nghiên cứu và so sánh ảnh hưởng của chất độn muội than và cacbon nanotubes lên tính chất và cấu trúc

LuËn v¨n tèt nghiÖp
Lời cảm ơn
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, em đã nhận được sự giúp đỡ tận
tình của các cô chú cán bộ Viện Kỹ thuật nhiệt đới, các thầy cô, cán bộ trung
tâm vật liệu Polyme, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, trong suốt quá trình
học tập và thực hiện đồ án. Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn
Ths. Nguyễn Thị Thái, TS Võ Thành Phong, PGS.TS Nguyễn Quang đã trực
tiếp hướng dẫn em hoàn thành luận văn này.
Nhân dịp này, em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các anh
chị trong Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme –Trường Đại học Bách khoa
cùng toàn thể bạn bè trong lớp Polyme K47 đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em
trong quá trình nghiên cứu đề tài này.
Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2007
Sinh viên thực hiện
Phạm Như Quỳnh
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-3-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
Các ký hiệu viết tắt sử dụng trong luận văn
• CSTN : Cao su thiên nhiên.
• SBR : Cao su Butadienstyren.
• PP : Polypropylen.
• PE : Polyetylen.
• PS : Polystyren.
• PVC : Polyvinylclorua.
• SWNTs : Cacbonnanotubes đơn tường (Single-walled
cacbonnanotubes – SWNTs) .
• MWNTs : Cacbon nanotubes đa tường (multiwalled nanotubes).
• TMTD : Tetrametylthiuramdisunfit.
• Xúc tiến M : Mercaptobenzothiazol.
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47

-4-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
Mục lục
M c l cụ ụ 5
M UỞ ĐẦ 6
CH NG I. T NG QUANƯƠ Ổ 8
I. Mu i thanộ 9
I.1. Tính ch t v t lý ấ ậ 9
I.2. Tính ch t hoá h cấ ọ 11
II. Cacbon nanotubes 11
II.1 Th nh ph n v c u t o c a cacbon nanotubesà ầ à ấ ạ ủ 11
II.2. Tính ch t c a cacbon nanotubesấ ủ 12
III. Cao su thiên nhiên (CSTN) 14
III.1. Th nh ph n v c u t o phân t c a CSTNà ầ à ấ ạ ử ủ 14
III.2. Tính ch t v t lý c a CSTNấ ậ ủ 17
III.3. Tính ch t c lý v tính ch t công ngh c a CSTNấ ơ à ấ ệ ủ 18
IV. Cao su butadien styren (SBR) 19
IV.1. Th nh ph n v c u t o c a phân t SBR à ầ à ấ ạ ủ ử 19
IV.2. Tính ch t c lý v tính ch t công ngh c a SBR ấ ơ à ấ ệ ủ 21
V. Nh a nhi t d o polypropylen (PP)ự ệ ẻ 21
V.1. Th nh ph n v c u t o c a phân t PPà ầ à ấ ạ ủ ử 21
V.3. Tính ch t c lý v tính ch t công ngh c a PPấ ơ à ấ ệ ủ 24
VI. V t li u polyme t h pậ ệ ổ ợ 25
VI.1. Khái ni m v v t li u t h pệ ề ậ ệ ổ ợ 25
VI.2. Các y u t nh h ng n v t li u t h pế ố ả ưở đế ậ ệ ổ ợ 26
CH NG II. TH C NGHI MƯƠ Ự Ệ 29
I. N i dung nghiên c uộ ứ 29
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-5-
LuËn v¨n tèt nghiÖp

II. Nguyên li u và hoá ch tệ ấ 30
III. Ph ng pháp ch t o m uươ ế ạ ẫ 30
III.1. Ch t o v t li u polyme t h p trên c s cao su CSTN v cao suế ạ ậ ệ ổ ợ ơ ở à
SBR 30
III.2. Ch t o v t li u polyme t h p trên c s CSTN v PP.ế ạ ậ ệ ổ ợ ơ ở à 32
IV. Các ph ng pháp nghiên c uươ ứ 33
IV.1. Kh o sát quá trình tr n h p v t li u trên máy tr n kín.ả ộ ợ ậ ệ ộ 33
IV.2. Ph ng pháp xác nh tính ch t c lý.ươ đị ấ ơ 33
MỞ ĐẦU
Vấn đề gia cường với cacbon kích thước nano ngày nay đang được quan
tâm chú ý đến trong lĩnh vực công nghệ vật liệu, đặc biệt là vật liệu polyme gia
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-6-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
cường bằng các chất cacbon có kích thước nano do chúng có hiệu ứng gia
cường rất lớn đối với vật liệu polyme.
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về sự ứng dụng muội
than và cacbon nanotube để gia cường cho vật liệu polyme nhằm tạo ra một số
tính chất và khả năng ứng dụng đặc biệt trong những điều kiện nhất định. Một
số nhà khoa học đã sử dụng muội than làm gia cường cho vật liệu trên cơ sở cao
su thiên nhiên. Chakrit Sirisinha, Nootjaree Prayoonchatphan (2000) đã nghiên
cứu sự phân tán của Muội than trong tổ hợp BR/NBR. A.N.Gent, J.A.Hartwell
(2003) đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất độn muội than lên sự hình thành liên
kết. Peotschke, P.Bhattacharyya, A.R.Janke (2003) đã nghiên cứu ảnh hưởng
của cacbon nanotubes lên tính chất của hỗn hợp nóng chảy Polycacbonate với
cacbon nanotubes. Các nhà khoa học như Peotschke, P.; Bhattacharyya, A.R.;
Janke, A. Goering, H.; melt (2003) đã sử dụng Cacbon nanotubes gia cường
trong vật liệu compozit. Các nhà khoa học A. Fakhru’l-Razi, M.A.Atich,
N.Girun. T.G.Chuah, M.El-Sadig, D.R.A. Biak,(2005) đã nghiên cứu ảnh
hưởng của cacbon nanotubes đa tường lên tính chất cơ lý của cao su thiên

