Chế tạo và khảo sát một số tính chất cơ lý của Polyme Compozit trên nền nhựa Polyeste không no gia cường bằng sợi lùng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
LÊ VĂN TOÀN
CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA
POLYME COMPOZIT TRÊN NỀN NHỰA POLYESTE KHÔNG
NO GIA CƯỜNG BẰNG SỢI LÙNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Vinh, 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
LÊ VĂN TOÀN
CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA
POLYME COMPOZIT TRÊN NỀN NHỰA POLYESTE KHÔNG
NO GIA CƯỜNG BẰNG SỢI LÙNG
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 60440114
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học:
TS. LÊ ĐỨC GIANG
Vinh, 2014
i
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Lê Đức Giang, trong
suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn của tôi thầy đã dành nhiều
thời gian, tâm huyết hướng dẫn, trợ giúp và động viên tôi vượt qua mọi khó
khăn trở ngại để hoàn thành luận văn của mình. Nhờ kiến thức sâu rộng về
chuyên môn của thầy đã cho tôi niềm tin vững chắc để đạt được thành tựu
trong nghiên cứu và tích lũy những kinh nghiệm quý báu cho bản thân.
Tôi xin chân thành cảm ơn và đã có nhiều ý kiến đóng góp ý kiến quý
báu cho luận văn,cảm ơn NCS. Cao Xuân Cường đã giúp đỡ tôi trong quá
trình làm thực nghiệm.

Tôi xin chân thành và trân trọng cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hóa học,
trường Đại học Vinh cùng các thầy cô giáo, cán bộ trong bộ môn Hóa hữu cơ
đã tạo điều kiện thuận lợi và cho tôi cơ hội được học tập nghiên cứu nâng
cao kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm của mình.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp
đã luôn bên tôi, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi học tập và đã luôn
động viên cổ vũ, luôn sát cánh ủng hộ tôi trong suốt thời gian qua.
Tôi xin trân trọng và chân thành cảm ơn!
Tác giả
Lê Văn Toàn
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
Danh mục các hình vẽ và đồ thị iv
Danh mục các bảng v
MỞ ĐẦU 1
1. Lý do chọn đề tài 1
1.1.Tổng quan về vật liệu polyme compozit 3
1.1.1. Khái niệm và thành phần của vật liệu polyme compozit 3
1.1.2. Tính chất và ứng dụng của vật liệu polyme compozit 3
1.1.3. Vật liệu polyme compozit phân hủy sinh học 4
1.2. Tổng quan về nhựa polyeste không no 7
1.2.1. Phân loại 8
1.2.2. Phản ứng đóng rắn 10
1.2.3. Các chất khởi đầu 10
1.2.4. Các chất xúc tiến 11
1.3. Tổng quan về sợi thực vật 12
1.3.1. Thành phần hóa học của sợi thực vật 13
1.3.2. Sợi tre 14

1.4. Vật liệu polyme compozit phân hủy sinh học 18
1.4.2. Ứng dụng của polyme compozit gia cường bằng sợi thực vật 20
1.4.3. Một số nghiên cứu về polyme compozit gia cường bằng sợi thực vật 21
2.2. Phương pháp thực nghiệm 25
2.2.1. Xử lý sợi bằng kiềm 25
2.2.2. Xử lý sợi bằng anhiđrit axetic 25
2.2.3. Phương pháp tạo mat 26
2.2.4. Phương pháp chế tạo vật liệu compozit 26
2.2.5. Phương pháp xác định độ axetyl hoá (DAc) 26
2.2.6. Phương pháp xác định hàm lượng phần gel và độ trương 26
2.3. Phương pháp khảo sát hình thái học 27
2.4. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học 27
2.5. Khảo sát tính chất cơ lý của vật liệu 27
3.1. Khảo sát hàm lượng phần gel 30
3.2. Khảo sát cấu trúc hóa học 30
3.3. Khảo sát hình thái học 33
3.4. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý sợi lùng đến độ bền cơ lý 34
3.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ lai tạo giữa sợi lùng với sợi thủy tinh đến tính chất cơ lý
37
iii
Danh mục các ký hiệu và viết tắt
Ký hiệu Diễn giải
DAc Độ axetyl hóa
IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy)
MEKP metyletylketonpeoxyt
PC Polyme compozit
PEKN Polyeste không no
PKL Phần khối lượng
SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
iv

Danh mục các hình vẽ và đồ thị
STT Nội dung Trang
Hình 1.1. Sơ đồ phản ứng tạo thành polyme từ PEKN 10
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của xenlulozơ 15
Hình 1.3. Liên kết hiđro giữa các phân tử xenlulozơ 16
Hình 3.1. Phổ IR của sợi xử lý kiềm 27
Hình 3.2. Phổ IR của của sợi axetyl hóa 28
Hình 3.3. Ảnh SEM của sợi xử lý kiềm và sợi xử lý axetyl hóa 30
v
Danh mục các bảng
STT Nội dung Trang
Bảng 1.1. Các sợi thực vật, tên, nguồn gốc, sản lượng hàng năm. 5
Bảng 1.2. Một số tính chất cơ học của sợi tự nhiên 6
Bảng 1.3. Các chất khởi đầu thông dụng 11
Bảng 1.3. Thành phần của một số loại sợi tự nhiên 13
Bảng 1.4. Thành phần hóa học của sợi thực vật 14
Bảng 3.1. Hàm lượng phần gel 26
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến độ bền cơ lý 30
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ lai tạo đến độ bền cơ lý 32
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vật liệu compozit đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, từ hàng ngàn
năm trước công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu compozit vào
cuộc sống, sản phẩm điển hình là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum về
sau này các thuyền đan bằng tre trát mùn cưa và nhựa thông hay các vách
tường đan tre trát bùn với rơm, rạ… Từ đầu những năm 60 của thế kỷ 20,
cùng với sự phát triển của công nghệ polyme, vật liệu compozit đã không
ngừng được phát triển cho đến ngày nay và được ứng dụng rộng rãi trong mọi
lĩnh vực công nghiệp và đời sống như: vật liệu gia đình, trang trí nội thất,

