18
TP CHÍ KHOA HC VÀ CÔNG NGH Tp 44, s 2, 2006 Tr. 18-
23
KH NNG CHY NHT, CU TRÚC VÀ TÍNH CHT C LÍ CA
VT LIU COMPOZIT POLYVINYL CLORUA/NANOCLAY
THÁI HOÀNG, NGUY%N THC KIM, '( QUANG TH*M, NGUY%N TI+N D-NG,
L/ ÁNH NGC, NGUY%N TH+ ANH
I. M U
Polyvinyl clorua (PVC) là mt polyme thng mi rt quan tr ng và !"c #ng d%ng !& ch'
to nhi(u loi s*n ph+m khác nhau. Tuy nhiên, nó có mt s3 nh"c !i&m nh ! 4n !5nh nhi6t
thp, d7 b5 oxy hóa nhi6t d:i tác !ng c;a nhi6t ! cao và ánh sáng t< ngoi Do !ó, PVC và
v>t li6u t4 h"p t? PVC b5 hn ch' #ng d%ng trong mt s3 l@nh vAc [1, 2]. Vì v>y cFn ph*i phát
tri&n các s*n ph+m m:i t? PVC khGc ph%c !"c các nh"c !i&m trên nhHm mI rng kh* nJng s<
d%ng chúng. GFn !ây, lai to PVC (mt polyme hNu c) v:i ph% gia vô c có kích th:c nano là
mt phng pháp có hi6u qu* và !Fy tri&n v ng !& ch' to v>t li6u compozit PVC có tính nJng
cao (high performance). Trong s3 các ph% gia có kích th:c nano, nano clay !"c bi'n tính bIi
các ion alkyl amoni !"c chú ý nhi(u nht vì các l:p silicat c;a clay có th& !"c mI rng, th>m
chí b5 bóc tách bIi các phân t< hNu c trong nhNng !i(u ki6n thích h"p [3]. Ngoài ra, clay bi'n
tính khá thân thi6n v:i môi trVng và giá rW hn nhi(u so v:i các ph% gia nano khác. Các công
trình liên quan t:i v>t li6u compozit PVC/nano clay m:i chY !"c công b3 trong 5 nJm gFn !ây
[2 - 6]. Các thông tin v( kh* nJng ch*y nh:t và tính cht c lí c;a v>t li6u rt ít.
Bài này trình bày k't qu* nghiên c#u kh* nJng ch*y nh:t, cu trúc và tính cht c lí c;a v>t
li6u compozit PVC/nano clay.
II. THC NGHIM
1. Nguyên liu và hóa cht
Polyvinyl clorua (PVC) mác TH – 1600 (Nh>t B*n s*n xut), bt màu trGng, hHng s3
Ficken K
F
= 62 - 63. Cht 4n !5nh Irgastab 17 M là tên thng mi c;a mt h"p cht thi'c hNu
c c;a hãng Ciba – Geigy (Th%y S@). Nó là mt cht ling nh:t, không màu. DFu !>u nành epoxy
hóa c;a Malayxia, cht ling màu vàng nht, hàm l"ng nhóm epoxy 15,2%. Cht hóa dWo

o
/giây v:i góc nhi7u x (2) t? 0,6
o
!'n 40
o
.
- €nh hi&n vi !i6n t< quét c;a v>t li6u !"c ch%p trên máy JEOL 5300 c;a Nh>t B*n ti
Vi6n K{ thu>t Nhi6t !:i, Vi6n Khoa h c và Công ngh6 Vi6t Nam v:i ! phóng !i 15000 lFn.
III. K2T QU4 VÀ TH4O LU8N
1. Kh9 n:ng ch9y nh;t c<a v%t liu compozit trong quá trình tr@n nóng ch9y
Kh* nJng ch*y nh:t c;a v>t li6u !"c ph*n ánh bIi sA thay !4i mômen xoGn trong quá
trình trn h"p nóng ch*y hon h"p PVC và clay (hình 1). Sau khi np hon h"p PVC và clay vào
bupng trn, mômen xoGn c;a v>t li6u gi*m theo thVi gian trn do PVC b5 m(m và nóng ch*y.
Nhìn chung, mômen xoGn c;a v>t li6u compozit PVC/clay tJng theo hàm l"ng c;a clay. Nói
mt cách khác, hon h"p PVC khó ch*y nh:t hn khi thêm clay vào. Nguyên nhân c;a hi6n
t"ng này là do clay là mt cht !n vô c và I nhi6t ! nóng ch*y c;a PVC nó vvn còn I trng
thái rGn nên làm tJng ma sát ni (hay ! nh:t) c;a v>t li6u PVC dvn !'n làm tJng mômen xoGn
c;a h6. Ngoài ra, có th& có sA tng tác giNa pha n(n PVC (là mt polyme phân cAc do các
nguyên t< Cl có ! âm !i6n l:n) và clay (có các nhóm OH trên b( m•t). Do !ó, kh* nJng bám
dính c;a PVC và clay tJng lên.

