Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nanocompozit

Download miễn phí Luận văn Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nanocompozit





bMỤC LỤC

Trang

Mở đầu 1

Chương 1: Tổng Quan về vật liệu polyme nanocompozit 2

1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu nanocompozit: 2

1.2. Cấu trúc vật liệu nano compozit: 3

1.3. Tính chất và ứng dụng của PA6 4

1.3.1. Tính chất của PA6 4

1.3.2. Ứng dụng của vật liệu PA6 4

1.4. Cấu trúc và thành phần của clay 5

1.4.1. Cấu trúc và thành phần của clay 5

1.4.2. Biến tính clay 6

1.5. Các phương pháp tổng hợp vật liệu polyme nanocompozit 8

1.5.1. Phương pháp trùng hợp in-situ:[2] 8

1.5.2. Phương pháp trộn hợp nóng chảy 9

1.6. Tính chất của PA6-clay nanocompozit: 10

1.6.1. Môđun đàn hồi: 10

1.6.2. Độ bền nhiệt: 10

1.6.3. Tính chống thấm khí: 11

1.6.4. Khả năng chống cháy 11

1.6.5. Cấu trúc tinh thể của nanocompozit: 11

1.7. Ứng dụng của vật liệu polyme nanocompozit: 11

1.7.1.Sản phẩm đúc phun: 12

1.7.2.Sản phẩm màng: 12

1.7.3. Sản phẩm sợi: 12

Chương 2: phần thực nghiệm 13

2.1. Nguyên liệu 13

2.2. Thiết bị 13

2.3. Các phương pháp phân tích nguyên liệu đầu 14

2.3.1. Phương pháp xác định chỉ số chảy 14

2.3.2. Phương pháp xác định khối lượng riêng 14

2.4. Các phương pháp xác định tính chất vật liệu 14

2.4.1. Độ bền kéo 14

2.4.2. Độ bền va đập Izod 15

2.4.3 Độ bền dai 16

2.4.4. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 17

2.4.5. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 17

2.4.6. Phương pháp xác định độ thẩm thấu chất lỏng 18

2.4.7. Phương pháp chế tạo vật liệu PA6/clay Nanocompozit 18

Chương 3: Kết quả và thảo luận 19

3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu PA6-clay nanocompozit 19

3.1.1. Chế tạo vật liệu PA6 –nanoclay compozit 19

3.1.2. Ảnh hưởng của tốc độ trục vít đến tính chất vật liệu 21

3.2. Đặc trưng phá huỷ của PA6/clay nanocompozit 22

3.2.1. Sự phụ thuộc của GIC vào hàm lượng nanoclay 22

2.1.2. Ảnh hưởng của tốc độ tác dụng lực đến dặc trưng phá huỷ của PA6/clay nanocompozit 24

3.3. Tính chất nhiệt DSC 26

3.4. Khả năng chống thẩm thấu chất lỏng của vật liệu PA6/clay nanocompozit .29

Kết luận 30

Tài liệu tham khảo 31

 





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:


