ĐỒ án công nghệ chế tạo vật liệu chất độn compoud trong ngành nhựa

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

DANH MỤC VIẾT TẮT
Stt

Chữ viết tắt

Ý nghĩa

1

PC

Polyme compozit

2

PE

Polyetylen

3

PP

Polypropylen

4

PVC

Polyvinylclorua

5

PA

Poyamit

6

PS

Polystyren

7

PEKN

Polyeste không no

8

HDPE

Polyetylen tỷ trọng cao

9

LDPE

Polyetylen tỷ trọng thấp

10

LLDPE

Polyetylen mạch thẳng tỷ trọng thấp

11

PE wax

Polyetylen wax

12

Tg

Nhiệt độ hóa thủy tinh

13

Tm

Nhiệt độ chảy mềm

14

GCC

Bột đá nghiền CaCO3

15

PCC

Bột CaCO3 kết tủa

16

nPPC-st

17

MB

Bột CaCO3 siêu mịn được biến tính bề mặt bằng
stearat
Masterbatch

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. 1 Thông số cơ bản của PE................................................................................7
Bảng 1. 2 Các loại bột CaCO3 kết tủa biến tính bề mặt...............................................14
Bảng 3. 1 Các thông số cơ bản của nhựa nền.............................................................31
Bảng 3. 2 Các đặc trưng hóa-lý của bột CaCO3..........................................................32
Bảng 3. 3 Đơn phối liệu chế tạo compound.................................................................33
Bảng 3. 4 Các thông số nhiệt độ chế tạo compound CaCO3/HDPE/LLDPE...............41

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng
DANH MỤC HÌN

Hình 1. 1 Hình minh họa cấu trúc vật liệu compozit.....................................................3
Hình 1. 2 Cấu tạo của PE..............................................................................................5
Hình 1. 3 Sơ đồ cấu trúc PE..........................................................................................5
Hình 1. 4 Một số sản phẩm từ nhựa PE.........................................................................7
Hình 1. 5 Một số sản phẩm từ nhựa PE.........................................................................8
Hình 1. 6 Một số sản phẩm từ nhựa PE.........................................................................8
Hình 1. 7 Sơ đồ sản xuất bột PCC theo phương pháp cacbonat hóa đi từ nguyên liệu
đầu là đá vôi................................................................................................................ 13
Hình 1. 8 Sơ đồ tổng hợp n-PCC-st.............................................................................15
Hình 1. 9 Sơ đồ tổng hợp nano CaCO3/SiO2................................................................15
Hình 1. 10 Axit stearic.................................................................................................16
Hình 1. 11 Cấu tạo của axit stearic.............................................................................16
Hình 1. 12 Kẽm Stearat...............................................................................................18
Hình 1. 13 Dầu Parafin...............................................................................................19
Hình 1. 14 PE wax dạng vảy.......................................................................................21

Hình 1. 15 Hệ thống liên hoàn tạo hạt, cắt hạt, sấy hạt, cân và đóng bao hạt nhựa dẻo
độn............................................................................................................................... 23
Hình 1. 16 Cấu tạo trục vít đôi....................................................................................23
Hình 1. 17 Quá trình phân tán hỗ hợp trong vùng trộn do tác động trượt và tác động
kéo............................................................................................................................... 24
Hình 1. 18 Đốt trộn trên trục vít..................................................................................24
Y
Hình 2. 1 Máy trộn cánh khuấy...................................................................................27
Hình 2. 2 Máy đùn hai trục vít Leistriz........................................................................28
Hình 2. 3 Hình dạng sản phẩm thu được.....................................................................28
Hình 2. 4 Máy đo chỉ số chảy Tinus Olsen của Mỹ......................................................29
Hình 2. 5 Máy đo độ bền kéo Lloyd của Anh...............................................................30

Bảng 1. 1 Thông số cơ bản của PE ...............................................................................7
Bảng 1. 2 Các loại bột CaCO3 kết tủa biến tính bề mặt...............................................14

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng
LỜI CẢM ƠN

Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến hai thầy PGS.TS Nguyễn Huy Tùng và TS.Nguyễn Phạm Duy Linh là hai người
đã định hướng nghiên cứu và trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo rất tận tình để em hoàn
thiện đồ án này. Em cảm ơn hai thầy đã truyền dạy lại cho em những kinh nghiệm quý
báu của mình để tới đây khi bước trên con đường mà bản thân sẽ phải tự mình bước đi
em có được một hành trang kiến thức. Hai thầy cũng đã tạo điều kiện tốt nhất để em có