Hình 1. Gi*n !p mômen xoGn c;a hon h"p PVC và compozit PVC/clay
0
5
10
15
20
25
30
0123

1%. ˆ hình 3a, v:i hàm l"ng clay 2%, !a s3 các ht clay (màu trGng) có kích th:c t? 300 nm
!'n 3 µm. Còn I hình 3b, v:i hàm l"ng clay 1%, các ht clay phân b3 v:i có kích th:c t? 100
nm !'n 2 µm. Các *nh trên c†ng cho thy bên cnh cu trúc nano, trong v>t li6u compozit
PVC/clay vvn còn tpn ti cu trúc micro.
K't qu* ch%p ph4 nhi7u x tia X và *nh hi&n vi !i6n t< quét cho phép khwng !5nh v>t li6u
compozit trên c sI PVC và clay có cu trúc hon h"p, trong !ó các l:p clay !ã b5 bóc tách trong
n(n PVC và các !i phân t< PVC chèn vào các l:p clay. Ngoài ra, trong v>t li6u vvn tpn ti các
cu trúc micro compozit.
4. Tính cht c. lí c<a v%t liu compozit PVC/clay
SA ph% thuc tính cht c lí (mô !un !àn hpi, ! b(n kéo !#t, ! giãn dài khi !#t) c;a v>t
li6u compozit vào hàm l"ng clay !"c th& hi6n trên hình 4. Khi tJng hàm l"ng clay trong
kho*ng t? 0 t:i 3%, mô !un !àn hpi c;a v>t li6u compozit tJng dFn và !t cAc !i I hàm l"ng
clay 1%, ti'p !ó mô !un !àn hpi c;a v>t li6u gi*m !i, th>m chí nhi hn so v:i mvu PVC (không
có clay) n'u hàm l"ng clay ti'p t%c tJng quá 2%. Tng tA, ! b(n kéo !#t c;a v>t li6u !t giá
tr5 l:n nht I hàm l"ng clay 1% (! b(n kéo !#t !t 27,95 MPa, tJng 20,3% so v:i hon h"p
PVC ban !Fu), ti'p !ó khi hàm l"ng clay l:n hn 1%, ! b(n kéo !#t c;a v>t li6u compozit
gi*m (so v:i giá tr5 cAc !i) nhng vvn l:n hn ! b(n kéo !#t c;a hon h"p PVC ban !Fu. t
giãn dài khi !#t c;a v>t li6u tJng khi hàm l"ng clay tJng và !t giá tr5 l:n nht 339,8% I hàm
l"ng clay 1% (tJng 36% so v:i hon h"p PVC ban !Fu). Ti'p !ó ! giãn dài khi !#t c;a v>t li6u
có xu h:ng gi*m, th>m chí nhi hn mvu PVC khi hàm l"ng clay l:n quá 1,5%.
Hình 4. SA ph% thuc tính cht c lí c;a v>t li6u compozit vào hàm l"ng clay
Mô !un !àn hpi và ! b(n kéo !#t c;a v>t li6u tJng theo hàm l"ng clay t:i 1% là do có sA
tng tác t3t giNa clay hNu c và n(n PVC. ti(u này có th& gi*i thích bIi sA tng tác giNa các
nguyên t< Cl c;a !i phân t< PVC v:i các nguyên t< H c;a nhóm OH trong clay hình thành liên
k't hydro - Cl H – O Ngoài ra, có th& gi* thi't rHng có ph*n #ng ngng t% giNa các nguyên
t< Cl kém b(n (d7 hot !ng hóa h c) c;a PVC và các nguyên t< H nhóm OH c;a clay !& to
thành cFu n3i C - O - clay giNa PVC và clay. Khi hàm l"ng clay trong hon h"p PVC l:n hn
0
5
10

§é dn di khi ®øt
§é bÒn kÐo ®øt
22
1%, các ht clay có kích th:c l:n hn (do sA k't t% c;a các ht clay) làm gián !on pha n(n
PVC, do !ó làm gi*m mô !un !àn hpi và ! b(n kéo !#t c;a v>t li6u.
SA tJng ! giãn dài khi !#t c;a v>t li6u khi hàm l"ng clay tJng t:i 1% là do sA phân b3
!png !(u và sA tng tác t3t c;a clay v:i n(n PVC. Ti'p !ó ! giãn dài khi !#t c;a v>t li6u gi*m
!i. ti(u này có th& do các nguyên t< H I OH c;a các ht clay “d” tng tác v:i các nguyên t<
O nhóm C=O I DOP (tng tác hydro) làm gi*m hi6u qu* hóa dWo c;a DOP, hn ch' kh* nJng
tr"t c;a các mch PVC.
IV. K2T LU8N
- tã ch' to !"c v>t li6u nanocompozit trên c sI PVC/clay I trng thái nóng ch*y. V>t
li6u nanocompozit PVC/clay có cu trúc nano lvn cu trúc micro. Các l:p clay b5 bóc tách trong
n(n PVC và các !i phân t< PVC chèn vào giNa các l:p clay.
- Trong quá trình trn nóng ch*y, mômen xoGn c;a v>t li6u nanocompozit PVC/clay tJng
theo hàm l"ng clay.
- V>t li6u nanocompozit PVC/clay có mô !un !àn hpi, ! b(n kéo !#t và ! giãn dài khi
!#t l:n nht I hàm l"ng clay 1%.
Li cm n. Công trình 678c hoàn thành v=i s? h@ tr8 kinh phí cCa HEi 6Fng Khoa hGc t? nhiên
giai 6oIn 2004 – 2005 va Hoi dong Nganh Khoa hoc Vat lieu, Vien Khoa hoc va Cong nghe Viet
Nam giai doan 2006-2007

TÀI LIU THAM KH4O
1. Kiyoshi Endo - Synthesis and Structure of Poly(vinyl chloride), Prog. Polym. Sci. 27 (2002)
2021-2050.
2. Josef Simonik – Alema Kalendova – Lucie – Kovanova, Polymer/clay Nanocomposites
Modified in Poly(vinyl chloride) (PVC) Matrix, 109-111, Brno (2002).
3. Clay-based nanocomposites,
4. W. Xu, M. Ge and W P. Pan - Glass Poly(vinyl chloride)/momtmorillonite nanocomposites.
Transition Temperature and Mechanical Properties, Journal of Themal Analysis and