Slide Bài Giảng Về Polymer blend - Thầy Duy Linh-POLYME ĐHBKHN

VẬT LiỆU POLYME BLEND


Chương 1
Những vấn đề chung của polyme blend
1.1 Lịch sử phát triển của polyme blend
• 1846: Thomas Hancock công bố phát minh đầu tiên về polyme blend
• 1942: Công bố phát minh đầu tiên về polyme blend nhiệt dẻo (PVC và NBR)
• 1946: Phát triển nhựa ABS (hỗn hợp cơ học của NBR với poly(styren-coacrylonitril)
• 1951: Phát minh PP điều hòa lập thể bằng cách trộn hợp với PE
• 1960: Thương mại hóa polyme blend trên cơ sở EPDM và một số polyme nhiệt dẻo
• 1970: Các polyme blend của ABS/PVC và PP/EPDM được thương mại hóa (Cycovin
và Santopren)
• 1975: Dupont chế tạo „nylon siêu dai“
• 1984: Phát triển polyme blend sử dụng trong công nghiệp oto
• 1986-1996: Phát triển polyme blend chất lượng cao để chế tạo nội thất oto, dung cụ


Chương 1
Những vấn đề chung của polyme blend


Chương 1
Những vấn đề chung của polyme blend
1.2 Nhiệt động học quá trình hòa tan các polyme
Đối với các hợp chất polyme
Biến thiên entropy của hệ :

Trong đó: V: Thể tích của hệ
Vr: Thể tích của một đơn vị monome
ФA: Thể tích polyme A

ФB: Thể tích polyme B
MA và MB: Khối lượng phân tử polyme A và polyme B
R: Hằng số khí lý tưởng


Chương 1
Những vấn đề chung của polyme blend
1.2 Nhiệt động học quá trình hòa tan các polyme
Đối với các polyme thành phần không phân cực:
Biến thiên nội năng của hệ :

Trong đó: V: Thể tích của hệ
Vr: Thể tích của một đơn vị monome
ФA: Thể tích polyme A
ФB: Thể tích polyme B
λAB: Thông số tương tác phân tử giữa polyme A và polyme B
R: Hằng số khí lý tưởng


Chương 1
Những vấn đề chung của polyme blend
1.2 Nhiệt động học quá trình hòa tan các polyme
* Phương trình nhiệt động học mô tả biến thiên năng lượng tự do của hệ 2 polyme:

Thông số tương tác:

Trong đó: σA và σB : Thông số hòa tan của polyme A và polyme B


Chương 1

Những vấn đề chung của polyme blend
1.2 Nhiệt động học quá trình hòa tan các polyme
* Sự hòa trộn, tương hợp của các polyme trong blend
Về mặt nhiệt động: Hai polyme hòa trộn với nhau khi:

Và đạo hàm bậc 2 của ΔGM theo tỷ lệ thể tích của polyme thứ 2:
Trong đó:
ΔHM : Biến thiên entalpy (nhiệt trộn lẫn) khi trộn 2 polyme
ΔSM : Biến thiên entropy (mức độ mất trật tự) khi trộn 2 polyme


Chương 1
Những vấn đề chung của polyme blend
1.2 Nhiệt động học quá trình hòa tan các polyme
•Sự hòa trộn, tương hợp của các polyme trong blend
Khi ΔSM không đáng kể:
ΔGM .Vr/ RTV = λAB ФA ФB
Do đó, 2 polyme chỉ tương hợp và trộn hợp hoàn toàn khi λAB < 0
Trong quá trình trộn polyme, ΔHM càng nhỏ thì càng có khả năng hòa trộn và tương
hợp

Trong đó, VA và ФA : Thể tích và phần thể tích của polyme A trong hỗn hợp
δA và δB : Thông số tan của polyme A và polyme B



Chương 1
Những vấn đề chung của polyme blend
1.3 Giản đồ pha và chuyển pha của hỗn hợp các polyme