ngoại thất, tượng đài, cầu trượt, bể bơi, nhà cửa, tấm lợp, vách ngăn, ống dẫn,
bồn chứa, vỏ ô tô, tàu thủy, xe lửa, máy bay…
Trong những năm gần đây việc sử dụng sợi tự nhiên trong vật liệu
polyme compozit ngày càng được quan tâm. Do đặc điểm nổi bật của sợi tự
nhiên là khả năng tái tạo, phân hủy được trong những môi trường xác định
và cháy hết không gây tắc lò đốt như các loại sợi thủy tinh. Hơn nữa, sợi
thực vật được sử dụng làm chất gia cường trong vật liệu polyme compozit có
giá thành thấp và là nguồn nguyên liệu tái tạo. Việc sử dụng sợi thực vật để
gia cường cho vật liệu compozit đang là hướng nghiên cứu được rất nhiều
nhà khoa học trên thế giới cũng như trong nước quan tâm [6]. So với sợi
thủy tinh và sợi cacbon thì sợi thực vật có giá thành rẻ, tỉ trọng thấp, năng
lượng để chế tạo thấp, dễ tái tạo và có khả năng phân huỷ sinh học. Vật liệu
PC gia cường bằng sợi thực vật nên có khả năng phân huỷ sinh học không
chỉ đáp ứng được nhu cầu của thị trường mà còn đáp ứng được những yêu
cầu về môi trường đang được đặt ra hiện nay [8].
Cây lùng (bamboosa sp.) là một trong 69 loài tre đặc hữu của Việt
Nam. Phân bố từ tây nam tỉnh Sơn La (huyện Mộc Châu), qua phía tây tỉnh
2
Thanh Hóa (huyện Quang Hóa, Lang Chánh) đến miền tây tỉnh Nghệ An
(huyện Anh Sơn, Quỳ Châu, Quế Phong); phía tây Quảng Bình (Quảng Ninh,
Lệ Thủy). Do thân có lóng rất dài nên được dùng để đan phên cót, tăm mành.
Có thể dùng lùng làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến ván ép, làm sợi,
làm giấy và dùng để đan lát làm hàng mỹ nghệ. Người dân chủ yếu sử dụng
thân cây lùng để đan lát làm hàng mỹ nghệ nhưng mới chỉ sử dụng được 30%
khối lượng, còn lại là phế thải [3]. Chính vì vậy chúng tôi chọn đề tài:“Chế
tạo và khảo sát một số tính chất cơ lý của polyme compozit trên nền nhựa
polyeste không no gia cường bằng sợi lùng”.
2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Chế tạo vật liệu polyme compozit trên nền nhựa polyeste không no
gia cường bằng hệ sợi lai tạo lùng/thủy tinh;

- Khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử lý sợi bằng kiềm và bằng
anhiđrit axetic, tỷ lệ sợi lùng/thủy tinh đến một số tính chất cơ lý (độ bền kéo,
độ bền uốn, độ bền va đập) của polyme compozit.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Sợi lùng được chế tạo từ phoi phế thải cây lùng
- Vật liệu polyme compozit trên nền nhựa polyeste không no gia cường
bằng hệ sợi lai tạo sợi lùng/thủy tinh.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Xác định độ axetyl hóa của ví sợi xenlulozơ bằng phương pháp chuẩn
độ hóa học;
- Khảo sát hình thái học của vật liệu polyme compozit bằng ảnh SEM;
- Khảo sát một số tính chất cơ lý (độ bền uốn, độ bền va đập, độ bền
kéo).
3
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan về vật liệu polyme compozit
1.1.1. Khái niệm và thành phần của vật liệu polyme compozit
Polyme compozit (PC) là một hệ thống gồm hai hay nhiều pha thường
rất khác nhau về bản chất, không hòa tan vào nhau và phân cách bởi bề mặt
phân chia pha. Pha liên tục trong toàn khối compozit được gọi là nền, pha
phân bố gián đoạn được nền bao bọc gọi là chất gia cường. Nền có thể là một
hay nhiều polyme thông thường. Chất gia cường có thể là vật liệu sợi, bột của
các chất vô cơ, Ngoài ra, còn có thể có thêm là chất liên kết, có tác dụng
làm tăng độ kết dính giữa chất gia cường (cốt sợi) và nhựa nền. Polyme
compozit có các tính chất hoá, lý khác nhiều so với từng vật liệu thành phần
riêng rẽ. Tuy nhiên, tính chất của compozit không bao hàm tất cả tính chất
của các pha thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ là lựa chọn trong đó
những tính chất tốt và phát huy thêm [8].
1.1.2. Tính chất và ứng dụng của vật liệu polyme compozit
1.1.2.1. Tính chất

