Nghiên cứu kết hợp nhị phân gồm poly lactic axit và poly butylen succinic

Lời mở đầu
Hiện nay vật liệu polyem đã và đang được nghiên cưu rất mạnh mẽ trên thế
giới, đã có rất nhiều sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
vad đời sống. Các loại vật liệu polymer đang sử dụng hiện nay rất phong phú
và đa dạng.Dựa trên những đạc tính của polymer mà chúng em da trọn đề
tài cấu trúc và các đặc tính của vật liệu polyester blend của PLA và PBS.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Huy Tùng đã hướng dẫn
chúng em hoàn thành đề tài này.
Tóm tắt
Cấu trúc và tính chất là nghiên cứu để kết hợp nhị phân gồm poly lactic axit
( PLA ) và poly butylen succinic ( PBS). Các phép đo lưu biến ở trạng thái
nóng chảy phát hiện ra rằng khối lượng phân tử của PBS rắc rối hơn PLA.
Hơn nữa, sức ép bề mặt của hỗn hợp không trộn lẫn được ước lượng bằng
cách lưu biến mẫu nhũ tương là 3.5 [ mN/m]. Ngoài ra dung nhiệt phân tích
trực tiếp người ta phát hiện thêm PBS tăng cường sự kết tinh của PLA ngay
cả khi PBS ở trạng thái nóng chảy. Hơn nữa sự kết tinh lạnh xẩy ra ở nhiệt
độ kết tinh thấp hơn so với PLA.
1. Giới thiệu
Sự chú ý lớn đã được tập trung và sinh khối polyester xuất phát từ nguồn tài
nguyên tái tạo như PLA, PBS, PHB, bởi vì sự tăng nhanh về vấn đề môi
trường toàn cầu. Trong đó nhu cầu PLA hàng năm sẽ tăng nhanh chóng
trong tương lai do nó có nhiều tính chất tốt như độ cứng cao.
Đối với nhu cầu tiêu thụ lớn của PLA nên người ta nỗ lực quan tâm tới toàn
bộ cách để khắc phục cá khuyết điểm của nó như : chậm kết tinh, chịu nhiệt
kém, giòn cơ học.
Một trong những kỹ thuật nổi tiếng nhất để tăng cường tốc độ kết tinh đó là
trộn nhiều lớp silicat được gọi là nanoclay. Hỗn hợp của PLA với nanoclay
có thể chịu được nhiệt cao do nhiệt độ cao của tinh thể. Hơn nữa các chất hạt
nhân bao gồm cả hữu cơ và vô cơ đã được phát triển cho một mục đích
tương tự, điều đó rất quan trọng từ quan điểm của các quá trình ví dụ như:
thời gian chu kỳ ép phun và tốc độ sản xuất. Việc mở rộng nghiên cứu về