được nơi học tập và nghiên cứu tốt nhất. Ngoài ra em cũng xin được cảm ơn hai thầy
đã gắn kết tập thể nhóm nghiên cứu lại thành một gia đình polyme. Hai thầy cũng đã
tổ chức cho chúng em những buổi sinh hoạt nhóm cực kỳ bổ ích cũng như những buổi
dã ngoại bên ngoài thoải mái vui chơi.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến toàn thể các thầy, cô trong Trung tâm nghiên
cứu vật liệu polyme của Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã dạy bảo và hướng dẫn
chúng em trong quá trình học tập cũng như làm nghiên cứu tại trung tâm, em cảm ơn
các thầy, cô đã tạo cho chúng em một khóa sinh viên K58 có được một môi trường học
tập cũng như làm nghiên cứu rất tốt và đầy đủ các hóa chất, thiết bị để phục vụ cho
quá trình học tập và nghiên cứu.
Em xin cảm ơn tất cả mọi người trong nhóm nghiên cứu đã chỉ bảo và giúp đỡ em
trong quá trình học tập và nghiên cứu, cũng như mỗi khi nghỉ ngơi chúng ta có những
buổi liên hoan, sinh hoạt nhóm hay những khi ngồi chém gió, đá cầu thật khó quên.
Em cảm ơn mọi người và sẽ luôn nhớ về gia đình Polyme này.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên, đồ
án này không thể tránh được những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo,
đóng góp ý kiến của các thầy cô để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của
mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 6 năm 2018.
Sinh viên
Nguyễn Phan Việt

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng
MỞ ĐẦU

Hiện nay ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ nhựa ngày càng tăng cao
do các sản phẩm này đa dạng về mẫu mã, chủng loại, màu sắc, vừa tiện lợi khi sử
dụng, dễ gia công và sản xuất hàng loạt. Không những các sản phẩm từ nhựa phục vụ
đời sống của con người mà nó còn phục vụ cho sự phát triển của nhiều ngành kinh tế
kỹ thuật khác phát triển như điện, điện tử, viễn thông, giao thông vận tải…, và hướng
đến là sự thay thế một phần nào đó các vật liệu như là gỗ, kim loại, silicat…[1]
Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam vẫn còn non trẻ so với các ngành công
nghiệp lâu đời khác như cơ khí, điện-điện tử, hóa chất…Nhưng những năm gần đây
tính từ năm 2010-2015 ngành nhựa là một trong ba ngành tăng trưởng tốt nhất cả nước
(chỉ sau viễn thông và dệt may) với tốc độ tăng trưởng bình quân gần 12%, đóng góp
gần 5% tổng sản phẩm công nghiệp nội địa. Sản phẩm của ngành chủ yếu phục vụ cho
nhu cầu trong nước, tỷ trọng xuất khẩu không đáng kể. Các sản phẩm chủ yếu như các
sản phẩm bao bì, sản phẩm nhựa vật liệu xây dựng, đồ gia dụng hay cao hơn là các sản
phẩm nhwuaj kỹ thuật cao. Tính đến năm 2015 sản lượng nhựa tiêu thụ bình quân của
Việt Nam đạt 41kg/người/năm, trong khi bình quân Châu Á đạt 49kg/người/năm và
Thế giới đạt 70kg/người/năm. [1]
Nhựa PE là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo được ứng dụng rất rộng rãi trong
đời sống và sản xuất. Hiện nay tại Việt Nam, nhựa PE vẫn chưa có nhà máy trong
nước nào sản xuất được nên 100% phải nhập từ nước ngoài. Theo thống kê đến tháng
9/2010 tổng lượng nhựa PE nhập vào là khoảng 120 nghìn tấn, trên 150 triệu USD ,
chiếm tỷ trọng trên 30% tổng lượng chất dẻo nhập về Việt Nam, con số này không hề
nhỏ và được nhập chủ yếu từ thị trường Singapore, Thái Lan, Hàn Quốc, Malaysia, Ả
Rập Xê Út . Nhựa PE có độ bền cơ học trung bình nhưng có độ mềm dẻo và độ giãn
dài cao và đặc biệt là không độc, không mùi, chịu hóa chất tốt, cách điện tốt…, giúp
PE có nhiều ứng dụng rộng rãi như làm bao bì bảo quản thực phẩm, chai lọ, hay dây
bọc cáp điện…[1]
Canxi cacbonat (CaCO3) được biết đến như là một trong những chất độn vô cơ phổ
biến nhất sử dụng trong công nghiệp nhựa. Là một nguyên liệu dễ kiếm, giá rẻ, có sẵn
tại Việt Nam và có thể kiểm soát kích thước hạt theo yêu cầu, CaCO 3 giúp cải thiện