Tính chất của vật liệu PC là tổ hợp tính chất của các cấu tử có mặt
trong vật liệu. Tính chất đó phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn, điều kiện gia công
và tác dụng của tải trọng. Đối với vật liệu PC cần quan tâm tới một số tính
chất sau: khả năng chịu biến dạng, độ bền kéo, độ bền nén, hệ số giãn nở
nhiệt của vật liệu.
Vật liệu PC mang một số tính chất chung như sau:
- Khối lượng riêng bé do vậy tính năng cơ lý riêng cao hơn thép và các vật
liệu truyền thống khác (thủy tinh, gốm, sứ, gỗ, ) rất nhiều.
- Giá thành không cao, chịu môi trường, kháng hóa chất, ít tốn kém trong
bảo quản và chống ăn mòn, không cần sơn bảo vệ như vật liệu gỗ, kim loại,…
- Cách điện cách nhiệt tốt.
4
- Gia công, chế tạo đơn giản, nhanh, đa dạng, dễ thay đổi và sửa chữa, …
- Chi phí đầu tư thiết bị gia công thấp.
1.1.2.2. Phạm vi ứng dụng
Nhờ có nhiều tính năng ưu việt như khối lượng riêng thấp, có độ bền
cao, chịu môi trường tốt, có thể điều khiển được tính chất của vật liệu theo
các hướng khác nhau một cách dễ dàng,… Được ứng dụng chủ yếu trong các
lĩnh vực sau:
- Giao thông vận tải: vỏ ca nô, tàu biển,…
- Vật liệu điện: ấm cách điện, vỏ các thiết bị điện,…
- Vật liệu xây dựng: kết cấu nhà lắp ghép, đá ốp lát, tấm lợp,…
- Vật liệu chịu hóa chất: bồn chứa, ống dẫn, van,bể điện phân,…
- Vật liệu gia dụng:bàn, ghế,giá,tấm trần,tấm cách âm,…
- Vật liệu PC cao cấp:dùng trong hàng không,vũ trụ,dụng cụ thể thao
cao cấp,…
Tuy đã đạt được những thành tựu như vậy nhưng vấn đề nâng cao chất
lượng, cải thiện tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, điện, chịu ăn mòn,… mở rộng
được lĩnh vực sử dụng PC luôn được đặt ra. Đặc biệt việc nghiên cứu chế tạo
loại vật liệu mới có khả năng phân hủy nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường

là một yêu cầu cấp thiết hiện nay.
1.1.3. Vật liệu polyme compozit phân hủy sinh học
Những năm gần đây sợi tự nhiên đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa
học và sự phát triển của vật liệu PC trên cơ sở sợi tự nhiên đã trở thành đề tài
rất được quan tâm. Sợi tự nhiên có nhiều ưu điểm như có khối lượng riêng
thấp, giá thành thấp, và chúng có những tính chất rất đặc trưng mà các loại sợi
khác không có được như có khả năng phân huỷ sinh học và khả năng chịu mài
mòn rất lớn. Ngoài ra, sợi tự nhiên là nguồn nguyên liệu sẵn có, dồi dào và có
khả năng tái tạo.
5
Tuy nhiên, mặt hạn chế lớn nhất của sợi tự nhiên là nó không tương
hợp nền polyme kỵ nước, có xu hướng kết hợp với nhau trong quá trình gia
công và khả năng chống ẩm kém. Những nhược điểm này làm giảm những
tính năng tốt của sợi tự nhiên khi sử dụng để gia cường cho polyme. Do đó,
trước khi sử dụng người ta thường xử lý bằng nhiều phương pháp khác nhau
như xử lý với kiềm, axetyl hoá hay ghép các monome,…
1.1.3.1. Phân loại sợi tự nhiên
Sợi được xác định là một đơn vị vật chất đặc trưng bởi độ mềm dẻo,
tinh xảo và có tỷ lệ của chiều dài trên đường kính cao, còn sợi cơ bản được
xác định là một đơn vị của tế bào thực vật [4,11].
Tùy theo cấu trúc hình thái, sợi thực vật được chia thành ba nhóm:
1. Sợi vỏ lấy từ thân cây.
2. Sợi lá lấy từ lá cây.
3. Sợi dính vào hạt.
Bảng 1.1: Các sợi thực vật, tên, nguồn gốc, sản lượng hàng năm.
TT
Loại sợi Tên thực vật học
Nguồn
gốc
Sản lượng hàng

năm, 10
3
tấn
1
Abaca
a)
Musa textilis Lá 91
2
Bã mía (bagasse)
Saccharum officinarum
L.
Thân 102.000
3
Chuối (Banana) Musa ulugurensis Warb Lá 200
4
Tre (Bamboo)
Gigantochloa
scortechinii
Dendrocalamus apus
Thân 10.000
5
Dừa (Coir) Cocos nucifera L. Quả 650
6
Bông (Cotton) Gossypium spp. Hạt 19.010
7
Lanh (Flax) Linum usitatissimum Thân 830
8
Gai dầu (Hemp) Cannabis sativa L. Thân 214
9
Đay (Jute)

