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

Mở đầu Trong những năm gần đây, với sự phát triển của các ngành công nghệ kỹ thuật cao như công nghệ thông tin, điện tử, hàng không, vũ trụ, quân sự .Ngành công nghệ vật liệu đòi hỏi phải đưa ra những loại vật liệu mới có tính năng tốt như bền cơ học, chịu nhiệt, chịu áp suất cao, bền môi trường . Để đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp; khoa học và công nghệ nano đã trở thành hướng chính để chế tạo vật liệu này. Vật liệu nano chế tạo trên cơ sở khuếch tán các lớp khoáng sét có cấu trúc nano vào trong polyme để thu được nhiều dạng vật liệu có tính chất cơ lý tốt mà các vật liệu thông thường không có được. Đề tài : “Nghiên cứu quá trình trùng hợp stiren và metyl metacrylat với sự có mặt của nanoclay” nhằm mục đích từng bước tiếp cận và nắm vững khoa học và công nghệ nano, nghiên cứu chế tạo một số sản phẩm trên cơ sở polyme nanoclay. Nội dung đề tài này bao gồm: tinh chế khoáng sét, hữu cơ hoá khoáng sét thu được và khảo sát quá trình trùng hợp của stiren và metyl metacrylat với sự có mặt của nanoclay đã hữu cơ hóa. Chương 1 Tổng quan 1.1. Tổng quan về clay và điều chế clay hữu cơ 1.1.1. Khái niệm clay Clay là đất sét tự nhiên hoặc Bentonite bao gồm những nhóm Aluminium, Magnesium, Silicate ngậm nước mà có thể chứa Na+, Ca2+, K+ và những ion khác. Các nhóm clay chính bao gồm: Kaolin, Smectite, Illites và Hormites. Clay cũng là một loại vật liệu có thể gây sự thay đổi rất lớn về tính chất và công dụng phụ thuộc vào thành phần và các yếu tố khác: Thành phần khoáng clay, thành phần khoáng phi clay, sự hiện diện của các thành phần hữu cơ, hàm lượng các ion trao đổi, các muối hoà tan và kết cấu của chúng. 1.1.2. Thành phần và cấu trúc của khoáng sét 1.1.2.1. Thành phần của khoáng sét Trong thành phần của khoáng sét (clay) có các nguyên tố Silic (Si) và nhôm (Al) là chủ yếu ngoài ra còn có các nguyên tố khác như Fe, Mg, K, Na, Ca. Tuỳ theo hàm lượng của chúng có mặt trong sét mà ta có các loại sét khác nhau. Dựa vào sự có mặt của ba loại nguyên tố chủ yếu (không kể nguyên tố Si): Al, Mg, Fe để phân biệt các loại khoáng sét khác nhau, hiện nay ta biết gần 40 loại khoáng sét.

doc60 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2684 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Nghiên cứu quá trình trùng hợp stiren và metyl metacrylat với sự có mặt của nanoclay, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docNghiên cứu quá trình trùng hợp stiren và metyl metacrylat với sự có mặt của nanoclay.doc
Luận văn liên quan