đặc biệt ở nhiệt độ nóng chảy
- Bề mặt đẹp
- Bền nhiệt
Tuy nhiên PA cũng có những nhược điểm sau:
- Độ hút ẩm cao dẫn đến giảm độ cứng ( giảm Tg), độ bền xé và độ ổn định kích thước.
- PA6 bị phân huỷ dưới tác dụng của tia tử ngoại, bị oxy hoá dưới tác dụng của nhiệt độ khi có mặt của oxy
- Giá thành đắt.
1.3.2. ứng dụng của vật liệu PA6
PA được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: thiết bị và công cụ điện, xây dựng, hàng tiêu dùng, linh kiện điện và điện tử, các sản phẩm đùn, công cụ gia đình và đồ nội thất, chế tạo máy, giao thông vận tải và các lĩnh vực khác. Trong đó giao thông vận tải là lĩnh vực sử dụng nhiều PA nhất [5].
1.4. Cấu trúc và thành phần của clay
1.4.1. Cấu trúc và thành phần của clay
Trong các chất gia cường nano thì nano clay được sử dụng rộng rãi nhất, do clay là khoáng thiên nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, dễ kiếm và được nghiên cứu kĩ. Clay cũng có nhiều loại khác nhau như: bentonit, montmorillonit, smectit, hectorit.
Cả clay tự nhiên và clay tổng hợp đều được sử dụng để tổng hợp nano compozit.
Cấu tạo của clay bao gồm các lớp, giữa các lớp là khoảng trống gọi là khoảng cách cơ bản (d). Khoảng cách này có kích cỡ nanomet và khác nhau đối với mỗi loại clay. Ngay cùng một loại clay nhưng xuất xứ từ những nơi khác nhau thì nó cũng khác nhau.
Đặc diểm của clay là có diện tích bề mặt lớn và có khả năng trao đổi cation Sự thay đổi đồng hình giữa các lớp ( Mg2+ hay Fe2+ thay thế Al3+, Li2+ thay thế Mg2+) tạo ra điện tích âm trên bề mặt, và chúng sẽ được trung hoà bởi những cation ở trong khoảng trống giữa các lớp. Những cation này thường là những kim loại kiềm đã được proton hoá hay các cation kim loại montmorillonit đất hiếm như Ca2+.
Montmorillonit( MMT) có khả năng dễ dàng hấp thụ nước do nó có tính ưa nước cao và nó thuộc loại khoáng Smectit. Khoảng cách cơ bản(d) của Na- montmorillonit là 9,6A0 và có thể tăng lên 20A0 khi clay này được phân tán trong nước .
Khả năng hoạt động của lớp clay được dặc trưng bởi điện tích âm ở trên bề mặt hay khả năng trao đổi cation( CEC), giá trị của điện tích âm này không phải là một giá trị cố định mà nó thay đổi từ lớp này đến lớp khác và nó được tính bằng giá trị trung bình cho toàn bộ khối tinh thể. CEC được tính bằng số mili đương lượng trên gam(meq/g) hay mili đương lượng trên 100 gam ( meq/100g).
Bảng 1.1: Các claylớp được sử dụng thông dụng
STT
Phyllosilicate
Công thức chung
CEC
(meg/100g)
Chiều dài hạt(nm)
1
Montmorillonit
Mx(Al4-x Mgx)Si8 O20(OH)4
110
100-150
2
Hectorit
Mx(Mg6-x Lix)Si8 O20(OH)4
120
200-300
3
Saponit
Mx Mg6(Si8-x Alx)O20(OH)4
86,6
50-60
M : cation
x độ thay thế đồng hình(0,5-1,3)
1.4.2. Biến tính clay
Do cấu tạo của clay có chứa những nhóm phân cực như nhóm -OH trên bề mặt các lớp, nên clay phân cực mạnh. Đặc tính của clay là hút nước mạnh và không tương hợp với phần lớn các polyme nanocompozit, clay thường được biến tính để làm giảm độ phân cực, làm cho clay từ ưa nước thành clay ưa chất hữu cơ. Qua việc biến tính này làm tăng khoảng cách cơ bản (d) dẫn đến làm giảm tương tác giữa các lớp và nhờ đó mà phân tử polyme dễ đi vào giữa các lớp hơn.[3,4,5,]
Do vậy, người ta thường xử lý clay trước hay cho clay trao đổi ion với các chất phân tán hay chất hoạt động bề mặt ưa nước hay ưa hợp chất hữu cơ. Chất hoạt động bề mặt gồm 2 loại nhóm chức: một loại nhóm ưa nước( có thể liên kết với clay) và một nhóm chức ưa hợp chất hữu cơ( có thể tương hợp với nền polyme).
Nghiên cứu đầu tiên về việc sử dụng tác nhân ghép nối để chế tạo nanocompozit polyamit6 đã được đưa ra bởi các nhà nghiên cứu của hãng Toyota: sử dụng hợp chất amino axit [3]. Cho đến nay rất nhiều hợp chất được sử dụng để tăng tính tương hợp giữa clay và nền polyme trong công nghệ tổng hợp polyme nano compozit. Tác nhân nanocompozit ghép sử dụng phổ biến nhất là ion amonium alkyl bởi vì chúng có khả năng trao đổi dễ dàng với các ion trên bề mặt lớp clay.
1.4.2.1.Biến tính clay bằng amino axit:
Trong môi trường axit, amino axit có khả năng prôton hoá do nguyên tử H của nhóm – COOH dịch chuyển sang nhóm –NH2 tạo thành –NH3+. Cation này có khả năng trao đổi cới cation Na+, K+ giữa các lớp. Vì vậy, bề mặt clay trở nên ưa chất hữu cơ và có khả năng tương hợp với nền polyme. Loại chất tương hợp này được sử dụng nhiều trong giai đoạn đầu để chế tạo PA-clay nano compozit[6]
1.4.2.2 Biến tính clay bằng alkyl amoni:
Gần đây alkyl amoni được sử dụng rộng rãi để biến tính clay. Tuy nhiên chỉ sử dụng alkyl amoni có ít nhất 4 nguyên tử cacbon. Do mạch alkyl dài nên làm giảm độ phân cực của clay, làm giảm năng lượng bề mặt của clay. Vì vậy khoảng cách giữ các lớp được tăng lên.[4,6,7]
