Ngày nay, vật liệu polyme blend nói chung và cao su blend nói riêng được
nghiên cứu ứng dụng trên khắp thế giới. Với mức tiêu thụ hàng năm cỡ 1,5 triệu
tấn, tương đương với tốc độ tăng trưởng 810% mỗi năm [1], có thể thấy đây là
loại vật liệu có tốc độ phát triển nhanh và ngày càng có vai trò quan trọng trong
nền kinh tế, kỹ thuật hiện tại và trong tương lai . Nhiều loại cao su blend có tính
năng đặc biệt như bền cơ, bền nhiệt, bền môi trường, hóa chất và dầu mỡ đã trở
thành thương phẩm trên thị trường quốc tế [2].
Ở Việt Nam, trong những năm qua cũng có nhiều công trình nghiên cứu
chế tạo và ứng dụng các loại cao su blend mang lại những hiệu quả khoa học,
kinh tế - xã hội đáng kể. Tuy nhiên, những nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào
một số hệ blend trên cơ sở cao su thiên nhiên nên phạm vi ứng dụng còn hạn chế.
Riêng các vật liệu cao su blend có tính năng cao, bền môi trường và dầu mỡ,
nhất là các hệ blend trên cơ sở cao su tổng hợp, để chế tạo các sản phẩm cho
công nghệ cao vẫn còn chưa được quan tâm nghiên cứu, ứng dụng nhiều. Trong
khi đó, hàng năm nước ta vẫn phải nhập hàng trăm tấn sản phẩm cao su kỹ thuật
các loại với giá cao để phục vụ cho phát triển kinh tế, xã hội [3]. Từ thực tế đó,
chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend bền môi
trường và dầu mỡ” làm chủ đề cho luận án của mình.
Mục tiêu của luận án là: Chế tạo được vật liệu cao su blend có tính năng
cơ lý tốt, bền dầu mỡ và môi trường (thời tiết), có giá thành hợp lý, đáp ứng yêu
cầu để chế tạo các sản phẩm cao su kỹ thuật có yêu cầu cao về bền dầu mỡ và
thời tiết. Từ vật liệu nhận được chế tạo ra sản phẩm ứng dụng trong thực tế.
Để thực hiện mục tiêu trên, trong luận án này, chúng tôi chọn đối tượng
nghiên cứu là các hệ cao su blend hai cấu tử và ba cấu tử trên cơ sở cao su nitril
butadien (NBR), cao su cloropren (CR) và polyvinylclorua (PVC), với những nội
dung nghiên cứu sau đây:
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend hai cấu tử NBR/PVC, NBR/CR,
4
CR/PVC. Trong đó lựa chọn khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử tới tính chất của
vật liệu blend như các tính chất cơ lý, độ bền dầu mỡ (thông qua độ trương trong
xăng A 92 và dầu biến thế), cấu trúc hình thái (bằng phương pháp kính hiển vi
điện tử quét - SEM), độ bền nhiệt (bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng
lượng - TGA), độ bền môi trường theo tiêu chuẩn Việt Nam và thế giới (TCVN
2229-77 và ASTM D 4857-91), từ đó rút ra tỷ lệ cấu tử thích hợp của từng loại
blend cũng như khả năng bền dầu mỡ và thời tiết của chúng làm cơ sở để nghiên
cứu chế tạo hệ blend ba cấu tử NBR/CR/PVC và triển khai các nghiên cứu tiếp
theo.
165 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 3274 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend bền môi trường và dầu mỡ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC
٭٭٭٭٭٭٭٭
TRẦN KIM LIÊN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU
CAO SU BLEND BỀN MÔI TRƢỜNG VÀ DẦU MỠ
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
HÀ NỘI - 2012
2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC
٭٭٭٭٭٭٭٭
TRẦN KIM LIÊN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU
CAO SU BLEND BỀN MÔI TRƢỜNG VÀ DẦU MỠ
Chuyên ngành: Hoá Hữu cơ
Mã số: 62.44.27.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
1. PGS.TS. Đỗ Quang Kháng
2. PGS.TS. Phạm Thế Trinh
HÀ NỘI - 2012
3
MỞ ĐẦU
Ngày nay, vật liệu polyme blend nói chung và cao su blend nói riêng được
nghiên cứu ứng dụng trên khắp thế giới. Với mức tiêu thụ hàng năm cỡ 1,5 triệu
tấn, tương đương với tốc độ tăng trưởng 810% mỗi năm [1], có thể thấy đây là
loại vật liệu có tốc độ phát triển nhanh và ngày càng có vai trò quan trọng trong
nền kinh tế, kỹ thuật hiện tại và trong tương lai. Nhiều loại cao su blend có tính
năng đặc biệt như bền cơ, bền nhiệt, bền môi trường, hóa chất và dầu mỡ đã trở
thành thương phẩm trên thị trường quốc tế [2].
