Khóa luận Tổng hợp nanosilica từ vỏ trấu và chế tạo vật liệu composite trên nền nhựa polylactide acid/silica

Polymer phân hủy sinh học là một loại polymer mới nhưng có nhiều lĩnh vực ứng dụng. Có hai lĩnh vực ứng dụng nhiều nhất đó là bao bì phân hủy sinh học và vật liệu y sinh. Các loại polymer phổ biến của họ này là: polylactide acid, polyvinyl alcohol, polycaprolactone. Để giải quyết vấn đề rác thải polymer khó phân hủy thì họ polymer này được dùng thay thế các loại nhựa truyền thống làm tăng khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường nhằm cải thiện môi trường sống và giải quyết vấn đề rác thải đang là vấn đề lớn. Dựa vào khả năng tương thích sinh học và phân hủy sinh học trên nhựa nền polylactide acid được gia cường bằng các hạt nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu nhằm tạo ra các sản phẩm ứng dụng trong mục đích cấy ghép xương. Vỏ trấu là một phế phẩm nông nghiệp rất nhiều ở miền nam nước ta. Vậy có thể tận dụng nguồn phế phẩm để làm tăng giá trị của chúng.

docx60 trang | Chia sẻ: tienduy345 | Ngày: 14/04/2016 | Lượt xem: 2773 | Lượt tải: 13download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Khóa luận Tổng hợp nanosilica từ vỏ trấu và chế tạo vật liệu composite trên nền nhựa polylactide acid/silica, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU POLYMER VÀ COMPOSITE a&b KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP NANOSILICA TỪ VỎ TRẤU VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA POLYLACTIDE ACID/SILICA SVTH: Tống Trần Vinh MSSV: 0919220 GVPB: ThS. Phùng Hải Thiên Ân GVHD: ThS. Lê Văn Hải TS. Hà Thúc Chí Nhân Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU POLYMER VÀ COMPOSITE a&b KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP NANOSILICA TỪ VỎ TRẤU VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA POLYLACTIDE ACID/SILICA SVTH: Tống Trần Vinh MSSV: 0919220 GVPB: ThS. Phùng Hải Thiên Ân GVHD: ThS. Lê Văn Hải TS.Hà Thúc Chí Nhân Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2013 LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Khoa Học Vật Liệu – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường. Khóa luận tốt nghiệp được làm trong vòng bốn tháng, là khoảng thời gian mà em được nhiều cảm xúc trông cùng một chuyện. Thành công nào mà không trãi qua khó khăn và thử thách, nhưng một mình em không thể vượt qua những khó khăn của khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nhân, thầy Hải đã tận tình giúp đở và chỉ bảo em trong lúc làm đề tài, chị Thy người làm chung đề tài với em cùng với các anh chị cán bộ trẻ đã giúp đở em trong lúc làm đề tài. Cuối cùng lời cảm ơn chân thành và sâu sắc, xin gửi đến gia đình và các bạn đã luôn sát cánh giúp đỡ và động viên tôi trong những giai đoạn khó khăn nhất. LỜI MỞ ĐẦU Polymer phân hủy sinh học là một loại polymer mới nhưng có nhiều lĩnh vực ứng dụng. Có hai lĩnh vực ứng dụng nhiều nhất đó là bao bì