Nghiên cứu quá trình trùng hợp stiren và metyl metacrylat với sự có mặt của nanoclay

vµ nã phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: Phô thuéc vµo ®Æc ®iÓm vµ nång ®é c¸c cation ë líp cÊu tróc. Mçi cation kim lo¹i bÞ hydrat ho¸ bëi 3 ®Õn 6 ph©n tö n­íc, do vËy l­îng n­íc hÊp phô vµo gi÷a c¸c líp cã kh¸c nhau. Ngoµi ra nÕu nång ®é cation thÊp th× ®iÖn tÝch cña líp sÏ thÊp vµ sù tr­¬ng në sÏ chËm l¹i. Bªn c¹nh ®ã yÕu tè ®é bÒn liªn kÕt gi÷a hai líp sÐt còng ¶nh h­ëng lín ®Õn tÝnh tr­¬ng në cña sÐt. TÝnh hÊp phô Sau khi ho¹t ho¸, th«ng th­êng trªn bÒ mÆt kho¸ng sÐt lu«n xuÊt hiÖn ®ång thêi c¸c t©m acid Bronsted vµ t©m acid Lewis, ®Æc biÖt lµ t¹i c¸c cation ph©n cùc hoÆc nh÷ng proton ë líp trung gian thÓ hiÖn tÝnh acid Bronsted kh¸ m¹nh. ChÝnh nh÷ng t©m nµy lµ n¬i x¶y ra c¸c ph¶n øng vµ còng lµ n¬i cã kh¶ n¨ng hÊp phô c¸c chÊt ph©n cùc hay c¸c chÊt h÷u c¬. TÝnh trao ®æi ion Sù trao ®æi ion cña sÐt víi ion dung dÞch bªn ngoµi chñ yÕu x¶y ra gi÷a c¸c líp cÊu tróc. Sù trao ®æi ion ®­îc thùc hiÖn hoµn toµn khi cho sÐt ph©n t¸n trong dung dÞch muèi cã nång ®é thÝch hîp. TÝnh acid cña ®Êt sÐt cã ®­îc lµ nhê vµo sù trao ®æi nµy. Cã hai nguyªn nh©n g©y nªn kh¶ n¨ng trao ®æi: Sù xuÊt hiÖn ®iÖn tÝch ©m trong m¹ng l­íi cÊu tróc sÏ ®­îc bï trõ b»ng c¸c cation trao ®æi. Dung l­îng trao ®æi ion phô thuéc vµo sè l­îng ®iÖn tÝch ©m trªn bÒ mÆt. Sè l­îng cation cµng lín th× dung l­îng trao ®æi cµng lín. Trong tinh thÓ cña sÐt tån t¹i c¸c nhãm OH, nguyªn tö H trong nhãm nµy trong ®iÒu kiÖn nhÊt nhÊt ®Þnh cã thÓ tham gia ph¶n øng trao ®æi . Kh¶ n¨ng trao ®æi ion cña sÐt cßn phô thuéc vµo ho¸ trÞ vµ b¸n kÝnh cña c¸c cation trao ®æi, c¸c cation cã ho¸ trÞ nhá dÔ trao ®æi h¬n c¸c cation cã ho¸ trÞ lín theo thø tù M+ > M2+ > M3+. §èi víi c¸c cation cã cïng ho¸ trÞ, b¸n kÝnh cation cµng nhá th× kh¶ n¨ng trao ®æi cation cµng lín. Kh¶ n¨ng trao ®æi ion ®­îc xÕp theo thø tù : Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Fe2+ > Al3+ . So víi mét sè sÐt nh­ kaolinit cã kh¶ n¨ng trao ®æi ion yÕu, clorit khã trao ®æi ion th× Montmorillonit cã tÝnh chÊt trao ®æi ion rÊt m¹nh do ®iÖn tÝch ©m cña m¹ng n»m s©u trong líp cÊu tróc nªn n¨ng l­îng liªn kÕt cña c¸c cation trao ®æi n»m ë gi÷a c¸c líp víi líp cÊu tróc cña m¹ng thÊp, c¸c cation nµy cã thÓ chuyÓn ®éng tù do gi÷a c¸c mÆt ph¼ng tÝch ®iÖn ©m vµ cã thÓ trao ®æi víi c¸c cation kh¸c . Nhê cã tÝnh chÊt trao ®æi ion nµy mµ ng­êi ta cã thÓ biÕn tÝnh Montmorillonit ®Ó t¹o ra nh÷ng mÉu cã tÝnh chÊt xóc t¸c, hÊp phô vµ c¸c tÝnh chÊt ho¸ lý hoµn toµn kh¸c nhau tuú thuéc vµo môc ®Ých sö dông chóng. 1.1.4. Giíi thiÖu vÒ Montmorillonit - MMT Lo¹i nanoclay ®Çu tiªn ®­îc t×m thÊy trªn thÕ giíi lµ Montmorillonite (ë Montmorillon, Ph¸p, n¨m 1874). Tuy nhiªn ®Õn n¨m 1993, vËt liÖu polyme nano composit míi lÇn ®Çu tiªn ®­îc chÕ t¹o thµnh c«ng. CÊu tróc cña MMT: H×nh 4 (a): CÊu tróc ph¼ng cña MMT H×nh 4 (b): CÊu tróc kh«ng gian cña MMT MMT lµ mét d¹ng sÐt tr¾ng, cã thÓ hÊp thô h¬n 20 -30 lÇn thÓ tÝch cña nã trong n­íc vµ lµ sù quan t©m ®Æc biÖt cña c«ng nghiÖp chÊt dÎo vµ nã thuéc cÊu tróc 2:1 nh­ h×nh vÏ trªn. MMT cã kh¶ n¨ng hÊp thô vµ gi÷ c¸c cation d­¬ng nh­ Na+,Ca2+ lµ do trong cÊu tróc cña MMT lu«n x¶y ra sù thay thÕ cña Mg2+ cho Al3+ trong líp b¸t diÖn vµ Fe2+, Fe3+ thay thÕ cho Al3+, Si4+ trong m¹ng l­íi 6 c¹nh. C¸c cation d­¬ng Na+, Ca2+ nµy cã thÓ ®­îc thay thÕ mét c¸ch cã môc ®Ých b»ng c¸c cation kh¸c cã kh¶ n¨ng hidrat ho¸ nh­ng cã tÝnh ­a h÷u c¬. N¨ng suÊt trao ®æi cation cña MMT: * TÊt c¶ c¸c lo¹i kho¸ng cã kh¶ n¨ng hÊp phô cation do tån t¹i nh÷ng ion d­¬ng trªn bÒ mÆt c¸c líp sÐt. Nh÷ng cation nµy bÞ gi÷ bëi lùc tÜnh ®iÖn yÕu vµ dÔ dµng thay thÕ víi nh÷ng cation kh¸c. * J.T.Wray chøng minh r»ng cã thÓ khö NH3 trong n­íc. C¬ së cña sù hÊp thu kh«ng liªn quan g× ®Õn sù thay ®æi cÊu tróc cña kho¸ng mµ c¬ së cña sù hÊp thu xuÊt ph¸t tõ lý thuyÕt dung dÞch vµ lµ sù lo¹i bá ngay t¹i vÞ trÝ cña c¸c cation. Do ®ã, tÝnh chÊt nµy cña ®Êt sÐt ®­îc gäi lµ kh¶ n¨ng trao ®æi c¬ b¶n (BEC). C¸c nhµ ho¸ lý hiÖn nay c«ng nhËn r»ng thay thÕ ®­îc cho Na+,K+, Ca2+, Mg2+ vµ Al3+. V× thÕ ®Ó chÝnh x¸c h¬n ng­êi ta dïng thuËt ng÷ CEC ®Ó chØ n¨ng suÊt trao ®æi cation. Ph¶n øng trao ®æi gi÷a 2 cation kÕt hîp víi ®Êt sÐt cã thÓ ®­îc biÓu diÔn nh­ sau: (§Êt sÐt)Na + NH4OH à (§Êt sÐt)NH4 + NaOH Mét ®­¬ng l­îng thay thÕ cho mét ®­¬ng l­îng Na+, do ®ã CEC ®­îc tÝnh b»ng mili ®­¬ng l­îng d­íi d¹ng Na2O trªn 100 mg ®Êt sÐt: CEC = Mét sè tÝnh chÊt ®Æc tr­ng cña ®Êt sÐt Montmorillonite: Kh¶ n¨ng chÞu bøc x¹ h¹t nh©n Khi chiÕu x¹ , nång ®é c¸c trung t©m ho¹t ®éng A (Si-O) vµ B (Al-O-Al) xuÊt hiÖn ë kho¸ng Montmorillonite thÊp h¬n ë c¸c kho¸ng sÐt kh¸c. Sù xuÊt hiÖn c¸c trung t©m ho¹t ®éng lµm kho¸ng cã bÒ mÆt riªng t¨ng vµ thay ®æi tÝnh tan. Kho¸ng Montmorillonite cã cÊu tróc 2:1 cã sù thay ®æi Ýt vµ chÞu bøc x¹ h¹t nh©n tèt h¬n Kaoline cã cÊu tróc 1:1. Sù ph¸ huû kho¸ng Montmorillonite khi bÞ chiÕu x¹ víi liÒu cao chñ yÕu tõ viÖc mÊt ®i c¸c ion Si4+ h¬n lµ Al3+. KÝch th­íc h¹t KÝch th­íc h¹t cña ®Êt sÐt phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn sÊy, ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng ph¸p BET th«ng qua hÊp phô khÝ N2 hoÆc t¸n x¹ Laser trong m«i tr­êng ch©n kh«ng. KÝch th­íc h¹t quyÕt ®Þnh diÖn tÝch bÒ mÆt riªng cña ®Êt sÐt, quan träng h¬n lµ kh¶ n¨ng trao ®æi ion. C«ng thøc cÊu t¹o cho biÕt sè ®iÖn tÝch ©m trªn mét cÊu tróc líp tinh thÓ do sù thay thÕ ion ®ång h×nh. Tuy nhiªn, do cßn cã sù ®øt g·y ë viÒn ngoµi cña tinh thÓ vµ sù cã mÆt nhãm -OH ë viÒn ngoµi, gi¸ trÞ CEC thùc tÕ th­êng cao h¬n 10%. §Êt sÐt võa thÓ hiÖn tÝnh acid Bronsted lÉn acid Lewis TÝnh acid Bronsted do c¸c nhãm -OH ë bÒ mÆt g©y nªn. TÝnh acid Lewis do ion Al3+ g©y nªn. §é bÒn nhãm cho tÝnh acid Bronsted phô thuéc vµo thµnh phÇn cña kho¸ng sÐt. ChØ sè acid lu«n thÊp h¬n gi¸ trÞ CEC cho thÊy dung m«i kh«ng ph©n cùc trong c¸c khe hë cña líp sÐt kh«ng lµ m«i tr­êng hiÖu qu¶ cho c¸c ph¶n øng acid - baz¬. TÝnh acid ë bÒ mÆt gi¶m khi l­îng n­íc tù do cã trong sÐt cao. C¸c nhãm nhËn ®iÖn tö hay g©y oxy ho¸ còng ®Þnh khu ë viÒn ngoµi cña cÊu tróc tinh thÓ sÐt. Nhãm nµy do ion Fe3+ trong mÆt tinh thÓ t¹o nªn. C¸c cation kim lo¹i ®a ho¸ trÞ nh­ Cu2+, Fe3+ hoÆc lµ Ru3+ lµm ®Êt sÐt cã tÝnh khö. T­¬ng t¸c bÒ mÆt r¾n cña ®Êt sÐt víi ph©n tö chÊt h÷u c¬ phô thuéc vµo tÝnh kÞ n­íc. TÝnh chÊt ­a n­íc hoÆc lµ kÞ n­íc cña bÒ mÆt phô thuéc vµo viÖc chän lùa hîp lý cation cã thÓ trao ®æi ®­îc. Kh¶ n¨ng t¹o cÊu tróc xèp rçng 3 chiÒu MMT cã cÊu tróc gièng nh­ zeolite nªn qu¸ tr×nh thùc hiÖn biÕn ®æi cÊu tróc kho¸ng sÐt sang cÊu tróc rçng xèp ®­îc øng dông réng r·i. Qu¸ tr×nh nµy sö dông kho¸ng sÐt cã cÊu tróc 2:1 víi mËt ®é ®iÖn t­¬ng ®èi thÊp, cã cation trao ®æi ban ®Çu cã ®iÖn tÝch lín. Kh¶ n¨ng xóc t¸c C¸c ®Êt sÐt Montmorillonite víi cation trao ®æi kh¸c nhau cho hiÖu qu¶ acyl ho¸ nªn p-xylene thµnh bezoyl chloride: Mont-Zr4+ Kh¶ n¨ng hÊp phô Nhê cã c¸c nhãm chøc ë viÒn ngoµi vµ bÒ mÆt ph©n bè ®Òu, ®Êt sÐt cã kh¶ n¨ng hÊp phô ®­îc nhiÒu chÊt h÷u c¬. 