Ở Việt Nam, trong những năm qua cũng có nhiều công trình nghiên cứu
chế tạo và ứng dụng các loại cao su blend mang lại những hiệu quả khoa học,
kinh tế - xã hội đáng kể. Tuy nhiên, những nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào
một số hệ blend trên cơ sở cao su thiên nhiên nên phạm vi ứng dụng còn hạn chế.
Riêng các vật liệu cao su blend có tính năng cao, bền môi trường và dầu mỡ,
nhất là các hệ blend trên cơ sở cao su tổng hợp, để chế tạo các sản phẩm cho
công nghệ cao vẫn còn chưa được quan tâm nghiên cứu, ứng dụng nhiều. Trong
khi đó, hàng năm nước ta vẫn phải nhập hàng trăm tấn sản phẩm cao su kỹ thuật
các loại với giá cao để phục vụ cho phát triển kinh tế, xã hội [3]. Từ thực tế đó,
chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend bền môi
trường và dầu mỡ” làm chủ đề cho luận án của mình.
Mục tiêu của luận án là: Chế tạo được vật liệu cao su blend có tính năng
cơ lý tốt, bền dầu mỡ và môi trường (thời tiết), có giá thành hợp lý, đáp ứng yêu
cầu để chế tạo các sản phẩm cao su kỹ thuật có yêu cầu cao về bền dầu mỡ và
thời tiết. Từ vật liệu nhận được chế tạo ra sản phẩm ứng dụng trong thực tế.
Để thực hiện mục tiêu trên, trong luận án này, chúng tôi chọn đối tượng
nghiên cứu là các hệ cao su blend hai cấu tử và ba cấu tử trên cơ sở cao su nitril
butadien (NBR), cao su cloropren (CR) và polyvinylclorua (PVC), với những nội
dung nghiên cứu sau đây:
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend hai cấu tử NBR/PVC, NBR/CR,
4
CR/PVC. Trong đó lựa chọn khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử tới tính chất của
vật liệu blend như các tính chất cơ lý, độ bền dầu mỡ (thông qua độ trương trong
xăng A 92 và dầu biến thế), cấu trúc hình thái (bằng phương pháp kính hiển vi
điện tử quét - SEM), độ bền nhiệt (bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng
lượng - TGA), độ bền môi trường theo tiêu chuẩn Việt Nam và thế giới (TCVN
2229-77 và ASTM D 4857-91), từ đó rút ra tỷ lệ cấu tử thích hợp của từng loại
blend cũng như khả năng bền dầu mỡ và thời tiết của chúng làm cơ sở để nghiên
cứu chế tạo hệ blend ba cấu tử NBR/CR/PVC và triển khai các nghiên cứu tiếp
theo.
- Nghiên cứu sử dụng các chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp trên cơ sở
dầu trẩu (D01) và nhựa phenol formandehyt biến tính dầu vỏ hạt điều (DLH) để
nâng cao tính năng cơ lý, kỹ thuật của blend NBR/CR và NBR/CR/PVC.
- Dùng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm để xác định tỷ lệ tối ưu
của blend ba cấu tử NBR/CR/PVC.
- Đánh giá khả năng ứng dụng của các vật liệu chế tạo được.
- Xây dựng công nghệ chế tạo sản phẩm cao su kỹ thuật bền dầu mỡ và
thời tiết từ vật liệu chế tạo được để ứng dụng trong thực tế.