nhiên.
Từ những năm 1980 đến nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về
biến tính vật liệu polyme trên cơ sở sử dụng hỗn hợp của hai hay nhiều polyme
thành phần, thường là sự kết hợp giữa một polyme tinh thể (nhựa nhiệt dẻo) và
một polyme vô định hình (cao su thiên nhiên hay cao su tổng hợp), qua đó tạo
ra những vật liệu polyme mới có các tính chất cơ lý ưu việt, đáp ứng phù hợp
những yêu cầu ứng dụng trong thực tế. Tính chất của các vật liệu polyme tổ hợp
này phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của các polyme thành phần và khả năng,
mức độ tương tác trên bề mặt phân chia giữa các pha polyme cũng như ảnh
hưởng của các chất độn và chất gia cường.
Ở Việt Nam, mặc dù hiện nay đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng muội
than để làm chất độn gia cường cho vật liệu cao su nhưng vẫn chưa tiến hành
nghiên cứu chế tạo các vật liệu polyme tổ hợp gia cường bằng cacbon
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-7-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
nanotubes. Chính vì thế nhiệm vụ chính của đề tài này là: “Nghiên cứu và so
sánh ảnh hưởng của chất độn muội than và cacbon nanotubes lên tính chất
và cấu trúc các vật liệu polyme tổ hợp trên cơ sở cao su thiên nhiên NR và
cao su tổng hợp SBR, PP”.
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-8-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
I. Muội than
Muội than và bồ hóng được tạo thành do quá trình cháy không hoàn toàn
của các hợp chất có giàu cacbon. Muội than là một dạng hình thành của nguyên
tố cacbon với các phần tử rất nhỏ có độ phân tán cao. Muội than ngoài được sử
dụng làm bột màu từ đầu thế kỷ 20, nó cũng được sử dụng như một chất độn gia
cường trong cao su là sự khởi đầu cho một ứng dụng mới phát triển rất nhanh

chóng.
Hiện nay, có ít nhất 35 loại muội than khác nhau được sử dụng làm chất
độn cho cao su và khoảng 80 loại được sử dụng làm bột màu và các ứng dụng
khác. Tổng sản phẩm muội than năm 1994 là 6.10
6
tấn và khoảng 90% trong số
đó được sử dụng trong công nghiệp cao su [19, 23].
I.1. Tính chất vật lý
- Hình thái học. Biểu đồ electron cho thấy các phần tử cơ bản của muội
than hầu hết là hình cầu, các phần tử cacbon đầu tiên này kết hợp lại tạo thành
cấu trúc dạng chuỗi hoặc dạng bó, các tập hợp này có khuynh hướng kết hợp lại
với nhau. Đường kính của các phần tử sơ khai trong khoảng 5 đến 500nm. Các
mẫu nhiễu xạ được chế tạo bằng phương pháp tương phản pha trong kính hiển
vi điện tử có độ phân giải cao cho thấy các phần tử sơ khai hình cầu không phải
là vô định hình (hình 1). Chúng gồm có các hạt nhân gần giống nhau sắp xếp
thành vòng bởi các lớp cacbon sắp xếp đồng tâm với nhau. Mức độ sắp xếp tăng
từ trung tâm đến mép ngoài của mỗi phần tử muội than [23].
Hình 1. Đồ thị hiển vi điện tử tương phản pha của một tập hợp muội than
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-9-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
Đối với hầu hết muội than, các vùng tinh thể đạt khoảng 1,5–2,0 nm và
cao khoảng 1,2–1,5 nm, tương ứng với 4–5 lớp cacbon. Phần kết tinh hoặc
cacbon có thứ tự trong muội than thay đổi theo thuyết năng lượng oxy hóa và
nằm trong khoảng 60 đến 90% [23].
- Bề mặt riêng. Bề mặt riêng của muội than công nghiệp biến đổi rộng.
Trong khi đó muội than nhiệt thô có bề mặt riêng lớn khoảng 1000m
2
/g. Bề mặt
riêng của muội than sử dụng làm các chất độn tăng cường lực cho tấm lốp ô tô

nằm trong khoảng 80 đến 150m
2
/g. Nói chung, muội than có bề mặt riêng
>150m
2
/g là xốp với đường kính lỗ nhỏ hơn 1,0 nm [23].
- Tính chất hấp thụ. Tương ứng với các vùng bề mặt riêng lớn của chúng,
muội than có một khả năng hấp thụ đặc biệt với nước, dung môi, chất kết dính
và polyme phụ thuộc vào hoạt động hóa học bề mặt của chúng. Khả năng hấp
thụ tăng với sự tăng của bề mặt riêng và tính chất xốp Muội than có bề mặt
riêng lớn có thể hấp thụ tới 20% khối lượng nước khi phơi ra không khí ẩm [23].
- Tỷ trọng. Tỷ trọng theo phương pháp chuyển dịch Heli vào khoảng 1,8
đến 2,1 g/cm
3
đối với các loại muội than khác nhau. Giá trị khối lượng riêng
1,86 g/cm
3
thường được sử dụng cho phép tính toán bề mặt với kính hiển vi điện
tử. Khi graphit hóa tỷ trọng có thể tăng tới 2,18g/cm
3
[23].
- Tính dẫn điện. Tính dẫn điện của muội than kém hơn của graphit và phụ
thuộc vào phương pháp gia công sản phẩm cũng như phụ thuộc vào bề mặt riêng
và cấu trúc. Muội than có khả năng dẫn điện và tính hấp thụ cao trong dung
dịch điện phân nên được sử dụng trong các pin khô [23].
- Tính hấp thụ ánh sáng. Muội than được sử dụng rộng rãi như một loại
bột màu đen do nó có thể hấp thụ ánh sáng trông thấy. Tỷ lệ hấp thụ có thể lên
tới 99,8%. Màu đen có thể có ánh hơi xanh hoặc nâu phụ thuộc vào sự lan tỏa
của ánh sáng, bước sóng, kiểu muội than và hệ thống trong đó muội than hợp
thành. Tia hồng ngoại và tia cực tím cũng bị hấp thụ. Vì vậy một vài loại muội

