Tài liệu Tính chất cơ của vật liệu polypropylen độn hạt thủy tinh

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HOÁ HỌC ---------- CAO THỊ TRANG TÍNH CHẤT CƠ CỦA VẬT LIỆU POLYPROPYLEN ĐỘN HẠT THỦY TINH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hoá Công Nghệ - Môi Trƣờng HÀ NỘI - 2016 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Khóa luận này được hoàn thành tại Phòng Nghiên cứu Vật liệu Polyme & Compozit, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới ThS. Nguyễn Việt Dũng và PGS.TS Ngô Kế Thế, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nhiệt tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn các anh chị trong Phòng Nghiên cứu Vật liệu Polyme & Compozit đã chỉ bảo và giúp đỡ em trong thời gian qua. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Hóa học trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 đã cung cấp cho em những kiến thức cơ bản trong quá trình học tập để em có thể hoàn thành khóa luận này. Quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp trong thời gian ngắn nên không tránh khỏi một số sai sót. Vì vậy em rất mong được nhận sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô và các bạn sinh viên quan tâm. Em xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, tháng 5 năm 2016 Sinh viên Cao Thị Trang Cao Thị Trang K38B- SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH 1. Danh mục các bảng Bảng Bảng 2.1 Tên bảng Trang Thành phần các mẫu vật liệu polypropylen chứa các loại chất độn hạt thủy tinh khác nhau 16 2. Danh mục các hình Hình Tên hình Trang Hình 1.1 Vật liệu compozit với các chất độn gia cường khác nhau 3 Hình 1.2 Isotactic polypropylen 9 Hình 1.3 Syndiotactic polypropylen 9 Hình 1.4 Atactic polypropylen 9 Hình 1.5 Các sản phẩm làm từ PP 12 Hình 2.1 Máy trộn kín Brabender 17 Hình 2.2 Máy SEM JSM- 6490 18 Hình 2.3 Máy đo tính chất cơ giãn dài 19 Hình 2.4 Máy tạo khía mẫu đo độ bền va đập 20 Hình 2.5 Thiết bị đo độ bền va đập 20 Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu vật liệu polypropylen chứa hạt thủy tinh chưa biến đổi bề mặt 21 Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu vật liệu polypropylen chứa hạt thủy tinh biến đổi bề mặt bằng dầu silicon 22 Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu vật liệu polypropylen chứa hạt thủy tinh biến đổi bề mặt bằng hợp chất vinyl silan 23 Hình 3.4 Mô đun đàn hồi của vật liệu PP độn hạt thủy tinh 24 Hình 3.5 Độ bền kéo đứt của vật liệu PP độn hạt thủy tinh 25 Cao Thị Trang K38B- SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.6 Độ giãn dài khi đứt của vật liệu PP độn hạt thủy tinh 26 Hình 3.7 Tính chất cơ phá hủy của vật liệu PP độn hạt thủy tinh 27 Cao Thị Trang K38B- SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC VIẾT TẮT PC Polyme compozit PP Polypropylen PE Polyetylen PVC Polyvinylclorua PS Polystylen Cao Thị Trang K38B- SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 1 1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................ 2 Chương 1: TỔNG QUAN .................................................................................................... 3 1.1. Vật liệu polyme compozit (PC) ............................................................. 3 1.1.1. Khái niệm vật liệu polyme compozit ............................................... 3 1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển ..................................................... 3 1.1.3. Phân loại vật liệu polyme compozit ................................................ 4 1.1.4. Thành phần chính của vật liệu polyme compozit............................ 