CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về vật liệu compozit và nanocompozit
1.1.1. Vật liệu compozit (VLC)
1.1.1.1. Định nghĩa
VLC là vật liệu được tạo thành từ hai vật liệu trở lên có bản chất khác nhau.
Vật liệu tạo thành có đặc tính ưu việt hơn đặc tính của từng vật liệu thành phần khi
xét riêng rẽ. Có thể định nghĩa vật liệu compozit là vật liệu gồm nhiều pha khác
nhau về mặt hoá học hầu như không tan vào nhau và được phân cách với nhau bằng
ranh giới pha, kết hợp lại nhờ khoa học kỹ thuật theo những sơ đồ thiết kế trước
nhằm tận dụng được từng tính chất tốt trong từng pha của vật liêu. Trong thực tế
compozit phần lớn là loại 2 pha gồm pha nền là pha liên tục trong toàn khối, cốt là
pha phân tán. Trong compozit nền đóng vai trò chủ yếu ở các mặt sau: liên kết toàn
bộ các phần tử cốt thành 1 khối compozit thống nhất, tạo khả năng để tiến hành các
phương pháp gia công compozit thành các chi tiết theo thiết kế và che phủ, bảo vệ
cốt tránh các hư hỏng do các tác động hoá học, cơ học và môi trường. Ngoài ra nền
phải nhẹ và có độ dẻo cao. Cốt đóng vai trò tạo độ bền và modun đàn hồi cao cho
compozit, đồng thời cốt phải nhẹ để tạo độ bền riêng cao cho compozit [3].
Đối với compozit liên kết tốt giữa nền và cốt tại vùng ranh giới pha là yếu tố
quan trọng nhất đảm bảo cho sự kết hợp các đặc tính tốt của 2 pha trên. Tính chất
của compozit phụ thuộc vào bản chất của nền, cốt, khả năng liên kết giữa nền và cốt
và quá trình công nghệ sản xuất.
Nền của compozit nói chung có thể được sử dụng từ polyme, kim loại, gốm
và các hỗn hợp nhiều pha. Nhưng trong phạm vi luận văn này, tôi chỉ đề cập đến
compozit có nền là polyme, polyme làm nền cho compozit có thể là các loại nhựa
nhiệt dẻo: PP, PE, PS, ABS, PVC…độn được trộn với nhựa, gia công trên máy ép
phun ở trạng thái nóng chảy.
Nhựa nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no, gia công dưới áp
suất và nhiệt độ cao, riêng với epoxy và polyester không no có thể tiến hành ở điều
kiện thường, gia công bằng tay (hand lay- up method). Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn
cho vật liệu có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo. Ngoài ra còn có các elastome và các
vật liệu tổ hợp polyme ( polyme blend)

được đưa
vào trong vật liệu ở dạng bột mịn, được điều chế bằng phương pháp ướt hoặc bằng
phương pháp sương mù. Kết quả một số công trình nghiên cứu sử dụng SiO
2
gia
cường trong vật liệu polyme cho thấy tính chất cơ lý và khả năng cách điện của vật
liệu được cải thiện đáng kể [11].
Bột SiO
2
còn được sử dùng như một chất tăng cường độ trắng rất tốt cho vật
liệu polyme nói chung.
c. Một số chất gia cường khác
Ngoài một số chất gia cường trên, hiện nay có một số chất gia cường mới
như: sợi carbon, sợi thủy tinh (glass fiber) và sợi Kevlar là ba loại sợi gia cố thông
dụng dùng để tăng cơ tính của composite mà tiêu biểu là độ cứng (stiffness), độ bền
(strength) và độ dài (toughness). Ba loại sợi có những cơ tính khác nhau nhưng loại
nào cũng có tỷ trọng nhẹ hơn thép.
1.1.2. Vật liệu polyme nanocompozit (PNC)
1.1.2.1. Định nghĩa
Vật liệu PNC có nền là các loại polyme và cốt là các hạt độn khoáng thiên
nhiên hoặc các hạt tổng hợp nhân tạo có kích thước hạt trong khoảng 1- 100 nm
(kích thước nano).
Nền sử dụng trong chế tạo PNC rất đa dạng, phong phú, bao gồm cả nhựa
nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn. Các polyme thường sử dụng trong chế tạo PNC là:
nhựa polyetylen( PE), nhựa polypropylen (PP), nhựa polyester, nhựa epoxy, nhựa
polystyrene (PS), cao su thiên nhiên, cao su butadiene…
Trong chế tạo PNC cho đến nay, đa phần cốt được dùng dưới dạng hạt. Sau
đây là một số loại hạt thường được sử dụng:
Khoáng thiên nhiên: chủ yếu là đất sét vốn là các hạt silicat có cấu tạo dạng
lớp như montmorillonite, vermiculite, fluoromica, bentonit kiềm tính, các hạt grafit,