công nghệ kết hợp các polymer cũng được quan tâm. Yamane và sakai đầu
tiên tìm ra từ phép đo lưu biến chính xác đó là thêm vào một phần nhỏ đồng
phân quang học, nghĩa là PDLA tăng cường tốc độ kết tinhcủa PLLA, bởi vì
tinh thể phức có nhiệt độ nóng chảy cao đóng vai trò làm hạt nhân cho phần
còn lại của PLLA nóng chảy..
Hơn nữa Anderson và Hillimyer thực hiện tan chảy hỗn hợp PLLA và
PDLA đã khẳng định rằng sự trộn cho ta tốc độ kết tinh cao. Hơn nữa một số
nghiên cứu hỗn hợp PLA/PHB đã được báo cáo. Theo họ PLA là không thể
trộn lẫn với PHB, vì cả hai đều có khối lượng phân tử cao. Hơn nữa họ cũng
tìm ra rằng đặc tính cơ học của blend là trung gian giữa các chất thành phần
riêng rẽ nguyên chất. PBS cũng được nghiên cứu bổ xung cho PLA bởi vì cả
hai đều có thể phân hủy sinh học. Mặc dù Park và Im báo cáo rằng PLA trộn
lẫn với PBS
Chen tìm ra rằng khoáng hữu cơ phản ứng với glycidyl có chức năng hoạt
động như một chất tương hỗ cho PLA/PBS blend và tăng cường độ chịu kéo
như modun kéo và độ giãn dài tới hạn. Hơn nữa TAgaki và Shibata làm rõ
rằng thêm PBS sẽ tăng cường quá trình kết tinh lạnh của PLA, nghĩa là tăng
tốc độ kết tinh của PLA trong suốt quá trình làm nóng mẫu đã tôi. Hiện
tượng này nên được thông báo bởi vì PBS đóng vai trò làm tâm cho quá
trình kết tinh lạnh PLA, mặc dù ảnh hưởng của nhân PBS trong suốt quá
trình kết tinh lạnh chưa được trực tiếp phát hiện một cách tốt nhất. Kết quả
cho thấy rằng đặc điểm của giai đoạn phân tách cơ cấu , như là kích thức và
số lượng phân tán phần tử PBS trong khối lượng PLA có ảnh hưởng đáng
kể đến tốc độ kết tinh của PLA và cơ tính của nó. Nói chung, kích thước
miền của polymer blend không trộn lẫn được xác định bằng sức căng bề mặt,
tỉ lệ độ nhớt và tác dụng ngoại lực. Nói cách khác hình thái học là dự đoán
từ cá thông số vật liệu cũng như là điều kiện trộn. Sức căng bề mặt giữa
PLA và PBS là chưa biết, tuy nhiên nó giới hạn về thiết kế vật liệu cho các
sinh khôí blend. Trong nghiên cứu này, sức căng bề mặt được ước lượng bởi
phép đo lưu biến với thông số nhớt đàn hồi cơ bản cho PLA và PBS ở trạng

thái nóng chảy. Việc thu kết quả sẽ được thông tin quan trọng trong việc
thiết kế vật liệu cho hệ thống PLA/PBS blend cũng như dự đoán về tính chất
kết dính giữa chúng. Hơn nữa, ảnh hưởng của sự trộn PBS vào kết tinh PLA
cũng đã được nghiên cứu.
2. Thử nghiệm
2.1 Vật liệu :các polymer được sử dụng trong nghiên cứu này là có thể kiếm
được như PLA và PBS. Khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng .
Sắc ký thấm gel với Tsk-GEL GHMXL như PS tiêu chuẩn.Chlorpform
được sử dụng như chất rửa giải với lưu lượng 10ml/phút và nồng độ mẫu
là 10mg/ml . Trọng lượng phân tử trung bình số, trung bình khối như
sau : với PLA có M
n
= 1,6x10
5,
M
w
=5,.x10
4,
M
w
=3,7x10
5
. Sự sạch quang
học của axits L-lactic khoảng 96%.
2.2 Chuẩn bị mẫu
PLA và PBS được trộn với nhau dưới dạng nóng chảy với các tỉ lệ trộn khác
nhau, như các tỉ lệ phần trọng lượng PLA/PBS = 100/0 ,95/5 ,90/10 , 80/20,
với chất ổn định nhiệt như hindered phenol và phosphate , lượng của mỗi
chất ổn định là 0,5%. Quá trình pha trộn được thực hiện bởi trộn từng mẻ ở
nhiệt độ 180