Các thông số khác ảnh hưởng đến sự xen kẽ của các ion giữa các lớp clay là độ lèn chặt và nhiệt độ [2,4]. Có 4 cấu trúc khác nhau của ion alkyl amoni giữa các lớp clay: lớp đơn, lớp kép, lớp đơn loại parafin và lớp kép loại parafin.
1.4.2.3. Biến tính bằng silan:
Các hợp chất silan như trimetoxy silan, metyl trimetoxysilan hay được sử dung để biến tính clay tạo liên kết với –OH trên bề mặt clay. Tuy nhiên do đặc trưng hợp chất silan là dễ thuỷ phân nên nước không được dùng làm dung dịch.[4,8]
1.4.2.4.Các tác nhân biến tính khác:
Ngoài các hợp chất trên, khi biến tính clay người ta cũng hay sử dụng các mônome như: anhydrit maleic(AM), axit acrylic(AAC)để biến tính. Kết quả thu được cũng khả quan. Bên cạnh đó người ta còn dùng các oligome có nhóm chức phân cực để làm tăng tính tương hợp giữa polyme và nền clay[4,9]
1.5. Các phương pháp tổng hợp vật liệu polyme nanocompozit
1.5.1. Phương pháp trùng hợp in-situ:[2]
Monome
Clay
Trương
Trùng hợp
Nanocompozit
Dòng điện
Trùng hợp in situ là phương pháp mà trong giai đoạn đầu tiên các hạt được phân tán trong monome. Sự phân cực của monome, cách xử lý bề mặt cũng như nhiệt độ trương là các đặc điểm quan trọng của giai đoạn này, giai đoạn cần nhiều thời gian. Sau đó, hỗn hợp này được khơi mào nhờ dòng điện hay bằng cách tăng nhiệt độ. Cuối cùng, hỗn hợp được trùng hợp để tạo thành nanocompozit
Hình1.2: Sơ đồ quá trình trùng hợp in- situ.
Polyme-clay nanocompozit được chế tạo thành công lần đầu tiên là theo phương pháp trùng hợp in-situ.
Hình 1.3: Phương pháp chèn lớp
Cho đến nay, nhiều polyme nanocompozit đã được nghiên cứu theo phương pháp này như polyamit6, polyuretan, polyetylen terephtalat( PET), epoxy, polystyren, polyetylen
1.5.2. Phương pháp trộn hợp nóng chảy
Sự tương tác giữa các hạt clay và nền polyme ( nhựa nhiệt dẻo) xảy ra trong thiết bị trộn hợp. Khi polyme và clay được đốt nóng đến nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ chảy của polyme, các mắt xích polyme có thể đan xen vào những khoảng trống của clay hữu cơ mà có thể cải thiện rất nhiều sự đan xen giữa chúng.
Nhựa nhiệt dẻo
Gia nhiệt
Trộn hợp
Nanocompozit
Clay
Hình 1.4: Sơ đồ quá trình trộn hợp nóng chảy.
Hợp chất nóng chảy được sử dụng rộng rãi bởi vì nó đóng vai trò là môi trường khi không có mặt chất hữu cơ mà điều này chính là nhược điểm lớn của phương pháp trộn hợp dung dịch. Hơn nữa , nó có thể được áp dụng dễ dàng trong công nghệ nhờ các phương pháp như gia công ép và phun. Thiết bị tốt nhất cho hợp chất nóng chảy là máy đùn hai trục vít.
Phương pháp này tiến hành khá đơn giản: polyme và chất gia cường được trộn ở tỉ lệ thích hợp, tuỳ theo yêu cầu của sản phẩm cuối cùng [1]. Nhiều loại nhựa nhiệt dẻo được sử dụng chế tạo nanocompozit thành công nhờ phương pháp này như PA 6 [9], PE [10]...
Phương pháp chế tạo polyme nanocompozit ở trạng thái nóng chảy dựa trên việc trộn hợp một polyme chảy với clay hữu cơ để tạo ra sự tương tác tốt nhất giữa polyme/clay, trong đó cấu dạng của mạch polyme bị mất đi trong quá trình chèn lớp. phương pháp chèn ở trạng thái nóng chảy là một phương pháp để chế tạo polyme nanocompozit hiệu quả [11 ].
1.6. Tính chất của PA6-clay nanocompozit:
Các hạt chất độn nano clay phân lớp phân tán trong nền polyme đã cải thiện đáng kể các tính chất của nanocompozit. Tính chất cơ học của nanocompozit tuỳ từng trường hợp vào loại nanocompozit nào tạo thành. Nói chung nanocompozit bóc lớp thì có độ bền cơ học cao hơn nanocompozit xen kẽ. Sự nâng cao tính chất cơ học luôn đồng thời với cả sự cải thiện mức độ tương hợp giữa clay và nền polyme. Ngoài ra sự phân bố và định hướng của các lớp clay cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất cơ học và vật lý của nanocompozit.[3]
1.6.1. Môđun đàn hồi:
Nanocompozit nền PA6 được tạo thành khi thực hiện phản trùng hợp mở vòng caprolactam xen kẽ giữa các lớp clay( thay mặt cho loại nanompozit bóc lớp). Khi hàm lượng chất độn thấp thì môđun đàn hồi giảm.
Việc tăng môđun đàn hồi của nanompozit trên cơ sở nilon 6 có liên quan trực tiếp đến độ dài trung bình của lớp, do vậy nó cũng liên quan đến tỷ lệ các hạt nano phân tán. Tuy nhiên sự khác nhau về mức độ phân tán và loại khoáng sử dụng cũng ảnh hưởng lớn đến môđun đàn hồi. Quan hệ giữa môđun hồi và hàm lượng clay rất phức tạp, Sự tăng môđun đàn hồi cùng với hàm lượng clay là do sự tương tác tốt giữa chất gia c...

Music ♫

Copyright: Tài liệu đại học ©