chất lượng bề mặt sản phẩm, giảm co ngót, tăng độ cứng và mođun đàn hồi.
Compound giữa PE và CaCO3 là nguyên liệu phụ gia dạng hạt, có tác dụng giảm
giá thành, tăng độ cứng, cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, giảm co ngót, bên cạnh đó
còn góp phần tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt, điện của sản phẩm. Quan trọng nhất là sự
cạnh tranh giữa các sản phẩm nhựa như hiện nay nên các yêu cầu về kỹ thuật cũng như
kinh tế đều được tính đến, do vậy việc nghiên cứu và sản xuất hạt compound giữa
nhựa PE với CaCO3 là rất cần thiết.

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

Từ những lý do nêu trên đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tới tính chất
của chất chủ (masterbatch) trên cơ sở nhựa polyetylen (PE) tỷ trọng cao và CaCO 3
ˮ, sẽ tìm hiểu kỹ hơn về loại nguyên liệu này.

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng
MỤC LỤC

1

PHẦN I: TỔNG QUAN..........................................................................................1

1.1

Vật liệu polyme compozit (PC)........................................................................1

1.1.1

Lịch sử phát triển ......................................................................................1

1.1.2

Khái niệm – phân loại vật liệu compozit...................................................1

1.1.3

Vật liệu polyme compozit .........................................................................2

1.1.4

Thành phần – phân loại vật liệu polyme compozit.....................................3

1.2

Nhựa nền polyetylen (PE)................................................................................4

1.2.1

Giới thiệu về PE.........................................................................................4

1.2.2

Cấu trúc nhựa PE.......................................................................................4

1.2.3

Tính chất của nhựa PE...............................................................................6

1.2.4

Ứng dụng của nhựa PE..............................................................................7

1.3 Công nghệ sản xuất hạt nhựa masterbatch nhiệt dẻo (hạt compound nhiệt dẻo)
độn….......................................................................................................................... 8
1.3.1 Khái niệm, thành phần và ứng dụng của hạt compound nhiệt dẻo độn
CaCO3 (Thermo plastic CaCO3 filler masterbatch).................................................8
1.3.2

Các chất độn trong công nghiệp...............................................................10

1.3.3

Chất độn canxi cacbonat (CaCO3)...........................................................10

1.3.4

Axit stearic ..............................................................................................16

1.3.5

Kẽm stearat..............................................................................................18

1.3.6

Dầu parafin..............................................................................................19

1.3.7

PE wax.....................................................................................................20

1.4
2

Phương pháp thực hiện...................................................................................22

PHẦN II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................26
2.1

Hóa chất và thiết bị sử dụng...........................................................................26

2.1.1

Hóa chất...................................................................................................26

2.1.2

Thiết bị.....................................................................................................26

2.2

Phương pháp phân tích nguyên liệu đầu.........................................................26

2.2.1
2.3

Xác định chỉ số chảy của nhựa PE...........................................................26

Phương pháp nghiên cứu mẫu bằng trộn hợp.................................................27

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018
2.4

3

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

PHÂN TÍCH CÁC TÍNH CHẤT CỦA HẠT NHỰA ĐỘN (COMPOUND)..29

2.4.1

Xác định chỉ số chảy của compound........................................................29

2.4.2

Phương pháp đo độ bền kéo của compound PE/CaCO3...........................29

PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................31
3.1

Các thông số của nhựa nền.............................................................................31

3.2

Tính chất của bột đá CaCO3...........................................................................31

3.3

Khảo sát các tính chất của hạt compound.......................................................32

3.3.1

Ảnh hưởng của phụ gia đến hạt compound..............................................32

3.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa nền HDPE và LLDPE đến tính chất của
compound.............................................................................................................. 35
3.3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng dầu parafin và PE wax đến tính chất hạt
compound.............................................................................................................. 37
3.3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng axit stearic và kẽm stearat đến tính chất của
compound.............................................................................................................. 39
3.3.5

