BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
LÊ VĂN TOÀN
CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA
POLYME COMPOZIT TRÊN NỀN NHỰA POLYESTE KHÔNG
NO GIA CƯỜNG BẰNG SỢI LÙNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Vinh, 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
LÊ VĂN TOÀN
CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA
POLYME COMPOZIT TRÊN NỀN NHỰA POLYESTE KHÔNG
NO GIA CƯỜNG BẰNG SỢI LÙNG
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 60440114
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học:
TS. LÊ ĐỨC GIANG
Vinh, 2014
i
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Lê Đức Giang, trong
suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn của tôi thầy đã dành nhiều
thời gian, tâm huyết hướng dẫn, trợ giúp và động viên tôi vượt qua mọi khó
khăn trở ngại để hoàn thành luận văn của mình. Nhờ kiến thức sâu rộng về
chuyên môn của thầy đã cho tôi niềm tin vững chắc để đạt được thành tựu
trong nghiên cứu và tích lũy những kinh nghiệm quý báu cho bản thân.
Tôi xin chân thành cảm ơn và đã có nhiều ý kiến đóng góp ý kiến quý
báu cho luận văn,cảm ơn NCS. Cao Xuân Cường đã giúp đỡ tôi trong quá
trình làm thực nghiệm.

1.4. Vật liệu polyme compozit phân hủy sinh học 18
1.4.2. Ứng dụng của polyme compozit gia cường bằng sợi thực vật 20
1.4.3. Một số nghiên cứu về polyme compozit gia cường bằng sợi thực vật 21
2.2. Phương pháp thực nghiệm 25
2.2.1. Xử lý sợi bằng kiềm 25
2.2.2. Xử lý sợi bằng anhiđrit axetic 25
2.2.3. Phương pháp tạo mat 26
2.2.4. Phương pháp chế tạo vật liệu compozit 26
2.2.5. Phương pháp xác định độ axetyl hoá (DAc) 26
2.2.6. Phương pháp xác định hàm lượng phần gel và độ trương 26
2.3. Phương pháp khảo sát hình thái học 27
2.4. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học 27
2.5. Khảo sát tính chất cơ lý của vật liệu 27
3.1. Khảo sát hàm lượng phần gel 30
3.2. Khảo sát cấu trúc hóa học 30
3.3. Khảo sát hình thái học 33
3.4. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý sợi lùng đến độ bền cơ lý 34
3.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ lai tạo giữa sợi lùng với sợi thủy tinh đến tính chất cơ lý
37
iii
Danh mục các ký hiệu và viết tắt
Ký hiệu Diễn giải
DAc Độ axetyl hóa
IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy)
MEKP metyletylketonpeoxyt
PC Polyme compozit
PEKN Polyeste không no
PKL Phần khối lượng
SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
iv

ngoại thất, tượng đài, cầu trượt, bể bơi, nhà cửa, tấm lợp, vách ngăn, ống dẫn,
bồn chứa, vỏ ô tô, tàu thủy, xe lửa, máy bay…
Trong những năm gần đây việc sử dụng sợi tự nhiên trong vật liệu
polyme compozit ngày càng được quan tâm. Do đặc điểm nổi bật của sợi tự
nhiên là khả năng tái tạo, phân hủy được trong những môi trường xác định
và cháy hết không gây tắc lò đốt như các loại sợi thủy tinh. Hơn nữa, sợi
thực vật được sử dụng làm chất gia cường trong vật liệu polyme compozit có
giá thành thấp và là nguồn nguyên liệu tái tạo. Việc sử dụng sợi thực vật để
gia cường cho vật liệu compozit đang là hướng nghiên cứu được rất nhiều
nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước quan tâm [6]. So với sợi
thủy tinh và sợi cacbon thì sợi thực vật có giá thành rẻ, tỉ trọng thấp, năng
lượng để chế tạo thấp, dễ tái tạo và có khả năng phân huỷ sinh học. Vật liệu
PC gia cường bằng sợi thực vật nên có khả năng phân huỷ sinh học không
chỉ đáp ứng được nhu cầu của thị trường mà còn đáp ứng được những yêu
cầu về môi trường đang được đặt ra hiện nay [8].
Cây lùng (bamboosa sp.) là một trong 69 loài tre đặc hữu của Việt
Nam. Phân bố từ tây nam tỉnh Sơn La (huyện Mộc Châu), qua phía tây tỉnh
2
Thanh Hóa (huyện Quang Hóa, Lang Chánh) đến miền tây tỉnh Nghệ An
(huyện Anh Sơn, Quỳ Châu, Quế Phong); phía tây Quảng Bình (Quảng Ninh,
Lệ Thủy). Do thân có lóng rất dài nên được dùng để đan phên cót, tăm mành.
Có thể dùng lùng làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến ván ép, làm sợi,
làm giấy và dùng để đan lát làm hàng mỹ nghệ. Người dân chủ yếu sử dụng
thân cây lùng để đan lát làm hàng mỹ nghệ nhưng mới chỉ sử dụng được 30%
khối lượng, còn lại là phế thải [3]. Chính vì vậy chúng tôi chọn đề tài:“Chế
tạo và khảo sát một số tính chất cơ lý của polyme compozit trên nền nhựa
polyeste không no gia cường bằng sợi lùng”.
2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Chế tạo vật liệu polyme compozit trên nền nhựa polyeste không no
gia cường bằng hệ sợi lai tạo lùng/thủy tinh;