+ Phản ứng xảy ra trong dung dịch nên nhiệt phản ứng được điều hòa,
tránh được hiện tượng nhiệt cục bộ
+ Khi phản ứng kết thúc sản phẩm tạo thành ở trong dung môi nên dễ
dàng xử lí tiếp
+ Phương pháp này thuận tiện cho quá trình nghiên cứu động học và
cơ chế phản ứng
- Nhược điểm:
+ Giá thành sản phẩm cao
+ Gây ô nhiễm môi trường
+ Không tạo ra được sản phẩm có kích thước lớn, tốn kém dung môi
b. Phương pháp tổng hợp từ monome
Nguyên liệu ban đầu là các monome được monome hóa hoặc được ghép vào
trong các mạch đại phân tử lớn khác trong các thiết bị phản ứng.
- Nhược điểm: quá trình trùng hợp diễn ra rất phức tạp nên khó kiểm soát.
- Ưu điểm: có nhiều phương pháp dùng monome để chế tạo vật liệu như
phương pháp trùng hợp khối, trùng hợp nhũ tương…
c. Phương pháp trộn nóng chảy
Là quá trình các chất ban đầu được trộn ở khoảng nhiệt độ gia công polyme
trong các thiết bị gia công polyme: máy trộn, máy cán ép…
- Ưu điểm:
+ Hạn chế ô nhiễm môi trường do không phải sử dụng dung môi
+ Giảm chi phí sản xuất
+ Dễ dàng tiến hành trong các thiết bị gia công chất dẻo sẵn có ở các
nhà máy
- Nhược điểm:
+ Phản ứng xảy ra trong trạng thái nóng chảy nên nhiệt phản ứng
thoát ra không nhanh
+ Áp suất hơi của monome ở độ sâu của khối polyme do sự quá nhiệt
tạo nên một ứng suất nội làm cho tính đồng nhất về tính chất cơ lý giảm có khi tạo
nên nhiều bọt và rạn nứt [17].

công suất sản xuất PP toàn cầu sẽ là 80 - 85%. Các nhà sản xuất PP lớn nhất trên thị
trường hiện nay gồm: Basell Polyolefins, Borealis A/S, Innovene, Công ty Hóa chất
Dow, Equistar Chemicals, Công ty Hóa chất Exxon Mobil, Reliance Industries Ltd.,
Saudi Basic Industries Corporation (SABIC), Sunoco Chemicals…
Nhựa là một trong những ngành công nghiệp non trẻ của Việt Nam và có tốc
độ tăng trưởng cao trong nền kinh tế. Theo thống kê, tốc độ tăng trưởng của ngành
trong 10 năm qua khá mạnh với tốc độ tăng trưởng bình quân 15-20 %, đặc biệt
trong giai đoạn từ 2006- 2008 tốc độ tăng trưởng bình quân của ngành nhựa Việt
Nam trên 30 %. Do ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng kinh tế thế giới, tốc độ tăng
trưởng của ngành nhựa năm 2009 chỉ đạt 15 % so với năm 2008 và trong năm 2010
tốc độ tăng trưởng có thể đạt được 15 %. Tuy nhiên so với các nước khác, chỉ số chất
dẻo trên đầu người của Việt Nam khá thấp. Mức tiêu thụ trên đầu người trong năm
2005 đạt 25 kg, mục tiêu phấn đấu đến năm 2010 đạt 40 kg/người. Ngành nhựa Việt
Nam tập trung đầu tư và phát triển vào 4 nhóm ngành chính: nhóm sản phẩm nhựa
bao bì (chiếm 39 %), sản phẩm nhựa dùng trong vật liệu xây dựng (chiếm 21 %),
nhựa gia dụng (21 %) và nhóm sản phẩm nhựa kỹ thuật cao chiếm 19 %. Việt Nam
phấn đấu đưa sản lượng toàn ngành năm 2010 lên 4,2 triệu tấn/năm [2, 37, 39].
Mặc dù tốc độ xuất khẩu hàng nhựa của Việt Nam phát triển mạnh, xếp trên
một số nước ở Đông Nam Á như Philipine, Indonesia… nhưng ngành nhựa Việt
Nam phải nhập khẩu 80- 90 % nguyên liệu đầu vào. Các nguyên liệu chính thường
được sử dụng: PP, PE, PVC, PET, ABS…Trong đó, PE và PP được sử dụng chủ
yếu cho bao bì và đồ gia dụng. PVC được sử dụng cho các ngành công nghiệp vật
liệu xây dựng như: ống nước, tấm ốp tường, vải giả gia, áo mưa… Trong nước chỉ
có 3 doanh nghiệp sản xuất nguyên liệu đầu vào cho ngành nhựa: Công ty TPC
Vina, Công ty Nhựa & hóa chất Phú Mỹ và một nhà máy của Công ty hóa chất LG
Vina với tổng công suất đạt khoảng 400.000 tấn/năm, do vậy toàn bộ phần nguyên
liệu còn lại phụ thuộc vào nhập khẩu.
Hiện nay, nhiều dự án nguyên vật liệu cho ngành nhựa được đầu tư sản xuất
như nhà máy sản xuất PP1, PP2, nhà máy sản xuất PE… nếu các dự án này đạt
đúng tiến độ thì đến hết năm 2010 có thể nâng tổng công suất lên thêm 1,2 triệu tấn/