than được sử dụng làm chất ổn định tia cực tím cho chất dẻo [23].
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-10-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
I.2. Tính chất hoá học
- Thành phần hóa học và hoạt động bề mặt. Thành phần hóa học của muội
than theo phép phân tích nguyên tố như sau:
cacbon. 80.0 – 99.5 wt %
hydro. 0.3 – 1.3 wt %
oxy. 0.5 – 15.0 wt %
nito. 0.1 – 0.7 wt %
lưu huỳnh. 0.1 – 0.7 wt %
Phụ thuộc vào phương pháp gia công, nguyên liệu và phương pháp xử lý
hóa học sau đó. Bề mặt của muội than bao gồm một số lượng các hợp chất vòng
nhiều nhân. Những chất này được hấp thụ mạnh và chỉ có thể tách riêng nhờ quá
trình chiết liên tục bằng dung dịch như toluen sôi. Nguyên tử hydro trong muội
than được liên kết với nhau như trong các nhóm CH tại cạnh của các lớp
cacbon. Nitơ hợp nhất trong hệ thống các lớp hợp chất thơm như một nguyên tử
khác loại [23].
Nguyên tử oxy chứa trong muội than có ý nghĩa quan trọng trong các ứng
dụng của chúng. Oxy được liên kết trên bề mặt trong quá trình tạo thành các
nhóm chức axit và bazơ. Số lượng oxy bề mặt và thành phần cấu tạo của nó phụ
thuộc vào quá trình chế tạo và quá trình xử lý nhiệt cuối cùng.
- Tính chất oxy hoá. Muội than công nghiệp không thể tự nóng chảy khi
bảo quản trong không khí ở nhiệt độ 140
o
C theo quy tắc IMCO. Khi nóng chảy
trong không khí, muội than nóng lên rất chậm [23].
II. Cacbon nanotubes.
II.1 Thành phần và cấu tạo của cacbon nanotubes

Trong năm 1985, báo cáo đầu tiên của Kroto về sự tồn tại của hợp chất
vòng fulleren kích thước lớn C
60
được công bố (hình 2) đã xác nhận học thuyết
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-11-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
về các bó cacbon trên 36 năm qua. Từ đó, các phân tử này đã thu hút được sự
chú ý của nhiều ngành khoa học lý thuyết và thực nghiệm [15].
Hình 2. Cấu trúc của fulleren
Cacbon nanotubes (CNTs) là cấu trúc dạng chuỗi các phân tử nhỏ bé của
fulleren được tìm thấy bởi Iijima vào năm 1991. Trong đó các phân tử cacbon
sắp xếp với nhau dạng hình sáu cạnh trong các ống có kích thước rất nhỏ.
Chúng có thể có đường kính các vòng từ vài A
o
đến trên 10nm và có chiều dài
cỡ vài cm. Có thể coi CNTs có dạng hình trụ một trục rỗng của các lớp graphit
và kết thúc hình trụ thường được bọc bởi các lớp cấu trúc fulleren [23].
Có hai loại CNTs: cacbon nanotubes đơn tường (single-walled
cacbonnanotubes – SWNTs) cấu tạo bởi 1 lớp graphane và cacbon nanotubes đa
tường (multiwalled nanotubes) (MWNTs) tạo thành từ nhiều lớp graphane được
bọc xung quanh lõi SWNTs [15].
Hình 3. Nanotube đơn tường được bịt bởi mũ chụp hemi-[60]fullerene
Sự phát triển của CNTs bắt đầu từ sớm sau khi xuất hiện sản phẩm C
60
kích thước lớn và CNTs được tìm thấy trong muội bồ hóng bằng phương pháp
plasma [23].
II.2. Tính chất của cacbon nanotubes
Tính chất cơ học và tính chất điện của CNTs chỉ phụ thuộc vào cấu trúc
hình học và cấu trúc không gian của nó. CNTs có modun rất cao và có thể là vật

liệu nhẹ nhất và bền nhất so với các vật liệu trước đây [30].
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-12-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
- Tính chất cơ học
Cho đến hiện nay, người ta cho rằng các tính chất cơ học của cacbon
nanotubes được thể hiện ra là do sự tương đồng với graphit. Graphit có mođun
khoảng 1.06 Tpa và người ta cho rằng nanotubes cũng có độ cứng tương tự. Độ
bền kéo của graphit khá cao khoảng 130GPa do tính chất của liên kết C-C và sợi
graphit có độ bền uốn khoảng 20 GPa. Vì thế cacbon nanotubes cũng sẽ có độ
bền và độ cứng cao [13].
CNTs có tính chất cơ học rất đặc biệt: modun Young lớn hơn 1 Tera
Pascal tương đương với kim cương và độ bền kéo dãn khoảng 200 GPa. Modun
Young rất cao lớn hơn 1TPa, phụ thuộc vào đường kính và kiểu nanotube [13].
Modun Young của cacbon nanotubes lớn hơn nhiều so với nhôm (70 GPa) và
sợi cacbon (700GPa). CNTs là vật liệu có độ bền và tính dễ uốn cao nhất do liên
kết cộng hóa trị C-C và cấu trúc hình 6 cạnh không ghép nối. Tỷ lệ độ bền/ khối
lượng của CNTs lớn hơn của nhôm cũng như của thép và Titan 500 lần. Khả
năng biến dạng của CNTs cũng lớn hơn các vật liệu khác 10% [30].
-Tính chất nhiệt:
Do nanotubes có khả năng dẫn photon rất tốt nên người ta cho rằng
cacbon nanotubes có thể có tính dẫn nhiệt tốt [13]. Độ dẫn nhiệt của CNTs
khoảng 3000 W/mK theo hướng trục với sự thay đổi đường kính rất nhỏ [30].
- Tính chất điện:
Cacbon nanotubes là vật liệu cacbon dạng ống có đường kính rất nhỏ cỡ
1nm chiều dài từ vài nm đến vài micron. Một tấm graphene có thể cuộn lại theo
nhiều cách khác nhau để tạo thành một ống cacbon nanotube đơn tường. Quá
trình cuộn làm mất tính đối xứng của hệ thống phẳng và tạo ra một phương
riêng với cấu trúc là các lưới lục giác, phương theo trục. Tuỳ thuộc vào mối
quan hệ giữa phương theo trục và các vectơ đơn vị mô tả các lưới lục giác mà

ống có thể là kim loại, bán kim loại hoặc chất bán dẫn. Nanotube bán dẫn có giá
trị khoảng trống nhỏ nghịch đảo với đường kính, có thể nhận giá trị từ 1,8 eV
với các ống có đường kính rất nhỏ tới 0,18eV với các SWNT có độ bền lớn.
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-13-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
Cacbon nanotubes sơ khai có khả năng dẫn điện rất tốt. Tuy nhiên, đối với
SWNT do có tính dẻo rất lớn và năng lượng bề mặt cao nên SWNT có khuynh
hướng mở rộng bên trong các bó lớn. Các bó này có chứa số lượng lớn SWNT
kim loại và bán dẫn trong cùng một hỗn hợp bất kỳ. Tính chất của các bó kém
hơn tính chất của các SWNT sơ khai [11,13,14].
III. Cao su thiên nhiên (CSTN)
III.1. Thành phần và cấu tạo phân tử của CSTN
Thành phần của cao su thiên nhiên (CSTN) bao gồm nhiều nhóm các
chất hóa học khác nhau: hydrocacbon (phần chủ yếu), độ ẩm, các chất trích ly
bằng axeton, các chất chứa nitơ mà thành phần chủ yếu là protein và các chất
khoáng. Hàm lượng các chất này có thể dao động tương đối lớn và phụ thuộc
vào nhiều yếu tố như: phương pháp sản xuất, tuổi của cây, điều kiện thổ
nhưỡng, khí hậu nơi cây sinh trưởng, phát triển và mùa khai thác mủ cao su
[1,7].
Tính chất cơ lý, tính năng kỹ thuật của CSTN được xác định bằng mạch
cacbua hydro tạo thành từ các mắt xích izopenten.
CH
2
CH
3
CH
CH
2
C