Corchorus capsularis,
Corchorus olitorius
Thân 2.850
10
Bông gòn (Kapok) Ceiba pentandra Hạt 123
6
11
Kenaf
b)
Hibiscus cannabinus Thân 970
12
Phormium
c)
Phormium tenax Lá -
13
Dứa ăn (Pineapple) Ananas cosmosus Merr. Lá -
14
Gai (ramie) Boehmeria nivea Gaud Thân 100
15
Dứa dại (Sisal) Agave sisilana Lá 318,8
Chú thích: a) Một loại cây giống như cây chuối nhưng lá dài hơn.
b) Một loại cây cho sợi làm vải bạt, dây thừng.
c) Một loại cây cho sợi từ lá.
Trong đó, sợi gai, sợi đay, sợi lanh và xơ sisal là các sợi được sử dụng
nhiều nhất trong vật liệu PC. Sợi tự nhiên ở dạng bột gỗ cũng thường được sử
dụng trong vật liệu PC. Một số tính chất của các sợi này được biểu diễn dưới đây.
Bảng 1.2. Một số tính chất cơ học của sợi tự nhiên
Sợi Trọng lượng
riêng, kg/m
3

Độ bền kéo,
MPa
Modun,
GPa
Modun
riêng
Sợi đay 1,3 393 55 38
Xơ sisal 1,3 510 28 22
Sợi lanh 1,5 344 27 50
Phoi lùng 1,56 170 62 40
Sợi thuỷ tinh 2,5 3400 72 28
1.1.3.2. Đặc điểm của sợi tự nhiên
Khi nghiên cứu và sử dụng sợi tự nhiên cần lưu ý một số đặc điểm quan
trọng của sợi là: độ bền nhiệt, hàm ẩm, phân huỷ sinh học và độ phân tán của
sợi vào chất nền.
- Độ bền nhiệt của sợi tự nhiên: Sợi tự nhiên là một hỗn hợp phức tạp
của các hợp chất hữu cơ. Quá trình xử lý nhiệt dẫn đến sự thay đổi đa dạng
7
các tính chất vật lý và hoá học. Độ bền nhiệt của sợi tự nhiên có thể được
nghiên cứu bằng việc phân tích nhiệt học.
Sự phân huỷ nhiệt của sợi tự nhiên là một quá trình gồm hai giai đoạn.
Giai đoạn một có nhiệt độ từ 220-280
o
C. Giai đoạn hai có nhiệt độ từ 280-
300
o
C. Quá trình phân huỷ ở nhiệt độ thấp là quá trình kết hợp với sự phân
huỷ của hemixenlulozơ, còn quá trình phân huỷ ở nhiệt độ cao là nhờ lignin.
Để tăng độ bền nhiệt của sợi người ta có thể tạo ra một lớp vỏ bảo vệ sợi hoặc
có thể ghép sợi với các monome.

Khi sợi được phân tán vào nền thì do trong sợi có liên kết hiđro nên độ
phân tán của sợi vào nền giảm vì các liên kết này liên kết các sợi lại với nhau.
Bằng phương pháp xử lý sợi hoặc nhờ vào biện pháp gia công mà ta có thể
làm giảm bớt khả năng liên kết giữa các sợi nghĩa là tăng độ phân tán của sợi
vào nền.
1.2. Tổng quan về nhựa polyeste không no
So với các loại vật liệu ứng dụng rỗng rãi ngày nay như nhựa phenol,
ankyt, thép nhựa PEKN biết đến muộn hơn. Các công trình nghiên cứu đầu
tiên do Bradley, Kropa và Johnson tiến hành vào những năm 1930 và đến năm
1941 bắt đầu xuất hiện các loại nhựa PEKN có giá trị thương mại. Năm 1942
viện cao su của Mỹ đã dùng sợi thủy tinh gia cường cho nhựa PEKN để sản
xuất các loại vòm quân sự.
Sau khi kết thúc chiến tranh năm 1945, công nghiệp đã tập trung chú ý
phát triển hàng dân dụng: thuyền, xuồng, bồn chứa và vật liệu dùng cho các
ngành chế tạo máy, giao thông vận tải, xây dựng. Do vậy sản lượng nhựa
PEKN tăng rất nhanh từ vài tấn năm 1940, đến nay đã lên đến hàng triệu tấn.
Năm 1994, tổng sản lượng nhựa PEKN ở Bắc Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản là
1,5 triệu tấn với giá trị trên 3 tỷ USD. Song khả năng sản xuất hàng năm cả ba
vùng nói trên vượt quá 2,2 triệu tấn, như vậy chỉ mới đạt 69% công suất. Ở
Nhật và Tây Âu có vấn đề tồn tại là nhà máy không chạy hết công suất do tiêu
8
thụ chậm, còn ở Mỹ do phục hồi kinh tế nên mức tiêu thụ nhựa PEKN luôn
luôn cao.
Những nhà sản xuất nhựa PEKN lớn nhất là Dainippon Ink & Chemical,
Ashland and Alpha-Owens Corning, cả hai công ty này chiếm trên 36% sản
lượng cả ba vùng. Công nghiệp bắc Mỹ đã trải qua một quá trình hợp nhất
trong 5 năm gần đây và hiện nay khá tập trung, ba nhà sản xuất nói trên chiếm
72% sản lượng cua vùng. Ngược lại, công nghiệp ở Tây Âu bao gồm một loạt
nhà sản xuất nhỏ, công ty BASF là nhà sản xuất lớn nhất chỉ chiếm 13% tổng
sản lượng. Ở Nhật Bản, bẩy nhà sản xuất chính kiểm soát 97% tổng sản lượng