C, PP vẫn còn ở thể rắn, nhưng đến gần nhiệt độ nóng chảy PP
chuyển sang trạng thái mềm (như cao su).
- Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy đến 120
o
C, PP bắt đầu kết tinh nhiệt
độ kết tinh cao.
b. Khả năng chịu ánh sáng mặt trời
Do có nguyên tử H ở C bậc 3 linh động nên PP dễ bị oxi hóa, lão hóa.
Với PP không có chất ổn định thì dưới ánh sáng khuếch tán vẫn ổn định tính
chất trong 2 năm. Tuy nhiên khi có ánh sáng trực tiếp thì chỉ sau vài tháng sẽ bị
giòn và phá hủy ngay.
Với PP có chất ổn định (hoặc dùng muội than 2 %) dưới ánh sáng trực tiếp
(tia cực tím) thì sau 2 năm tính chất không thay đổi, bền trong 20 năm.
c. Độ bền hóa học
Ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ, ngay cả
khi tiếp xúc lâu, mà chỉ trong các cacbuahydro thơm và clo hóa. Nhưng ở nhiệt độ
trên 80
o
C thì PP bắt đầu tan trong 2 loại dung môi trên.
Polyme có độ kết tinh lớn bền hóa chất hơn polyme có độ kết tinh bé.
1.2.1.3 Các dạng PP điển hình [11]
 Các dạng cấu trúc điển hình của mạch PP
Đặc trưng về trạng thái rắn của PP xuất hiện do monome propylen là bất đối
xứng về hình dạng. Điều này là khác biệt đối với monome etylen do nó có nhóm
methyl gắn vào một trong những cacbon olefin. Bản chất bất đối xứng này của
monome propylen tạo ra nhiều khả năng cho việc liên kết chúng lại với nhau trong
mạch polyme và làm tăng đồng phân cấu trúc và đồng phân lập thể trong mạch PP.
Hiện tượng đồng phân lập thể có thể xảy ra đối với PP vì propylen có thể liên kết
với nhau bằng nhiều cách khác nhau, các nhóm methyl có thể được đặt trong một
kiểu sắp xếp không gian theo cách này hoặc theo cách khác trong mạch polyme.

HPP có chứa hỗn hợp pha RCP có hàm lượng etylen trong khoảng 45-65 %kl được
gọi là PP chống va đập (impact copolyme polypropylen- ICP).
 HPP
HPP là vật liệu PP được sử dụng phổ biến nhất trong các họ sản phẩm HPP,
RCP, và ICP. Các PP đồng nhất là hệ 2 pha do nó chứa cả vùng tinh thể và vùng vô
định hình. Vùng vô định hình hoặc vùng không kết tinh là được cấu tạo bởi i-PP và
a-PP. i-PP trong vùng vô định hình là có khả năng kết tinh. Độ kết tinh mạch là một
yếu tố để xác định độ dầy của mầm tinh thể sẽ là bao nhiêu và mức độ dầy của các
mầm tinh thể xác định năng lượng nhiệt cần thiết để làm chảy chúng (nhiệt độ nóng
chảy). Một dạng HPP điển hình có thể có chứa một loạt các mầm tinh thể từ dày
cho đến mỏng, và những điều này đã chứng minh bản thân chúng thông qua một
loạt điểm nóng chảy. HPP được đánh giá chủ yếu là do chỉ số chảy (MFR) và chất
phụ gia đưa vào thành sợi, màng, ga, và các ứng dụng ép phun. Chỉ số chảy là thông
số cho biết của các trọng lượng phân tử trung bình được đo bằng ASTM hoặc
phương pháp thử MFR.
 RCP
Các copolyme ngẫu nhiên là compolyme etylen/propylen được chế tạo trong
thiết bị phản ứng đơn bởi quá trình polyme hóa propylen và một lượng nhỏ etylen
(thông thường là 7% hoặc thấp hơn). Quá trình đồng polyme hóa etylen thay đổi
đáng kể tính chất của mạch polyme và kết quả tạo ra sản phẩm nhiệt dẻo có mặt trên
thị trường trong đó có các tính chất tốt hơn như: độ bền va đập, cải thiện độ trong,