phân hủy sinh học và vật liệu y sinh. Các loại polymer phổ biến của họ này là: polylactide acid, polyvinyl alcohol, polycaprolactone..... Để giải quyết vấn đề rác thải polymer khó phân hủy thì họ polymer này được dùng thay thế các loại nhựa truyền thống làm tăng khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường nhằm cải thiện môi trường sống và giải quyết vấn đề rác thải đang là vấn đề lớn. Dựa vào khả năng tương thích sinh học và phân hủy sinh học trên nhựa nền polylactide acid được gia cường bằng các hạt nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu nhằm tạo ra các sản phẩm ứng dụng trong mục đích cấy ghép xương..... Vỏ trấu là một phế phẩm nông nghiệp rất nhiều ở miền nam nước ta. Vậy có thể tận dụng nguồn phế phẩm để làm tăng giá trị của chúng. MỤC LỤC PHỤ LỤC HÌNH Hình 1. Ảnh SEM của vật liệu với các tỉ lệ phần trăm silica PLA (a), PLASN1 (b), PLASN3 (c), PLASN5 (d), PLASN7 (e), PLASN10 (f). 16 Hình 2. Ảnh SEM PLLA / PEG (A) và silica / PLLA / PEG vật liệu tổng hợp với 3 wt % (B) và 12 wt % (C) 18 Hình 3. Nhiễu xạ tia X của PLA/PEG/silica nanocomposites với các hàm lượng silica 0, 3, 5, 8, 12%. 19 Hình 4. FT-IR quang phổ của PLA tinh khiết và PLASNs: (a) PLA tinh khiết và SiO2 hạt nano và (b) của PLA và tinh khiết PLASNs và (c) phóng đại quang phổ FTIR giữa 1800 và 1720 cm-1. 21 Hình 5. Phổ hồng ngoại của PLA / PEG / nanosilica với hàm lượng silica khác nhau từ 0, 3%, 5%, 8% và 12%. 22 Hình 6. Đường cong DSC của PLA tinh khiết và PLASNs với tốc độ gia nhiệt 100/phút. 23 Hình 7. Đường cong TGA của vật liệu PLA/PEG /nanosilica 24 Hình 8. Ảnh hưởng của nồng độ SiO2 về modul tích (G’) của PLASNs: (a) từ -400C đến 1400C, (b) từ -400C đến 500C 25 Hình 9. Ảnh hưởng nồng độ SiO2 trên tanδ của các PLASNs. 26 Hình 10. Ảnh minh họa sự liên kiết giữa PLA với SiO2. 26 Hình 11. Kết quả cơ lí của PLA với hàm lượng SiO2 khác nhau. 27 Hình 12. Độ bền kéo của PLA/PEG/nanosilica theo hàm lượng silica. 28 Hình 13. Sơ đồ tổng hợp nanosilica. 35 Hình 14. Qui trình phối trộn và tạo mẫu đo cơ lí vật liệu PLA/ SiO2 36 Hình 15. Hình minh họa kích thước mẫu đo uốn 39 Hình 16. Hình minh họa kích thước mẫu đo va đập 40 Hình 17. Vỏ trấu sau khi được xử lí hai lần axit. 42 Hình 18. Tro trấu sau khi được nung ở 600oC 42 Hình 19. Ảnh SEM của tro trấu sau khi được xử lí hai lần axit (RHAp) 43 Hình 20. Phổ FT-IR của tro trấu trước và sau khi xử lí hai lần axit 45 Hình 21. Kết quả SEM SiO2 phân bố trong hai pha: trong butanol (a), trong nước (b). 46 Hình 22. Đồ thị TGA của vật liệu PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác nhau. 47 Hình 23. Độ bền va đập của vật liệu PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác nhau 48 Hình 24. Ứng suất đỉnh của vật liệu PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác nhau 49 Hình 25. Modul của vật liệu PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác nhau 50 PHỤ LỤC BẢNG Bảng 1. Phần trăm khối lượng các thành phần trong vỏ trấu 11 Bảng 2. Phần trăm khối lượng các chất trong tro trấu. 12 Bảng 3. Tính chất cơ lí của PLA [3] 15 Bảng 4. Kích thước PLA mầm tinh thể với hàm lượng silica khác nhau 20 Bảng 5. Tính chất nhiệt và phần trăm kết tinh của PLA và PLASNs 23 Bảng 6. Các hóa chất sử dụng trong đề tài. 32 Bảng 7. Một số dao động và tần số dao động điển hình của silica. 