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hạt compound.............................................41

4

KẾT LUẬN...........................................................................................................44

5

TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................45

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018
1
1.1

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng
PHẦN I: TỔNG QUAN

Vật liệu polyme compozit (PC)

1.1.1 Lịch sử phát triển [2]
Vật liệu compozit có lịch sử phát triển rất sớm, ngay từ khi hình thành nên văn
minh của nhân loại và được con người sử dụng rất hiệu quả.
5000 năm trước Công nguyên, người cổ đại đã biết thêm những vật đá nghiền nhỏ
hay vật liệu có nguồn gốc hữu cơ vào đất sét để giảm độ co ngót và nứt khi nung gạch
hoặc đồ gốm.Ở Ai Cập khoảng 3000 năm trước Công Nguyên người ta đã biết làm vỏ
thuyền bằng lau, sậy đan tẩm bitum, nếu bỏ qua một số khái niệm thì kỹ thuật đó cũng
giống như kỹ thuật làm tàu hiện đại từ chất dẻo cốt thủy tinh hiện nay.
 Ở Việt Nam, thuyền tre đan trát sơn người ta trộn với mùn cưa cũng là một ví
dụ của vật liệu compozit.
 Năm 1851, Nelson Goodyear đã dùng oxit kẽm làm chất độn cho ebonite.
 Năm 1920, Bakeland đã dùng bột gỗ vào nhựa bakelit và John đã sử dụng
xenluno làm chất độn cho các loại nhựa ure…
Mặc dù được hình thành rất sớm nhưng việc chế tạo vật liệu PC mới thực sự được
chú ý khoảng 60 năm trở lại đậy. Từ những năm 40 đến năm 70 của thế kỷ thứ XIX do
phục vụ đại chiến thế giới lần thứ II nên các vật liệu compozit sản xuất nhiều hơn. Từ

sau những năm 70 cảu thế kỷ XIX đến nay khi chiến tranh thế giới thứu II kết thúc,
các chi tiết chế tạo từ compozit trên nền chất dẻo và sợi gia cường có độ bền cao được
sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo ô tô, làm vật liệu xây dựng và
những ngành kỹ thuật cao như quân sự, hàng không, vũ trụ…
Mặc dù vậy, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng, cải tiến tính chất cơ lý, tính chất
nhiệt, điện…, mở rộng lĩnh vực ứng dụng của vật liệu này vẫn luôn được đặt ra.
Trong thời gian tới vật liệu PC phát triển theo các xu hướng như: [3]
 Thay thế một phần nào đó của vật liệu bằng kim loại.
 Chuyển vật liệu sang dạng sợi để tăng độ bền.
 Đa dạng hóa nền polyme và chất gia cường để có nhiều tính chất được cải thiện
ứng dụng phù hợp hơn.
 Phối hợp giữa vật liệu polyme, kim loại và gốm.
1.1.2 Khái niệm – phân loại vật liệu compozit
1.1.2.1 Khái niệm [2]
Vật liệu compozit là vật liệu gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong
một pha liên tục duy nhất. (Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của
vật liệu compozit).

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

Pha liên tục gọi là vật liệu nền hay chất nền (matrix), thường làm nhiệm vụ kết
dính và là môi trường phân tán, đóng vai trò chuyển ứng suất lên chất gia cường khi có
ngoại lực tác dụng.
Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu gia cường đóng vai trò là điểm chịu ứng
suất tập trung vì thường có tính chất cơ lý cao hơn chất nền được trộn vào pha nền

nhằm tăng cường các tính chất cơ cho vật liệu.
1.1.2.2 Phân loại [2]
Vật liệu compozit được phân loại theo hình dạng pha gia cường và theo bản chất
của vật liệu thành phần.
Phân loại theo hình dạng của pha gia cường.
 Vật liệu compozit với pha gia cường dạng sợi: Khi vật liệu gia cường có dạng
sợi, ta gọi đó là compozit cốt sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng tính cơ lý
cho polyme nền.
 Vật liệu compozit với pha gia cường dạng hạt: Khi vật liệu gia cường có dạng
hạt, các tiểu phân hạt độn phân tán vào polyme nền. Hạt khác sợi ở chỗ nó
không có kích thước ưu tiên.
Phân loại theo bản chất cảu vật liệu thành phần.
 Compozit nền hữu cơ (polyme) vật liệu gia cường có thể có dạng: sợi hữu cơ
(polyamid, Kevlar…), hay sợi khoáng (thủy tinh, cacbon…), sợi kim loại (Bo,
nhôm…).
 Compozit nền kim loại: như hợp kim Titan, hợp kim Al,… thường độn dạng
hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Si, C)…
 Compozit nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim
loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)…
Trong đồ án tốt nghiệp này, em xin trình bày về vật liệu polyme compozit với nền
là polyme và chất gia cường dạng hạt.