Tính chất của vật liệu PC là tổ hợp tính chất của các cấu tử có mặt
trong vật liệu. Tính chất đó phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn, điều kiện gia công
và tác dụng của tải trọng. Đối với vật liệu PC cần quan tâm tới một số tính
chất sau: khả năng chịu biến dạng, độ bền kéo, độ bền nén, hệ số giãn nở
nhiệt của vật liệu.
Vật liệu PC mang một số tính chất chung như sau:
- Khối lượng riêng bé do vậy tính năng cơ lý riêng cao hơn thép và các vật
liệu truyền thống khác (thủy tinh, gốm, sứ, gỗ, ) rất nhiều.
- Giá thành không cao, chịu môi trường, kháng hóa chất, ít tốn kém trong
bảo quản và chống ăn mòn, không cần sơn bảo vệ như vật liệu gỗ, kim loại,…
- Cách điện cách nhiệt tốt.
4
- Gia công, chế tạo đơn giản, nhanh, đa dạng, dễ thay đổi và sửa chữa, …
- Chi phí đầu tư thiết bị gia công thấp.
1.1.2.2. Phạm vi ứng dụng
Nhờ có nhiều tính năng ưu việt như khối lượng riêng thấp, có độ bền
cao, chịu môi trường tốt, có thể điều khiển được tính chất của vật liệu theo
các hướng khác nhau một cách dễ dàng,… Được ứng dụng chủ yếu trong các
lĩnh vực sau:
- Giao thông vận tải: vỏ ca nô, tàu biển,…
- Vật liệu điện: ấm cách điện, vỏ các thiết bị điện,…
- Vật liệu xây dựng: kết cấu nhà lắp ghép, đá ốp lát, tấm lợp,…
- Vật liệu chịu hóa chất: bồn chứa, ống dẫn, van,bể điện phân,…
- Vật liệu gia dụng:bàn, ghế,giá,tấm trần,tấm cách âm,…
- Vật liệu PC cao cấp:dùng trong hàng không,vũ trụ,dụng cụ thể thao
cao cấp,…
Tuy đã đạt được những thành tựu như vậy nhưng vấn đề nâng cao chất
lượng, cải thiện tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, điện, chịu ăn mòn,… mở rộng
được lĩnh vực sử dụng PC luôn được đặt ra. Đặc biệt việc nghiên cứu chế tạo
loại vật liệu mới có khả năng phân hủy nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường

năm, 10
3
tấn
1
Abaca
a)
Musa textilis Lá 91
2
Bã mía (bagasse)
Saccharum officinarum
L.
Thân 102.000
3
Chuối (Banana) Musa ulugurensis Warb Lá 200
4
Tre (Bamboo)
Gigantochloa
scortechinii
Dendrocalamus apus
Thân 10.000
5
Dừa (Coir) Cocos nucifera L. Quả 650
6
Bông (Cotton) Gossypium spp. Hạt 19.010
7
Lanh (Flax) Linum usitatissimum Thân 830
8
Gai dầu (Hemp) Cannabis sativa L. Thân 214
9
Đay (Jute)