5 1.1.5. Ứng dụng của vật liệu PC ............................................................... 6 1.2. Nhựa nhiệt dẻo polypropylen (PP)......................................................... 7 1.2.1. Cấu trúc phân tử ............................................................................. 8 1.2.2. Tính chất của polypropylen .......................................................... 10 1.2.3. Ứng dụng ....................................................................................... 11 1.3. Chất độn trong lĩnh vực vật liệu polyme compozit.............................. 13 Chương 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................................. 15 2.1. Nguyên vật liệu .................................................................................... 15 2.2. Phương pháp chế tạo mẫu nghiên cứu ................................................. 15 2.3. Phương pháp xác định các tính chất của vật liệu ................................ 17 2.3.1. Ảnh kính hiển vi điện tử quét ........................................................ 17 2.3.2. Xác định tính chất cơ giãn dài ....................................................... 19 2.3.3. Xác định độ bền va đập ................................................................. 19 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................... 21 3.1. Tương tác pha giữa chất độn hạt thủy tinh và chất nền polypropylen ....... 21 Cao Thị Trang K38B- SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 3.2. Tính chất cơ giãn dài ............................................................................ 23 3.2.1. Mô đun đàn hồi ............................................................................. 23 3.2.2. Độ bền kéo đứt .............................................................................. 24 3.2.3. Độ giãn dài khi đứt ....................................................................... 25 3.3. Tính chất cơ phá hủy ............................................................................ 26 KẾT LUẬN............................................................................................................................ 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................. 29 Cao Thị Trang K38B- SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong lĩnh vực vật liệu polyme compozit, nhựa nhiệt dẻo polypropylen là một trong những loại vật liệu được ứng dụng nhiều nhất do khả năng biến đổi tính chất trong một khoảng rộng cũng như như tỷ lệ khả năng/giá thành hấp dẫn. Polypropylen cũng là đối tượng trong rất nhiều các nghiên cứu khác nhau. Chất độn hạt thủy tinh có dạng hình cầu đặc trưng. Không giống như những chất độn dạng hạt khác như bột khoáng talc (chất độn 2D), sợi thủy tinh (1D),… hạt thủy tinh là chất độn đẳng hướng. Ảnh hưởng của bề mặt chất độn hay khả năng tương tác pha của nó đến tính chất của vật liệu compozit không ảnh hưởng bởi hình dạng hay quá trình gia công. Do đó, lựa chọn chất độn hạt thủy tinh để nghiên cứu ảnh hưởng của khả năng tương tác pha tới tính chất của vật liệu nhằm loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng do đặc điểm hình học. Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu cơ bản trên thế giới đều tập trung nghiên cứu độ bền va đập của hệ polypropylen/talc hay polypropylen/CaCO3. Cũng đã có một số nghiên cứu về tính chất cơ của vật liệu polypropylen có chứa chất độn hạt thủy tinh. Tuy nhiên, việc đánh giá ảnh hưởng chất độn hạt thủy tinh đến tính chất cơ bao gồm cơ giãn dài và độ bền va đập trong mối liên quan đến tính chất bề mặt của chất độn vẫn còn chưa được rõ ràng. Ở Việt Nam, các nghiên cứu cơ bản về tính chất cơ của các loại vật liệu polyme compozit có chứa chất độn như bột khoáng talc, CaCO3 hay hạt thủy tinh mới chỉ thấy được bắt đầu ở phòng Nghiên cứu Vật liệu Polyme & Compozit, Viện Khoa học Vật liệu. Với cách tiếp cận trên, đề tài “Tính chất cơ của vật liệu Polypropylen độn hạt thủy tinh’’ sẽ góp phần làm rõ ảnh hưởng của bề mặt chất độn đến tính chất cơ của vật liệu compozit trên cơ sở polypropylen. Cao Thị Trang 1 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng bề mặt chất độn hay khả năng tương tác pha khác nhau đến tính chất cơ của vật liệu polypropylen. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu  Chế tạo vật liệu compozit polypropylen/hạt thủy tinh với hàm lượng và những khả năng tương tác pha khác nhau.  Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất độn đến tính chất cơ của vật liệu compozit polypropylen/hạt thủy tinh.  Nghiên cứu ảnh hưởng của bề mặt hạt thủy tinh với những khả năng tương tác pha khác nhau đến tính chất cơ của vật liệu được gia cường. Cao Thị Trang 2 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Vật liệu polyme compozit (PC) 1.1.1. Khái niệm vật liệu polyme compozit Vật liệu Polyme Compozit (Polymer Composite Material viết tắt là PC) là một loại hợp chất bao gồm 2 hay nhiều pha, trong đó có một pha liên tục là polyme nền (matrix) phụ thuộc vào hình dạng và bản chất của chất. Pha còn lại (chất độn) PC có thể chia thành các nhóm sau: - Chất độn phân tán - Chất độn dạng sợi liên tục và có tính gia cường - Chất độn khí hay các vật liệu xốp - Hỗn hợp polyme-polyme Hình 1.1. Vật liệu compozit với các chất độn gia cường khác nhau 1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển Vật liệu PC đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống. Khoảng 5.000 năm trước Công nguyên, người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu PC vào cuộc sống (ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo sự giãn nở trong quá trình Cao Thị Trang 3 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp nung đồ gốm). Khoảng 3.000 năm trước Công nguyên, Người Ai Cập đã biết vận dụng vật liệu PC với sản phẩm điển hình là vỏ thuyền bằng lau, sậy đan tẩm bitum. Năm 1851, Nelson Goodyear đã dùng oxit kẽm làm chất độn cho ebonit. Năm 1920, Bakeland đã dùng bột nhựa độn vào nhựa bakelit và Jonh đã sử dụng xenlulo làm chất độn cho các loại nhựa ure [10]. Mặc dù được hình thành từ rất sớm nhưng việc chế tạo vật liệu PC mới thực sự được chú ý khoảng 60 năm trở lại đây. Sự phát triển của vật liệu PC đã được khẳng định và mang tính đột biến vào những năm 1930 khi Stayer và Thomat đã nghiên cứu, ứng dụng thành công sợi thuỷ tinh và được Ellis và Goster dùng gia cường cho Polyeste không no. Polyeste gia cường bằng sợi thủy tinh được sử dụng trong ngành hàng không năm 1938. Năm 1950, chất lượng của vật liệu PC được nâng lên rất nhiều nhờ sự ra đời của nhựa Epoxy và hàng loạt các sợi gia cường như sợi cacbon, polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến nay, các chi tiết chế tạo từ vật liệu compozit nền chất dẻo đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, dân dụng, y tế, thể thao, quân sự v.v...[6] 1.1.3. Phân loại vật liệu polyme compozit Vật liệu PC được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành phần [2, 5]. a) Phân loại theo hình dạng của vật liệu cốt  Vật liệu PC cốt sợi là vật liệu compozit được gia cường bởi sợi có độ bền riêng và modun đàn hồi cao như compozit sợi thủy tinh, cacbon, xenlulozo,…Vật liệu compozit cốt sợi thường có hai loại là sợi liên tục và sợi gián đoạn.  