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

1.1.3 Vật liệu polyme compozit [2]

Vật liệu polyme compozit là một vật liệu compozit với pha nền là polyme.

Hình 1. 1 Hình minh họa cấu trúc vật liệu compozit
1.1.4 Thành phần – phân loại vật liệu polyme compozit
1.1.4.1 Thành phần [2]
Nền polyme: Đây là một trong những cấu tử chính của vật liệu PC. Polyme là pha
liên tục đóng vai trò chất liên kết và chuyển ứng suất lên chất gia cường.
Chất gia cường: Chất gia cường được chia thành chất gia cường dạng sợi và chất
gia cường dạng hạt.
 Chất gia cường dạng sợi thường được sử dụng dưới dạng liên tục (sợi dài, vải)
hay gián đoạn (sợi ngắn vụn).
 Chất gia cường dạng hạt (bột) thường được sử dụng để cải thiện một số tính
chất của vật liệu như tăng độ cứng, tăng độ chịu nhiệt, chịu mài mòn, giảm co
ngót.
1.1.4.2 Phân loại [2]
Thông thường vật liệu PC được phân loại theo đặc trưng của pha nền và pha gia
cường.

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

 Phân loại theo hình dạng của pha gia cường:
 Vật liệu compozit độn dạng sợi: Khi vật liệu gia cường có dạng sợi, ta gọi đó là
compozit cốt sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng tính cơ lý cho polyme nền.
 Vật liệu compozit độn dạng hạt: Khi vật liệu gia cường có dạng hạt, các tiểu
phân hạt độn phân tán vào polyme nền.

 Phân loại theo đặc trưng của pha nền:
 Nhựa nhiệt rắn: Là các loại nhựa ở trạng thái lỏng, quá trình đóng rắn cần phải
có phản ứng hóa học. Nhựa nhiệt rắn sau khi đóng rắn sẽ có cấu trúc mạng lưới
không gian nên không nóng chảy, không hòa tan trong dung môi được nữa.
Nhựa nhiệt rắn có tính chất cơ lý tốt nhưng vấn đề xử lý chúng sau khi đã sử
dụng khá phức tạp và tốn kém. Các loại nhựa nhiệt rắn thường dùng: Epoxy,
polyeste không no (PEKN), nhựa phenolic, polyuretan…
 Nhựa nhiệt dẻo: Nhựa nhiệt dẻo là các loại nhựa ở dạng rắn,có cấu trúc mạch
thẳng hoặc nhánh, có khả năng mềm dẻo và nóng chảy khi tăng nhiệt độ, vì vậy
nên nhựa nhiệt dẻo có thể gia công định hình bằng nhiệt. Nhựa nhiệt dẻo sau
khi định hình có khả năng biến dạng, nóng chảy và có khả năng hòa tan trong
dung môi. Có khả năng tái chế sau quá trình sử dụng. Các loại nhựa nhiệt dẻo
thông dụng như: polyetylen (PE), polypropylen (PP), poly(vinylclorua) (PVC),
polyamit (PA)…
1.2

Nhựa nền polyetylen (PE)

1.2.1 Giới thiệu về PE [4]
Polyetylen tên IUPAC là polyethene và được viết tắt là PE, là một nhựa nhiệt dẻo
được sử dụng rất phổ biến trên thế giới với trữ lượng sản xuất hàng năm khoảng 80
triệu tấn, chủ yếu được sử dụng để làm bao bì hay đóng gói. Polyetylen là một hợp
chất hữu cơ (poly) gồm nhiều nhóm etylen CH 2-CH2 liên kết với nhau bằng các liên
kết hydro no. Polyetylen được điều chế bằng phản ứng trùng hợp các monome etylen
(C2H4: CH2=CH2).
1.2.2 Cấu trúc nhựa PE [4]
Polyetylen được tạo thành thông qua quá trình trùng hợp mạch của các monome
etylen. Có nhiều cách trùng hợp như mạch như: trùng hợp khơi mào bằng gốc tự do,
anion, cation hay xúc tác Ziegler-Natta. Mỗi cách trùng hợp cho một loại polyetylen
khác nhau.