n
CSTN là polyizopren mà mạch đại phân tử của nó được hình thành từ các
mắt xích izopeten cis đồng phân liên kết với nhau ở vị trí 1, 4. Tính chất đặc
biệt của CSTN là tính đàn hồi cao, nên người ta đã dựa vào yếu tố này để đưa ra
cấu trúc của phân tử cao su. Hiện nay, nhờ áp dụng các thuyết tĩnh học, nên sau
khi nghiên cứu qua thực nghiệm người ta đưa ra cấu trúc chu kỳ đều đặn của
cao su [7]
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-14-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
H
C C
CH
2
CH
2
C
C
CH
3
H
CH
2
CH
2
C C
CH
3
CH
2

CH
3
CH
2
H
Ngoài các mắt xích izopenten 1, 4 cis đồng phân trong CSTN còn có
khoảng 2% các mắt xích izopenten tham gia vào hình thành mạch đại phân tử ở
vị trí 3, 4. Khối lượng trung bình của CSTN là 1,3.10
6
. Mức độ dao động khối
lượng phân tử rất nhỏ (từ 10
5
đến 2.10
6
) [1].
Trong CSTN, ngoài mạch cacbuahydro có cấu tạo tử các mắt xích
izopenten còn có các hợp chất phi cao su khác: các chất trích ly bằng axeton,
các chất chứa nitơ mà thành phần chủ yếu là protein và các chất khoáng, các
chất tan trong nước. Hàm lượng của các chất phi cao su phụ thuộc vào nhiều
yếu tố: Một trong số các yếu tố là phương pháp sản xuất có ảnh hưởng lớn đến
thành phần hóa học của sản phẩm. Các thông số đó được thể hiện ở bảng dưới
đây [7].
Bảng1. Thành phần hóa học của CSTN sản xuất bằng
các phương pháp khác nhau
STT Thành phần Loại cao su
Hong khói (%) Crepe trắng
(%)
Bay hơi (%)
1 Hydrocacbon 93 – 95 93 – 95 85 – 90
2 Chất trích ly bằng axeton 1,5 – 3,5 2,2 – 3,45 3,6 – 5,2

3 Chất chứa nitơ 2,2 – 3,5 2,4 – 3,8 4,2 – 4,8
4 Chất tan trong nước 0,3 – 0,85 0,2 – 0,4 5,5 – 5,72
5 Chất khoáng 0,15 – 0,85 0,16 – 0,85 1,5 – 1,8
6 Độ ẩm 0,2 – 0,9 0,2 – 0,9 1,0 – 2,5
- Hydrocacbon:
CSTN có thành phần chủ yếu là hydrocacbon (chiếm khoảng 90%-95%)
với công thức (C
5
H
8
)
n
đây là một hydrocacbon chua no, như vậy CSTN là một
đại phân tử lên kết với nhau bằng nhiều mắt xích C
5
H
8
và có tính chất đàn hồi.
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-15-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
Bouchatdat quan sát cao su nóng chảy nhanh ở 300 - 350
0
C trong điều kiện
chân không gây ra đứt đoạn phân tử, trong các chất sinh ra từ chưng cất này ông
đã cô lập các chất chủ yếu isopren và dipenten [1,8].
- Các chất trích ly bằng axeton:
Người ta đã xác định được thành phần hóa học các chất trích ly bằng
axeton, nó gồm hai phần: phần đồng nhất và phần không đồng nhất, thành phần
đó được thể hiện ở bảng 2 [1].

Bảng 2. Thành phần các chất trích ly bằng axeton
Phần đồng nhất(%) trong đó:
1,89
- Sterol 0,225
- Este của Sterol 0,075
- Glucozit của Sterol 0,175
- d-valin 0,015
- Axit oleic và linoleic 1,25
- Axit stearic 0,15
- Phần không đồng nhất (%) 0,82
- Tổng cộng (%) 2,71
Phần quan trọng nhất là phần đồng nhất bao gồm chủ yếu là lipit
được tạo bởi axit và các este của axit béo [8]. Các axit béo có ảnh hưởng rõ
ràng tới sự lưu hóa của hỗn hợp cao su có chứa hỗn hợp chất xúc tiến lưu hóa,
các chất này được coi như là chất trợ xúc tiến lưu hóa. Các sterol, glucozit của
sterol chứa các chất chống lại phản ứng oxy hóa mạch hydrocacbon và giữ vai
trò làm chất phòng lão hóa học tự nhiên cho cao su [7,28].
- Chất chứa nitơ:
Các chất chứa nitơ trong CSTN gồm protein và các sản phẩm phân hủy
protein (chủ yếu là axit amin), thành phần hóa học của protein được xác định
bằng phương pháp Keldal thường có thành phần: 50 - 55 % C, 6,5 - 7,3% H, 21-
24% O, 15 - 18% N và 0,1 - 2,4% S. [7]. Các protein trong cao su làm tăng vận
tốc quá trình lưu hóa đồng thời bảo vệ cao su dưới tác dụng của quá trình oxy
hóa, nhưng nó làm giảm tính năng kỹ thuật các sản phẩm cao su vì tăng khả
năng hút ẩm và giảm tính cách điện của vật liệu [1].
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-16-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
- Chất khoáng:
Thành phần tro trong quá trình thiêu kết cao su gồm các hợp chất của kim