45 Bảng 8. Số liệu TGA của các mẫu vật liệu 47 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮC FT-IR: Fourier Transform infrared spectroscopy (phổ hấp thu hồng ngoại biến đổi Fourier) TGA: Thermogravimetric analyzer ( phân tích nhiệt mất trọng lượng) SEM: Scanning Electron Microscope (kính hiển vi điện tử quét) BET: Brunauer–Emmett–Teller (xác định diện tích bề mặt riêng) PLA: Polylactide acid GPTMS: γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilane TEOS: Tetraethyloxysilane PEG: Polyethylene glycol (Mw=400) TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về Silica. 1.1.1. Vỏ trấu Vỏ trấu một phụ phẩm trong ngành nông nghiệp lúa nước, chúng được thải ra rất nhiều ở những nước nông nghiệp như nước ta. Hằng năm, một lượng vỏ trấu rất lớn được thải ra môi trường, nhất là ở Đồng Bằng Sông Cửu Long. Một phần của chúng được trộn với đất để làm tăng độ xốp của đất, làm phân hữu cơ và làm nhiên liệu còn hầu hết được bỏ đi do số lượng quá nhiều. Hai thành phần quan trọng của tro trấu là than hoạt tính và silica vô định hình. Chúng là những vật liệu cấu trúc lỗ trống có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có nhiều tiềm năng cho các ứng dụng mới. Như vậy, quy trình chính của việc nghiên cứu này là sử dụng vỏ trấu để tổng hợp silica vô định hình có diện tích bề mặt riêng cao và đạt kích thước nano. Việc nghiên cứu này nhằm mở ra các hướng ứng dụng mới cho vỏ trấu, tận dụng được nguồn vỏ trấu rất lớn ở nước ta, giảm giá thành sản phẩm khi sử dụng vỏ trấu như làm chất độn, vật liệu betong nhẹ, vật liệu polymer giả gỗ... nhưng không làm giảm nhiều tính chất của sản phẩm và phát triển các loại vật liệu mới từ vỏ trấu [1]. Thành phần chính của vỏ trấu chủ yếu gồm các hợp chất hữu cơ như xenlulose, lignin và các hợp chất vô cơ (bảng 1). Bảng 1. Phần trăm khối lượng các thành phần trong vỏ trấu Thành phần Phần trăm (%) Xenlulo 26-35 Hemi – Xenlulo 18-22 Lignin 25-30 SiO2 20 Vỏ trấu sau khi đốt thu được tro trấu (RHA), thành phần xem ở bảng 2. Bảng 2. Phần trăm khối lượng các chất trong tro trấu. Thành phần hóa học của tro trấu, % SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O MKN 90.75 0.52 0.48 1.04 0.56 1.34 0,67 3,10 1.1.2 Sơ lược về Silica Điôxít silic là một hợp chất hóa học còn có tên gọi khác là silica (từ tiếng Latin silex), là một ôxít của silic có công thức hóa học là SiO2 có độ cứng cao được biết đến từ thời cổ đại. Silica có hai dạng cấu trúc là dạng tinh thể và vô định hình . Trong tự nhiên silica tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể