5: Biểu đồ nhiễu xạ tia X của Na+-MMT (BH) và MMT
hữu cơ biến tính bằng muối amoni (BHAMS)
2. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM):
Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua cho phép xác định một cách định tính về cấu trúc, sự phân bố pha và khuyết tật cấu trúc vật liệu một cách trực tiếp, nó thay mặt cho mặt cắt ngang của mẫu.Tuy nhiên phương pháp này cần thời gian dài và cho thông tin về toàn bộ mẫu.
Lớp clay
Phương pháp trùng hợp khối
Phương pháp trùng hợp nhũ tương
Nền polyme
Hình 6: Ảnh TEM của tropylium PS nanocompozit.
Qua hình ảnh TEM ta thấy phương pháp trùng hợp nhũ tương cho cấu trúc tróc lớp tốt hơn phương pháp trùng hợp khối.
II. POLYME CLAY NANOCOMPOZIT
II.1. Hình thái cấu tạo:
Clay có độ dày khoảng 1nm và chiều dài khá lớn so với bề dày (gấp 10-1000 lần). Khi cho vài phần trăm trọng lượng clay phân tán vào nền polyme sẽ làm diện tích bề mặt tương tác giữa polyme và chất gia cường tăng lên rất nhiều so với loại compozit thông thường. tuỳ từng trường hợp vào cách phân bố và lực tương tác giữa polyme và clay ( biến tính hay không biến tính ), chia vật liệu polyme/clay nanocompozit thành 3 loại có cấu trúc nhiệt động như sau: [1-1543]
a,Dạng đan xen (Intercalated nanocomposites): trong nanocompozit dạng đan xen thì các mạch polyme được đan xen vào cấu trúc clay và khoảng cách giữa các lớp tăng lên (vài nm), tạo cấu trúc tinh thể đều đặn. Không tính đến tỷ lệ giữa polyme và clay. Song clay vẫn còn cấu trúc lớp như khi chưa kết hợp với polyme. Tính chất của nanocompozit này giống như vật liệu gốm.
b, Dạng kết tụ (Flocculated nanocomposites): có cấu trúc gần giống với nanocompozit đan xen nhưng có hiện tượng một số lớp clay dính vào nhau do tương tác hydro giữa các lớp. Dạng này có tính chất cơ học không tốt so với dạng đan xen vì hiện tượng kết tụ làm cho clay không được phân bố đều trong nền polyme.
c, Dạng tróc lớp (Exfloliated nanocomposites): trong trường hợp này các lớp clay được tách hoàn toàn ra khỏi nhau và phân tán đều vào nền polyme, khoảng cách giữa các lớp phụ thuộc vào lượng clay được gia cường. Vì các lớp clay được tách hoàn toàn ra khỏi nhau và phân tán đều vào trong nền polyme nên tương tác giữa pha nền và pha gia cường trong trường hợp này là tốt nhất. Thông thường lượng clay trong nanocompozit tróc lớp ít hơn trong nanocompozit đan xen.
Nanocompozit dạng tróc lớp có tính chất cơ học cao nhất trong ba dạng nanocompozit và là cấu trúc mong muốn đạt được khi chế tạo vật liệu polyme clay nanocompozit.
Hình 7: Các dạng cấu trúc của vật liệu polyme clay nanocompozit.
II.2. Vật liệu Polystyren clay nanocompozit:
II.2.1.Các phương pháp chế tạo:
Có 3 phương pháp chính để chế tạo Polystyren- clay nanocompozit( PS-clay nanocompozit):
Phương pháp trùng hợp In-situ (In situ intercalative polymerization method).
Phương pháp dung dịch (Intercalation of polymers from solution).
Phương pháp trộn hợp nóng chảy (Melt intercalation method).
II.2.1.1.Phương pháp trùng hợp In-situ:
Trong phương pháp này clay bị trương trong monome lỏng hay dung dịch monome, do vậy polyme được tạo thành giữa các lớp. Phản ứng trùng hợp được khơi mào bằng nhiệt độ hay chất khởi đầu phù hợp, chất khởi đầu hữu cơ hay xúc tác trao đổi cation nằm bên trong các lớp trước khi quá trình trương xảy ra.
*Ưu điểm: [14-11558]
- Có khả năng tạo cấu trúc tróc lớp tốt nhất.
- Sử dụng được với nhiều loại monome như: styren, acrylonitryl, anilin, ε-Caprolactam.
- Không cần biến tính clay do monome ở thể lỏng nên có thể làm trương clay.
*Nhược điểm:
- Phản ứng xảy ra chậm.
- Nhiệt động học của cấu trúc tróc lớp không ổn định, các tấm clay có thể kết hợp lại trong quá trình gia công sau này.
Các giai đoạn chính của quá trình trùng hợp In-situ: (Hình 6)
- Giai đoạn 1: phân tán monome lỏng vào giữa các lớp clay.
- Giai đoạn 2: tiến hành trùng hợp hỗn hợp monome-clay.
Clay
Styren
Xen kẽ monome
vào clay
Trùng hợp
Hình 8: Các giai đoạn của quá trình trùng hợp In-situ
Akelah và Moet đã sử dụng kỹ thuật trùng hợp tại chỗ để chế tạo PS nanocompozit.[22,23] Họ dùng phản ứng trao đổi ion để biến tính Na+ _ MMT và Ca2+_ MMT bằng cation amoni vinylbenzyltrimetyl, sau đó dùng MMT đã biến tính để chế tạo nanocompozit. Đầu tiên, họ phân tán và làm trương clay biến tính trong các loại hỗn hợp dung môi và đồng dung môi khác nhau như axetonnitryl, axetonnitryl/toluen và axetonnitryl/tetrahydrofuran (THF) bằng cách khuấy trong 1h ở môi trường khí N2. Sau đó cho thêm vào dung dịch Styren(S) và N-N’ azobis( izobutylnitryl )(AIBN) và quá trình trùng hợp Styren xảy ra ở 80˚C trong 5h. Compo...
Music ♫

Copyright: Tài liệu đại học © DMCA.com Protection Status