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

Hình 1. 2 Cấu tạo của PE
Cấu trúc đơn giản nhất của polyetylen là một polyme nhiệt dẻo mạch thẳng tạo nên
từ các liên kết đồng hóa trị của các nguyên tử cacbon. Chính điều này khiến cho PE dễ
xảy ra hiện tượng kết tinh và qua nghiên cứu người ta thấy, PE là một polyme tinh thể
nhưng độ kết tinh không bao giờ đạt 100% vì sự tồn tại xen lẫn trong polyme các vùng
kết tinh và vô định hình. Mức độ tinh thể của PE ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất
khác của PE như : tỷ trọng, độ cứng tương đối, modun đàn hồi khi uốn, giới hạn bền
đứt, độ trương và hòa tan trong dung môi.
Theo tỷ trọng, PE chia làm 3 loại: PE tỷ trọng cao (HDPE), PE tỷ trọng thấp
(LDPE), và PE mạch thẳng tỉ trọng thấp (LLDPE) như mô tả ở hình1.3 dưới đây.[4]

Hình 1. 3 Sơ đồ cấu trúc PE

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

(a)PE tỷ trọng cao; (b) PE tỷ trọng thấp; (c) PE mạch thẳng tỉ trọng thấp.
a. PE tỷ trọng cao (HDPE). Có cấu trúc gần với cấu trúc PE giản đơn, là PE mạch

thẳng ít phân nhánh nhất. Có mức độ tinh thể cao nhất ( 85-95%). HDPE được sản
xuất với 2 loại xúc tác Zigler-Natta và xúc tác Philips.
b. PE tỷ trọng thấp (LDPE). Được sản xuất từ quá trình trùng hợp áp suất cao. Cấu
trúc LDPE chứa nhiều mạch nhánh etyl, butyl và nhánh dài. Nhánh càng nhiều và càng
dài thì càng cản trở quá trình sắp xếp lại mạch đại phân tử, giảm bớt mật độ nhựa nên
tỷ trọng thấp, mức độ tinh thể LDPE thấp (60-70%).
c. PE mạch thẳng tỷ trọng thấp (LLDPE). Là sản phẩm đồng trùng hợp của etylen
với alpha olefin có mạch cacbon cao hơn (thường là buten, hexen hoặc octen). LLDPE
có phân nhánh nhưng ngắn và không phức tạp như ở LDPE. LLDPE có độ phân tán
lớn và không đồng nhất về mặt hóa học. Chúng là những polyme bán tinh thể.
1.2.3 Tính chất của nhựa PE [4,5]
Polyetylen màu trắng, hơi trong, không dẫn điện và không dẫn nhiệt, không cho
nước và khí thấm qua. Tùy thuộc vào loại PE mà chúng có nhiệt đô thủy tinh hóa T g ~
-100°C và nhiệt độ chảy mềm Tm ~ 120°C.
Độ kết tinh khác nhau là nguyên nhân gây ra tỷ trọng khác nhau của PE. Nếu khi
mạch nhánh tăng lên khá cao thì pha kết tinh có thể giảm xuống. Nhiệt độ tăng thì tỷ lệ
pha vô định hình tăng và tăng nhanh khi gần tới nhiệt độ chảy mềm. Nhiệt độ bình
thường, độ kết tinh có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất của PE như: tỷ trọng, độ
cứng bề mặt, mođun đàn hồi, độ bền kéo, sự trương nở và sự hoà tan trong các dung
môi hữu cơ, độ thấm khí và hơi. Trong PE luôn tồn tại vùng tinh thể xen kẽ vùng vô
định hình, LLDPE có mạch nhánh nhiều, có độ kết tinh thấp, còn HDPE đa số là mạch
thắng nên có độ kết tinh cao hơn.
Độ hòa tan: ở nhiệt độ thường, PE không hòa tan trong các loại dung môi, nhưng
nếu ngâm PE trong một thời gian dài trong các hydrocacbon thơm (toluen, xylen...),
hydrocacbon clo hóa, dầu khoáng và parafin thì sẽ bị trương và ở nhiệt độ cao có thể
dễ dàng hòa tan PE hơn. Nếu hòa tan PE trong xylen, ban đầu sẽ tạo ra polyme trương
trong dung môi và tan ở nhiệt độ tầm 60, nhưng nếu làm lạnh nó sẽ tách ra khỏi dung
dịch và có thể lọc được. Độ hòa tan của PE không những phụ thuộc vào độ kết tinh mà
còn phụ thuộc vào trọng lượng phân tử. Dung môi tốt nhất cho LDPE là xylen,
toluen... Điều này giúp ích cho việc hòa tan PE để thực hiện các quá trình hóa học về