hoặc vi tinh thể (thạch anh, triđimit, cristobalit, cancedoan, đá mã não), đa số silica tổng hợp nhân tạo đều được tạo ra ở dạng bột hoặc dạng keo và có cấu trúc vô định hình (silica colloidal). Một số dạng silica có cấu trúc tinh thể có thể được tạo ra ở áp suất và nhiệt độ cao như coesit và stishovit. Silica được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên ở dạng cát hay thạch anh, cũng như trong cấu tạo thành tế bào của tảo cát. Nó là thành phần chủ yếu của một số loại thủy tinh và chất chính trong bê tông. Silica là một khoáng vật phổ biến trong vỏ Trái Đất. Trong điều kiện áp suất thường, silica tinh thể có 3 dạng thù hình chính, đó là thạch anh, triđimit và cristobalit. Mỗi dạng thù hình này lại có hai hoặc ba dạng thứ cấp: dạng thứ cấp α bền ở nhiệt độ thấp và dạng thứ cấp β bềnh ở nhiệt độ cao. Ba dạng tinh thể của silica có cách sắp xếp khác nhau của các nhóm tứ diện SiO4 ở trong tinh thể. Ở thạch anh α, góc liên kết Si-O-Si bằng 150°, ở tridimit và cristobalit thì góc liên kết Si-O-Si bằng 180°. Trong thạch anh, những nhóm tứ diện SiO4 được sắp xếp sao cho các nguyên tử Si nằm trên một đường xoắn ốc quay phải hoặc quay trái, tương ứng với α-thạch anh và β-thạch anh. Từ thạch anh biến thành cristobalit cần chuyển góc Si-O-Si từ 150° thành 180°, trong khi đó để chuyển thành α-tridimit thì ngoài việc chuyển góc này còn phải xoay tứ diện SiO4 quanh trục đối xứng một góc bằng 180°. Silica có thể được tổng hợp ở nhiều dạng khác nhau như silica gel, silica khói (fumed silica), aerogel, xerogel, silica keo (colloidal silica)... Ngoài ra, silica Nanosprings được sản xuất bởi phương pháp hơi lỏng-rắn ở nhiệt độ thấp bằng với nhiệt độ phòng. Silica thường được dùng để sản xuất kính cửa sổ, lọ thủy tinh. Phần lớn sợi quang học dùng trong viễn thông cũng được làm từ silica. Nó là vật liệu thô trong gốm sứ trắng như đất nung,gốm sa thạch và đồ sứ, cũng như xi măng [2]. Dù silica phổ biến trong tự nhiên nhưng người ta cũng có thể tổng hợp được theo nhiều cách khác nhau: Bằng cách cho silic phản ứng với oxi ở nhiệt độ cao: Si (r) + O2 (k) → SiO2 (r) Phương pháp phun khói (thủy phân silic halogel ở nhiệt độ cao với oxy và hyđro) 2H2 + O2 + SiCl4 → SiO2 + 4HCl Phương pháp kết tủa (Cho thủy tinh lỏng phản ứng với 1 axit (vô cơ)). Na2SiO3 + 2H+ → 2Na+ + SiO2 + H2O Phương pháp sol-gel (Thủy phân một alkoxysilan với xúc tác bazơ hoặc axit) Si(OR)4 + 2H2O → SiO2 + 4ROH 1.2. PLA Giới thiệu về PLA Cấu trúc mạch hóa học của PLA, bao gồm cấu trúc mạch, hình thể, tacticity.., PLA chứa một carbon bất đối xứng với hai loại cấu trúc là hai đồng phân quang học, L và D-lactic acid. Trong thương mại PLA là hỗn hợp PLLA và PDLA hay copolymer PDLLA, được polymer hóa từ LLA va DLA. Trong đó PLLA là thành phần chính, nếu PLLA chiếm hơn 90% thì PLA có cấu trúc tinh thể, ngược lại có cấu trúc bán tinh thể, nhiệt độ thủy tinh hóa và độ tinh thể của PLA giảm nếu lượng PLLA