loại kiềm, kiềm thổ: muối natri, kali, magie, các oxit kim loại kiềm, kiềm thổ và
các hợp chất của các kim loại có giá trị thay đổi như Fe, Mn, Cu hàm lượng
các chất này phụ thuộc vào phương pháp sản xuất. Trong cùng một phương
pháp sản xuất, hàm lượng của chất khoáng phụ thuộc vào tuổi của cây, khí hậu,
điều kiện thổ nhưỡng, mùa thu hoạch [7].
- Độ ẩm:
Hàm lượng nước ở cao su rất khác nhau, nó tùy thuộc vào nhiệt độ, độ
ẩm của khí quyển và thành phần hỗn hợp cao su. Độ ẩm quan hệ mật thiết với
hàm lượng protit, phụ thuộc vào phương pháp sản xuất cao su, độ ẩm trong cao
su cao có thể làm tăng sự phát triển của vi khuẩn. Mặt khác, hàm lượng nước có
thể ảnh hưởng một phần nào đó tới tính chất cơ lý của cao su, khi đó tính năng
cao su giảm [1].
III.2. Tính chất vật lý của CSTN
CSTN ở nhiệt độ thấp có cấu trúc tinh thể. Vận tốc kết tinh lớn nhất
được xác định ở nhiệt độ - 25
o
C. CSTN kết tinh có biểu hiện rõ ràng lên bề mặt:
Độ cứng tăng, bề mặt vật liệu mờ. CSTN tinh thể nóng chảy ở nhiệt độ 40
o
C.
Quá trình nóng chảy các cấu trúc tinh thể của CSTN xảy ra cùng với hiện tượng
hấp thụ nhiệt (17KJ/kg) [1].
Trong khoảng nhiệt độ từ 20
o
C đến 30
o
C cao su sống dạng crepe kết tinh
ở đại lượng biến dạng dãn dài 70%, hỗn hợp cao su đã lưu hóa kết tinh ở đại
lượng biến dạng dãn dài 200%. Các tính chất vật lý đặc trưng của CSTN được
đưa ra ở bảng 3 [1].

Bảng 3. Tính chất vật lý của CSTN
Các thông số Giá trị Đơn vị
Khối lượng riêng 913 Kg/m
3
Nhiệt độ hóa thủy tinh -70
0
C
Hệ số giãn nở thể tích 656.10
4
dm
3
/
0
C
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-17-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
Nhiệt dẫn riêng 0,14 W/m.
0
K
Nhiệt dung riêng 1,88 KJ/Kg.
0
K
Nửa chu kỳ kết tinh ở 25
o
C 2 - 4 Giờ
Thẩm thấu điện môi ở tần số dao động 2,4 - 2,7 1000 hec/s
Tang của góc tổn thất điện môi 1,6.10
-3
CSTN tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng,

CCl
4
, CS
2
. Chúng kết tủa trong rượu và axeton [7].
III.3. Tính chất cơ lý và tính chất công nghệ của CSTN
CSTN có khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh phối hợp với các loại xúc tiến
lưu hóa thông dụng. Tính chất cơ lý của CSTN được xác định theo tính chất cơ
lý của hợp phần cao su tiêu chuẩn được thể hiện trong bảng 4 [1].
Bảng 4. Thành phần tiêu chuẩn để xác định các
tính chất cơ lý của CSTN
STT Thành phần Hàm lượng (f k.l)
1 Cao su thiên nhiên 100,0
2 Lưu huỳnh 3,0
3 Mercaprobenzothiazol 0,7
4 ZnO 5,0
5 Axit Steoric 0,5
Hỗn hợp cao su lưu hóa ở nhiệt độ 143 ± 5
o
C trong thời gian lưu hóa tối
ưu là 20-30 phút.
Các tính chất cơ lý phải đạt:
Độ bền kéo đứt: [MPa] 23
Độ dãn dài tương đối: [%] 700
Dãn dài dư: [%]
≤
12
Độ cứng tương đối: [Shore] 65
Hợp phần CSTN với các chất độn hoạt tính có đàn tính cao, chịu lạnh tốt,
chịu tác dụng của lực động học tốt. CSTN là cao su dân dụng, từ đó có thể sản

xuất các mặt hàng dân dụng như săm lốp ôtô, xe máy, xe đạp và các sản phẩm
công nghiệp như băng truyền, băng tải, dây cu-roa làm việc trong môi trường
không có dầu mỡ [1].
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-18-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
CSTN không độc nên từ đó có thể sản xuất các sản phẩm dùng trong y
học và trong công nghiệp thực phẩm [1,7].
CSTN có khả năng phối trộn tốt với các loại chất độn trên máy luyện kín
hoặc luyện hở. Hợp phần trên cơ sở CSTN có độ bền kết dính nội cao, khả năng
cán tráng, ép phun tốt, mức độ co ngót kích thước sản phẩm nhỏ. CSTN có thể
trộn hợp với các loại cao su không phân cực khác (cao su polyizopren, cao su
butadien, cao su butyl) với bất kỳ tỷ lệ nào [1]
IV. Cao su butadien styren (SBR)
IV.1. Thành phần và cấu tạo của phân tử SBR
Cao su butadien-styren là sản phẩm đồng trùng hợp 1,3 divinyl với
styren trong dung dịch cacbua hydro với sự có mặt của liti hữu cơ, có công thức
cấu tạo như sau:
CH
2
CH
CH
2
CH
CH
2
CH
C
6
H

5
)
)( (
*
Cao su butadien styren công nghiệp lần đầu tiên được sản xuất tại Mỹ
năm 1962. Ngày nay, ngoài cao su butadien styren trùng hợp trong dung dịch
trên thương trường quốc tế còn có các loại cao su butadien styren khác được sản
suất bằng phương pháp huyền phù. Tính chất công nghệ, tính năng kỹ thuật của
hai loại cao su này không khác nhau nhiều. Tuy nhiên cao su butadien styren
trùng hợp trong dung dịch có độ tinh khiết cao hơn nên cao su loại này có khả
năng chống mài mòn, chống xé rách lớn hơn cao su butadien styren huyền phù.
Đặc trưng kỹ thuật của cao su butadien styren với hàm lượng monome 30% mol
được sản suất bằng hai phương pháp khác nhau được trình bày ở bảng 5 [1].
Bảng 5. Đặc trưng kỹ thuật của cao su butadien styren được
sản xuất bằng hai phương pháp khác nhau
STT Đặc trưng kỹ thuật Phương pháp trùng hợp
Dung dịch Huyền phù
1,4 cis 34 12
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-19-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
1 Hàm lượng mắt xích (%) 1,4 trans 57 73
1,2 9 15
2 Dải phân bố khối lượng phân tử hẹp rộng
3 Ứng suất kéo đứt (MPa) 24 25
4 Modul đàn hồi (%) 8,8 7,8
5 Dãn dài tương đối (%) 600 600
6 Độ cứng (shore) 62 61
Do cao su butadien-styren là sản phẩm đồng trùng hợp nên tính chất của
nó phụ thuộc vào điều kiện trùng hợp như (nhiệt độ, xúc tác, tỷ lệ cấu tử). Khi