5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Những khái niệm cơ bản về polyme blend [4-10]
Vật liệu polyme blend là loại vật liệu polyme được cấu thành từ hai hoặc
nhiều polyme nhiệt dẻo hoặc polyme nhiệt dẻo với cao su để làm tăng độ bền cơ
lý hoặc hạ giá thành của vật liệu. Giữa các polyme có thể tương tác hoặc không
tương tác vật lí, hóa học với nhau.
Polyme blend có thể là hệ đồng thể hoặc dị thể. Trong hệ đồng thể các
polyme thành phần không còn đặc tính riêng, còn trong polyme blend dị thể thì
các tính chất của các polyme thành phần hầu như vẫn được giữ nguyên. Polyme
blend thường là loại vật liệu có nhiều pha, trong đó có một pha liên tục (pha nền,
matrix) và một hoặc nhiều pha phân tán (pha gián đoạn) hoặc tất cả các pha đều
phân tán, mỗi pha được tạo nên bởi một polyme thành phần.
Sự tương hợp của các polyme: Là sự tạo thành một pha tổ hợp ổn định và
đồng thể từ hai hoặc nhiều polyme. Sự tương hợp của các polyme cũng chính là
khả năng trộn lẫn tốt của các polyme vào nhau, tạo nên một vật liệu polyme mới
- vật liệu polyme blend .
Khả năng trộn hợp: Là khả năng những polyme dưới những điều kiện nhất
định có thể trộn lẫn vào nhau tạo thành những tổ hợp đồng thể hoặc dị thể.
Phân loại vật liệu polyme blend (cao su blend): Trong polyme blend nói
chung hoặc cao su blend nói riêng, các cấu tử có thể hòa trộn vào nhau tới mức
độ phân tử và cấu trúc này tồn tại ở trạng thái cân bằng, người ta gọi hệ này là
tương hợp về mặt nhiệt động học hay “miscibility”, hoặc cũng có thể những hệ
như thế được tạo thành nhờ một biện pháp gia công nhất định. Trong trường hợp
này người ta gọi là tương hợp về mặt kỹ thuật hay “compatible blends”. Những
tổ hợp polyme trong đó tồn tại những pha khác nhau dù rất nhỏ (micrô), được
gọi là tổ hợp không tương hợp hay “incompatible blends” hoặc “alloys”.
Trong thực tế có rất ít các cặp polyme nói chung, và cao su hay nhựa nhiệt
dẻo nói riêng, tương hợp nhau về mặt nhiệt động. Còn đa phần các polyme
6
không tương hợp với nhau [4].
Một số tổ hợp polyme tương hợp được thể hiện trên Bảng 1.1. Trong các
hệ polyme không tương hợp, khi trộn với nhau chúng tạo thành các vật liệu
blend có cấu trúc ứng với một trong ba dạng như mô tả trên Hình 1.1 dưới đây:
(a) (c) (b)
Hình 1.1. Các dạng phân bố pha trong vật liệu cao su blend không tương hợp
a: Một pha liên tục và một pha phân tán (thường gặp)
b: Hai pha liên tục
c: Hai pha phân tán (rất ít gặp)
Tính chất của các vật liệu cao su blend được quyết định bởi sự tương hợp
của các polyme thành phần (cao su, nhựa) trong blend. Từ những kết quả nghiên
cứu, người ta chỉ ra rằng sự tương hợp của các polyme phụ thuộc vào các yếu tố
như: bản chất hóa học và cấu trúc phân tử của các polyme; khối lượng phân tử và
sự phân bố của khối lượng phân tử; tỷ lệ các cấu tử trong tổ hợp; năng lượng
bám dính ngoại phân tử; nhiệt độ.
Tính chất các tổ hợp không tương hợp phụ thuộc vào các yếu tố như: sự
phân bố pha; kích thước hạt; loại bám dính pha.
Những yếu tố này bị chi phối bởi điều kiện chuẩn bị và gia công vật liệu.
Trong thực tế, để tăng độ tương hợp cũng như khả năng trộn hợp của các polyme
trong các polyme blend không tương hợp, người ta dùng các chất làm tăng khả
năng tương hợp (chất tương hợp) như các copolyme, oligome đồng trùng hợp
hoặc các chất hoạt tính bề mặt bên cạnh việc chọn chế độ chuẩn bị và gia công
thích hợp cho từng hệ blend thông qua việc khảo sát tính chất lưu biến của vật
7
liệu blend.