của vùng. Dainippon Ink là nhà sản xuất Nhật bản lớn nhất chiếm 23% sản
lượng PEKN của vùng.
Trong công nghiệp vật liệu PC, nhựa PENK là loại nhựa nền phổ biến nhất,
chiếm 95% sản lượng nhựa nhiệt rắn. Đây là loại nhựa lâu đời và rẻ nhất.
Ở Việt Nam, đây cũng là loại nhựa nền được ứng dụng đầu tiên và rộng
rãi nhất hiện nay.
1.2.1. Phân loại
Nhựa PEKN là sản phẩm của phản ứng trùng ngưng giữa các axit đa
chức hay các anhydrite của chúng với các polyol. Liên kết đôi của anhydrit
không no tạo điều kiện cho nhựa PEKN có khả năng khâu mạch tiếp theo để
tạo polyme nhiệt rắn. Nhựa PEKN tạo thành ở dạng rắn nhưng thường được
sử dụng ở dạng dung dịch với styrene (30-40%). Styren vừa là dung môi vừa
là tác nhân khâu mạch. Nhựa PEKN có thể gia công ở nhiệt độ thường không
cần áp suất và đây là một ưu điểm lớn trong công nghiệp.
Nhựa PEKN chủ yếu được phân loại theo cấu trúc hóa học của
anhidritphtalic và đồng thời chỉ định lĩnh vực sử dụng phù hợp.
- Nhựa đi từ axit và anhydrite octophtalic:
COOH
COOH
axit phtalic
C
C
O
O
O
9
anhiđrit phtalic
Loại nhựa này dùng phổ biến nhất, thường gọi là nhựa OCTO
- Nhựa đi từ axit và anhydrite tetrahydrophtalic:
C

C
O
O
O
Loại nhựa này ưu tiên cho lĩnh vực đóng tàu
- Nhựa đi từ anhydrite izophtalic:
C
C
O
O
O
Loại nhựa này có khả năng chịu khí hậu và môi trường ăn mòn tố hơn
nhựa OCTO và thường được gọi là nhựa ISO.
Để đảm bảo tính không no cho nhựa polyeste không no bắt buộc phải
dùng anhydrite maleic:
CH
CH C
C
O
O
O
Các polyol thường dùng nhất là:
+Etylenglycol (EG): có khả năng tăng tính chịu nén của nhựa.
CH
2
CH
2
OH OH
+Propyglycol (PG): tăng khả năng chịu đàn hồi của nhựa
CH

2
CH
OH OH
CH
3
Ở nhiệt độ 150 – 200
0
C, giữa các điaxit và điol xảy ra phản ứng este hóa
tạo thành nhừa PEKN:
10
OC
O
CH CH COCH
2
O
CH
CH
3
O C
O
C
O
OCH
2
CH
2
Nối đôi trong mạch là tác nhân đóng rắn nhựa nhờ phản ứng trùng hợp
với styren hoặc các monome không no khác như các loại acrylat.
1.2.2. Phản ứng đóng rắn
Dưới tác dụng của hệ khởi đầu, xúc tiến hay các tia giàu năng lượng (ג,

UV) sẽ xảy ra phản ứng trùng hợp giữa các nối đôi trong mạch PEKN và
styren tạo thành polyme có cấu trúc không gian theo phản ứng:
OCH
2
CH
2
O
C
O
CH CH C
O
O
+
CH
2
CH
OCH
2
CH
2
O
C
O
CH CH C
O
OCH
2
CH
2
O

C
O
CH CH C
O
CH
2
CH
OCH
2
CH
2
O C
O
CH CH C
O
O
CH
2
CH
OCH
2
CH
2
O C
O
CH CH C O
O
X
Y
Hình 1.1.Sơ đồ phản ứng tạo thành polyme từ PEKN

Liên kết ngang có X, Y trung bình khoảng 1,5 – 2,5 phân tử styren.
Phản ứng trùng hợp giữa các chất có liên kết đôi thường tiến hành theo
cơ chế trùng hợp gốc dưới tác dụng của chất khởi đầu và để nâng cao tốc độ
phản ứng phải đưa vào chất xúc tiến.
1.2.3. Các chất khởi đầu
Các chất khởi đầu (còn gọi là xúc tác) có hai loại khởi đầu cho đóng
rắn nóng và đóng rắn nguội. Để đóng rắn nguội thường dùng
11
metyletylketonpeoxyt (MEKP) hay xyclohexanolpeoxit. Thông dụng nhất là
MEKP ở dạng dung dịch 50% trong dimetylphtalat (là một chất hóa dẻo cho
nhựa). Lượng dùng rất ít 1–2% trọng lượng nhựa. Các chất khởi đầu ở nhiệt
độ cao là benzoilpeoxyt dùng ở hàm lượng 1-2% dưới dạng bột nhão 55%
trong crezylphotphat. Nhiệt độ đóng rắn thích hợp 100-110
0
C.
Chất khởi đầu Công thức
metyletylketonpeoxyt
CH
3
C
H
5
C
2
O
O
O
O
C
CH