Vật liệu PC cốt hạt là vật liệu compozit được gia cường bởi các hạt với các dạng và kích thước khác nhau như bê tông, gỗ ép,…Cốt hạt khác cốt sợi ở chỗ không có kích thước ưu tiên. Cao Thị Trang 4 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp b) Phân loại theo bản chất của vật liệu thành phần  Compozit nền hữu cơ: Có thể chịu được nhiệt độ dưới 300oC.  Compozit nền kim loại: Có thể chịu được nhiệt độ đến 600oC.  Compozit nền khoáng (gốm): Có thể chịu được nhiệt độ lên đến 1000oC. 1.1.4. Thành phần chính của vật liệu polyme compozit a. Polyme nền [4] Đây là một trong những cấu tử chính của vật liệu PC, polyme là pha liên tục giữ vai trò là chất kết dính làm nhiệm vụ liên kết các vật liệu gia cường, chuyển ứng suất lên chúng. Nền polyme sử dụng cho vật liệu PC có thể là nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo.  Nhựa nhiệt dẻo: là loại polyme có khả năng chảy mềm khi tăng nhiệt độ lên và đóng rắn khi làm nguội. Nhựa nhiêt dẻo có khả năng tái sinh nhiều lần. Một số nhựa nhiệt dẻo: polyetylen (PE), polypropylen (PP), polyvinyl clorua (PVC), polystylen (PS),…  Nhựa nhiệt rắn: là loại polyme khi chịu tác động của nhiệt hoặc các phương pháp xử lý hóa học sẽ trở nên đóng rắn. Nhựa nhiệt rắn sau khi đóng rắn không còn khả năng chuyển sang trạng thái chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt do nó không có khả năng tái sinh. Một số nhựa nhiệt rắn: nhựa phenolic, nhựa epoxy, nhựa ure,… Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo. b. Chất độn (cốt) Chất độn( cốt) đóng vai trò làm tăng độ cứng, độ bền, khả năng chịu va đập; cải thiện tính dẫn nhiệt, chịu nhiệt, khả năng chống mài mòn, khả năng dẫn nhiệt của polyme nền. Một vai trò khá quan trọng của cốt đó là giảm giá thành sản phẩm. Vật liệu cốt có thể là hạt, bột hoặc sợi (ngắn hoặc dài), thủy tinh, gốm, kim loại và đặc biệt là có thể sử dụng sợi tự nhiên. Tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại sản phẩm mà người ta có thể chọn loại vật liệu cốt cho thích hợp. Cao Thị Trang 5 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Có hai dạng cốt:  Cốt dạng sợi: có tính chất cơ lý hóa cao hơn cốt dạng hạt, thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: Sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi amide.  Cốt dạng hạt: thường sử dụng là silica, CaCO3 , vẩy mica, vẩy kim loại, độn khoáng, cao lanh, đất sét, bột talc, hay graphit,…được dùng để cải thiện một số tính chất cơ lý của vật liệu PC như: tăng khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn,… c. Phụ gia [3] Phụ gia sử dụng trong công nghiệp sản xuất các vật liệu PC là các chất chống cháy, chống dính, chất liên kết, chất chống lão hóa,… 1.1.5. Ứng dụng của vật liệu PC a) Thế giới Với lịch sử phát triển phong phú, PC đã được nhiều nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới biết đến. Trong đại chiến thế giới thứ hai, nhiều nước đã sử dụng PC để sản xuất mày bay, tàu chiến và vũ khí phục vụ cho cuộc chiến. Cho đến nay, PC đã được sử dụng để chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện chế tạo ôtô dựa trên những ưu thế đặc biệt như giảm trọng lượng, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc. Ngành hàng không vũ trụ sử dụng vật liệu này vào việc cuốn cánh máy bay, mũi máy bay và một số linh kiện, máy móc khác. Trong ngành công nghiệp điện tử, PC được sử dụng để sản xuất các chi tiết, các bảng mạch và các linh kiện. PC còn được sử dụng trong ngành công nghiệp đóng tàu, xuồng, ca nô; các ngành dân dụng như y tế (hệ thống chân, tay giả, răng giả, ghép sọ…), ngành thể thao, các đồ dùng thể thao như gậy gôn, vợt tennit… và các ngành dân dụng, quốc tế dân sinh khác. Cao Thị Trang 6 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp b) Việt