Bảng 1.1. Một số hệ polyme blend tương hợp [4]
Polyme 1 Polyme 2
Phạm vi
tƣơng hợp
(% polyme 2
so với polyme 1)
Cis 1,4-polybutadien Poly(butadien-co-styren) (75/25) 20 - 80
Polyisopren Poly(butadien-co-styren) (75/25) 50
Polymetylstyren Poly-2,6– dimetyl-1,4-phenylen 0 - 100
Polyacrylic Polyetylen >50
Nitroxenlulozơ Polyvinylaxetat 0 - 100
Polyisopropylacrylat Polyisopropylmetacrylat 0 - 100
Polyvinylaxetat Polymetylacrylat 50
Polymetylmetacrylat (iso) Polymetylmetacrylat 0 - 100
Polymetylmetacrylat Polyvinylflorua > 65
Polyetylmetacrylat Polyvinylflorua > 49
Polyvinylaxetat Polyvinylnitrat 0 - 100
Polyvinylaxetat Polyє-caprolacton > 49
Polyvinylclorua
Polyα-
metylstyren/Metacrylonitril/
Etylaxetat (50/40/20)
0-100
Polyvinylclorua Poly є-caprolacton > 49
Nitroxenlulozơ Polymetylacrylat 0 - 100
Polymetylmetacrylat Polyvinylidenflorua >65
Từ kinh nghiệm thực tế có thể thấy rằng các polyme có bản chất hóa học
giống nhau sẽ dễ phối hợp với nhau, những polyme khác nhau về cấu tạo hóa
học hoặc độ phân cực sẽ khó trộn hợp với nhau. Trong những trường hợp này
8
người ta phải dùng các chất tương hợp để tạo cho chúng dễ trộn hợp với nhau.
Trong vật liệu polyme blend nói chung hay cao su blend nói riêng, cấu
trúc kết tinh một phần làm tăng độ bền hóa học, độ bền hình dạng dưới nhiệt độ
và độ bền mài mòn. Phần vô định hình làm tăng độ ổn định kích thước cũng như
độ bền nhiệt dưới tải trọng.
1.2. Sự tƣơng hợp của polyme blend
1.2.1. Nhiệt động học của quá trình trộn hợp polyme blend [1, 5-15]
Khi trộn các polyme với nhau, tính chất nhiệt động học của hệ blend quyết định
tới hình thái học cũng như các tính chất cơ lý khác. Khi hai polyme được gọi là
tương hợp hoàn toàn và bền vững khi chúng thỏa mãn các điều kiện sau:
GM = HM - TSM < 0
khi HM 0
Trong đó: GM là biến thiên năng lượng tự do quá trình trộn;
HM là nhiệt trộn lẫn 2 polyme (thay đổi entalpy);
SM là thay đổi entropy khi trộn lẫn các polyme;
T là nhiệt độ trộn.
và đạo hàm bậc hai của năng lượng tự do trong quá trình trộn theo tỷ lệ thể tích
của các polyme thành phần phải dương:
0
,
2
2
TP
GM
Trong đó là tỷ lệ pha trộn của blend
Về mặt hóa học, sự tương hợp các polyme không tương tự nhau về mặt cấu
trúc, cấu tạo, khối lượng phân tử, v.v... dường như là một quy luật và sự tương
hợp các polyme tạo thành một hỗn hợp đồng thể chỉ là một ngoại lệ. Sự ngoại lệ
này chỉ xảy ra với các polyme phân cực, khi đó polyme này có thể tương hợp với
polyme kia. Nhiệt entalpy tự do của blend phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và tỷ
lệ phối trộn. Khi hai polyme tương hợp hoàn toàn thì khi trộn hợp chỉ tạo ra một
9
pha bền vững. Một cách đơn giản để đánh giá độ tương hợp của polyme blend là
từ hệ số hòa tan của chúng. Polyme có hệ số hòa tan càng giống nhau thì khả
năng tương hợp của chúng càng tốt.