hàm lượng monome styren tham gia vào phản ứng tạo mạch đại phân tử nhỏ
hơn 30%, các monome butadien và styren sắp xếp xen kẽ nhau dạng - A - B - A
- B Copolyme nhận được mềm dẻo như các loại cao su khác và sản phẩm nhận
được trong phản ứng trùng hợp này là cao su butadien styren [8,29].
Trong trường hợp khác khi hàm lượng monome styren tham gia hình
thành mạch đại phân tử lớn hơn 30%, mạch đại phân tử có cấu tạo từng đoạn
mạch butadien styren xen kẽ nhau sản phẩm trùng hợp này gọi là block
copolyme có cấu dạng AA BB AA. Cao su butadien styren là cao su phân
cực tồn tại ở trạng thái vô định hình. Các chất độn hoạt tính cho các loại cao su
khác không có tác dụng tăng cường đáng kể cho cao su butadien styren [29].
Một số đặc trưng quan trọng của loại cao su này là modun vật liệu tăng
trong quá trình lão hóa. Hiện tượng tăng modun (độ cứng) của vật liệu trong
quá trình lão hóa được gọi là hiện tượng giòn nhiệt. Hiện tượng này có thể giải
thích khả năng định hướng lại mạch đại phân tử dưới tác dụng của quá trình lão
hóa.
Cao su butadien styren có độ cứng lớn, khả năng chống mài mòn tốt nên
trong công nghiệp sản xuất săm lốp ôtô chúng thường được sử dụng làm mặt
lốp. Trong công nghiệp hóa chất chúng thường được dùng để bọc lót các thiết bị
chịu tác dụng ăn mòn của các loại axít, bazơ và các loại muối [27].
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-20-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
IV.2. Tính chất cơ lý và tính chất công nghệ của SBR
Block copolyme butadien styren có tính chất đặc trưng cho các loại nhựa
nhiệt dẻo. Để sản xuất ra sản phẩm từ block copolyme butadien styren có thể sử
dụng các phương pháp gia công thông thường dùng cho nhựa nhiệt dẻo: ép
phun, đúc dưới áp suất thấp, đúc chân không, cán, tạo màng
Ở Liên Xô cũ các cao su butadien styren được sản xuất bằng cả hai
phương pháp: trùng hợp trong dung dịch và trùng hợp huyền phù. Khối lượng
phân tử trung bình của cao su butadien styren được xác định bằng cách xác định

độ nhớt theo staudinger dao dộng từ 150000 đến 400000 [1].
Cao su butadien-styren còn được sản xuất ở nhiều nước khác: Mỹ, Nhật
bản, cộng hòa liên bang Đức, Áo, Thụy Sĩ.
Cao su butadien styren là loại cao su mà ở mạch đại phân tử có chứa các
liên kết không no. Hàm lượng các mắt xích không no dao động từ 84%-86%
mol. Đặc trưng không no trong mạch đại phân tử cho phép cao su butadien
styren lưu hóa bằng lưu huỳnh với sự có mặt của các loại xúc tiến lưu hóa thông
dụng.
Tính chất công nghệ, cơ lý của cao su butadien styren phụ thuộc vào hàm
lượng monome styren liên kết để hình thành mạch đại phân tử. Cùng với hàm
lượng các nhóm này tăng đàn tính và khả năng chịu lạnh của vật liệu giảm
nhanh chóng. Các tính chất cơ học của cao su butadien styren không phụ thuộc
tuyến tính vào hàm lượng nhóm styren liên kết mà thay đổi qua điểm cực đại ở
hàm lượng styren khoảng 30-50% mol [8].
V. Nhựa nhiệt dẻo polypropylen (PP)
V.1. Thành phần và cấu tạo của phân tử PP
Trong các vật liệu cao phân tử thông dụng trên thế giới và ở Việt Nam thì
PP là một trong nhựa nhiệt dẻo được ứng dụng nhiều nhất. PP là nhựa nhiệt dẻo
được tổng hợp từ hydrocacbon không no propylen. PP có thể được sản xuất
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-21-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
bằng phương pháp trùng hợp áp suất thấp và áp suất cao. Năm 1954 Ziegler đã
tổng hợp được PP có trọng lượng phân tử cao khi tiến hành trùng hợp dưới tác
dụng của Trietyl Nhôm và Tetraclorua Titan. Sản phẩm là hỗn hợp của các loại
PP có cấu trúc không gian và khối lượng phân tử khác nhau. Cùng năm Nattha
cũng đã tổng hợp được loại PP hoàn chỉnh hơn và công nghệ này ứng dụng ở
nhiều nước khác nhau trên toàn thế giới [21].
CH
3

CH
2
CH
CHCH
2
t
o
,
p, xt
CH
3
Do có nhóm –CH
3
nên trong mạch đại phân tử, tính chất của PP phụ
thuộc vào sự phân bố của nhóm –CH
3
trong phân tử [2]. Cấu trúc PP đồng trùng
hợp thường được chia thành hai loại tùy theo cấu trúc hóa học, đó là PP
copolyme khối và PP copolyme nhánh (block copolyme và random copolyme).
Cấu tạo của PP có một đặc tính là cứ hai nguyên tử cacbon của mạch
thẳng thì có một nguyên tử có các nhóm metyl gắn vào và sự xắp xếp của các
nhóm này quyết định đến khả năng kết tinh của PP. Chỉ có PP izotactic và
syndiotactic mới có khả năng kết tinh, còn dạng atactic là dạng vô định hình
[6,26].
V.2. Các tính chất của PP
PP có cấu trúc đồng đều là sản phẩm cứng, không độc, không mùi vị.
Tính chất cơ học của PP phụ thuộc vào khối lượng phân tử trung bình, vào độ
đồng đều, độ phân bố và hàm lượng polyme atactic. Độ bền kéo đứt và độ ổn
định nhiệt cao hơn PE, PS và một số loại nhựa PVC, còn có tính chất cơ học
khác gần như PVC và PS. Tính chất cách điện và thấm nước gần giống PE [8].