Nam Vật liệu PC được áp dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Nhựa dùng để sản xuất vật liệu PC được tiêu thụ ở Việt Nam khoảng 5.000 tấn mỗi năm; tại Hà Nội đã có 8 đề tài nghiên cứu về PC cấp thành phố được tuyển trọn. Theo đó, vật liệu PC được sử dụng nhiều trong đời sống xã hội: các ngành thiết bị giáo dục, bàn ghế, các giải phân cách đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng và ghế ngồi, mái che của các nhà thi đấu,… Tại khoa răng- hàm- mặt của bệnh viện trung ương Quân đội 108 đã sử dụng vật liệu PC vào trong việc ghép răng thưa. Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu PC vào các lĩnh vực điện dân dụng, hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt là sứ cách điện. 1.2. Nhựa nhiệt dẻo polypropylen (PP) Từ rất xa xưa, con người đã sử dụng vật liệu polyme có nguồn gốc từ thiên nhiên trong đời sống hằng ngày. Chẳng hạn như thuyền được quét Bitum tăng khả năng chống thấm nước hay như những thổ dân ở Nam Mỹ vào đầu thế kỷ 16 đã biết trích cây lấy nhựa để tẩm vào vải sợi để làm giầy dép đi rừng [9]. Tuy nhiên những ứng dụng đó mới chỉ chiếm tỷ lệ rất nhỏ và được phát hiện một cách ngẫu nhiên. Chỉ đến đầu thế kỷ 19 thì ngành công nghiệp polyme mới được phát triển và có qui mô, mở đầu là phát hiện dùng lưu huỳnh lưu hóa cao su của Goodyear vào năm 1839. Tiếp đến vào năm 1859 việc tinh chế được xenlulo axetat, xenlulo nitrat… Đến năm 1909, Bakenland đã ngiên cứu tổng hợp được nhựa phenol fomandehit. Tuy vậy chỉ đến những thập niên 30 của thế kỷ 20 cùng với sự phát triển của các loại xúc tác như Ziegler Natta, xúc tác philips và các nghiên cứu hóa lý và hóa học polyme thì các loại nhựa mới liên tiếp được tổng hợp và sản xuất ở qui mô công nghiệp. Cụ thể như năm 1920 polystyrol được đưa ra thị trường, polyvinylclorua vào Cao Thị Trang 7 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp năm 1927, polyetylen tỉ trọng thấp (LDPE) vào năm 1933. Cho đến giữa những năm 1950 (thế kỷ 20) thì các polyolefin có giá trị thương mại quan trọng là polyetylen, polyizobutylen và đồng trùng hợp izobutylen-izopren. Người ta đã chế tạo các polyme từ những olefin khác nhưng không nhận được sản phẩm có giá trị thương mại. Năm 1954, G.Natta (Ý) và K.Ziegler (Đức) đã tìm ra xúc tác “Ziegler” có khả năng sản xuất các polyme có khối lượng phân tử cao từ propylen và nhiều olefin khác. Bằng cách thay đổi công thức xúc tác, Natta có khả năng sản xuất ra polypropylen có khối lượng phân tử cao với nhiều tính chất khác nhau [9]. Natta sử dụng các chất xúc tác phát triển cho ngành công nghiệp polyetylen và áp dụng công nghệ khí propylen. Sản xuất thương mại bắt đầu vào năm 1957 và polypropylen sử dụng đã hiển thị tăng trưởng mạnh mẽ kể từ ngày này. Sự linh hoạt của các polyme( khả năng thích ứng với một loạt các phương pháp chế tạo và ứng dụng) đã duy trì tốc độ tăng trưởng cho phép PP thách thức thị phần của một loạt các vật liệu thay thế trong rất nhiều ứng dụng. PP là một lọai nhựa nhiệt dẻo được tổng hợp trên cơ sở phản ứng trùng hợp các monome propylen. Các monome có thể kết hợp với nhau theo nhiều cách tạo nên các đoạn mạch polyme có hình thái cấu tạo khác nhau ảnh hưởng đến khả năng kết tinh của polyme [8]. 