Sự tương hợp các polyme cũng phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Mỗi một cặp
polyme được đặc trưng bởi một thông số tương tác. Khả năng hòa tan của các
polyme rất hạn chế, phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như cấu trúc, khối lượng
phân tử, độ phân cực, nhiệt độ hòa tan, v.v... các polyme không trộn lẫn với nhau
trở thành trộn lẫn khi đun nóng, ngược lại cũng có các polyme trộn lẫn bị tách
pha khi đun nóng. Nhiệt độ ở đó xảy ra quá trình tách pha của hỗn hợp là một
hàm của thành phần với nhiệt độ tách pha thấp nhất, gọi là nhiệt độ tách pha tới
hạn dưới. Nằm ở phía trên đường này hai pha không trộn lẫn vào nhau được và ở
phía dưới đường này hai pha trộn lẫn tốt với nhau tạo thành một pha. Người ta đã
xác định được hỗn hợp polyme có hiệu ứng trộn lẫn âm (tỏa nhiệt) có giá trị
nhiệt độ tách pha tới hạn dưới, với hiệu ứng trộn lẫn dương có giá trị nhiệt độ
tách pha tới hạn trên. Bình thường, hai polyme không trộn lẫn với nhau nhưng
khi tăng nhiệt độ đến trên nhiệt độ tách pha tới hạn trên thì chúng trộn lẫn tốt với
nhau. Thực tế có các polyme có cả giá trị nhiệt độ tách pha tới hạn dưới và trên,
các giá trị này phụ thuộc vào tỷ lệ các polyme thành phần.
1.2.2. Xác định khả năng tương hợp của polyme blend
Có nhiều phương pháp có thể xác định khả năng tương hợp của polyme
blend nói chung và cao su blend nói riêng. Dưới đây là một số phương pháp
thông dụng và khá đơn giản để đánh giá khả năng tương hợp của vật liệu này.
1.2.2.1. Hòa tan vật liệu trong dung môi
Vật liệu blend được hòa tan trong các dung môi thông dụng. Nếu trong
dung dịch tạo thành xảy ra sự phân pha, tức là các cấu tử trong vật liệu không
tương hợp được với nhau. Nguyên nhân là do sự phân tán pha bị ảnh hưởng bởi
nồng độ polyme và bởi nhiệt độ. Phép kiểm tra này mang tính chất định tính và
chỉ cho các kết quả tương đối.
10
1.2.2.2. Tạo màng polyme blend
Tạo màng polyme blend từ dung dịch loãng của polyme blend. Nếu màng
tạo thành trong suốt là vật liệu blend tương hợp. Trái lại, nếu màng mờ đục và
ròn là vật liệu blend không tương hợp. Phép kiểm tra này cũng chỉ mang tính
định tính.
1.2.2.3. Quan sát bề mặt vật liệu
Mẫu vật liệu polyme blend nóng chảy được ép thành các tấm phẳng. Quan
sát bề mặt mẫu nếu thấy trong suốt và đồng thể, nghĩa là vật liệu blend có khả
năng tương hợp; trái lại khi thấy bề mặt mờ đục, nghĩa là vật liệu không tương
hợp. Tuy nhiên, cũng như hai phương pháp trên, phương pháp kiểm tra này cũng
chỉ mang tính định tính.
1.2.3.4. Đánh giá qua nhiệt độ thuỷ tinh hóa của vật liệu
Nếu polyme blend thể hiện 2 nhiệt độ thuỷ tinh hóa đặc trưng tương ứng
với các polyme ban đầu, tức là không tương hợp. Nếu polyme blend cho duy
nhất một nhiệt độ thuỷ tinh hóa thì hệ là tương hợp. Trường hợp có hai nhiệt độ
thuỷ tinh hóa gần nhau, nằm trong khoảng nhiệt độ thuỷ tinh hóa của từng cấu tử
riêng biệt thì hệ là tương hợp một phần. Khi hai nhiệt độ này càng gần nhau,
mức độ tương hợp càng cao.
Qua các kinh nghiệm thực tế, có thể đánh giá mức độ tương hợp của vật
liệu blend thông qua nhiệt độ chuyển trạng thái hoặc nhiệt độ phân huỷ của blend
cũng tương tự như đánh giá qua nhiệt độ thủy tinh hóa ở trên.