Chương 1
Những vấn đề chung của polyme blend
1.3 Giản đồ pha và chuyển pha của hỗn hợp các polyme
Khả năng trộn lẫn và hòa tan các polyme phụ thuộc:
-Nhiệt độ
- Khối lượng phân tử
- Cấu tạo
- Cấu trúc
- Độ phân cực
- Thông số tan của polyme
*Nhiệt độ hòa tan tới hạn dưới: Nhiệt độ thấp nhất mà ở đó diễn ra quá trình tách pha
của hỗn hợp
*Nhiệt độ hòa tan tới hạn trên


Chương 1
Những vấn đề chung của polyme blend
1.3 Giản đồ pha và chuyển pha của hỗn hợp các polyme


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
Phương pháp xác định

Độ nhớt của
blend

Giản đồ pha

Mô men xoắn
của blend

Phổ hồng ngoại

Tính chất cơ
học

Kính hiển vi
điện tử


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
2.1. Phương pháp giản đồ pha
-Thông số nhiệt độ trộn lẫn
- Nhiệt độ hòa tan
- Thông số tương tác
* Hỗn hợp có ΔHM < 0, có LCST

Khi làm lạnh thì các
polyme sẽ hòa tan tốt
vào nhau hơn


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend

2.1. Phương pháp giản đồ pha
* Hỗn hợp có ΔHM > 0, có UCST

Nằm dưới đường
UCST, không trộn lẫn.
Nằm trên, hòa trộn tốt


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
2.1. Phương pháp giản đồ pha
Phương pháp điểm mờ


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
2.1. Phương pháp giản đồ pha
Phương pháp điểm mờ


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
2.1. Phương pháp giản đồ pha
Phương pháp điểm mờ


Chương 2

Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
2.2. Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh
•Polyme blend có 2 nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme thành phần thì
không tương hợp
• Polyme blend có 2 nhiệt độ hóa thủy tinh nhưng Tg dịch chuyển về gần
nhau thì tương hợp một phần
• Polyme blend chỉ có một nhiệt độ hóa thủy tinh thì tương hợp hoàn
toàn


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
2.2. Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
2.2. Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
2.2. Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh
•Một số phương trình tính toán và dự báo nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme blend tương hợp và
hòa trộn hoàn toàn.
Trong điều kiện lý tưởng

Tg = W1Tg1 +
W2Tg2
Trong đó,
W1 và W2: Phần khối lượng hoặc phần thể tích của polyme 1 và polyme 2
Tg1, Tg2: Nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme 1 và polyme 2


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
2.2. Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh
•Một số phương trình tính toán và dự báo nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme blend tương hợp và
hòa trộn hoàn toàn.
- Blend PMMA/PC có Tg duy nhất ở tất cả các thành phần
Phương trình Fox
- SBS/PPO
Phương trình Gordon-Taylor

W1 và W2: Phần khối lượng hoặc phần thể tích của polyme 1 và polyme 2
Tg1, Tg2: Nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme 1 và polyme 2
k: Hằng số tương tác giữa 2 polyme trong blend (k = Δα2/ Δα1)
Δα: sự chênh lệch hệ số dãn nở nhiệt giữa trạng thái lỏng và trạng thái thủy tinh ở
nhiệt độ hóa thủy tinh của một polyme


Chương 2
Các phương pháp xác định sự tương hợp của các
blend
2.2. Phương pháp dựa vào nhiệt độ hóa thủy tinh
•Một số phương trình tính toán và dự báo nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme blend tương hợp và

hòa trộn hoàn toàn.
- SBS/PPO
Phương trình Kwei

W1 và W2: Phần khối lượng hoặc phần thể tích của polyme 1 và polyme 2
Tg1, Tg2: Nhiệt độ hóa thủy tinh của polyme 1 và polyme 2
k: Hằng số tương tác giữa 2 polyme trong blend (k = Δα2/ Δα1)
Δα: sự chênh lệch hệ số dãn nở nhiệt giữa trạng thái lỏng và trạng thái thủy tinh ở
nhiệt độ hóa thủy tinh của một polyme
q: Thông số gần đúng tương ứng với các tương tác đặc biệt trong polyme blend