giảm, PLLA được điều chế từ nguồn nguyên liệu tái tạo[3]. Tính chất cơ lý của PLA PLA là một loại nhựa cứng và bóng, nhiệt độ thủy tinh hóa của PLA là từ 50-70oC, giòn ở nhiệt độ phòng, có modulus cao, độ bền nhiệt- kháng va đập thấp, độ dãn dài kéo tương đối thấp 2-10%, modulus kéo 3000-4000Mpa và độ bền kéo 50 -70 Mpa (bảng 3). PLA ở thể vô định hình thường gia công ép phun vì nó có khả năng kết tinh chậm Bảng 3. Tính chất cơ lí của PLA [3] Phân tử khối (Mv,Da) 47 5000 75 000 114 000 Kết quả đo kéo: Yeild strength (MPa) Độ bền kéo (MPa) Yeild elongation (%) Độ dãn dài lúc đứt (%) Modul đàn hồi (MPa) 49 40 1.7 7.5 3650 53 44 1.4 4.8 4050 53 44 1.5 5.4 3900 Kết quả đo uốn: Độ bền uốn (MPa) Ứng suất đỉnh (%) Modul đàn hồi (MPa) 84 4.8 3500 86 4.1 3550 88 4.2 3600 Độ bềnh va đập: Izod, notched (kJ/m2) Izod, unnotched (kJ/m2) 1.8 13.5 1.7 14.0 1.8 15.0 Độ bềnh nhiệt: HDT (0C) Vicat penetration (0C) 51 52 50 53 50 52 Độ cứng: Độ cứng Rockwell (scale H) 78 72 76 1.3. Các hướng nghiên cứu về vật liệu dựa trên hỗn hợp PLA/ Silica. 1.3.1 Hình thái của vật liệu composite PLA/ Silica. 1.3.1.1. Sự phân tán của SiO2 trong PLA Hướng nghiên cứu của Xin Wen và các đồng nghiệp [4], sử dụng PLA (4032D) của Natureworks Co., Ltd. (USA), nanosilica (Aerosil 200) của Degussa AG (Hanau, Germany). Bằng phương pháp trộn nóng chảy (Haake Rheomix 600) với các tỉ lệ 1, 3, 5, 7 và 10 wt % SiO2. Hình 1. Ảnh SEM của vật liệu với các tỉ lệ phần trăm silica PLA (a), PLASN1 (b), PLASN3 (c), PLASN5 (d), PLASN7 (e), PLASN10 (f). Các hạt SiO2 đã được phát hiện như là chấm màu trắng theo kết quả SEM (hình 1). Các hạt SiO2 hình cầu và đường kính phụ thuộc vào số lượng SiO2. Khi hàm lượng SiO2 ít hơn 5% trọng lượng [hình 1(b-d)], các các hạt nano được phân bố đồng đều trong ma trận PLA. SiO2 thể hiện nhiều hạt phân tán dưới dạng đơn hạt và chỉ có một số ít tụ lại từ ba đến năm hạt. Các hạt tụ đường kính không vượt quá 100 nm. Tuy nhiên sự kết tụ lớn hơn đã được tìm thấy, và kích thước của hạt tụ tăng lên đáng kể trong những ảnh hiển vi với hàm lượng SiO2 cao hơn [hình 1(e, f)]. Ở hàm lượng cao nhất SiO2 (10%), hạt kích thước khác nhau, 120-750 nm đã được phát hiện. Những kết quả này là rất phù hợp với những phát hiện của Wu và các cộng sự [15], Bikiaris và các cộng sự [16] đã báo cáo rằng tăng hàm lượng SiO2 dẫn đến kết tụ lớn. Thật khó để phá vỡ sự kết tụ thành các hạt đơn lẻ trong vật liệu khi hàm lượng các hạt nano là quá cao vì vẫn tồn tại tương tác mạnh mẽ giữa các hạt nano. Hướng nghiên cứu của Shifeng Yan và các đồng nghiệp [5], cách tạo vật liệu: PLA/PEG /nano silica với khối lượng silica khác nhau theo hàm lượng của silica (hoặc PLA/PEG pha trộn) là 0%, 3%, 5%, 8%, và 12% tổng hợp bằng phương pháp sol-gel. PLA/PEG/Teos/GPTMS hỗn hợp các thành phần khác nhau được hòa tan trong THF (20 wt %) và thủy phân trong môi trường nước với sự hiện diện của nhóm chức alkoxit. Tỷ lệ khối lượng của PLA/PEG- 