3
C
2
H
5
xyclohexanolpeoxit
CH
O
OH
O O CH
O
OH
benzoilpeoxyt
C
O
O O C
O
Bảng 1.3.Các chất khởi đầu thông dụng
1.2.4. Các chất xúc tiến
Coban octoat: là dung dịch 6% coban, màu xanh lơ, được dùng phối
hợp với chất khởi đầu nêu trên.
Coban napthtenat: cũng là dung dịch 6% coban, sử dụng như coban
octoat.
Ở nhiệt độ thường, quá trình đóng rắn xảy ra không hoàn toàn, do đó để
nâng cao tính chất của compozit, sau khi đóng rắn ở nhiệt độ thường cần đóng
rắn tiếp 3-4 giờ ở nhiệt độ 80-100
0
C.
Các monome vinylic và nối đôi trong nhựa PEKN rất hoạt động nên có
thể trùng hợp ở nhiệt độ thường ngay cả khi không có xúc tác. Vì vậy, để tăng

thời gian bảo quản phản cho vào nhựa các chất ức chế (hydroquinon,
12
diphenol). Ngoài ra, cần cho thêm các chất ổn định (phenol, amin thơm) để
cải thiện độ ổn định của nhựa trong khoảng thời gian sống.
1.3. Tổng quan về sợi thực vật
Sợi tổng hợp như là sợi nylon, sợi aramit, sơi thủy tinh và sợi cacbon
được sử dụng rộng rãi làm chất gia cường cho vật liệu compozit nền polyme.
Tuy nhiên những sợi tổng hợp này lại không có khả năng phân hủy sinh học
và có giá cao làm tăng giá thành sản xuất sản phẩm. Bởi vậy, người ta ngày
càng quan tâm tới khả năng thay thế hoàn toàn hoặc một phần các loại sợi
tổng hợp bởi các loại sợi tự nhiên. Sợi tự nhiên có ưu điểm là có khả năng
phân hủy sinh học, có giá rẻ, và có khối lượng riêng thấp. Hơn thế nữa, chúng
còn thể hiện đặc tính cơ lý tương đối tốt, là nguồn nguyên liệu có thể tái tạo
và sản phẩm không gây mài mòn thiết bị so với sợi tổng hợp. Những ưu điểm
nổi trội này đã thu hút được nhiều sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu và
sản xuất vật liệu compozit nền polyme.
Mặc dù có nhiều ưu điểm, song sợi thực vật không thể thay thế hoàn
toàn sợi tổng hợp trong nhiều ứng dụng có những đòi hỏi cao về tính chất sản
phẩm. Do bởi sợi thực vật còn một số khuyết điểm cần khắc phục đó là: độ
hút ẩm lớn, tính chất cơ lý sợi thực vật không ổn định, dễ bị phá hủy dưới tác
động của thời tiết, sinh vật và thường có độ bền liên kết bề mặt sợi-nền kém
đã gây hạn chế việc ứng dụng rộng rãi sợi thực vật làm chất gia cường cho vật
liệu polyme compozit.
Để giải quyết những vấn đề về môi trường, tìm giải pháp cho vấn đề
khủng hoảng năng lượng hóa thạch (than đá, dầu mỏ) cần thiết phải tìm cách
nâng cao tính chất,mở rộng ứng dụng của sợi tự nhiên. Ngày nay, đã áp dụng
nhiều phương pháp để nâng cao chất lượng sợi thu được như: lựa chọn
phương pháp và công đoạn sản xuất sợi. Xử lý bề mặt sợi, lai tạo giữa sợi tự
nhiên và sợi tổng hợp.
13

Nhiều sợi thực vật như xơ dừa, sợi sisal, sợi đay, sợi chuối, phoi lùng,
sợi gai dầu đã có những ứng dụng làm nguyên liệu thô cho sản xuất công
nghiệp.
Tính chất của sợi thực vật phụ thuộc vào chủng loại sợi, môi trường
trồng, tuổi của cây và phương pháp thu hoạch sợi cũng như phương pháp để
xác định các tính chất đó
Bảng 1.3: Thành phần của một số loại sợi tự nhiên [20]:
Sợi Xenlulozơ
(%)
Hemixenlulozơ
(%)
Ligin
(%)
Pectin
(%)
Nước
(%)
Chất sáp
(%)
Flax 71 18,6÷20,6 2,2 2,3 8÷12 1,7
Sợi gai dầu 70÷74 17,9÷22,4 3,7÷5,7 0,9 6,2÷12 0,8
Sợi đay 61÷71.5 13,6÷20,4 12÷13 0,2 12,5÷1,7 0,5
Kevla 45÷57 21,5 8÷13 3÷5
Sisal 66÷78 10÷14 10÷14 10 10÷22 2
Sợi chuối 63÷64 10 5 10÷12
Sợi bông 85÷90 5.7 0÷1 7,85÷8,5 0,6
Phoi lùng 32÷43 0,15÷0,25 40÷50 3÷4 8
1.3.1. Thành phần hóa học của sợi thực vật
Thành phần hóa học của sợi bao gồm xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin,
pectin và một lượng nhỏ chất sáp và chất béo. Thành phần hóa học của sợi

thay đổi tùy theo điều kiện sinh hóa, thổ nhưỡng nơi trồng và tuổi của cây. Ví
dụ sau đây là thành phần của sợi dứa.
Bảng 1.4. Thành phần hóa học của sợi thực vật
Thành phần Hàm lượng (%)
Xenlulozơ 65,8
Hemi-xenlulozơ 12,0
Pectin 0,8
Lignin 9,9
Chất hoà tan 1,2
Chất sáp 0,3
Nước 10,0
14
 Hàm lượng các chất vô cơ.
Hàm lượng các chất vô cơ trong một loại thực vật được quy về hàm lượng
tro, nó được đo xấp xỉ bằng lượng muối khoáng và các chất vô cơ khác trong sợi
sau khi nung ở nhiệt độ 500
0
C. hàm lượng các chất vô cơ có thể khá cao trong
các loại thực vật chứa nhiều silica. Các cation thường gặp trong thành phần của
tro la K
+
, Na
+
, Mg
++
, Ca
++
và các anion của các axit sunfuric, clohydric,
photphoric, silic.
 Thành phần tan trong nước.