1.1.5. BiÕn tÝnh clay 1.1.5.1. Kh¸i niÖm BiÕn tÝnh clay lµ chuyÓn c¸c clay tõ d¹ng ­a n­íc sang d¹ng clay ­a h÷u c¬ do gi÷a c¸c líp cña nã cã chøa c¸c cation cã kh¶ n¨ng trao ®æi víi c¸c cation h÷u c¬. §Ó lµm ®­îc ®iÒu nµy, ng­êi ta th­êng cho c¸c cation h÷u c¬ trao ®æi víi c¸c ion kim lo¹i trong cÊu tróc líp cña clay. Trong nh÷ng n¨m qua, MMT ®· ®­îc biÕn tÝnh bÒ mÆt ®Ó chuyÓn ho¸ bÒ mÆt tõ d¹ng ­a n­íc sang ­a chÊt h÷u c¬. Nh÷ng s¶n phÈm nµy ®­îc sö dông nhiÒu nhÊt ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu nanocomposit, ngoµi ra cßn ®­îc øng dông nh­ lµ t¸c nh©n lµm ®Æc trong s¬n dÇu vµ nhiÒu øng dông kh¸c cña chÊt láng h÷u c¬. BiÕn tÝnh bÒ mÆt clay cã thÓ ®¹t ®­îc th«ng qua hai c¬ chÕ chÝnh: trao ®æi ion (ion exchange) vµ t­¬ng t¸c ion l­ìng cùc (ion dipole interation). Do clay cã cÊu tróc líp, gi÷a c¸c líp cã mét sè ion mµ cã thÓ ®­îc trao ®æi víi c¸c ion h÷u c¬ kh¸c, v× vËy clay cã thÓ ®­îc biÕn tÝnh b»ng c¸c muèi h÷u c¬ amoni. Do cã c¸c gèc h÷u c¬ trong c¸c amoni nªn MMT sau khi ®· biÕn tÝnh cã thÓ tr­¬ng në ®­îc trong c¸c dung m«i kÐm ph©n cùc. 1.1.5.2. C¸c ph­¬ng ph¸p biÕn tÝnh clay BÒ mÆt cña MMT lµ ­a n­íc vµ yªu cÇu biÕn tÝnh ®Ó nã t­¬ng hîp víi hÇu hÕt c¸c hÖ polyme. BiÕn tÝnh bÒ mÆt cã thÓ ®¹t ®­îc th«ng qua hai c¬ chÕ chÝnh: trao ®æi ion vµ t­¬ng t¸c l­ìng cùc. BiÕn tÝnh trao ®æi ion Ph­¬ng ph¸p nµy dùa trªn sù thay thÕ c¸c ankyl amonium cã chøa c¸c chøc amin, cho c¸c cation cã kh¶ n¨ng trao ®æi trªn bÒ mÆt c¸c líp cña MMT. RH+ + Na+ - MMT à RH+ - MMT + Na+ T­¬ng t¸c ion l­ìng cùc §©y lµ mét ph­¬ng ph¸p t­¬ng ®èi míi, nã bao gåm viÖc g¾n c¸c ph©n tö h÷u c¬ cã chøa c¸c nhãm nh­ alcolhol, carbonyl, ether vµo c¸c cation cã kh¶ n¨ng trao ®æi trªn bÒ mÆt cña clay. C¸c nhãm chøc tÝch ®iÖn ©m côc bé nµy t­¬ng t¸c víi c¸c ®iÖn tÝch d­¬ng riªng tån t¹i trªn c¸c cation cã kh¶ n¨ng trao ®æi. = Si -OH + ROH à = Si -OR + H2O. = Si -OH + Cl - Si(R)3 à = Si - OSi(R)3 1.1.5.3. BiÕn tÝnh h÷u c¬ kho¸ng sÐt MMT Kho¸ng sÐt cã rÊt nhiÒu øng dông thùc tiÔn vµ nh÷ng øng dông cña nã vÉn kh«ng ngõng t¨ng lªn, sù phong phó nµy lµ do viÖc biÕn tÝnh bÒ mÆt cña kho¸ng sÐt rÊt dÔ dµng. Do vËy c¸c nhµ khoa häc ®· sö dông kho¸ng sÐt víi thµnh phÇn chÝnh lµ MMT ®Ó lµm vËt liÖu gèc chÕ t¹o vËt liÖu nanocomposit v« c¬ lai h÷u c¬. Môc ®Ých cña viÖc h÷u c¬ ho¸ MMT lµ chuyÓn tõ vËt liÖu ­a n­íc sang ­a dÇu víi nh÷ng gèc thÕ kh¸c nhau vµ cã kh¶ n¨ng tr­¬ng në trong dung m«i h÷u c¬, khuyÕch t¸n vµ t­¬ng t¸c tèt trong c¸c polyme th«ng qua c¸c qu¸ tr×nh hoµ tan trong dung m«i h÷u c¬. Hay nãi c¸ch kh¸c qu¸ tr×nh h÷u c¬ ho¸ kho¸ng sÐt lµ qu¸ tr×nh chuyÓn MMT v« c¬ thµnh MMT h÷u c¬. §©y chÝnh lµ qu¸ tr×nh trao ®æi ion Na+, K+ víi nhãm mang ®iÖn tÝch d­¬ng phÇn ®Çu cña hîp chÊt h÷u c¬ (®iÓn h×nh lµ nhãm amoni cation) cã phÇn ®u«i lµ c¸c gèc h÷u c¬ kh¸c nhau: Nhãm ®u«i R Nhãm ®Çu PhÇn ®u«i cña hîp chÊt nµy cã tÝnh ­a dÇu vµ lµ t¸c nh©n ®Èy xa kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp kho¸ng sÐt theo m« h×nh : Na+ MMT + MMT MMT MMT MMT + Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ + + + + + Na+ H×nh 5 (a): S¬ ®å m« h×nh h÷u c¬ ho¸ kho¸ng sÐt Qu¸ tr×nh ®Èy xa c¸c líp MMT lµm t¨ng kh¶ n¨ng x©m nhËp cña c¸c chÊt h÷u c¬ vµo kho¶ng gi÷a c¸c líp, qu¸ tr×nh nµy ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh xen líp (Intercalated state). TiÕp theo khi c¸c chÊt h÷u c¬ hoÆc polyme ë kho¶ng gi÷a c¸c líp MMT sÏ thóc ®Èy qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n nh÷ng h¹t nano MMT lai h÷u c¬ trong dung m«i h÷u c¬ hoÆc trong polyme. HÇu hÕt c¸c t¸c nh©n biÕn tÝnh h÷u c¬ MMT ®Òu cã m¹ch hydro cacbon dµi. §Æc tÝnh cña c¸c ion alkyl amonium lµ tÝnh ­a h÷u c¬, kh¶ n¨ng tr­¬ng në vµ sù h×nh thµnh hÖ sol-gel thuËn nghÞch trong c¸c dung m«i h÷u c¬. Tõ c¸c tÝnh chÊt ®ã dÉn ®Õn hµng lo¹t c¸c øng dông trong c«ng nhiÖp nh­ c«ng nghÖ s¬n phñ, mì b«i tr¬n, chÊt dÎo, vËt liÖu míi vµ ®Æc biÖt lµ vËt liÖu polyme nanoclay composit. Ph¶n øng h÷u c¬ ho¸ kho¸ng sÐt trong dung dÞch n­íc phô thuéc nhiÒu vµo qu¸ tr×nh tr­¬ng në cña MMT. Qu¸ tr×nh nµy cã thÓ ph©n lµm 3 giai ®o¹n: ë giai ®o¹n mét líp sÐt ®­îc gi÷ nguyªn, kho¶ng c¸ch gi÷a chóng t¨ng tõ 1 ®Õn 2,2A0, lóc nµy nguyªn nh©n tr­¬ng në lµ do hiÖn t­îng hidrat ho¸ ion d­¬ng Na+, K+, Li+ tån t¹i gi÷a c¸c líp sÐt. ë giai ®o¹n hai th× MMT cã chøa ion d­¬ng ho¸ trÞ mét tiÕp tôc tr­¬ng në, giai ®o¹n nµy h×nh thµnh lùc ph¸t t¸n trªn bÒ mÆt líp sÐt do h×nh thµnh líp kÐp. Lùc nµy lín h¬n lùc liªn kÕt Van der Waals dÉn tíi qu¸ tr×nh t¸ch ly c¸c líp MMT x¶y ra, ë thêi ®iÓm nµy lùc liªn kÕt chÝnh tån t¹i lµ lùc gi÷a phÇn cuèi nh¸nh d­íi cña líp trªn víi bÒ mÆt trªn cña líp d­íi. Tr¹ng th¸i nµy h×nh thµnh nh­ d¹ng paste hoÆc gel, nÕu hµm l­îng n­íc mµ cµng t¨ng th× liªn kÕt gi÷a c¸c líp yÕu ®i vµ tr¹ng th¸i t¸ch ly thø ba sinh ra. + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ + + + + Ph©n tö ph©n cùc C¸c ph©n tö ph©n cùc xen kÏ vµo gi÷a c¸c líp sÐt Trao ®æi ion Nhá h¬n 10A0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Lín h¬n 10A0 H×nh 5.(b): S¬ ®å t¸ch c¸c h¹t sÐt trong dung dÞch MMT-Na + R4-N+X- MMT-N+R4 + Na+X- Ph¶n øng h÷u c¬ ho¸ MMT ®­îc thùc hiÖn ë gi÷a giai ®o¹n nµy b»ng ph¶n øng trao ®æi ion: Ph¶n øng nµy chØ x¶y ra víi kho¸ng sÐt cã cÊu tróc líp 2:1, ®Æc biÖt lµ montmorillonit vµ vermiculite. 