Độ bền kéo,
MPa
Modun,
GPa
Modun
riêng
Sợi đay 1,3 393 55 38
Xơ sisal 1,3 510 28 22
Sợi lanh 1,5 344 27 50
Phoi lùng 1,56 170 62 40
Sợi thuỷ tinh 2,5 3400 72 28
1.1.3.2. Đặc điểm của sợi tự nhiên
Khi nghiên cứu và sử dụng sợi tự nhiên cần lưu ý một số đặc điểm quan
trọng của sợi là: độ bền nhiệt, hàm ẩm, phân huỷ sinh học và độ phân tán của
sợi vào chất nền.
- Độ bền nhiệt của sợi tự nhiên: Sợi tự nhiên là một hỗn hợp phức tạp
của các hợp chất hữu cơ. Quá trình xử lý nhiệt dẫn đến sự thay đổi đa dạng
7
các tính chất vật lý và hoá học. Độ bền nhiệt của sợi tự nhiên có thể được
nghiên cứu bằng việc phân tích nhiệt học.
Sự phân huỷ nhiệt của sợi tự nhiên là một quá trình gồm hai giai đoạn.
Giai đoạn một có nhiệt độ từ 220-280
o
C. Giai đoạn hai có nhiệt độ từ 280-
300
o
C. Quá trình phân huỷ ở nhiệt độ thấp là quá trình kết hợp với sự phân
huỷ của hemixenlulozơ, còn quá trình phân huỷ ở nhiệt độ cao là nhờ lignin.
Để tăng độ bền nhiệt của sợi người ta có thể tạo ra một lớp vỏ bảo vệ sợi hoặc
có thể ghép sợi với các monome.

của vùng. Dainippon Ink là nhà sản xuất Nhật bản lớn nhất chiếm 23% sản
lượng PEKN của vùng.
Trong công nghiệp vật liệu PC, nhựa PENK là loại nhựa nền phổ biến nhất,
chiếm 95% sản lượng nhựa nhiệt rắn. Đây là loại nhựa lâu đời và rẻ nhất.
Ở Việt Nam, đây cũng là loại nhựa nền được ứng dụng đầu tiên và rộng
rãi nhất hiện nay.
1.2.1. Phân loại
Nhựa PEKN là sản phẩm của phản ứng trùng ngưng giữa các axit đa
chức hay các anhydrite của chúng với các polyol. Liên kết đôi của anhydrit
không no tạo điều kiện cho nhựa PEKN có khả năng khâu mạch tiếp theo để
tạo polyme nhiệt rắn. Nhựa PEKN tạo thành ở dạng rắn nhưng thường được
sử dụng ở dạng dung dịch với styrene (30-40%). Styren vừa là dung môi vừa
là tác nhân khâu mạch. Nhựa PEKN có thể gia công ở nhiệt độ thường không
cần áp suất và đây là một ưu điểm lớn trong công nghiệp.
Nhựa PEKN chủ yếu được phân loại theo cấu trúc hóa học của
anhidritphtalic và đồng thời chỉ định lĩnh vực sử dụng phù hợp.
- Nhựa đi từ axit và anhydrite octophtalic:
COOH
COOH
axit phtalic
C
C
O
O
O
9
anhiđrit phtalic
Loại nhựa này dùng phổ biến nhất, thường gọi là nhựa OCTO
- Nhựa đi từ axit và anhydrite tetrahydrophtalic:
C

2
CH
OH OH
CH
3
Ở nhiệt độ 150 – 200
0
C, giữa các điaxit và điol xảy ra phản ứng este hóa
tạo thành nhừa PEKN:
10
OC
O
CH CH COCH
2
O
CH
CH
3
O C
O
C
O
OCH
2
CH
2
Nối đôi trong mạch là tác nhân đóng rắn nhựa nhờ phản ứng trùng hợp
với styren hoặc các monome không no khác như các loại acrylat.
1.2.2. Phản ứng đóng rắn
Dưới tác dụng của hệ khởi đầu, xúc tiến hay các tia giàu năng lượng (ג,

C
O
CH CH C
O
CH
2
CH
OCH
2
CH
2
O C
O
CH CH C
O
O
CH
2
CH
OCH
2
CH
2
O C
O
CH CH C O
O
X
Y
Hình 1.1.Sơ đồ phản ứng tạo thành polyme từ PEKN