400 đã được cố định tại 8:2. HCl được sử dụng như một chất xúc tác, trong khi GPTMS một chất gắn kết trong tỷ lệ 0.02/1/0.125 HCl/TEOS/GPTMS . Một hỗn hợp với tỷ lệ cụ thể như sau: 1,75 ml TEOS và 0,22 ml GPTMS đã được thêm vào PLA/PEG 400 (8 g/2 g) trong dung dịch THF (50 ml) và trộn đều cho đến khi tạo thành một dung dịch đồng nhất. Sau đó nước khử ion (0,28 ml), EtOH (3.64ml) và HCl (0.015ml) đã được thêm vào và khuấy nhanh ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ để thủy phân TEOS và GPTMS hoàn toàn và kết quả thu được dung dịch nhớt trong suốt. Hỗn hợp đồng nhất được cho vào đĩa thủy tinh để ổn định trong bốn ngày để tạo thành sản phẩm ban đầu. Sản phẩm ban đầu được sấy trong tủ chân chân ở 600C trong 24h để loại bỏ nước và dung môi THF. Vật liệu composite được đúc ép nóng ở 1500C dưới áp lực 15MPa để tạo thành các tấm mỏng với bề dày 0.5mm. \ Hình 2. Ảnh SEM PLLA/PEG (A) và silica/PLLA/PEG vật liệu tổng hợp với 3 wt % (B) và 12 wt % (C) silica Với kết quả SEM (hình 2) tác giả nhận định với bề mặt tương đối bằng phẳng của hình A chứng tỏ vật liệu được phối trộn tương đối tốt. Các hạt nano phân tán đều trên bề mặt vật liệu với kích thước khoảng 20-30nm với dạng hình cầu hình B. Và với hàm lượng SiO2 lên đến 12 wt %, lúc này các hạt nano bắt đầu tụ lại thành các đám lớn kích thước vài trăm đến vài ngàn nano. Nhiễu xạ tia X (XRD) của PLA/PEG/nanosilica với hàm lượng silica khác nhau (hình 3) và (bảng 4). Kết quả cho thấy PLA/PEG polymer không thể hiện bất kỳ pha tinh thể của PEG vì trọng lượng phân tử thấp của PEG-400. Tất cả các đỉnh nhiễu xạ với cùng một vị trí đặt tại 2θ = 16.7, 19.0, và 22.3, có thể được gán cho các tinh thể cấu trúc của PLA. PLA có hai cấu trúc tinh thể: một pseudoorthorhombic cấu trúc α và cấu trúc β hình thoi. Nhiễu xạ PLA được trình bày trong tài liệu này phù hợp gần nhất với cấu trúc tinh thể α. Điều này cho thấy các phân tử PLA kém kết tinh hoặc tinh thể silica nhỏ và bền được cố định trong mạng lưới. Hình 3. Nhiễu xạ tia X của PLA/PEG/silica nanocomposites với các hàm lượng silica 0, 3, 5, 8, 12%. Bảng 4. Kích thước PLA mầm tinh thể với hàm lượng silica khác nhau SiO2 (wt.%) 2θ FWHM L200 (nm) 0 16.717 0.44675 20.14 3 16.702 0.44674 17.77 5 16.702 0.44692 17.77 8 16.707 0.44876 17.69 12 16.707 0.44873 17.70 1.3.1.2. Sự hình thành tương tác giữa Silica và PLA. Trong nghiên cứu của Xin Wen và đồng nghiệp [4] đã thể hiện sự tương tác giữa PLA và pha gia cường qua việc phân tích kết quả FT-IR (hình 4). Dao động mạnh ở 1758 cm-1 là của nhóm C=O, tại 2997cm-1 là dao động C-H của nhóm CH3 nhánh, dao động 2946cm-1 là dao động C-H trên mạch chính. Và các dao động 1109, 809 và 472 cm-1 của Si-O trong SiO2. Dao động 3432 cm-1 là của nhóm –OH. Dao động mạnh nhất của SiO2 tại 1109 cm-1 trùng với dao động 1093 cm-1 của PLA, do đó dao động tại 472 cm-1 được chọn để định lượng SiO2 trong PLASNs. Dao động 472 cm-1 ở PLA tinh khiết không