Nhược điểm của PP là kém chịu nhiệt độ thấp (-20
o
C đến -15
o
C) và dễ bị
oxy hóa, đặc biệt dưới tác dụng của ánh sáng. Đặc tính cơ lý của PP có trọng
lượng phân tử từ 80000 - 130000 trình bầy ở bảng sau.
Bảng 6. Đặc tính cơ lý của nhựa PP
Đặc tính Giá trị
Tỷ trọng, g/cm
3
0,90 – 0,91
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-22-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
Giới hạn bền kéo đứt, Kg/cm
2
300 – 350
Giới hạn bền nén, Kg/cm
2
600 – 700
Giới hạn bền uốn, Kg/cm
2
900 – 1200
Độ giãn dài tương đối, % 300 – 700
Nhiệt độ chảy,
o
C 167 – 170
Độ ổn định nhiệt,
o

C 103 - 100
PP có nhiệt độ nóng chảy từ 160 - 175
o
C, tùy thuộc vào độ tinh thể của
nó. Nếu không có lực cơ học ở bên ngoài tác động thì PP không bị biến dạng
cho đến nhiệt độ 150
o
C. Dưới tác động của tải trọng 15kg/cm
2
và nhiệt độ tăng
dần với tốc độ 50
o
C/giờ ở 140
o
C với tải trọng trên thì PP có thể chịu đựng được
từ 60 - 80 ngày mà vật liệu không bị phá hủy [21]. Các tạp chất và sự tiếp xúc
với kim loại như Cu, Mn hay hợp kim có chứa kim loại này có ảnh hưởng đến
tính ổn định nhiệt của PP. Các tính chất lý nhiệt của PP:
- Tỷ nhiệt ở 20
o
C, Kcal/kg.
o
C : 0,4-0,46
- Hệ số dẫn nhiệt, Kcal/m.g.
o
: 0,12-0,1
- Hệ số dãn dài ở 30-120
o
C : (1,1-2,1).10
-4

- Hệ số giãn nở thể tích : (4,8-5,0).10
-4
Bảng 7. Một số tính chất cơ học và tính chất
nhiệt của PP thương phẩm
Tính chất PP nguyên chất PP Copolyme
Chỉ số chảy 3,0 0,7 0,2 3,0 0,2
Độ bền kéo (MPa) 34 30 29 29 25
Độ dãn dài tương đối(%) 350 115 175 40 240
Modul uốn (Ibf/in
2
) 190,000 170,000 160,000 187,000 150,000
Nhiệt độ dòn(
o
C) +15 0 0 -15 -20
Nhiệt độ nóng chảy(
o
C) 140-150 148 148 148 147
Độ cứng Rockwell 95 90 90 95 88,5
Độ bền va đập (j.cm
2
) 13,5 34 46 46 57,5
Ở nhiệt độ thường, PP không hòa tan trong dung môi hữu cơ, ngay cả khi
tiếp xúc trong thời gian dài mà chỉ trương trong các hydrocacbon thơm và
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-23-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
hydrocacbon clo hóa. Nhưng ở 80
o
C, PP bắt đầu tan trong hai lọai dung môi
này. Độ bền đối với các dung môi tăng theo độ kết tinh của polyme. Khi tiếp

xúc với các dung môi có cực, PP không bị dòn và tính chất không bị thay đổi
ngay cả trong thời gian dài [21].
Tính chất cơ lý của PP ít thay đổi dưới tác dụng của H
2
SO
4
80% ở 20
o
C
trong 30 ngày và 7 ngày đêm ở 90
o
C. Dưới tác dụng của H
2
SO
4
98% ở 90
o
C
trong 7 ngày đêm thì PP bắt đầu tối màu, trở thành dòn và bị phân hủy. Trong
môi trường NaOH 40% PP ổn định cho đến nhiệt độ 110
o
C. Tất cả các loại PP
đều không ngấm nước và tính chất cơ học không phụ thuộc vào độ ẩm của môi
trường [8].
V.3. Tính chất cơ lý và tính chất công nghệ của PP
PP là một loại nhựa nhiệt dẻo, do vậy có thể gia công bằng phương pháp
như đúc dưới áp suất, thổi ép, tạo hình trong chân không và các phương pháp
khác. PP thường được sử dụng để gia công là hạt hình trụ. PP tương đối khó
dán, các chi tiết làm bằng PP có thể được ghép bằng cách hàn, tán đinh ốc .
- Ống PP có khả năng chịu nhiệt tốt, có thể được sản xuất bằng phương pháp

như ép đùn, ép phun. Ống PP được ứng dụng để vận chuyển nước nóng,
các chất lỏng nóng, dung môi hữu cơ và dầu khoáng.
- Tạo màng: Do có độ bền cao nên màng PP có thể làm mỏng hơn và lĩnh
vực ứng dụng rộng hơn. Độ thấm khí, thấm nước và các loại khí khác của
màng PP nhỏ hơn màng PE. Màng PP có thể thay thế màng PE trong lĩnh
vực ứng dụng.
- Các sản phẩm tạo hình và đúc: Các tấm PP có chiều dày từ 0,2 - 0,3 mm
thường được gia công theo phương pháp ép đùn. Đối với những sản phẩm
lớn và phức tạp hơn thì có thể tạo hình chân không. Với phương pháp này
có thể gia công các loại bình, thùng cho công nghiệp hóa chất, công nghiệp
dệt.
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-24-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
- Ngoài ra nhựa PP còn có thể ứng dụng khác trong lĩnh vực cách điện, tạo
màng bảo vệ cho các sản phẩm để tránh các tác động của môi trường. Tạo
ra các loại sợi và các vật dụng gia đình khác như: nắp chai, thân, nắp bút.
két bia, hộp, chai lọ, màng mỏng, vật liệu cách điện tần số cao, sợi dệt PP.
VI. Vật liệu polyme tổ hợp
VI.1. Khái niệm về vật liệu tổ hợp
Người ta định nghĩa polyme blend là loại vật liệu tổ hợp có các mối liên
kết và cấu trúc pha nhất định của hai hay nhiều loại polyme [8]. Như vậy, có thể
thấy là polyme blend cũng có thể được tổ hợp từ cùng một loại monome với cấu
trúc mạch khác nhau (giữ cấu trúc mạch thẳng và mạch nhánh). Polyme blend
cũng có thể là một hệ đa thành phần, trong đó các đại phân tử của mỗi thành
phần có khả năng khâu mạch với nhau nhờ các nhóm chức hoạt động trong
mạch hoặc nhờ một tác nhân khâu mạch trung gian.
Vật liệu polyme blend có thể được chế tạo bằng các phương pháp như
trộn hợp trong dung dịch trong latex hoặc ở trạng thái nóng chảy với một hoặc
nhiều hơn các tính chất cùng đóng góp để đạt yêu cầu tính năng hoàn thiện cho