1.1.5.4. CÊu tróc cña clay h÷u c¬ Sù thay thÕ c¸c cation v« c¬ b»ng cation h÷u c¬ trªn bÒ mÆt gi÷a c¸c líp cña clay hay MMT sÏ lµm gi·n réng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp. Tuú thuéc vµo mËt ®é ®iÖn tÝch cña clay vµ chÊt ho¹t tÝnh bÒ mÆt cation th× sù s¾p xÕp cña chóng lµ kh¸c nhau. Nh×n chung, chiÒu dµi cña chÊt ho¹t tÝnh bÒ mÆt dµi h¬n vµ mËt ®é ®iÖn tÝch cña clay cao h¬n th× nh÷ng líp clay sÏ bÞ Ðp l¹i. §iÒu nµy lµm t¨ng thÓ tÝch chiÕm bëi nh÷ng chÊt ho¹t tÝnh bÒ mÆt. MËt ®é ®iÖn tÝch cña clay kh¸c nhau th× sù ®Þnh h­íng cña c¸c ankyl amonium còng kh¸c nhau: monolayer, bilayer, pseudo-trilayer hoÆc cÊu tróc parafin n»m nghiªng. H×nh 6: CÊu tróc cña c¸c d¹ng Clay h÷u c¬ kh¸c nhau 1.2. Giíi thiÖu vÒ poli stiren vµ poli metyl metacrylat 1.2.1. Poli stiren Poli stiren ( ViÕt t¾t vµ th­êng gäi lµ PS ) lµ mét lo¹i nhùa nhiÖt dÎo ®­îc t¹o thµnh tõ ph¶n øng trïng hîp stiren: Poli stiren ®­îc biÕt ®Õn n¨m 1845 khi ®èt nãng stiren trong èng thñy tinh ë nhiÖt ®é 2000C. S¶n phÈm mono stiren th­¬ng m¹i ®­îc ®­a ra n¨m 1925 nh­ng PS chØ ®­îc tæng hîp n¨m 1937. PS lµ lo¹i nhùa cøng trong suèt, kh«ng cã mïi vÞ, kh«ng mµu vµ dÔ t¹o mµu, dÔ gia c«ng. PS hßa tan trong cacbua hydro th¬m, cacbua hydro clo hãa, este, ceton. PS kh«ng hßa tan trong cacbua hydro m¹ch th¼ng, r­îu thÊp, ete, phenol, axit acetic vµ n­íc. TÝnh chÊt c¬ häc cña PS phô thuéc vµo møc ®é trïng hîp. PS cã träng l­îng ph©n tö thÊp rÊt gißn vµ cã ®é bÒn kÐo thÊp. Träng l­îng ph©n tö t¨ng lªn th× ®é bÒn c¬ vµ nhiÖt t¨ng ®ång thêi ®é gißn gi¶m ®i. 1.2.2 Polimetyl metacrylat Polimetyl metacrylat ®­îc ®iÒu chÕ b»ng ph¶n øng trïng hîp metyl metacrylat: Polimetyl metacrylat lµ chÊt r¾n kh«ng mµu, trong suèt nªn ®­îc gäi lµ “Thñy tinh h÷u c¬” nã bÒn víi t¸c dông cña axit vµ kiÒm Polimetyl metacrylat dïng ®Ó chÕ t¹o “kÝnh khã vì” thÊu kÝnh, r¨ng gi¶, ®å n÷ trang, mµng phñ. 1.3. øng dông clay h÷u c¬ trong vËt liÖu composit 1.3.1. Giíi thiÖu vÒ vËt liÖu composit 1.3.1.1. Kh¸i niÖm VËt liÖu composit lµ lo¹i vËt liÖu kÕt hîp cña hai hay nhiÒu cÊu tö kh¸c nhau vµ cã c¸c tÝnh chÊt ®Æc biÖt mµ tõng cÊu tö kh«ng cã ®­îc. Nh×n chung vËt liÖu composit lµ mét lo¹i vËt liÖu ®ång nhÊt trong mét thÓ tÝch lín b»ng c¸ch hîp nhÊt c¸c thÓ tÝch nhá cña vËt liÖu kh¸c nhau vÒ b¶n chÊt. §èi víi lo¹i vËt liÖu composit lµm tõ polyme cã thÓ hiÓu ®ã lµ mét hÖ thèng gåm hai hay nhiÒu pha trong ®ã pha liªn tôc lµ polyme. Composit lµ lo¹i vËt liÖu nhiÒu pha kh¸c nhau vÒ mÆt ho¸ häc, hÇu nh­ kh«ng tan vµo nhau, ph©n c¸ch nhau b»ng ranh giíi pha, kÕt hîp l¹i nhê sù can thiÖp kü thuËt cña con ng­êi theo nh÷ng s¬ ®å thiÕt kÕ tr­íc, nh»m tËn dông vµ ph¸t triÓn nh÷ng tÝnh chÊt ­u viÖt cña c¸c pha trong vËt liÖu composit cÇn chÕ t¹o. 1.3.1.2. CÊu tróc cña vËt liÖu composit Thµnh phÇn chñ yÕu cña vËt liÖu composit gåm nÒn polyme vµ chÊt ®én ngoµi ra cßn cã mét sè phô gia nh­: chÊt mÇu, chÊt t¨ng c­êng ®Æc biÖt vµ c¸c chÊt trong hÖ ®ãng r¾n polyme. C¸c tÝnh chÊt ­u viÖt ®¹t ®­îc cña vËt liÖu composit phô thuéc vµo cÊu t¹o ho¸ häc, tr¹ng th¸i cÊu tróc vµ h×nh th¸i ph©n bè chÊt ®én vµo trong nÒn polyme còng nh­ vµo kh¶ n¨ng t­¬ng t¸c gi÷a chóng vµ ®iÒu kiÖn gia c«ng. VÊn ®Ò quan träng ®èi víi vËt liÖu composit lµ kh¶ n¨ng kÕt dÝnh cña c¸c nguyªn liÖu víi nhau, vËt liÖu cµng bÒn khi c¸c ph©n tö trong vËt liÖu liªn kÕt víi nhau cµng chÆt chÏ, mét sè tÝnh chÊt cña vËt liÖu cã thÓ v­ît xa c¶ chÊt kÕt dÝnh vµ chÊt ®én. 1.3.1.3. T×nh h×nh nghiªn cøu ph¸t triÓn nanoclay composit Clay nanocomposit ®· t¹o ra biÕn ®æi m¹nh mÏ trong hµng lo¹t c¸c tÝnh chÊt cña polyme chØ víi hµm l­îng rÊt nhá clay. Trong polyme nanoclay composit c¸c cÊu tróc líp clay ®­îc ph©n t¸n riªng rÏ, do vËy c¸c líp clay cã t¸c dông rÊt hiÖu qu¶ t¨ng c¸c tÝnh chÊt cña polyme. Mçi h¹t clay cã sè l­îng c¸c líp clay lªn ®Õn hµng tr¨m, hµng ngh×n, v× vËy chØ víi nång ®é d­íi 5% mµ hµng lo¹t c¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu t¨ng lªn ®¸ng kÓ nh­: mo®un ®µn håi, ®é gi·n dµi, chèng ch¸y, kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn, b¶o vÖ chèng ¨n mßn. §Æc biÖt khi sö dông líp phñ cã tÝnh chÊt nµy lµ mét b­íc ®ét ph¸ vÒ c«ng nghÖ s¬n phñ. Líp phñ nanoclay composit cã c¸c tÝnh chÊt ­u viÖt nh­: Cã tÝnh chÊt che ch¾n, b¶o vÖ chèng ¨n mßn cao Cã kh¶ n¨ng chèng x­íc, chÞu mµi mßn cao. Cã ®é thÊm oxi vµ h¬i n­íc thÊp. Cã tÝnh chÊt c¬ lý vµ ®é bÒn cao. Cã kh¶ n¨ng chèng ch¸y tèt. 1.3.1.4. øng dông cña vËt liÖu composit VËt liÖu composit cã øng dông trong hÇu hÕt c¸c ngµnh kinh tÕ kü thuËt tõ viÖc s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm gia dông cho ®Õn c¸c s¶n phÈm kü thuËt cao. C¸c øng dông cô thÓ lµ: X©y dùng: vËt liÖu composit dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c tÊm lîp ,bÓ b¬i, cöa van cèng thuû lîi, nhµ l­u ®éng. Giao th«ng: vËt liÖu composit ®­îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp ®ãng tµu, nã ®­îc sö dông ®Ó lµm vËt liÖu kÕt cÊu nh­ vá tÇu, thïng chøa phao. Do phèi hîp nhiÒu ­u ®iÓm nh­: ®é bÒn lín, bÒn trong n­íc biÓn, ®¬n gi¶n khi sö dông vµ söa ch÷a, c¸ch ®iÖn, khèi l­îng riªng nhá vµ mÒm dÎo. Ngoµi ra nã cßn sö dông thay thÕ kim lo¹i trong chÕ t¹o c¸c bé phËn cña «t« nhê c¸c tÝnh n¨ng ­u viÖt nh­: gi¶m khèi l­îng, gi¶m ®é rung, t¨ng c¸c th«ng sè sö dông, chÞu mµi mßn, tiÕt kiÖm nhiªn liÖu, gi¶m chi phÝ s¶n xuÊt vµ t¨ng ®é an toµn. C«ng nghiÖp ®iÖn: vËt liÖu composit cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó chÕ t¹o c¸c vËt liÖu d¹ng èng, tÊm c¸ch ®iÖn, c¸c chi tiÕt trong c¸c m¸y ®iÖn. C«ng nghiÖp ho¸ chÊt: c¸c lo¹i thïng, bÓ chøa vµ ®å chuyªn chë, chi tiÕt m¸y, c¸c thiÕt bÞ lµm viÖc trong m«i tr­êng ho¸ chÊt cã thÓ ®­îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu composit võa cã lîi thÕ gi¸ thµnh rÎ mµ kh¶ n¨ng chÞu ho¸ chÊt tèt. Y tÕ: vËt liÖu composit cã thÓ ®­îc dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c bé phËn ®Ó thay thÕ c¸c bé phËn x­¬ng trong c¬ thÓ ng­êi vµ c¸c thiÕt bÞ y tÕ nh­ thiÕt bÞ chôp X - quang, ®Ìn chôp c¾t líp. Hµng kh«ng vµ vò trô: VËt liÖu composit sö dông trong ngµnh nµy ®­îc chÕ t¹o b»ng c«ng nghÖ cao, t¨ng c­êng b»ng c¸c sîi cùc bÒn dùa trªn c¸c ®Æc tÝnh cña ®é bÒn cao, khèi l­îng riªng nhá, gi¶m khèi l­îng kÕt cÊu tõ ®ã gi¶m møc tiªu hao nhiªn liÖu, t¨ng khèi l­îng vËn chuyÓn vµ tÇm bay. VËt liÖu nµy ngµy cµng ®ãng vai trß quan träng vµ ®ang dÇn thay thÕ kim lo¹i nhÑ trong viÖc chÕ t¹o c¸c bé phËn nhÑ cña m¸y bay, tªn löa, vÖ tinh nh©n t¹o võa t¹o ®­îc lîi thÕ vÒ ®é bÒn võa cã gi¸ thµnh thÊp. 1.3.1. 