o
C trong 3 phút. Các cách quay với tốc độ 40 vòng/phút. Trước
khi tan lẫn các polymer được sấy khô dưới áp suất chân không ở 80
o
C trong
4 giờ. Các mẫu thu được ép thành các tấm phẳng dày 0,4mm bởi máy làm
khuôn ép trong phòng thí nghiệm ở 180
o
C dưới áp suất 10Mpa trong 3 phút.
Sau đó mẫu được làm lạnh ở 40
o
C bởi làm khuôn ép khác.
2.3 Đo lường
Sự phụ thuộc của tần số và modun dao động trượt ở trạng thái nóng chảy
cũng như modun dự trữ G’ và modun mất mát G”, được đánh giá bởi máy
đo lưu tốc cone and plat, dùng khí nitro để tránh phân hoạt động nhiệt của
oxi phân hủy, với nhiều nhiệt độ khác nhau : 160,180,200.220
o
C.Đường
kính của nó là 25mm, có góc là 5
o
.
Sự phụ thuộc nhiệt độ của modun ứng suất ở trạng thái lỏng, cũng như ứng
suất dự trữ E’ và ứng suất tổn thất E” , được đo với mẫu hình hộp chữ nhật
có kích thước 3x20x0,4 (mm) bởi máy phân tích cơ động lực ( UBM,
E4000) trong khoảng nhiệt độ từ -80
o
C -> 170
o
C. Tốc độ làm nóng là 2

o
C/
phút và sử dụng tần số là 10Hz.
Các hình thái của blend đã được kiểm tra bởi kính hiểm vi quét điện tử
(SEM). Trước khi quan sát, bề mặt nứt của mẫu đông lạnh được phủ bởi Pt-
Pd.
Nhiệt phân tích đã tiến hành bởi quét nhiệt vi sai (DSC) sử dụng khí nitro.
Các mẫu được làm nóng từ nhiệt độ phòng đến 480
o
C với tốc độ là 2
o
C/
phút. Sau đó giữ ở 180
o
C trong 3 phút, các mẫu được làm lạnh với tốc độ
làm lạnh là 2
o
C/phút. Lượng mẫu trong một chảo nhôm xấp xỉ 10mg.
Các trạng thái kết tinh của PLA và blend đã được quan sát bởi kính hiểm vi
quang phân cực được trang bị bàn soi nóng tự động. Phim mẫu được kẹp
giữa các kính che và được đun nóng đến 180
o
C. Sau đó giữ ở 180
o
C trong 3
phút, rồi làm lạnh mẫu với tốc độ là 2
o
C/phút.
3. Kết quả và thảo luận
3.1 Tính lưu biến của trạng thái chảy

Đường cong động học chỉ sự phụ thuộc của tần số và modun dao động trượt
của PLA và PBS được biểu diễn ở hình 1 ở nhiệt độ 180
o
C.
Năng lượng hoạt hóa được tính từ các yếu tố dịch chuyển ngang bằng cách
sử dụng phương trình Arhennius, của PLA là 67 KJ/mol , của PBS là
43KJ/mol.
Như đã thấy trên hình , G” của PLA cao hơn PBS . Hơn nữa, độ dốc của G”
là 1,0 và của G’ là 2,0 khi cả 2 polymer đều ở trong vùng tần số thấp. Do đó
thông số lưu biến ở giai đoạn cuối, chẳng hạn như độ nhớt ban đầu ή
0
độ ổn
định J
e
được tính bởi công thức sau :
Độ nhớt ban đầu và độ ổn định của PLA và PLS được tính như sau:
PLA: n
o
= 3.1x 10
3
(Pas) và J
o
e
= 3.0 x 10
-5
của PBS là n
o
= 4.0 x 10
2
(Pas) và

J
o
e
= 4.4x 10
-4
( Pa
-1
) . Sau khi biểu thức kinh nghiệm (biểu thức 3) đươc đề
xuất bởi Mill giá trị của J
e
o
cho đơn phân tán bởi PLA và PBS được tính :
4x 10
-6
(Pa
-1
) và 4.9x10
-6
(Pa
-1
)
J
e
=
(
M
z
: M
w
)

3,7
(3)
Kết quả cho thấy rằng modun đàn hồi G
n
o
của PLA cao hơn PBS và nó được
biểu thị bởi công thức sau:
J
n
o
= 1/G
n
o
~ J
e
o
( đơn phân tán ) (4)