sau.
Độ bền hóa học: ở nhiệt độ thường PE bền với các axit HCL, H 2SO4, HCOOH,
CH3COOH, dung dịch kiềm, muối đặc... Cho đến nhiệt độ 60 nó ổn định dưới tác dụng
của dung dịch axit vô cơ, muối, kiềm đặc.

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

Độ bền khí quyển: Dưới tác dụng của oxy không khí, tia tử ngoại và nhiệt độ tính
chất PE xấu đi, hiện tượng này gọi là sự lão hóa PE.
Ngoài ra với các tính chất ưu điểm như: không độc, không mùi, chịu hóa chất tốt,
cách điện tốt, độ bám dính kém ... giúp PE trở thành loại polyme có nhiều ứng dụng
rộng rãi nhất.
Bảng 1. 1 Thông số cơ bản của PE [6]
Thông số
Tỉ trọng
Chỉ số chảy MFI( g/10 phút)
Độ cứng shore
Độ giãn dài (%)
Lực kéo đứt (kg/cm2)
Nhiệt độ chảy mềm ()
Độ kết tinh(%)
Độ hút ẩm trong 24 giờ

HDPE
0,95 – 0,96

0,1 – 20,0
60 - 65
200 - 400
220 - 300
120
85 - 95
< 0,01%

1.2.4 Ứng dụng của nhựa PE [7]
 Giấy cách điện, dây cáp và chi tiết điện, màng và tấm

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 7

LDPE
0,92 – 0,93
0,1 – 60,0
30 - 35
400 - 600
114 - 150
90
60 - 70
< 0,02%


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

Hình 1. 4 Một số sản phẩm từ nhựa PE

 Sản phẩm kháng dung môi và dầu nhớt: thùng chứa dung môi, chai lọ, bao bì...

Hình 1. 5 Một số sản phẩm từ nhựa PE
 Sản phẩm công nghiệp: két nước ngọt, két bia ( cần chất chống UV), nắp chai
(không cần chất chống UV)...

Hình 1. 6 Một số sản phẩm từ nhựa PE

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

1.3
Công nghệ sản xuất hạt nhựa masterbatch nhiệt dẻo (hạt compound nhiệt
dẻo) độn
1.3.1 Khái niệm, thành phần và ứng dụng của hạt compound nhiệt dẻo độn
CaCO3 (Thermo plastic CaCO3 filler masterbatch) [8]
Trên thế giới, để thuận tiện cho quá trình gia công người ta không sử dụng trực tiếp
bột CaCO3 (là một trong những chất độn phổ biến và có hiệu quả kinh tế cao nhất) cho
vào nhựa mà thường thông qua sản phẩm trung gian là bột CaCO 3 bọc nhựa (hạt nhựa
độn compound). Nhựa để sản xuất ra compound thường là HDPE (nhựa polyetylen tỷ
trọng cao), LDPE (nhựa polyetylen tỷ trọng thấp), PP (nhựa polypropylen). CaCO 3 là
thành phần độn quan trọng chiếm tỷ lệ lớn, được đưa vào cùng với các phụ gia khác
(chất giảm độ nhớt, chất hóa dẻo, chống oxi hóa, chống khuẩn, tăng cường liên kết
đôi…)
Hạt phụ gia nhựa nhiệt dẻo độn làm chất độn trong sản phẩm của nghành nhựa với
mục đích giảm giá thành trong sản xuất, giảm chi phí chất tạo màu trắng, tăng độ chịu