5. ChÕ t¹o polyme clay nanocomposit C«ng nghÖ chÕ t¹o vËt liÖu nanocomposit ®i tõ kho¸ng sÐt bao gåm viÖc bãc t¸ch cÊu tróc cña líp silicat trong kho¸ng sÐt bentonit mµ thµnh phÇn chÝnh lµ MMT. TiÕp theo theo lµ qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n c¸c phÇn tö MMT vµo polyme. VËt liÖu thu ®­îc cã tÝnh chÊt c¬ lý h¬n h¼n vËt liÖu composit th«ng th­êng. Kho¸ng sÐt cã cÊu tróc d¹ng tÊm, c¸c líp nµy liªn kÕt chÆt chÏ víi nhau bëi lùc liªn kÕt Van der Waals nªn viÖc t¸ch tõng líp vµ ph©n t¸n chóng trong polyme rÊt khã kh¨n. V× vËy viÖc bãc t¸ch nµy ph¶i thùc hiÖn qua qu¸ tr×nh ®­a c¸c chÊt h÷u c¬ ph©n tö l­îng thÊp vµo gi÷a c¸c líp MMT silicat, qu¸ tr×nh nµy ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh h÷u c¬ ho¸ kho¸ng sÐt. ChÊt h÷u c¬ ph©n tö l­îng thÊp cã chøa nit¬ (amin) th­êng ®­îc dïng vµo môc ®Ých nµy. Cã thÓ tãm t¾t qu¸ tr×nh h÷u c¬ ho¸ kho¸ng sÐt th­êng ®­îc sö dông hiÖn nay b»ng s¬ ®å d­íi ®©y: Clay bét KhuyÕch t¸n trong n­íc KhuÊy trén Trao ®æi ion Ph¶n øng Clay d¹ng past Alkyl amonium NhiÖt ®é Läc Thµnh phÈm SÊy kh« Läc Röa H×nh 7: Qu¸ tr×nh h÷u c¬ ho¸ kho¸ng sÐt C¸c chÊt ®­îc dïng ®Ó h÷u c¬ ho¸ kho¸ng sÐt th­êng lµ c¸c amin ®­îc cho ë b¶ng d­íi ®©y: Bảng 1.2: Các amin thường dùng để hữu cơ hóa khoáng sét C«ng thøc ho¸ häc Tªn gäi §iÓm ch¶y (0C) CH3NH3+HCl- Methylamin hi®rocloride 228 CH3(CH2)2NH2 Propyl amin -83 CH3(CH2)3NH2 Butyl amin -50 CH3(CH2)7NH2 Octyl amin -3 CH3(CH2)9NH2 Decyl amin 13 CH3(CH2)11NH2 Dodecyl amin 30 CH3(CH2)15NH2 Hexadecylamin 46 CH3(CH2)17NH2 Octadecyl(steary)amin 57 HOOC(CH2)5NH2 Axit 6 - Aminohexanoic 205 HOOC(CH2)11NH2 Axit 12 - Aminodecanoic 186 CH3N+CL- Tetra methyl amoni chloride >300 CH3(CH2)17NHCH3 N - Methyl octadecyl amin 45 CH3(CH2)17N+(CH3)3Br- Octadecy trimethyl amoni bromide CH3(CH2)17N+(CH3)2Br- Dodecyl trimethyl amoni bromide 246 CH3(CH2)17N+(C6H5)CH2(CH3)2Br- Dimethyl benzyl octadecyl amonibromide CH3(CH2)17N+(HOCH2CH2)2CH2Cl- Bis(2-hydroxyethyl)methyl octadecyl amoni chloride CH3(CH2)14CH2(C6H5N+)Br- 1 - hexadecyl pyridium bromide 69 H2N(CH2)6NH2 1,6-hexamethylene diamine 44 H2N(CH2)12NH2 1,12 - dodecane diamine 70 CH2=CHCONH3+Cl- Acryamide hidrocloride TiÕp theo ph©n t¸n MMT - h÷u c¬ vµo polyme, c«ng nghÖ nµy gäi lµ c«ng nghÖ bãc líp ph©n t¸n. Qu¸ tr×nh ph©n t¸n MMT trong polyme cã thÓ tiÕn hµnh theo ba ph­¬ng ph¸p: Ph­¬ng ph¸p dung dÞch Polyme nÒn ®­îc tan trong dung m«i h÷u c¬, dung m«i h÷u c¬ x©m nhËp vµo c¸c líp MMT ®· biÕn tÝnh h÷u c¬ ho¸. Víi tÝnh chÊt ­a dÇu, MMT h÷u c¬ tõ tõ khuyÕch t¸n trong dung dÞch polyme theo c¸c giai ®o¹n, cuèi cïng ®­îc hçn hîp dung dÞch cã c¸c phÇn tö MMT khuyÕch t¸n ®Òu trong polyme. Ph­¬ng ph¸p trén hîp Kh¸c víi ph­¬ng ph¸p dung dÞch, ph­¬ng ph¸p trén hîp ®­îc tiÕn hµnh khi khuyÕch t¸n trùc tiÕp MMT lai h÷u c¬ trong dung dÞch polyme nãng ch¶y, ph­¬ng ph¸p nµy chñ yÕu ¸p dông cho nh÷ng polyme nhiÖt dÎo vµ ph¶i dïng ®Õn m¸y trén siªu tÇn. Ph­¬ng ph¸p nµy bao gåm c¶ trïng hîp oligome nh­ epoxy, polyeste. Víi ph­¬ng ph¸p nµy, ®Çu tiªn h÷u c¬ ho¸ MMT b»ng hîp chÊt h÷u c¬ cã gèc cation sau ®ã ®­a tiÕp chÊt ®ãng r¾n vµo vµ cuèi cïng ta thu ®­îc nanocomposit d¹ng nhiÖt r¾n. Ph­¬ng ph¸p trïng hîp §©y lµ ph­¬ng ph¸p ph¶n øng trïng hîp polyme ®­îc tiÕn hµnh trong c¸c líp MMT cña kho¸ng sÐt. TiÕn hµnh trïng hîp polyme xen kÏ trong c¸c líp MMT. Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm lµ qu¸ tr×nh ph©n t¸n nanoclay ®­îc tiÕn hµnh ®ång thêi víi qu¸ tr×nh t¹o polime. Trong ph­¬ng ph¸p trén hîp vµ ph­¬ng ph¸p dung dÞch th× monome ®­îc trïng hîp t¹o polime tr­íc råi sau ®ã khuyÕch t¸n MMT lai h÷u c¬ vµo polime. Qu¸ tr×nh ®Èy xa c¸c líp MMT lµm t¨ng kh¶ n¨ng x©m nhËp cña c¸c polime vµo kho¶ng gi÷a c¸c líp chÝnh v× vËy khi ¸p dông ph­¬ng ph¸p nµy ng­êi ta hay ¸p dông chÌn c¸c ph©n tö m¹ch dµi vµo MMT. Khi sö dông ph­¬ng ph¸p trïng hîp ®èi víi stiren vµ metyl metacrylat th× c¸c alkyl amoni m¹ch dµi th«ng th­êng kh«ng ®­îc sö dông ®Ó chÌn vµo MMT do nh÷ng hîp chÊt nµy ®· no hãa. ë ®©y MMT sÏ ®­îc chÌn acryamide ®· axÝt hãa ( CH2=CH-CONH3+Cl- ) víi môc ®Ých cã mÆt liªn kÕt ®«i tr­íc khi tiÕn hµnh trïng hîp ®èi víi stiren vµ metyl metacrylat. Ch­¬ng 2 Thùc nghiÖm 2.1. ThiÕt bÞ, dông cô vµ ho¸ chÊt 2.1.1. ThiÕt bÞ, dông cô M¸y khuÊy c¬, bé c¸nh khuÊy. BÕp ®iÖn. Tñ sÊy. M¸y khuÊy tõ. Nhít kÕ , b×nh 3 cæ Cèc, èng ®ong thuû tinh 1000ml, èng sa l¾ng 4500ml. C¸c tiªu b¶n mÉu lµ c¸c tÊm s¾t tr¸ng thiÕc cã kÝch th­íc kh¸c nhau ®Ó: + §o ®é bÒn va ®Ëp vµ ®é bÒn cµo x­íc: 70x150x0,5mm + §o ®é bÒn uèn : 20x100x0.25mm + §o ®é b¸m dÝnh : 100x100x0.3mm 2.1.2. Nguyªn liÖu vµ ho¸ chÊt Kho¸ng sÐt th« tõ B×nh ThuËn. Acryamide, HCl, Toluen, stiren C8H8 , metyl metacrylat, xilen, r­îu metylic, r­îu etylic ChÊt kh¬i mµo: Benzoylpeoxit 2.2. Tinh chÕ kho¸ng sÐt Bentonit 2.2.1. Nguyªn lý tinh chÕ quÆng Bentonit Nguyªn lý c¬ b¶n ®Ó tinh chÕ kho¸ng sÐt Bentonit lµ dùa vµo tÝnh chÊt tr­¬ng në cao cña bentonit so víi c¸c kho¸ng sÐt kh¸c ®Ó lo¹i bá t¹p chÊt lÉn trong ®ã. Bentonit ThuËn H¶i thuéc lo¹i kiÒm cã ®é tr­¬ng në cao nªn khi tinh chÕ kh«ng cÇn lµm t¨ng ®é tr­¬ng në mµ tËp trung vµo t¸ch läc cÆn c¬ häc vµ ph©n ®o¹n ®Ó thu ®­îc h¹t MMT cã kÝch th­íc thÝch hîp ®Ó sö dông cho c¸c môc ®Ých kh¸c nhau. Qu¸ tr×nh tinh chÕ bentonit tiÕn hµnh nh­ s¬ ®å h×nh 9: Pha lo·ng thµnh v÷a Khai th¸c Bentonit tinh chÕ Ly t©m lo¹i c¸c h¹t to T¸ch cÆn ë ®¸y kho¶ng 5% chiÒu cao Pha lo·ng 3 lÇn T¸ch cÆn ë ®¸y chiÕm kho¶ng 15% chiÒu cao Hoµ trong n­íc b»ng m¸y khuÊy thµnh hçn hîp Bentonit th« SÊy ph¬i kh« L¾ng cÆn, lo¹i bá cÆn, c¸t, sái th« SÊy kh« Sa l¾ng 2 giê Sa l¾ng 24 giê 2.2.2. Tinh chÕ trong phßng thÝ nghiÖm Hßa trong n­íc 10g kho¸ng sÐt vµo cèc 1000ml, dïng m¸y khuÊy c¬ khuÊy liªn tôc trong 1 giê cho bentonit tr­¬ng në. §Ó hçn hîp sa l¾ng 2 giê sau ®ã t¸ch bá phÇn cÆn ë ®¸y chiÕm kho¶ng 15% chiÒu cao. PhÇn trªn ®­îc pha lo·ng 3 lÇn vµ tiÕp tôc ®Ó sa l¾ng trong kho¶ng 24 giê. T¸ch phÇn ë ®¸y chiÕm kho¶ng 5-10% chiÒu cao. PhÇn cßn l¹i ®­îc lo¹i bít n­íc b»ng ph­¬ng ph¸p c« c¹n, dung dÞch cßn l¹i chøa kho¶ng 65% bentonit. HiÖu suÊt qu¸ tr×nh tinh chÕ l¹i bentonit (10g) ®­îc kho¶ng 6,5g bentonit tinh chÕ. §Ó tiÖn cho viÖc nghiªn cøu h÷u c¬ ho¸, bentonit sau khi tinh chÕ ®­îc gi÷ ë d¹ng dung dÞch huyÒn phï. 2.3. ChÕ t¹o nanoclay h÷u c¬ Clay h÷u c¬ ®­îc chÕ t¹o bëi ph¶n øng trao ®æi ion th«ng th­êng gi÷a c¸c cation Na+ trong líp MMT víi t¸c nh©n chÌn líp lµ acryamide ®· axit hãa. LÊy 2g MMT cã trong 500ml dung dÞch huyÒn phï ë 400 C (b×nh A). Pha acryamide víi c¸c hµm l­îng kh¸c nhau lµ: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4g ; 0,5 g ( T­¬ng øng víi tØ lÖ % acryamide so víi MMT lÇn l­ît lµ 5%, 10%, 15%, 20%, 25% ) vµo 30ml n­íc cÊt, khuÊy m¹nh ®ång thêi thªm tõ tõ dung dÞch HCl 1M, ®iÒu chØnh pH 3-4. Sau 1 giê khuÊy, dung dÞch ®ã ®­îc cho vµo b×nh A víi tèc ®é 10 ml/phót, khuÊy m¹nh. Hçn hîp ph¶n øng ®­îc ®Ó qua ®ªm. Clay h÷u c¬ ®­îc thu håi b»ng ph­¬ng ph¸p ly t©m, sau ®ã läc röa ®Ó lo¹i hÕt amonium. S¶n phÈm ®­îc sÊy kh«. 