có nhưng khi tăng hàm lượng SiO2 lên thì dao động này càng mạnh và sâu. Hình 4. FT-IR quang phổ của PLA tinh khiết và PLASNs: (a) PLA tinh khiết và SiO2 hạt nano và (b) của PLA và tinh khiết PLASNs và (c) phóng đại quang phổ FTIR giữa 1800 và 1720 cm-1. Hình ảnh phóng đại quang phổ giữa 1800 và 1720 cm-1 cho thấy sự chia thành hai mũi. Một mũi ở 1758 cm-1 là của dao động C=O và một mũi có số sóng thấp hơn chứng tỏ hình thành liên kết Hydro giữa PLA với SiO2. Và tác giả xác định rằng sự tương tác giữa PLA và SiO2 phụ thuộc vào hàm lượng và sự phân tán của SiO2 và phù hợp với kết quả SEM. Phổ hồng ngoại của PLA/PEG/nanosilica với khối lượng silica khác nhau từ 0, 3%, 5%, 8%, và 12% được thể hiện trong (hình 5). Các dải tại 1188, 1134, 1091 cm-1 là dao động C-O-C của PLA và PEG. Khi silica được kết hợp trong chất nền polymer, các dải hấp thụ đặc trưng tương ứng với Si-O-Si dao động tại 1086 cm-1. Dao động này không thể được phát hiện bởi sự trùng lấp với các dải hấp thụ cho nhóm C-O-C. Nhưng sự trùng lấp của các đỉnh không dẫn đến việc tăng cường sự hấp thụ. Ngược lại, cường độ của các đỉnh tương ứng của các dải C-O-C bị suy yếu với hàm lượng silica tăng, cho thấy sự hình thành liên kết mạng silica với C-O-C. Dải tại 961 cm-1 được cho là dao động của Si-OH và dao động mạnh khi tăng hàm lượng SiO2 [5]. Hình 5. Phổ hồng ngoại của PLA /PEG/nanosilica với hàm lượng silica khác nhau từ 0, 3%, 5%, 8% và 12%. 1.3.2. Tính chất nhiệt của vật liệu PLA/SiO2. Dựa vào kết quả DSC thể hiện trong (hình 6) và (bảng 5) [4]. Sự tương tác giữa SiO2/PLA làm tăng khả năng kết tinh của PLA. Nhiệt độ kết tinh giảm là do sự tương tác giữa PLA và SiO2 và giảm thấp nhất là ở 3 wt %. Khi tăng hàm lượng SiO2 nhiệt độ kết tinh tăng lên điều này được giải thích là do khi tăng hàm lượng SiO2 các hạt nano kết tụ lại với nhau và sự kết tụ này ảnh hưởng lớn đến sự kết tinh của PLA. Điều này được thể hiện qua sự thay đổi kết quả ΔHcc, khi tăng hàm lượng nano lên thì ΔHcc giảm. Nói cách khác khi các hạt nano phân tán tốt trong ma trận PLA số lượng chúng rất là lớn chỉ với 1 wt % cũng đủ hình thành liên kết và thúc đẩy sự kết tinh của PLA. Hình 6. Đường cong DSC của PLA tinh khiết và PLASNs với tốc độ gia nhiệt 100C/min. Bảng 5. Tính chất nhiệt và phần trăm kết tinh của PLA và PLASNs Mẫu Tg (oC) Tcc (oC) Tm1(oC) Tm2(oC) ΔHcc (J/g) ΔHm (J/g) Phần trăm kết tinh (%) PLA 60.48 133.30 166.40 21.27 23.98 25.76 PLASN1 60.71 110.46 162.50 168.61 34.32 37.21 40.37 PLASN3 61.10 107.87 162.60 168.70 32.42 34.47 38.28 PLASN5 61.22 110.26 163.40 169.05 32.25 32.16 36.56 PLASN7 60.68 111.72 164.12 168.38 30.99 29.20 33.72 PLASN10 60.56 112.88 163.44 166.91 28.64 27.41 32.71 Phần trăm kết tinh được xác định theo công thức: χc=ΔHm1-ϕ∆H°m×100% Trong đó: ΔHm: Entanpi chảy ΔH°m=93.1 J/g ϕ: Phần trăm khối lượng của chất độn. Hình 7. Đường cong TGA của vật liệu PLA/PEG /nanosilica Các đường cong TGA của PLA/PEG /nanosilic