1.2.2.5. Phương pháp cơ nhiệt động
Đây là phương pháp chính xác nhất và được sử dụng khá rộng rãi . Khi có
các đường cong tổn hao cơ học của dao động xoắn theo nhiệt độ của các cấu tử
ban đầu và của polyme blend , người ta so sánh các kết quả thu được . Nếu một
polyme blend tương hợp sẽ cho giá trị cực đại trên đường cong t ổn hao dao động
trong khoảng cực đại của các polyme ban đầu , trong khi polyme blend không
tương hợp cho 2 giá trị cực đại ở nhiệt độ tương ứng với các polyme thành phần .
11
Mặt khác phương pháp cơ nhiệt động cũng có thể cho các th ông tin theo mođun
trượt hay mođun kéo đứt. Nếu đường cong mođun nhiệt độ thể hiện nhiều vùng
chuyển tức là polyme blend không tương hợp.
1.2.2.6. Phương pháp sử dụng kính hiển vi
Có thể sử dụng các loại kính hiển vi khác nhau. Kính hiển vi quang học có
thể phát hiện tính không đồng thể ở mức độ 0,210µm. Kính hiển vi điện tử có thể
phát hiện sự không đồng thể với phạm vi tế vi, tới 0,01 µm. Bằng kính hiển vi
điện tử, trong nhiều trường hợp người ta có thể thấy rõ hiệu quả của các biện pháp
làm tăng tương hợp trong các blend không tương hợp. Tuy nhiên, cần hiểu rằng
sự không đồng thể được thể hiện trên hình ảnh của kính hiển vi chỉ có tính chất
tương đối.
1.2.2.7. Phương pháp tán xạ tia X góc hẹp
Với phương pháp này có thể thu được những thông tin về mức độ tương
hợp của các polyme ở mức độ tế vi (khoảng 10-3 10-1 m). Trong điều kiện
hiện tại ở Việt Nam, chưa thấy tác giả nào sử dụng phương pháp nghiên cứu này.
1.2.3. Những biện pháp tăng cường tính tương hợp của polyme blend [1, 4,
16-19]
1.2.3.1. Sử dụng các chất tương hợp
a) Chất tương hợp và vai trò của chất tương hợp trong polyme blend
Các chất tương hợp được sử dụng trong polyme blend với mục đích làm
tăng sự tương hợp của các polyme blend không tương hợp hoặc chỉ tương hợp
một phần, giúp cho sự phân tán các pha polyme hòa trộn vào nhau tốt hơn. Ngoài
ra nó cũng tăng cường sự bám dính bề mặt hai pha polyme. Các chất tương hợp
cho các polyme thường là các hợp chất thấp phân tử hoặc các hợp chất cao phân
tử có khả năng hoạt động bề mặt. Mạch phân tử của chất tương hợp có cấu trúc
khối hoặc ghép, trong đó một khối có khả năng trộn hợp với polyme thứ nhất,
còn khối thứ hai có khả năng trộn hợp tốt với polyme thứ hai.
Chất tương hợp có thể được chế tạo trước và được bổ xung vào hỗn hợp
12
polyme khi quá trình blend đang xảy ra. Ngoài ra chúng cũng có thể được tạo thành
tại chỗ trong quá trình trộn hợp (quá trình “in situ”). Để có thể tiến hành tương hợp
tại chỗ, thì các cấu tử của hỗn hợp phải có khả năng phản ứng với nhau. Chất tương
hợp còn có khả năng làm giảm ứng suất bề mặt giữa hai pha polyme, ngăn ngừa
sự kết tụ của từng polyme thành phần trong quá trình gia công. Vì vậy chất
tương hợp có tác dụng làm cho polyme này dễ phân tán vào trong polyme kia
nhờ các tương tác đặc biệt. Như vậy sự tương hợp của các polyme phụ thuộc vào
các yếu tố sau:
+ Bản chất hóa học và cấu trúc phân tử của các polyme;
+ Khối lượng phân tử và độ đa phân tán;
+ Tỷ lệ các cấu tử trong blend và khả năng kết dính ngoại;
+ Nhiệt độ, loại chất tương hợp và khối lượng phân tử của chất tương hợp.