2.4. TiÕn hµnh trïng hîp stiren vµ metyl metacrylat 2.4.1. Trïng hîp stiren vµ metyl metacrylat khi kh«ng cã mÆt nanoclay 2.4.1.1. Kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña thêi gian ph¶n øng Thêi gian ph¶n øng cña stiren * Cho vµo b×nh 3 cæ 90g dung m«i xilen; 10g Stiren; 0,03g Benzoylpeoxit; nhiÖt ®é ph¶n øng ®­îc gi÷ ë 700C. Ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh víi m¸y khuÊy c¬ trong b×nh 3 cæ trong c¸c kho¶ng thêi gian lÇn l­ît lµ: 15 phót, 30 phót, 45 phót, 60 phót, 75 phót. KÕt tña s¶n phÈm b»ng r­îu metylic råi sÊy kh« sau ®ã ®em x¸c ®Þnh träng l­îng ph©n tö. Thêi gian ph¶n øng cña metyl metacrylat * Cho vµo b×nh 3 cæ 90g dung m«i xilen; 10g metyl metacrylat; 0,04g Benzoylpeoxit; nhiÖt ®é ph¶n øng ®­îc gi÷ ë 700C. Ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh víi m¸y khuÊy c¬ trong b×nh 3 cæ trong c¸c kho¶ng thêi gian lÇn l­ît lµ: 30 phót, 45 phót, 60 phót, 75 phót, 90 phót, 120 phót KÕt tña s¶n phÈm b»ng r­îu etylic råi sÊy kh« sau ®ã ®em x¸c ®Þnh träng l­îng ph©n tö. 2.4.1.2. Kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é ph¶n øng NhiÖt ®é ph¶n øng cña stiren * Cho vµo b×nh 3 cæ 90g dung m«i xilen; 10g Stiren; 0,03g Benzoylpeoxit; thêi gian ph¶n øng lµ 45 phót. Ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh víi m¸y khuÊy c¬ trong b×nh 3 cæ ë c¸c nhiÖt ®é lµ 500C, 600C, 700C, 800C, 900C KÕt tña s¶n phÈm b»ng r­îu metylic råi sÊy kh« sau ®ã ®em x¸c ®Þnh träng l­îng ph©n tö. NhiÖt ®é ph¶n øng cña metyl metacrylat * Cho vµo b×nh 3 cæ 90g dung m«i xilen; 10g metyl metacrylat; 0,04g Benzoylpeoxit; thêi gian ph¶n øng lµ 75 phót. Ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh víi m¸y khuÊy c¬ trong b×nh 3 cæ ë c¸c nhiÖt ®é lµ 500C, 600C, 700C, 800C, 900C KÕt tña s¶n phÈm b»ng r­îu etylic råi sÊy kh« sau ®ã ®em x¸c ®Þnh träng l­îng ph©n tö. 2.4.1.3. Kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña nång ®é chÊt kh¬i mµo Ph¶n øng cña stiren * Cho vµo b×nh 3 cæ 90g dung m«i xilen; 10g Stiren; thêi gian ph¶n øng lµ 45 phót, nhiÖt ®é 700C. Ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh víi m¸y khuÊy c¬ trong b×nh 3 cæ víi l­îng chÊt kh¬i mµo lÇn l­ît lµ 0.01g; 0.02g; 0.03g; 0.04g; 0.05g; 0.06g. KÕt tña s¶n phÈm b»ng r­îu metylic råi sÊy kh« sau ®ã ®em x¸c ®Þnh träng l­îng ph©n tö. Ph¶n øng cña metyl metacrylat * Cho vµo b×nh 3 cæ 90g dung m«i xilen; 10g metyl metacrylat; thêi gian ph¶n øng lµ 75 phót, nhiÖt ®é 700C. Ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh víi m¸y khuÊy c¬ trong b×nh 3 cæ víi l­îng chÊt kh¬i mµo lÇn l­ît lµ 0.01g; 0.02g; 0.03g; 0.04g; 0.05; 0,06g KÕt tña s¶n phÈm b»ng r­îu etylic råi sÊy kh« sau ®ã ®em x¸c ®Þnh träng l­îng ph©n tö. 2.4.2. Trïng hîp stiren vµ metyl metacrylat khi cã mÆt nanoclay Ph¶n øng cña stiren * Cho vµo b×nh 3 cæ 90g dung m«i xilen; 10g Stiren; thêi gian ph¶n øng lµ 45 phót, nhiÖt ®é 700C, l­îng chÊt kh¬i mµo lµ 0,03g. Ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh víi m¸y khuÊy c¬ trong b×nh 3 cæ víi l­îng nanoclay ®· h÷u c¬ hãa lÇn l­ît lµ 0,1g; 0.2g; 0.3g; 0.4g; 0.5g; 0,6g; 0,7g; 1g ( T­¬ng øng víi tØ lÖ % nanoclay so víi chÊt ph¶n øng lÇn l­ît lµ 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 10%) KÕt tña s¶n phÈm b»ng r­îu metylic råi sÊy kh« sau ®ã ®em x¸c ®Þnh träng l­îng ph©n tö. §ång thêi x¸c ®Þnh c¸c tÝnh n¨ng c¬ lÝ cña s¶n phÈm. Ph¶n øng cña metyl metacrylat * Cho vµo b×nh 3 cæ 90g dung m«i xilen; 10g metyl metacrylat; thêi gian ph¶n øng lµ 75 phót, nhiÖt ®é 700C, l­îng chÊt kh¬i mµo lµ 0,04g . Ph¶n øng ®­îc tiÕn hµnh víi m¸y khuÊy c¬ trong b×nh 3 cæ víi l­îng nanoclay ®· h÷u c¬ hãa lÇn l­ît lµ 0.2g; 0.3g; 0.4g; 0.5g; 0,6g; 0,7g; 1g ( T­¬ng øng víi tØ lÖ % nanoclay so víi chÊt ph¶n øng lÇn l­ît lµ 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 10%) KÕt tña s¶n phÈm b»ng r­îu etylic råi sÊy kh« sau ®ã ®em x¸c ®Þnh träng l­îng ph©n tö. §ång thêi x¸c ®Þnh c¸c tÝnh n¨ng c¬ lÝ cña s¶n phÈm. 2.5. X¸c ®Þnh träng l­îng ph©n tö cña polime Träng l­îng ph©n tö cña polime ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng ph¸p ®o ®é nhít, ë ®©y sö dông nhít kÕ Otvan. Dung m«i sö dông lµ Toluen. ChuÈn bÞ dung dÞch víi c¸c nång ®é lµ 0,4%; 0,2%; 0,1%; 0,05%; 0,025% ®iÒu nhiÖt ë 300C. Tr¸ng nhít kÕ b»ng Toluen Dïng èng ®ong lÊy 7ml Toluen cho vµo nh¸nh cña nhít kÕ. Dïng qu¶ bãp ®Èy Toluen qu¸ møc bÇu nhít kÕ mét Ýt. Th¸o qu¶ bãp cho Toluen ch¶y tù nhiªn, ®o thêi gian ch¶y gi÷a 2 ngÊn cña nhít kÕ. §o 5 lÇn lÊy gi¸ trÞ trung b×nh ta ®­îc thêi gian lµ t0. TiÕn hµnh ®o c¸c dung dÞch tõ lo·ng ®Õn ®Æc nh­ tiÕn hµnh ë trªn ta ®­îc thêi gian t. §é nhít t­¬ng ®èi: §é nhít riªng: §é nhít rót gän: ( Víi nång ®é cña polime lµ gam trong 100ml dung m«i) §é nhít ®Æc tr­ng : . Träng l­îng ph©n tö cña polime ®­îc x¸c ®Þnh b»ng hÖ thøc Mark-Houwink biÓu diÔn sù phô thuéc cña ®é nhít ®Æc tr­ng vµ träng l­îng ph©n tö nh­ sau: Tõ ph­¬ng tr×nh Sù phô thuéc cña ®é nhít rót gän vµo nång ®é Ngo¹i suy ®å thÞ ta ®­îc gi¸ trÞ ®é nhít ®Æc tr­ng . Tõ ph­¬ng tr×nh ta tÝnh ®­îc M. §èi víi Toluen ë 300C th× K=5,02.10-4 vµ =0,67. 2.6. X¸c ®Þnh tÝnh n¨ng c¬ lÝ cña s¶n phÈm trïng hîp S¶n phÈm trïng hîp ®­îc hßa tan vµo xilen sau ®ã t¹o mµng b»ng ph­¬ng ph¸p nhóng. Mµng ®­îc sÊy kh« ë kho¶ng 600C. 2.6.1. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn va ®Ëp §é bÒn va ®Ëp cña mµng phñ ®­îc x¸c ®Þnh trªn m¸y Erischen model 304 theo tiªu chuÈn ISO D-58675, ViÖn VËt LiÖu – Trung T©m Khoa Häc vµ C«ng NghÖ Quèc Gia MÉu ®­a vµo dông cô ®o, mÆt cã mµng phñ ®Æt ë trªn n¬i sÏ trùc tiÕp chÞu lùc va ®Ëp. N©ng bóa t¶i träng lªn ®é cao nhÊt ®Þnh vµ th¶ r¬i tù do, bóa th¶ truyÒn va ®Ëp trªn tÊm mÉu, quan s¸t mµng phñ ®Ó ph¸t hiÖn vÕt nøt hay bong trãc. §é bÒn va ®Ëp ®­îc tÝnh b»ng chiÒu cao cùc ®¹i (inch) mµ t¹i ®ã t¶i träng cña bóa cã khèi l­îng lµ 2 pound r¬i xuèng víi gia tèc tù do kh«ng g©y ph¸ hñy mÉu. TiÕn hµnh thö mÉu 3 lÇn lÊy gi¸ trÞ trung b×nh. 2.6.2. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn uèn dÎo §é bÒn uèn dÎo cña mµng phñ ®­îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ASTM 1737 trªn dông cô ERICHSEN model-266. PhÐp thö chñ yÕu dùa vµo viÖc x¸c ®Þnh ®­êng kÝnh cña trôc mµ ë ®ã mµng bÞ r¹n nøt hoÆc bong trãc khi uèn. C (g/100ml) §é bÒn uèn dÎo ®­îc tÝnh b»ng ®­êng kÝnh nhá nhÊt cña trôc uèn mµ t¹i ®ã mµng ch­a bÞ ph¸ hñy. TiÕn hµnh thö mÉu 3 lÇn lÊy gi¸ trÞ trung b×nh. 2.6.3. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn cµo x­íc §é bÒn cµo x­íc ®­îc ®¸nh gi¸ theo tiªu chuÈn ISO 1518 trªn dông cô ERICHSEN model 3239/1. §Æt mÉu lªn bµn tr­ît cña dông cô vµ cè ®Þnh mÉu. Mét kim v¹ch cã ®­êng kÝnh ®Çu v¹ch 1mm ®­îc g¾n ë cuèi thanh t¶i träng, ®Çu kim ®­îc ®Æt tiÕp xóc víi mét ®Çu cña mÉu sao cho mòi kim v¹ch däc lªn mÉu mét ®­êng th¼ng. KÕt thóc qu¸ tr×nh, quan s¸t mÉu nÕu kh«ng cã vÕt x­íc th× t¨ng träng l­îng t¶i träng cho ®Õn khi xuÊt hiÖn vÕt x­íc trªn bÒ mÆt. §é bÒn cµo x­íc ®­îc tÝnh b»ng träng l­îng lín nhÊt cña t¶i träng khi mÉu ch­a xuÊt hiÖn vÕt x­íc. 2.6.4. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é b¸m dÝnh §é b¸m dÝnh cña mµng phñ ®­îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn DIN 53151 trªn dông cô ERICHSEN model 295/I. Dông cô thö b¸m dÝnh ®­îc kÐo qua bÒ mÆt mµng phñ chia c¾t mµng phñ thµnh 6 ®­êng song song c¸ch ®Òu nhau 1mm. C¾t hai lÇn vu«ng gãc víi nhau t¹o m¹ng l­íi 25 «. VÕt c¾t ®¶m b¶o s©u hÕt líp mµng. Dïng chæi l«ng quÐt nhÑ lªn mµng ®Ó lo¹i bá nh÷ng mµng ®· bÞ bong. §é b¸m dÝnh ®­îc ®¸nh gi¸ theo thang 4 ®iÓm sau: ViÒn c¾t nh½n kh«ng cã m¶ng bong: §iÓm 1 (100%) Mµng bong ra rÊt Ýt d­íi d¹ng nh÷ng ®iÓm däc theo ®­êng c¾t hoÆc ë nh÷ng chç c¾t nhau cña chóng : §iÓm 2 Mµng bÞ bong trãc däc hoÆc ngang theo vÕt c¾t tíi 35% bÒ mÆt mµng : §iÓm 3 Toµn bé hoÆc mét phÇn mµng bÞ bong trãc ra thµnh nh÷ng m¶ng vu«ng : §iÓm 4 CH¦¥NG 3 KÕT QU¶ Vµ TH¶O LUËN 3.1. X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng h÷u c¬ ho¸ nanoclay b»ng acryamide §Ó x¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c l¬p cña bentonit, h¹t ®­îc ph©n tÝch bëi thiÕt bÞ nhiÔu x¹ tia X D8 Advance cña h·ng Bruker (§øc) t¹i PTN Ho¸ VËt LiÖu, Khoa Ho¸ häc, §HKHTN, §HQGHN. H×nh3.1: Phæ nhiÔu x¹ tia X cña kho¸ng sÐt tinh chÕ ( Ch­a h÷u c¬ hãa) KÕt qu¶ nghiªn cøu cho thÊy trªn gi¶n ®å tia X cña bentonit B×nh ThuËn khi ch­a h÷u c¬ ho¸ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp lµ kho¶ng 11,7A0, nh­ng khi h÷u c¬ ho¸ thµnh nanoclay h÷u c¬ th× kho¶ng c¸ch cã t¨ng lªn vµ ®­îc thÓ hiÖn trªn c¸c phæ nhiÔu x¹ tia X H×nh 3.2: Phæ nhiÔu x¹ tia X cña kho¸ng sÐt ®­îc xen líp b»ng 5% acryamide ë 400C Phæ nhiÔu x¹ cho thÊy khi ®­îc chÌn 5% th× kho¶ng c¸ch ®· gi·n ra tõ 11,736A0 lªn 15,496A0 H×nh 3.3: Phæ nhiÔu x¹ tia X cña kho¸ng sÐt ®­îc xen líp b»ng 10% acryamide ë 400C Phæ nhiÔu x¹ cho thÊy khi ®­îc chÌn 10% th× kho¶ng c¸ch ®· gi·n ra tõ 11,736A0 lªn tíi 15,586A0 H×nh 3.4: Phæ nhiÔu x¹ tia X cña kho¸ng sÐt ®­îc xen líp b»ng 15% acryamide ë 400C Phæ nhiÔu x¹ cho thÊy khi ®­îc chÌn 15% th× kho¶ng c¸ch ®· gi·n ra tõ 11,736A0 lªn 15,344A0. Nh­ vËy lóc nµy sù gi·n c¸ch ®· gi¶m so víi 10% H×nh 3.5: Phæ nhiÔu x¹ tia X cña kho¸ng sÐt ®­îc xen líp b»ng 20% acryamide ë 400C Phæ nhiÔu x¹ cho thÊy khi ®­îc chÌn 20% th× kho¶ng c¸ch ®· gi·n ra tõ 11,736A0 lªn 15,203A0 H×nh 3.6: Phæ nhiÔu x¹ tia X cña kho¸ng sÐt ®­îc xen líp b»ng 25% acryamide ë 400C Phæ nhiÔu x¹ cho thÊy khi ®­îc chÌn 25% th× kho¶ng c¸ch ®· gi·n ra tõ 11,736A0 lªn 15,117A0 KÕt qu¶ trªn phæ ®å cho thÊy kho¶ng c¸ch gi·n líp cña clay lín nhÊt lµ khi ®­îc chÌn b»ng 10% acryamide ë 400C. ë ®©y cã thÓ gi¶i thÝch khi hµm l­îng acryamide ch­a ®ñ lín th× l­îng chÌn vµo Ýt g©y gi·n c¸ch Ýt. Tuy nhiªn nÕu qu¸ nhiÒu cã thÓ g©y ra sù “ Chanh chÊp “ lµm c¶n trë viÖc ®i vµo bªn trong líp clay cña acryamide. L­îng lín cña acryamide lµm t¨ng thÓ tÝch cña t¸c nh©n chÌn ®iÒu ®ã còng lµm cho c¸c líp clay bÞ Ðp l¹i. V× vËy ë ®©y chóng t«i sö dông nanoclay víi 10% acryamide chÌn ë 400C. Còng cÇn gi¶i thÝch thªm lµ ë 400C th× qu¸ tr×nh trïng hîp acryamide x¶y ra kh«ng ®¸ng kÓ nªn sù t¨ng kho¶ng c¸ch lµ nhá. 3.2. Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh trïng hîp stiren vµ metyl metacrylat khi kh«ng cã mÆt nanoclay 3.2.1. Trïng hîp stiren khi kh«ng cã mÆt nanoclay 3.2.1.1. ¶nh h­ëng cña thêi gian ph¶n øng B¶ng 3.1. Sù phô thuéc träng l­îng ph©n tö cña PS vµo thêi gian ph¶n øng Thêi gian ph¶n øng ( phót) Träng l­îng ph©n tö x 1000 15 120 30 215 45 300 60 305 75 307 H×nh 3.7. Sù phô thuéc träng l­îng ph©n tö cña PS vµo thêi gian ph¶n øng 3.2.1.2. ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é ph¶n øng B¶ng 3.2. Sù phô thuéc träng l­îng ph©n tö cña PS vµo nhiÖt ®é ph¶n øng NhiÖt ®é ph¶n øng Träng l­îng ph©n tö x 1000 500C 205 600C 240 700C 300 800C 230 900C 190 H×nh 3.8. Sù phô thuéc träng l­îng ph©n tö cña PS vµo nhiÖt ®é ph¶n øng 3.2.1.3. ¶nh h­ëng cña tØ lÖ chÊt kh¬i mµo ph¶n øng B¶ng 3.3. ¶nh h­ëng cña chÊt kh¬i mµo tíi träng l­îng PS TØ lÖ % chÊt kh¬i mµo Träng l­îng ph©n tö x 1000 0.1% 250 0.2% 270 0.3% 300 0.4% 260 0.5% 245 0.6% 200 H×nh 3.9. ¶nh h­ëng cña chÊt kh¬i mµo tíi träng l­îng PS Khi thêi gian ph¶n øng t¨ng th× träng l­îng ph©n tö t¨ng. Theo nguyªn t¾c thêi gian ph¶n øng cµng l©u th× träng l­îng ph©n tö cµng lín tuy nhiªn sau thêi gian ph¶n øng lµ 45 phót th× träng l­îng ph©n tö t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ do vËy ë ®©y chóng t«i chän thêi gian ph¶n øng lµ 45 phót. Ph¶n øng x¶y ra do xóc t¸c cña gèc tù do. Khi nhiÖt ®é thÊp sù ph©n hñy cña benzoylpeoxit chËm nªn tèc ®é ph¶n øng chËm do ®ã träng l­îng ph©n tö thÊp. ë nhiÖt ®é cao qu¸ th× sù ph©n hñy t¹o gèc tù do cña xóc t¸c qu¸ nhanh nªn tèc ®é x¶y ra nhanh qu¸ th× träng l­îng ph©n tö cña polime còng nhá. ë ®©y chóng t«i chän nhiÖt ®é thÝch hîp lµ 700C. Khi nång ®é thÊp, l­îng benzoylpeoxit Ýt nªn tèc ®é ph¶n øng chËm do ®ã träng l­îng ph©n tö thÊp. ë nång ®é cao th× xóc t¸c qu¸ nhanh nªn tèc ®é x¶y ra nhanh do ®ã träng l­îng ph©n tö cña polime còng nhá. ë ®©y chóng t«i chän nång ®é thÝch hîp lµ 0.3%. Víi thêi gian ph¶n øng lµ 45 phót, nhiÖt ®é 700C, nång ®é chÊt kh¬i mµo lµ 0,3% th× träng l­îng ph©n tö cã thÓ ®¹t kho¶ng 300.000 3.2.2. Trïng hîp metyl metacrylat khi kh«ng cã mÆt nanoclay 3.2.2.1. ¶nh h­ëng cña thêi gian ph¶n øng B¶ng 3.4. Sù phô thuéc träng l­îng ph©n tö cña PMM vµo thêi gian ph¶n øng Thêi gian ph¶n øng ( phót) Träng l­îng ph©n tö x 1000 30 135 45 200 60 350 75 450 90 455 120 463 H×nh 3.10. Sù phô thuéc träng l­îng ph©n tö cña PMM vµo thêi gian ph¶n øng 3.2.2.2. ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é ph¶n øng B¶ng 3.5. Sù phô thuéc träng l­îng ph©n tö cña PMM vµo nhiÖt ®é ph¶n øng NhiÖt ®é ph¶n øng Träng l­îng ph©n tö x 1000 500C 280 600C 310 700C 450 800C 350 900C 330 H×nh 3.11. Sù phô thuéc träng l­îng ph©n tö cña PMM vµo nhiÖt ®é ph¶n øng 3.2.2.3. ¶nh h­ëng cña tØ lÖ chÊt kh¬i mµo ph¶n øng B¶ng 3.6. ¶nh h­ëng cña chÊt kh¬i mµo tíi träng l­îng PMM TØ lÖ % chÊt kh¬i mµo Träng l­îng ph©n tö x 1000 0.1% 290 0.2% 340 0.3% 400 0.4% 450 0.5% 390 0.6% 375 H×nh 3.12. ¶nh h­ëng cña chÊt kh¬i mµo tíi träng l­îng PMM Khi thêi gian ph¶n øng t¨ng th× träng l­îng ph©n tö t¨ng. Theo nguyªn t¾c thêi gian ph¶n øng cµng l©u th× träng l­îng ph©n tö cµng lín tuy nhiªn sau thêi gian ph¶n øng lµ 75 phót th× träng l­îng ph©n tö t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ do vËy ë ®©y chóng t«i chän thêi gian ph¶n øng lµ 75 phót. Ph¶n øng x¶y ra do xóc t¸c cña gèc tù do. Khi nhiÖt ®é thÊp sù ph©n hñy cña benzoylpeoxit chËm nªn tèc ®é ph¶n øng chËm do ®ã träng l­îng ph©n tö thÊp. ë nhiÖt ®é cao qu¸ th× sù ph©n hñy t¹o gèc tù do cña xóc t¸c qu¸ nhanh nªn tèc ®é x¶y ra nhanh qu¸ th× träng l­îng ph©n tö cña polime còng nhá. ë ®©y chóng t«i chän nhiÖt ®é thÝch hîp lµ 700C. Khi nång ®é thÊp, l­îng benzoylpeoxit Ýt nªn tèc ®é ph¶n øng chËm do ®ã träng l­îng ph©n tö thÊp. ë nång ®é cao th× xóc t¸c qu¸ nhanh nªn tèc ®é x¶y ra nhanh do ®ã träng l­îng ph©n tö cña polime còng nhá. ë ®©y chóng t«i chän nång ®é thÝch hîp lµ 0.4%. Víi thêi gian ph¶n øng lµ 75 phót, nhiÖt ®é 700C, nång ®é chÊt kh¬i mµo lµ 0,4% th× träng l­îng ph©n tö cã thÓ ®¹t kho¶ng 450.000 Nh­ vËy viÖc gi¶i thÝch c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng tíi träng l­îng ph©n tö hoµn toµn t­¬ng tù nh­ tr­êng hîp cña PS. Thêi gian ph¶n øng l©u h¬n cã thÓ lµ do ph©n tö metyl metacrylat cång kÒnh h¬n. NhiÖt ®é ph¶n øng vÉn ®­îc lùa chän ë 700C cã thÓ lµ do lùa chän cïng 1 chÊt xóc t¸c. 3.3. Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh trïng hîp stiren vµ metyl metacrylat khi cã mÆt nanoclay. 3.3.1. Trïng hîp stiren khi cã mÆt nanoclay TiÕn hµnh trïng hîp Stiren ë 700C , thêi gian ph¶n øng lµ 45 phót , chÊt kh¬i mµo 0.3% Víi tØ lÖ nanoclay lÇn l­ît lµ 1%, 2%, 3% , 4%, 5%, 6%, 7%, 10%. KÕt qu¶ theo b¶ng sau: B¶ng 3.7. Sù phô thuéc cña träng l­îng ph©n tö PS vµo % nanoclay TØ lÖ nanoclay Träng l­îng ph©n tö x 1000 1% 295 2% 298 3% 301 4% 303 5% 297 6% 299 7% 293 10% 294 H×nh 3.13. Sù phô thuéc cña träng l­îng ph©n tö PS vµo % nanoclay 3.3.2. Trïng hîp metylmetacrylat khi cã mÆt nanoclay TiÕn hµnh trïng hîp Metyl metacrylat ë 700C , thêi gian ph¶n øng lµ 75 phót , chÊt kh¬i mµo 0.4% Víi tØ lÖ nanoclay lÇn l­ît lµ 2%, 3% , 4%, 5%, 6%, 7%, 10%. KÕt qu¶ theo b¶ng sau: B¶ng 3.8. Sù phô thuéc cña träng l­îng ph©n tö PMM vµo % nanoclay TØ lÖ nanoclay Träng l­îng ph©n tö x 1000 2% 450 3% 452 4% 450 5% 451 6% 449 7% 447 10% 446 H×nh 3.14. Sù phô thuéc cña träng l­îng ph©n tö PMM vµo % nanoclay Qua b¶ng 3.7 vµ 3.8 còng nh­ c¸c ®å thÞ ta thÊy víi cïng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, thêi gian ph¶n øng vµ nång ®é chÊt xóc t¸c th× träng l­îng ph©n tö hÇu nh­ kh«ng phô thuéc vµo sù cã mÆt cña nanoclay. Nh­ vËy ®iÒu kiÖn tèi ­u cho qu¸ tr×nh trïng hîp khi cã nanoclay vµ khi kh«ng cã nanoclay lµ t­¬ng ®­¬ng nhau. 3.4. Kh¶o s¸t tÝnh n¨ng c¬ lý cña mµng polime nanoclay composit Sau khi t¹o mµng b»ng ph­¬ng ph¸p nhóng; s¶n phÈm ®­îc x¸c ®Þnh tÝnh n¨ng c¬ lÝ. 3.4.1 Kh¶o s¸t tÝnh n¨ng c¬ lý cña mµng PS nanoclay B¶ng 3.9: ¶nh h­ëng cña hµm l­îng nanoclay ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña mµng PS-Nanoclay Clay h÷u c¬ (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 10 §é bÒn va ®Ëp (Kg.cm) 40 72 84 98 82 80 79 76 70 §é bÒn uèn (mm) 3 3 3 3 3 3 3 3 3 §é bÒn cµo x­íc (g) 110 230 250 295 260 250 250 253 243 §é b¸m dÝnh (%) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 H×nh 3.15: ¶nh h­ëng cña hµm l­îng nanoclay ®Õn ®é bÒn va ®Ëp mµng PS-Nanoclay H×nh 3.16: ¶nh h­ëng cña hµm l­îng nanoclay ®Õn ®é bÒn cµo x­íc cña mµng PS-Nanoclay 3.4.2 Kh¶o s¸t tÝnh n¨ng c¬ lý cña mµng PMM nanoclay B¶ng 3.10: ¶nh h­ëng cña hµm l­îng nanoclay ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cña mµng PMM-Nanoclay Clay h÷u c¬ (%) 0 2 3 4 5 6 7 10 §é bÒn va ®Ëp (Kg.cm) 55 87 92 95 123 98 96 90 §é bÒn uèn (mm) 1 1 1 1 1 1 1 1 §é bÒn cµo x­íc (g) 95 189 195 213 234 220 196 190 §é b¸m dÝnh (%) 100 100 100 100 100 100 100 100 H×nh 3.17(a): ¶nh h­ëng cña hµm l­îng nanoclay ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña mµng PMM-Nanoclay H×nh 3.17(b): ¶nh h­ëng cña hµm l­îng nanoclay ®Õn ®é bÒn cµo x­íc cña mµng PMM-Nanoclay C¸c tÝnh chÊt ®é bÒn va ®Ëp vµ ®é bÒn cµo x­íc t¨ng râ rÖt so víi khi kh«ng cã nanoclay trong khi ®é b¸m dÝnh vµ ®é bÒn uèn kh«ng thay ®æi. §iÒu nµy ®­îc gi¶i thÝch nh­ sau: Khi cho cã mÆt nano trong polime, c¸c h¹t nanoclay d¹ng líp cã kÝch cì nano ph©n t¸n vµo trong polime. Do ®ã trong mét ®¬n vÞ chiÒu dµy cã nhiÒu líp nanoclay xen kÏ xÕp chång lªn nhau. §iÒu nµy lµm cho møc ®é ph©n t¸n lùc khi chÞu t¸c ®éng c¬ häc t¨ng lªn (do nanoclay chÞu lùc c¬ häc tèt), lµm cho hÖ vËt liÖu trë lªn bÒn h¬n. Tuy nhiªn còng kh«ng lµm gi¶m ®é b¸m dÝnh cña hÖ bëi v× h¹t nano cã kÝch th­íc rÊt nhá ph©n t¸n hoµn toµn vµo trong polime. Do ®ã kh«ng lµm gi¶m ®é tiÕp xóc gi÷a hÖ polime vµ bÒ mÆt kim lo¹i. Qu¸ tr×nh t¨ng tÝnh c¬ lý ®¹t tèi ­u t¹i vÞ trÝ cã tØ lÖ nano chiÕm 3% khèi l­îng cña PS vµ 5% khèi l­îng cña Polimetylmetacrylat. øng víi vÞ trÝ tèi ­u, s¶n phÈm trïng hîp trong ®iÒu kiÖn tèi ­u ®­îc ®em ®i chôp nhiÔu x¹ tia X vµ phæ IR. H×nh 3.18. Phæ IR cña PS vµ nanoclay Trªn phæ IR ta thÊy râ c¸c ®Ønh 3442cm-1 dao ®éng liªn kÕt N-H cña acryamide 2928 vµ 3082cm-1 dao ®éng cña C-H no 1601 vµ 1455cm-1 dao ®éng cña vßng Benzen 1031cm-1 dao ®éng cña Si-O Vïng 500 vµ 462cm-1 dao ®éng cña c¸c liªn kÕt Mg-O vµ Al-O cña MgO vµ Al2O3 H×nh 3.19. Phæ tia X cña PS vµ nanoclay Trªn phæ tia X cña s¶n phÈm ta thÊy kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp clay ®· gi·n lªn tíi 31.96A0. ChÝnh v× cã sù gi·n c¸ch lín mµ nanoclay ®­îc ph©n t¸n ®Òu h¬n vµ do ®ã tÝnh n¨ng c¬ lÝ ®· t¨ng lªn râ rÖt. H×nh 3.20. Phæ IR cña PMM vµ nanoclay Trªn phæ IR ta thÊy râ c¸c ®Ønh 3432cm-1 dao ®éng liªn kÕt N-H cña acryamide 2928 cm-1 dao ®éng cña C-H no 1729 vµ 1627cm-1 dao ®éng cña C=O cacboxyl 1148cm-1 dao ®éng cña C-O 1072cm-1 dao ®éng cña Si-O Vïng thÊp lµ ®éng cña c¸c liªn kÕt Mg-O vµ Al-O cña MgO vµ Al2O3 H×nh 3.21. Phæ tia X cña PMM vµ nanoclay Trªn phæ tia X cña s¶n phÈm ta thÊy kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp clay ®· gi·n lªn tíi 44.95A0. ChÝnh v× cã sù gi·n c¸ch lín mµ nanoclay ®­îc ph©n t¸n ®Òu h¬n vµ do ®ã tÝnh n¨ng c¬ lÝ ®· t¨ng lªn râ rÖt. KÕt luËn Tõ kÕt qu¶ thùc nghiÖm chóng t«i ®· rót ra mét sè kÕt luËn nh­ sau: X¸c ®Þnh ®­îc kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp MMT lµ 11,73A0. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp MMT sau khi h÷u c¬ ho¸ b»ng acryamide ( ®· axit hãa) t¨ng tõ 11,7A0 lªn 15,58A0 víi tØ lÖ tèi ­u lµ chÌn 10%. X¸c ®Þnh ®­îc ®iÒu kiÖn tèi ­u trong qu¸ tr×nh trïng hîp stiren víi sù cã mÆt cña nanoclay vµ kh«ng cã nanoclay lµ nh­ nhau. Khi dïng xóc t¸c benzoylpeoxit th× ®iÒu kiÖn tèi ­u lµ 45 phót, nhiÖt ®é 700C, tØ lÖ chÊt kh¬i mµo lµ 0.3%. X¸c ®Þnh ®­îc ®iÒu kiÖn tèi ­u trong qu¸ tr×nh trïng hîp metyl metacrylat víi sù cã mÆt cña nanoclay vµ kh«ng cã nanoclay lµ nh­ nhau. Khi dïng xóc t¸c benzoylpeoxit th× ®iÒu kiÖn tèi ­u lµ 75 phót, nhiÖt ®é 700C, tØ lÖ chÊt kh¬i mµo lµ 0.4%. §· kh¶o s¸t ®­îc sù ¶nh h­ëng cña nanoclay h÷u c¬ ®Õn tÝnh c¬ lý cña mµng. Hµm l­îng nanoclay h÷u c¬ cã ¶nh h­ëng tèt nhÊt ®Õn mµng lµ 3% khèi l­îng cña hÖ polyme ®èi víi Stiren vµ 5% ®èi víi Metyl metacrylat. Nh×n chung vËt liÖu polyme nanoclay composit ®­îc chÕ t¹o tõ nanoclay h÷u c¬ ®Òu thÓ hiÖn tÝnh n¨ng c¬ lý t­¬ng ®èi tèt. Tuy nhiªn trong qu¸ tr×nh lµm thùc nghiÖm do kü thuËt gia c«ng ch­a ®­îc tèt dÉn ®Õn vËt liÖu cã ®é bÒn c¬ lý ch­a ®­îc nh­ mong muèn. Tµi liÖu tham kh¶o Tài liệu tiếng Việt Bé Khoa häc vµ C«ng nghÖ, Trung t©m th«ng tin khoa häc tù nhiªn vµ c«ng nghÖ Quèc gia, Khoa häc - c«ng nghÖ nano tiÒm n¨ng vµ øng dông, Sè 10-2005 §µo ThÕ Minh, Gi¸o tr×nh vËt liÖu polyme compozit cho sinh viªn chuyªn ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu, §¹i häc Quèc Gia Hµ Néi, 2003 Ng« Duy C­êng (1995) Hãa häc vµ kü thuËt vËt liÖu s¬n, gi¸o tr×nh chuyªn ®Ò, §HKHTN-§HQGHN NguyÔn §×nh HuÒ, TrÇn Kim Thanh(1990) §éng häc vµ xóc t¸c,NXB gi¸o dôc Hµ néi Nguyễn Đức Nghĩa, “Hoá học nano công nghệ nền và vật liệu nguồn”.NXB khoa học tự nhiên và công nghệ,viện khoa học _công nghệ Việt Nam NguyÔn §øc NghÜa, Qu¸ch §¨ng TriÒu, NguyÔn Hång Minh, NguyÔn ThÞ Thu Thñy (2001) Nghiªn cøu chÕ t¹o vµ tÝnh chÊt vËt liÖu nanocomposit tõ polianilin dÉn ®iÖn lai kho¸ng sÐt. NguyÔn §×nh TriÖu (2001), C¸c ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch vËt lÝ vµ hãa lÝ, Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kÜ thuËt NguyÔn V¨n D¸n, C«ng nghÖ vËt liÖu míi, NXB §¹i häc quèc gia, Thµnh phè Hå ChÝ Minh. Qu¸ch §¨ng TriÒu (2003) Nghiªn cøu chÕ t¹o vµ øng dông vËt liÖu nanopolyme-composit, b¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kÜ thuËt, trung t©m khoa häc tù nhiªn vµ c«ng nghÖ quèc gia Trần Đình Kiên, Giáo trình dung dịch khoan, ĐHBK Tài liệu tiếng Anh AA.Xtrep Kheep Ng­êi dÞch : Ng« tiÕn Phóc, §Æng Kim H¹nh, Phan Ninh(1997), C¬ së hîp chÊt hãa häc cao ph©n tö- Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kÜ thuËt G.Ertl, H.Kn1/2 Zinger, J.Weit Kanp, (1999), preparation of solid catalysts, Wiley-VCH, Weinheim – NewYork Toronto Isik B., Kis M., “Preparation and determination of swelling behavior of poly(acrylamide-co-acrylic acid) hydrogels in water”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 94 (2004), p. 1526-1531. I Y., Wang J., Zhang Y., Chen E., Cheng S. Z. D., “Preparation of single- molecule particles of water- soluble polymers”, Polymer, Vol 42 (2001), p. 4533-4535. J.C Hoang, A. S. Shetly, and M. S. Wang - Adv. Polym . Technol. 10 (1) (1990). J N hay and S J Shaw, A review of nanocomposites, Report on Conference nanocomposite, Brussel, 2000. Kabiri K., Omidian H., Hashemi S. A., Zohuriaan- Mehr M. J., “Synthesis of fast-swelling superabsorbent hydrogels: effect of crosslinker type and concentration on porosity and absorption rate”, European Polymer Journal, Vol 39 (2003), p. 1341-1348. Kabiri K., Zohuriaan- Mehr M. J., “Superabsorbent hydrogels from concentrated solution terpolymerization”, Iranian Polymer Journal, Vol 13 (2004), p. 423-430. Kasgoz H., Ozgumuz S., Orbay M., “Prepation of modified polyacylamide hydrogels and application in removal of Cu(II) ion”, Polymer, Vol 42 (2001), p. 7497-7502. Kasgoz H., Ozgumuz S., Orbay M., “Modified polyacylamide hydrogels and their application in removal of heavy metal ions”, Polymer, Vol 44 (2003), p. 1785-1793. Kasgoz H., Durmus A., “Dye removal by a novel hydrogel- clay nanacomposite with enhanced swelling properties”, Polym. Adv. Technol., Vol 17 (2008), p. 838-845. Kundakci S., Uzum O. B., Karadag E., “A new composite sorbent for water and dye uptake: Highly swollen acrylamide/2- acrylamido-2 -methyl-1- propanesulfonic acid/clay hydrogels crosslinked by 1,4- butanediol dimethacrylate”, Polymer Composites (2008), (in press). Käjima, Y.et al Polymer.Sci,Part A: Polymer.Chem.(1993)31(7),1755 Liu Z. S., Rempel G. L., “Preparation of superabsorbent polymers by crosslinking acrylic acid and acrylamide copolymers”, J. Appl. Polym. Sci., Vol 64 (1997), p. 1345-1353. Lu G. D., Yan Q. Z., Ge C. C., “Preparation of porous polyacrylamide hydrogels by frontal polymerization”, Polym. Int., Vol 56 (2007), p. 1016-1020. Maxim S., Flondor A., Bunea I., Luca C., Rabia I., Zerouk J., Iayadene F., Guettaf H., “Acrylic three- dimensional networks. II. Behavior of different acrylic ion exchangers in the retention and elution processes of some metal cations”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 72 (1999), p. 1387-1394. Mikkelsen R. L., “Using hydrophilic polymers to improve uptake of manganese fertilizers by soybeans”, Fertilizer Research, Vol 41 (1995), p. 87-92. Morgan, A.B.et al J Polym.Mater Sci,Eng. (2000) 83,57 M.J. Fernander. I Casinos andG.M.Guzman(1990) Effect of the way additionof the Reactants in the Graft Copolimerization of a Vinyl acetate-Methylacrylate mixture on to cellulozeJournal of Applied polymer Science part A; Polymer Chemistry (vol 28) 2275-2292 Nah,C,et al polym. Adv.Technol.(2002) 13 (9), 649 Pierre M. Chevalier, Duan Li Ou, J. Mater. Chem, 12, 2002, 3003 - 3009. S. H. P. Bettini, J. A. M. Agnelli, Journal of Applied Polymer Science. Vol 74, 1999, 247- 273. S. Parandoosh and S. Hudson - J. App. Sci 48. ( 1993) 787. T. J Pinnavaia, G. W. Beall, polyme - clay nanocomposite, John Wiley & sons, 2000. Ltd 3 – 4 , 105 - 117, 124 V.Lenobb, O.Bouras, V.Deluchat, B.Serpaud, and J.C.Bollinger avoir, (2002), J.Col and Interface , P.52 – 58. Zhong Zhen Yu, Mingshu Yang, Qingxin Zhang, Chungui Zhao, Yiu - Wing Mai, , Journal of Applied Polymer Science, Part B, Vol. 41, 2003, 1234 -1243.