Các chất tan trong nước chủ yếu là tinh bột, muối vô cơ, chất màu, tanit.
1.3.2. Sợi tre
Tre có thành phần hoá học và cấu tạo chung như các loại sợi thực vật
khác nhưng có những đặc điểm riêng.Thành phần chính của sợi tre gồm:
- Xenlulozơ là thành phần cơ bản của thực vật có xơ, là thành phần kết
tinh trong sợi. Xenlulozơ và hemixenlulozơ cùng với lignin tạo nên độ cứng
của tế bào. Xenlulozơ là một polysacarit tự nhiên có cấu trúc mạch thẳng
không phân nhánh, được tạo thành từ các mắt xích cơ bản là anhiđro-D-gluco-
pyranzo.
Công thức tổng quát của xenlulozơ: (C
6
H
10
O
5
)
n
hay [ C
6
H
10
(OH)
3
]
n
trong
đó bậc trùng hợp n có thể nằm trong khoảng 5000-14000.
Hình 1.2.Công thức cấu tạo của xenlulozơ
Xenlulozơ là một polyme phân cực. Do vậy nó ưa nước, thấm nước tốt
song lại không bị hòa tan trong nước cũng như một số dung môi thông thường

như: rượu, xăng, benzen,… Mỗi mắt đơn phân của nó chứa ba nhóm rượu:
15
một nhóm rượu bậc nhất và hai nhóm bậc hai, chúng khác nhau về khả năng
phản ứng hóa học. Đây chính là đích nhắm đến của các phản ứng nhằm biến
tính xenlulozơ sau này. Các mắt đầu chuỗi của đại phân tử xenlulozơ có tính
chất khác biệt hẳn so với các mắt khác trong đại phân tử. Ở một đầu chuỗi
phân tử có thêm một nhóm rượu bậc hai ở vị trí nguyên tử cacbon thứ tư, còn
ở đầu kia có nhóm hiđroxyl tự do, do vậy mắt đầu chuỗi này có thể tồn tại
duới dạng hỗ biến andehit và tạo cho xenlulozơ có tính khử. Khả năng đứt và
hình thành trở lại liên kết hiđro là nguyên nhân tạo nên hàng loạt tính chất
quan trọng của vật liệu xenlulozơ, thí dụ khả năng làm giấy. Trong xenlulozơ
khô hầu như tất cả các nhóm –OH đều tham gia tạo thành liên kết hiđro [4].
Hình 1.3.Liên kết hiđro giữa các phân tử xenlulozơ
Có 4 loại xenlulozơ [12, 13]:
• Xenlulozơ I (I
α
và I
β
): đây là tinh thể tự nhiên có cấu trúc gồm các sợi
song song và không có kiên kết hiđro giữa các bề mặt liền kề.
• Xenlulozơ II: là tinh thể có cấu trúc bền vững hơn bao gồm các sợi đối
song và có liên kết hiđro giữa các bề mặt liền kề.
• Xenlulozơ III: là cấu trúc vô định hình thu được khi xử lý bằng các hợp
chất amin từ cấu trúc xenlulozơ I hoặc II.
• Xenlulozơ IV: là cấu trúc vô định hình thu được sau khi xử lý ở nhiệt
độ cao với glycerol từ xenlulozơ III.
16
- Hemixenlulozơ: Bản chất là các polysacarit bao gồm khoảng 150 gốc
đường liên kết với nhau bằng cầu β-1,4-glucozit, β-1,3-glucozit, β-1,6-
glucozit và thường tạo thành mạch ngắn có phân nhánh. Hemixenlulozơ

không hoà tan trong nước, dễ bị thuỷ phân dưới tác dụng của axit và dễ bị
trích ly khỏi xơ bằng dung dịch kiềm loãng.
- Lignin: Là hợp chất cao phân tử có đặc tính thơm. Lignin được tạo
thành từ các đơn vị mắt xích phenylpropan, các đơn vị mắt xích này liên kết
với nhau bằng liên kết ete (C-O-C). Cấu trúc lignin còn có các nhóm chức
khác như CO, CH
2
OH, OCH
3
, OH. Lignin là thành phần vô định hình trong
sợi, sự có mặt của nó làm cho tính chất cơ lý của vật liệu không cao.
Ngoài ra thành phần hoá học của sợi tre còn có tạp chất khác như sáp,
axit béo,
• Tính chất hoá học của xenlulozơ
Xenlulozơ là polyme vừa phân cực mạnh vừa kết tinh cao, chỉ hoà tan
trong một số ít dung môi. Những dung môi đặc biệt có thể làm trương mạnh
xenlulozơ và dẫn đến hoà tan. Sự trương xảy ra khi chất gây trương lọt vào
khoảng trống giữa các tinh thể hoặc lọt vào vùng vô định hình của cấu trúc
xenlulozơ, ở đó các phân tử liên kết với nhau lỏng lẻo. Nếu đặt xơ xenlulozơ
vào nước, sợi xenlulozơ hút nước và chỉ bị trương lên với đường kính xơ tăng
thêm khoảng 25% [10]. Tuy nhiên tương tác giữa nước và xenlulozơ không
đủ mạnh nên nước không xâm nhập vào vùng tinh thể của xenlulozơ. Sự
trương trong tinh thể xảy ra khi có mặt chất gây trương có ái lực mạnh hơn
tương tác giữa các phân tử xenlulozơ gây ra hiện tượng phá vỡ liên kết giữa
các phân tử xenlulozơ. Trong kỹ thuật thường sử dụng dung dịch NaOH đậm
đặc, dung dịch đồng amoniac, để gây trương.
Do cấu trúc của phân tử xenlulozơ rất chặt chẽ, vừa tồn tại ở vùng tinh
thể, vừa tồn tại ở vùng vô định hình, để phản ứng xảy ra, hoá chất cần xâm
17
nhập vào các hình thái cấu trúc này, đặc biệt là vùng tinh thể. Vùng vô định