b) Sử dụng các chất tương hợp là các copolyme nhánh hoặc khối
Để làm chất tương hợp, các copolyme nhánh hoặc khối phải có một nhánh
hoặc một khối có khả năng tương hợp tốt với một polyme, còn nhánh hoặc khối
kia phải có khả năng tương hợp tốt với polyme còn lại trong hệ. Các copolyme ở
đây thường có hai phần, mỗi phần bao gồm monome của mỗi polyme thành
phần. Như vậy, khối có cùng monome với polyme thành phần nào sẽ có cùng
bản chất và cấu tạo hóa học tương tự như polyme đó, do vậy chúng có khả năng
trộn hợp, liên kết chặt chẽ với nhau. Kết quả là hai polyme thành phần của hệ sẽ
được liên kết với nhau, trong đó copolyme đóng vai trò như một chất kết dính.
Đây cũng là nguyên nhân dẫn tới việc giảm ứng suất bề mặt phân chia pha tăng
ứng suất trượt của hệ. Lúc này sẽ tồn tại một lượng tối ưu (nồng độ tới hạn) chất
tương hợp đủ để bão hòa với bề mặt phân chia pha. Nếu lượng chất tương hợp
đưa vào lớn hơn giá trị này thì độ lớn của pha phân tán cũng hầu như không thay
đổi. Hơn nữa, nếu lượng chất tương hợp đưa vào quá lớn sẽ tạo thành pha mới
trong hệ, dẫn đến tính chất của hệ polyme blend ba thành phần (tính năng cơ lý,
kỹ thuật) cũng có thể thay đổi hoàn toàn.
13
Việc sử dụng các chất tương hợp trên cơ sở các copolyme nhánh hoặc khối
là một hướng đã được nghiên cứu nhiều và có hiệu quả cao. Mặt khác, những
tiến bộ trong kỹ thuật đồng trùng hợp trong vài thập kỷ gần đây đã cho phép các
nhà khoa học có thể đi sâu nghiên cứu mối tương quan giữa cấu trúc, thành phần,
khối lượng phân tử của các chất tương hợp với tính chất của các polyme blend.
c) Sử dụng chất tương hợp là các polyme có khả năng phản ứng với polyme
thành phần của hệ.
Đưa một polyme C có khả năng phản ứng vào polyme blend A/B, trong đó
polyme này phải có khả năng tương hợp với một trong hai polyme thành phần
của hệ, còn polyme không tương hợp với polyme C thì phải chứa nhóm chức có
khả năng phản ứng với polyme C. Nếu cả hai polyme A và B đều không chứa
nhóm chức có khả năng phản ứng với polyme C thì có thể đưa thêm vào một
polyme D nữa, với điều kiện polyme C và D có khả năng phản ứng được với
nhau và mỗi polyme này có khả năng tương hợp với một polyme chính của hệ
(polyme A hoặc B). Tùy thuộc vào vị trí nhóm chức (nhóm cuối mạch hay trong
mạch) của polyme C và A hoặc B, mà trong quá trình blend hóa bằng phương
pháp nóng chảy, các copolyme nhánh hay khối sẽ được tạo thành tại bề mặt phân
chia pha của polyme A và B. Các copolyme tạo thành đóng vai trò làm chất
tương hợp, tăng khả năng kết dính giữa các pha và nâng cao tính chất cơ lý của
blend. Để đạt được hiệu quả tốt, một yêu cầu bắt buộc của các copolyme có khả
năng phản ứng là các nhóm chức của chúng phải có đủ hoạt tính để tham gia các
phản ứng hóa học trong điều kiện chế tạo blend. Mặt khác, các liên kết tạo thành
phải đủ bền nhiệt ở nhiệt độ gia công.
d) Chất tương hợp là các tác nhân có hai nhóm chức
Nhờ có hai nhóm chức nên các hợp chất này có thể tương tác với các
nhóm chức trên mạch phân tử của hai polyme thành phần để tạo thành copolyme
khối. Tùy thuộc vào nhóm chức trên mạch của các polyme thành phần mà hai
nhóm chức của các tác nhân đưa vào có thể giống nhau hay khác nhau.
14
1