1.2.1. Cấu trúc phân tử [9] PP là một hidrocacbon mạch thẳng no thuần túy hay có một phần nhỏ không no, có công thức cấu tạo là: CH2 CH n CH3 Khi xem xét công thức hóa học của PP nhận thấy, do có nhóm -CH3 nên cho phép tạo thành 3 loại đồng phân lập thể: Cao Thị Trang 8 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Khi xem xét công thức hóa học của PP nhận thấy, do có nhóm -CH3 nên cho phép tạo thành 3 loại đồng phân lập thể: ... H H H H H H H H H H H H H H H H C C C C C C C C C C C C C C C C CH3 H CH3 H CH3 H CH3 H CH3 H CH3 H CH3 H CH3 H ... Hình 1.2: Isotactic Polypropylen ... CH3 H H H CH3 H H H CH3 H H H CH3 H H H C C C C C C C C C C C C C C C C H H CH3 H H H CH3 H H H CH3 H H H CH3 H ... Hình 1.3: Syndiotactic Polypropylen CH3 C H H CH2 C CH3 CH3 CH2 C CH3 H CH2 C H n Hình 1.4: Atactic Polypropylen Ở hình thái cấu trúc isotactic, các nhóm –CH3 đều sắp xếp cùng một phía. Ở syndiotactic các nhóm -CH3 sắp xếp cách đều trên - dưới. Còn ở dạng atactic nhóm –CH3 sắp xếp không theo một quy luật nào. Các hình thái cấu trúc này có hàm lượng khác nhau: phần lớn là isotactic, một phần nhỏ là syndiotactic và atactic. Sự khác nhau về cách sắp xếp này dẫn đến sự khác nhau về tính chất giữa PP isotactic, syndiotactic và atactic. Chỉ có sự sắp xếp isotactic cho phép các phân tử bó kết chặt chẽ trong cấu trúc tinh thể. Trong sự sắp xếp syndiotactic và atactic, nhóm metyl bên cạnh là khá lớn nên không cho phép phân tử bó kết chặt chẽ trong vùng tinh thể. Do vậy PP izotactic cứng và chắc hơn PP syndiotactic và PP atactic có bản chất tựa cao su. Công thức của PP có nguyên tử H ở cacbon bậc ba linh động do đó PP dễ bị oxi hóa, lão hóa. Sự có mặt nhóm metyl luân phiên ở cacbon mạch chính của PP làm thay đổi một số tính chất của polyme. Ví dụ, nhóm metyl Cao Thị Trang 9 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp tham gia vào đối xứng phân tử nên làm tăng nhiệt độ nóng chảy. Trong trường hợp của PP izotactic có cấu trúc điều hòa nhiệt độ nóng chảy cao hơn PE 50ºC. Nhóm metyl bên cạnh ảnh hưởng đến bản chất hóa học của PP. Cacbon bậc ba là vị trí dễ bị oxi hóa nên PP ít bền oxi hóa so với PE. 1.2.2. Tính chất của polypropylen [1,7] a) Tính chất vật lý PP không màu, không mùi,không vị, không độc. PP cháy sáng với ngọn lửa màu xanh nhạt, có dòng chảy dẻo, có mùi cháy gần giống mùi cao su. Vật liệu PP thu được bằng phương pháp huyền phù có cấu trúc đồng đều (tỉ lệ isolactic cao), Mtb=80000-150000 đvC, tỷ trọng khoảng 0,9-0,91 g/cm3. Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi. Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi có một vết cắt hoặc một vết thủng nhỏ. Sản phẩm thương mại PP có Tm trong khoảng 160-170ºC, với PP nguyên chất thì Tm có thể đạt tới 176ºC. Tuy nhiên chỉ nên hạn chế nhiệt độ làm việc trong khoảng từ 100 - 120ºC. Khi không có lực tác dụng, PP bắt đầu biến dạng ở 150ºC. Ở nhiệt độ dưới 140ºC có tải trọng, PP chịu được 80 ngày mà không bị phá huỷ. Các tính chất nhiệt của PP bị ảnh hưởng lớn bởi các tạp chất kim loại như Mn, Cu… Khi có mặt chất ổn nhiệt, PP vẫn chưa bị oxy hoá ở 300ºC và bị phân huỷ sau khi đun nóng trong vài giờ. Một trrong những nhược điểm của PP là nếu như không có chất ổn định (ví dụ: than đen) thì PP bị giòn sau vài tháng dưới tác dụng của ánh sáng, ngoài ra PP cũng chịu được nhiệt độ thấp. Do có nguyên tử H ở cacbon bậc ba nên dễ bị oxi hóa và lão hóa:  PP không có chất ổn định: dưới ánh sáng khuyếch tán vẫn ổn định tính chất trong 2 năm. Khi có ánh sáng trực tiếp thì chỉ sau vài tháng sẽ bị giòn và phá hủy ngay. Cao Thị Trang 10 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp  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 và bền trong 20 năm. - Tỷ trọng : 0,90 – 0,91 g/cm2 - Giới hạn bền kéo đứt : 300 - 350 kG/cm2 - Giới hạn độ bền nén : 600 - 700 kG/cm2(tuỳ thuộc vào Wtb) - Giới hạn bền uốn : 900 - 1200 kG/cm2 - Độ giãn dài tương đối : 300 - 700 % - Độ ổn định nhiệt : 103 - 100°C - Chỉ số chảy : 2 ÷ 60 gr/10 phút - Tg δ (106, t° = 25°C) : 0,0002 ÷ 0,0003 - Tính chất điện : cách điện tần số cao tốt - Tính ứng suất