3
C
2
H
5
xyclohexanolpeoxit
CH
O
OH
O O CH
O
OH
benzoilpeoxyt
C
O
O O C
O
Bảng 1.3.Các chất khởi đầu thông dụng
1.2.4. Các chất xúc tiến
Coban octoat: là dung dịch 6% coban, màu xanh lơ, được dùng phối
hợp với chất khởi đầu nêu trên.
Coban napthtenat: cũng là dung dịch 6% coban, sử dụng như coban
octoat.
Ở nhiệt độ thường, quá trình đóng rắn xảy ra không hoàn toàn, do đó để
nâng cao tính chất của compozit, sau khi đóng rắn ở nhiệt độ thường cần đóng
rắn tiếp 3-4 giờ ở nhiệt độ 80-100
0
C.
Các monome vinylic và nối đôi trong nhựa PEKN rất hoạt động nên có
thể trùng hợp ở nhiệt độ thường ngay cả khi không có xúc tác. Vì vậy, để tăng

Nhiều sợi thực vật như xơ dừa, sợi sisal, sợi đay, sợi chuối, phoi lùng,
sợi gai dầu đã có những ứng dụng làm nguyên liệu thô cho sản xuất công
nghiệp.
Tính chất của sợi thực vật phụ thuộc vào chủng loại sợi, môi trường
trồng, tuổi của cây và phương pháp thu hoạch sợi cũng như phương pháp để
xác định các tính chất đó
Bảng 1.3: Thành phần của một số loại sợi tự nhiên [20]:
Sợi Xenlulozơ
(%)
Hemixenlulozơ
(%)
Ligin
(%)
Pectin
(%)
Nước
(%)
Chất sáp
(%)
Flax 71 18,6÷20,6 2,2 2,3 8÷12 1,7
Sợi gai dầu 70÷74 17,9÷22,4 3,7÷5,7 0,9 6,2÷12 0,8
Sợi đay 61÷71.5 13,6÷20,4 12÷13 0,2 12,5÷1,7 0,5
Kevla 45÷57 21,5 8÷13 3÷5
Sisal 66÷78 10÷14 10÷14 10 10÷22 2
Sợi chuối 63÷64 10 5 10÷12
Sợi bông 85÷90 5.7 0÷1 7,85÷8,5 0,6
Phoi lùng 32÷43 0,15÷0,25 40÷50 3÷4 8
1.3.1. Thành phần hóa học của sợi thực vật
Thành phần hóa học của sợi bao gồm xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin,
pectin và một lượng nhỏ chất sáp và chất béo. Thành phần hóa học của sợi

Các chất tan trong nước chủ yếu là tinh bột, muối vô cơ, chất màu, tanit.
1.3.2. Sợi tre
Tre có thành phần hoá học và cấu tạo chung như các loại sợi thực vật
khác nhưng có những đặc điểm riêng.Thành phần chính của sợi tre gồm:
- Xenlulozơ là thành phần cơ bản của thực vật có xơ, là thành phần kết
tinh trong sợi. Xenlulozơ và hemixenlulozơ cùng với lignin tạo nên độ cứng
của tế bào. Xenlulozơ là một polysacarit tự nhiên có cấu trúc mạch thẳng
không phân nhánh, được tạo thành từ các mắt xích cơ bản là anhiđro-D-gluco-
pyranzo.
Công thức tổng quát của xenlulozơ: (C
6
H
10
O
5
)
n
hay [ C
6
H
10
(OH)
3
]
n
trong
đó bậc trùng hợp n có thể nằm trong khoảng 5000-14000.
Hình 1.2.Công thức cấu tạo của xenlulozơ
Xenlulozơ là một polyme phân cực. Do vậy nó ưa nước, thấm nước tốt
song lại không bị hòa tan trong nước cũng như một số dung môi thông thường