một ứng dụng riêng biệt. Các tổ hợp này có thể là một polyme nhiệt dẻo/polyme
nhiệt dẻo, polyme nhiệt dẻo/cao su hoặc cao su/cao su [20].
Đối với những polyme blend được tạo thành từ quá trình trộn hợp ở trạng
thái nóng chảy, quá trình diễn biến đi từ trạng thái rắn sang trạng thái nóng
chảy, từ trạng thái nóng chảy phân tán thô chuyển dần sang trang thái trộn lẫn.
Cân bằng nhiệt động của quá trình chịu ảnh hưởng của các yếu tố động học hay
các yếu tố công nghệ. Do vậy, tốc độ trộn càng cao, độ nhớt của polyme thành
phần và chênh lệch độ nhớt giữa chúng càng thấp, thì quá trình khuyếch tán xảy
ra càng nhanh hệ nhanh đạt tới trạng thái cân bằng. Khi đó polyme nào có độ
nhớt thấp và hàm lượng lớn hơn sẽ tạo thành pha liên tục, polyme nào có độ
nhớt cao và hàm lượng thấp hơn sẽ tạo thành pha phân tán [8,26].
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-25-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
VI.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu tổ hợp
Đối với các polyme thông thường người ta thường trộn hợp chúng ở
trạng thái nóng chảy trên thiết bi trộn kín. Ngoài ra còn có thể tiến hành chế tạo
vật liệu tổ hợp trực tiếp trong các máy trộn hợp polyme ở dạng huyền phù hoặc
nhũ tương. Cho dù tiến hành theo phương pháp nào thì thời gian trộn, nhiệt độ
trộn, tốc độ trộn cũng ảnh hưởng quyết định đến tính chất, cấu trúc pha của vật
liệu tổ hợp [4,5].
Sự tương hợp của các polyme: là điều kiện cho sự tạo thành một pha tổ
hợp ổn định và đồng thể từ hai hay nhiều polyme.
Khả năng trộn hợp của các polyme nói lên khả năng của các polyme ở
điều kiện nhất định có thể trộn vào nhau tạo thành những tổ hợp đồng thể hoặc
dị thể. Có những tổ hợp polyme trong đó các cấu tử có thể trộn lẫn vào ngay tới
mức phân tử và cấu tử này tồn tại ở trạng thái cân bằng người ta gọi hệ này là
tương hợp về mặt nhiệt động học ” Miscibility”, hoặc có thể như thế tạo thành
nhờ một biện pháp gia công nhất định ngưới ta gọi là tương hợp về mặt kỹ thuật
hay “Compatible”. Những tổ hợp polyme trong đó tồn tại những pha dù kích

thước rất bé (micro) gọi là tổ hợp không tương hợp hay”Incompatible blends”
hoặc “Alloys” [3,8]. Hình dạng, kích thước và sự phân bố không gian của pha là
kết quả của sự tương tác ảnh hưởng qua lại lẫn nhau giữa độ nhớt và tính đàn
hồi, tính chất của bề mặt phân cách, thành phần của tổ hợp và các điều kiện của
quá trình trộn hợp [23].
Tính chất của vật liệu tổ hợp phụ thuộc chủ yếu vào khả năng trộn hợp
cũng như sự tương hợp pha giữa các polyme. Khả năng trộn hợp của các
polyme quyết định cơ bản tính chất của vật liệu tổ hợp. Khả năng trộn hợp được
đặc trưng bởi tương tác, thẩm thấu của các thành phần trên bề mặt phân tử,
tương tự như hóa học các hợp chất thấp phân tử.
Flogy và Hugins đã đưa ra mô hình sắp xếp các chuỗi polyme theo mô
hình học lưới. Mối tương quan giữa năng lượng tự do Gibbs (ÄG
mix
) và entanpi
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-26-
LuËn v¨n tèt nghiÖp
(ÄH
mix
), entropi (ÄS
mix
) trong quá trình trộn hợp đối với hệ thuận nghịch, khi
trộn n
1
mol polyme 1 với n
2
polyme 2 dưới dạng phương trình sau [26].
ÄG
mix
= ÄH

mix
- TÄS
mix
= RT[n
1
lnệ
1
+ n
2
lnệ
2
+ Xệ
1
ệ
2
(n
1
P
1
+

n
2
P
2
)]
ÄG
mix
: Năng lượng tự do của hỗn hợp.
ÄH

mix
: Eentanpi của hỗn hợp hai polyme nói trên
ÄS
mix
: Entropi của hỗn hợp hai polyme nói trên
ệ
1,
ệ
2
: Phần thể tích của hai polyme
X : Tham số tương tác flory-Hugins
Về nguyên tắc hai polyme chỉ có thể trộn hợp với nhau khi thỏa mãn điều
kiện
ÄG
mix
<0
Như vậy thành phần của các polyme, các đại lượng nhiệt động học đặc
trưng cho các polyme, độ phân cực, trọng khối phân tử, trạng thái nóng chảy có
ý nghĩa quyết định đến khả năng trộn hợp.
Thông thường các polyme được trộn hợp ở trạng thái nóng chảy khi đó
khả năng trộn hợp cũng bị ảnh hưởng lớn bởi khả năng dính ướt ở trạng thái
nóng chảy hay sức căng bề mặt của chúng.
ú
Mix
= ú
1
- ú
2
–W
Trong đó ú

1
, ú
2,
, ú
Mix
là sức căng bề mặt của polyme 1, polyme 2 và hỗn
hợp, w thể hiện khả năng dính ướt. ú
Mix
càng nhỏ thì khả năng trộn hợp càng cao
tức là sức căng bề mặt của hai polyme càng gần nhau, khả năng dính ướt càng
cao thì độ trộn hợp càng cao. Các đại lượng này tỷ lệ với độ nhớt của các
polyme ở trạng thái chảy lỏng. Độ nhớt càng thấp (trạng thái chảy lỏng càng
cao) thì sức căng bề mặt càng nhỏ và khả năng trộn hợp càng lớn [26].
Sự tương hợp của các polyme cũng quyết định đến tính chất của vật liệu
tổ hợp. Sau đây là những yếu tố ảnh hưởng đến sự tương hợp này [8,26].
+ Bản chất hóa học và cấu trúc phân tử của các polyme.
+ Khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử.
+ Tỷ lệ các cấu tử trong tổ hợp.
Ph¹m Nh Quúnh Polyme-K47
-27-