hình vốn có nhiều khoảng trống để tác nhân phản ứng lọt vào, do đó phản ứng
hoá học thường xảy ra ở vùng này. ở vùng tinh thể, để tăng cường khả năng
tiếp cận và khả năng phản ứng, liên kết hiđro giữa các mạch ở vùng này cần
được phá vỡ để tạo điều kiện cho các nhóm hiđroxyl sẵn sàng tham gia phản
ứng đồng thời các mạch phân tử rời xa nhau, để lại khoảng trống dành cho tác
nhân phản ứng. Để đạt được mục tiêu trên, xơ xenlulozơ cần được gây trương
bằng pha hơi hoặc pha lỏng. Quá trình trương của xenlulozơ cũng là một ảnh
hưởng có lợi để hạn chế phản ứng ngắt mạch của mạch ghép, sự hình thành
polyme đồng loại cũng bị làm chậm. Một số tác nhân gây trương
thường được sử dụng là H
2
SO
4
, NaOH, ZnCl
2
, etylamin.
Xử lý kiềm là một trong những phương pháp gây trương khá hiệu quả
và rẻ tiền thường được áp dụng. Kiềm không chỉ có tác dụng gây trương mà
còn hoà tan và loại bỏ hemixenlulozơ cũng như lignin. Quá trình hoà tan các
thành phần này tạo ra lỗ trống trong cấu trúc sợi và gây trương.
Như trên đã nói mỗi một mắt xích C
6
H
10
O
5
có các nhóm hiđroxyl (OH)
ở các vị trí C2, C3 và C6 (hình 1.2), có khả năng tham gia nhiều phản ứng đặc
trưng cho các nhóm hiđroxyl (OH) bậc một và bậc hai như các phản ứng este
hoá, phản ứng ete hoá và phản ứng ô xy hoá, phản ứng ghép và phản ứng tạo

mạng. Ngoài ra chúng còn có thể tham gia phản ứng tạo phức với nhiều kim
loại khác nhau. Đây là cơ sở khoa học của quá trình biến đổi hoá học của sợi
xenlulozơ. Các nhóm hiđroxyl (OH) ở cuối mạch phân tử xenlulozơ, tức là ở
các vị trí C1 và C4, có các tính chất rất khác nhau: trong khi nhóm hiđroxyl
(OH) ở vị trí C1 có các tính chất khử thì nhóm hiđroxyl (OH) ở vị trí C4
không có các tính chất này. Các nguyên tử oxy của các nhóm hiđroxyl cũng
như các nguyên tử oxy trong các vòng tham gia tạo các tương tác nội và ngoại
phân tử tạo cầu hiđro và tham gia các phản ứng phân huỷ khác nhau như phản
18
ứng thuỷ phân trong môi trường axit hoặc trong môi trường kiềm, phản ứng
thuỷ phân do các loại enzym, nấm và vi sinh vật gây ra, phản ứng oxy hoá và
phân huỷ oxy hoá tạo thành các hợp chất chứa các nhóm cacbonyl (-C=O)
hoặc các nhóm cacboxyl (-COOH). Ngoài ra các phân tử xenlulozơ còn có thể
bị phân huỷ nhiệt, phân huỷ cơ học (do cán trộn), phân huỷ do các tia bức xạ
(tử ngoại, các loại tia phóng xạ) [13].
Như trên đã nói, do có nhiều nhóm hiđroxyl (-OH) trong phân tử
xenlulozơ nên sợi xenlulozơ có tính ưa nước rất cao nhưng không tan trong
nước cũng như không tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ thông dụng. Đây
là một hạn chế rất lớn của sợi xenlulozơ trong các phản ứng biến đổi ở các
điều kiện đồng thể.
1.4. Vật liệu polyme compozit phân hủy sinh học
Những năm gần đây sợi tự nhiên đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa
học và sự phát triển của vật liệu PC trên cơ sở sợi tự nhiên đã trở thành đề tài
rất được quan tâm. Sợi tự nhiên có nhiều ưu điểm như có khối lượng riêng
thấp, giá thành thấp, và chúng có những tính chất rất đặc trưng mà các loại sợi
khác không có được như có khả năng phân huỷ sinh học và khả năng chịu mài
mòn rất lớn. Ngoài ra, sợi tự nhiên là nguồn nguyên liệu sẵn có, dồi dào và có
khả năng tái tạo.
Tuy nhiên, mặt hạn chế lớn nhất của sợi tự nhiên là nó không tương
hợp nền polyme kỵ nước, có xu hướng kết hợp với nhau trong quá trình gia

công và khả năng chống ẩm kém. Những nhược điểm này làm giảm những
tính năng tốt của sợi tự nhiên khi sử dụng để gia cường cho polyme. Do đó,
trước khi sử dụng người ta thường xử lý bằng nhiều phương pháp khác nhau
như xử lý với kiềm, axetyl hoá hay ghép các monome,…
1.4.1. Phân loại compozit phân hủy sinh học