nứt : tốt - Tính chất bám dính : kém b. Tính chất hoá h c Do cấu trúc tinh thể và không phân cực nên tại nhiệt độ thường PP không tan trong các dung môi hữu cơ, bền khoáng với dầu mỡ và dầu thực vật, chống thấm nước (độ thấm nước tối đa là 0,2%). PP có thể trương trong hydrocacbon thơm và các hidrocacbon clo hoá. Ngoài ra PP còn chịu H2SO4 20 % ở 20ºC trong vòng 30 ngày, với HNO3 50% thì chỉ chịu được ở nhiệt độ thường và bị phá huỷ khi nồng độ HNO3 đạt 94%. Với NaOH thì PP có thể chịu được nhiệt độ nhỏ hơn 110ºC. 1.2.3. Ứng dụng Dựa vào các tính chất khác nhau của PP, người ta tạo ra nhiều sản phẩm có tính năng ưu việt ứng dụng trong đời sống. PP có khối lượng phân tử cao dùng để sản xuất ống, màng, dây cách điện, các sản phẩm đúc, sợi [5]. Cao Thị Trang 11 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp PP có khối lượng phân tử thấp có thể trộn với PS, PF, PVC để giảm độ chảy của chúng ở trạng thái mềm và tăng một vài tính chất như chịu nhiệt, độ cứng. PP có độ dai lớn và giá thành thấp hơn so với chất dẻo khác nên được sử dụng vào một số kết cấu. Nếu cần tăng thêm độ dai và độ bền, có thể đưa thêm chất gia cường vào nhựa PP. Ví dụ đưa thêm 30% sợi thủy tinh ngắn làm chất gia cường có thể tăng gấp đôi độ bền kéo và độ bền va đập của PP [8-9]. Khác với PE, PP có điểm hóa mềm cao hơn PE nên khả năng chịu nhiệt cũng cao hơn. Các sản phẩm từ PP chịu được nước sôi và khử trùng nhiều lần bằng hơi nước. Ví dụ, các vật phẩm tạo hình từ PP trải qua khử trùng trong bệnh viện trên 1000 giờ ở 135ºC trong điều kiện khô hay ướt đều không bị hư hỏng. Những tấm PP còn được sử dụng làm các chất điện môi trong những mạch hiệu năng cao và bộ điện dung. Màng nhựa Ghế nhựa Cuộn yarn Tấm panel Hình 1.5: Các sản phẩm làm từ PP Cao Thị Trang 12 K3 - SP Hóa h c Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 1.3. Chất độn trong lĩnh vực vật liệu polyme compozit Ngay từ những ngày đầu tiên, các chất độn dạng hạt đã đóng vai trò sống còn đối với các ứng dụng thương mại của vật liệu polyme [12]. Đầu tiên, chúng được xem như các chất pha loãng để giảm giá thành, do đó có tên là chất độn. Tuy nhiên, những khả năng và lợi ích của chúng đã sớm được nhận ra, và ngày nay được sử dụng với rất nhiều các mục đích khác nhau. Thuật ngữ chất độn chức năng thường được sử dụng để mô tả các vật liệu không chỉ để giảm giá thành mà còn cải thiện nhiều tính chất của chất nền, nên còn được gọi là các chất gia cường. Muội than là chất độn gia cường được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp polyme, nhờ các đặc trưng lý-hóa cũng như khả năng ứng dụng mà nó mang lại cho cao su lưu hóa [13]. Tuy nhiên, tính không ổn định của giá dầu mỏ đã làm gia tăng các quan tâm đến các khoáng tự nhiên khác, như các hợp chất của oxit silic. Năm 1950, oxit silic tổng hợp bắt đầu được sử dụng làm chất độn gia cường cho các sản phẩm cao su[13]. Năm 1976, Wagner đã nghiên cứu kỹ việc sử dụng oxit silic và silicat trong cao su và nhận thấy rằng, với sự có mặt các thành phần này một số tính chất đặc trưng của vật liệu đã được cải thiện như sự kháng rách, tính mềm mại, kháng mài mòn, cách nhiệt, tăng độ cứng, môđun, tích nhiệt thấp, tính đàn hồi cao và màu sắc không rõ rệt. Kết hợp với sự thay đổi trong quá trình sản xuất, cần phải thích nghi với các quá trình xử lý bề mặt chất độn như xử lý nhiệt trong quá trình trộn hợp với cao su, xử lý nhiệt với sự có mặt của các chất hoạt hóa hay việc sử dụng các tác nhân ghép nối (titanat, silan). Tuy nhiên, việc sử dụng oxit silic đã làm tăng giá thành sản phẩm, trong nhiều trường hợp, giá thành của sản phẩm tăng lên đáng kể, do đó Cao Thị Trang 13 K3 - SP Hóa h c