không hoà tan trong nước, dễ bị thuỷ phân dưới tác dụng của axit và dễ bị
trích ly khỏi xơ bằng dung dịch kiềm loãng.
- Lignin: Là hợp chất cao phân tử có đặc tính thơm. Lignin được tạo
thành từ các đơn vị mắt xích phenylpropan, các đơn vị mắt xích này liên kết
với nhau bằng liên kết ete (C-O-C). Cấu trúc lignin còn có các nhóm chức
khác như CO, CH
2
OH, OCH
3
, OH. Lignin là thành phần vô định hình trong
sợi, sự có mặt của nó làm cho tính chất cơ lý của vật liệu không cao.
Ngoài ra thành phần hoá học của sợi tre còn có tạp chất khác như sáp,
axit béo,
• Tính chất hoá học của xenlulozơ
Xenlulozơ là polyme vừa phân cực mạnh vừa kết tinh cao, chỉ hoà tan
trong một số ít dung môi. Những dung môi đặc biệt có thể làm trương mạnh
xenlulozơ và dẫn đến hoà tan. Sự trương xảy ra khi chất gây trương lọt vào
khoảng trống giữa các tinh thể hoặc lọt vào vùng vô định hình của cấu trúc
xenlulozơ, ở đó các phân tử liên kết với nhau lỏng lẻo. Nếu đặt xơ xenlulozơ
vào nước, sợi xenlulozơ hút nước và chỉ bị trương lên với đường kính xơ tăng
thêm khoảng 25% [10]. Tuy nhiên tương tác giữa nước và xenlulozơ không
đủ mạnh nên nước không xâm nhập vào vùng tinh thể của xenlulozơ. Sự
trương trong tinh thể xảy ra khi có mặt chất gây trương có ái lực mạnh hơn
tương tác giữa các phân tử xenlulozơ gây ra hiện tượng phá vỡ liên kết giữa
các phân tử xenlulozơ. Trong kỹ thuật thường sử dụng dung dịch NaOH đậm
đặc, dung dịch đồng amoniac, để gây trương.
Do cấu trúc của phân tử xenlulozơ rất chặt chẽ, vừa tồn tại ở vùng tinh
thể, vừa tồn tại ở vùng vô định hình, để phản ứng xảy ra, hoá chất cần xâm
17
nhập vào các hình thái cấu trúc này, đặc biệt là vùng tinh thể. Vùng vô định

mạng. Ngoài ra chúng còn có thể tham gia phản ứng tạo phức với nhiều kim
loại khác nhau. Đây là cơ sở khoa học của quá trình biến đổi hoá học của sợi
xenlulozơ. Các nhóm hiđroxyl (OH) ở cuối mạch phân tử xenlulozơ, tức là ở
các vị trí C1 và C4, có các tính chất rất khác nhau: trong khi nhóm hiđroxyl
(OH) ở vị trí C1 có các tính chất khử thì nhóm hiđroxyl (OH) ở vị trí C4
không có các tính chất này. Các nguyên tử oxy của các nhóm hiđroxyl cũng
như các nguyên tử oxy trong các vòng tham gia tạo các tương tác nội và ngoại
phân tử tạo cầu hiđro và tham gia các phản ứng phân huỷ khác nhau như phản
18
ứng thuỷ phân trong môi trường axit hoặc trong môi trường kiềm, phản ứng
thuỷ phân do các loại enzym, nấm và vi sinh vật gây ra, phản ứng oxy hoá và
phân huỷ oxy hoá tạo thành các hợp chất chứa các nhóm cacbonyl (-C=O)
hoặc các nhóm cacboxyl (-COOH). Ngoài ra các phân tử xenlulozơ còn có thể
bị phân huỷ nhiệt, phân huỷ cơ học (do cán trộn), phân huỷ do các tia bức xạ
(tử ngoại, các loại tia phóng xạ) [13].
Như trên đã nói, do có nhiều nhóm hiđroxyl (-OH) trong phân tử
xenlulozơ nên sợi xenlulozơ có tính ưa nước rất cao nhưng không tan trong
nước cũng như không tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ thông dụng. Đây
là một hạn chế rất lớn của sợi xenlulozơ trong các phản ứng biến đổi ở các
điều kiện đồng thể.
1.4. Vật liệu polyme compozit phân hủy sinh học
Những năm gần đây sợi tự nhiên đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa
học và sự phát triển của vật liệu PC trên cơ sở sợi tự nhiên đã trở thành đề tài
rất được quan tâm. Sợi tự nhiên có nhiều ưu điểm như có khối lượng riêng
thấp, giá thành thấp, và chúng có những tính chất rất đặc trưng mà các loại sợi
khác không có được như có khả năng phân huỷ sinh học và khả năng chịu mài
mòn rất lớn. Ngoài ra, sợi tự nhiên là nguồn nguyên liệu sẵn có, dồi dào và có
khả năng tái tạo.
Tuy nhiên, mặt hạn chế lớn nhất của sợi tự nhiên là nó không tương
hợp nền polyme kỵ nước, có xu hướng kết hợp với nhau trong quá trình gia