nhiệt, độ bền cho sản phẩm, ổn định về định hình, tăng khả năng in ấn lên sản phẩm…
Hạt phụ gia này được dùng trong sản xuất các sản phẩm ngành nhựa như: bao bì PE,
PP, màng mỏng PE, thanh định hình, đồ dùng bằng nhựa cao cấp, dây buộc, sản xuất
bằng công nghệ ép phun, ép đùn. Ứng dụng của chúng rất phong phú đa dạng từ các
sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao đến các sản phẩm dân dụng thông thường.
Phụ gia master batch hiện có rất nhiều loại đang được bán trên thị trường. Giá
thành của chúng đắt hơn nhiều so với các chất độn truyền thống và bí mật về công
nghệ, thành phần và màu sắc luôn được giữ kín. Với masterbatch là hỗn hợp trộn sẵn
có thể giảm vấn đề bị vón cục, phân tán kém của chất phụ gia và chất màu trong gia
công sản phẩm nhựa.
Masterbatch thường chứa trên 10% polyme nguyên sinh và từ 20-90% các chất
màu, phụ gia và chất độn. Chất màu bao gồm chất màu vô cơ, chất màu hữu cơ, chất
màu hữu hiệu. Các chất phụ gia gồm có phụ gia ổn định nhiệt, ổn định ánh sáng,
chống cháy, chống tĩnh điện, chất chống tạo khối, chất tạo mầm. Chất độn có thể là các
loại bột khoáng hoặc cốt độn.
Sản xuất hạt nhựa dẻo độn cần một quy trình công nghệ khá phức tạp và đòi hỏi
thiết bị chuyên dụng riêng vì hàm lượng độn (CaCO 3) sử dụng là rất lớn, gây ra mài
mòn thiết bị rất mạnh nếu không có thiết bị chuyên dụng. Ngoài ra, chất lượng sản
phẩm phụ thuộc chế độ công nghệ để tiến hành chế tạo ra sản phẩm trong đó bao gồm
2 thông số quan trọng: thông số thiết bị (tỷ lệ L/D, đường kính trục vít, các zone) và
các thông số công nghệ ( nhiệt độ các zone, áp suất đùn, tốc độ quay của trục vít, thời
gian lưu…) tất cả cần tối ưu hóa để cho sản phẩm với giá thành thấp, chất lượng cao
và giảm thiểu hao mòn thiết bị. Do đó, quá trình trộn, nóng chảy nhựa, đùn trải qua các
bước khác nhau nên suốt chiều dài lưu trong bồn trộn hợp, hỗn hợp nhựa - chất độn

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

trải qua các zone nhiệt độ khác nhau. Để phục vụ điều này, thiết bị trộn hợp - đùn được
chia ra làm nhiều buồng, mỗi buồng (zone) có nhiệt độ áp suất đùn khác nhau. Zone
đầu tiên là trộn tinh giữa nhựa và chất độn, nhiệt độ zone này thường thấp. Zone 2 là
quá trình nóng chảy polyme, nhiệt độ zone này thường cao xấp xỉ nhiệt độ nóng chảy
của polyme nền. Zone tiếp theo nhiệt độ được nâng cao lên để thúc đẩy quá trình trộn
được đồng nhất. Zone tiếp theo nhiệt độ sẽ hạ dần xuống… cứ như thế, mẫu sẽ làm
nguội dần đến khi ra đến bên ngoài thì zone ngoài cùng có nhiệt độ bằng nhiệt độ nóng
chảy của polyme hoặc thấp hơn vừa đảm bảo sự mềm dẻo của sợi để kéo mà cũng
không mềm quá vì khi đó sợi hay bị đứt.
1.3.2 Các chất độn trong công nghiệp
Chất độn là thành phần được thêm vào vật liệu nhằm mục đích tiết kiệm vật liệu.
Đồng thời để tăng thêm một số đặc tính cho vật liệu. Người ta đánh giá độn dựa trên
các đặc điểm sau:
 Tính gia cường cơ học.
 Khả năng chống lại hóa chất, môi trường, nhiệt độ.
 Phân tán tốt vào vật liệu.
 Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt.
 Thuận lợi tốt cho gia công.
 Giảm giá thành sản phẩm.
Tùy thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà người ta có thể chọn loại
vật liệu độn thích hợp. Có 2 dạng độn:
Chất độn dạng sợi: Đặc điểm của chất độn dạng sợi là có tính năng cơ lý cao hơn
dạng hạt, tuy nhiên dạng sợi có giá thành cao hơn, thường dùng để chế tạo các loại vật
liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi Bo, sợi cacbua silic…
Chất độn dạng hạt: Các chất độn dạng hạt thường được sử dụng là: Silica, CaCO 3,
độn khoáng, cao lanh, đất sét, bột talc hay graphite, carbon… khả năng gia cường cơ
tính của chất độn dạng hạt được sử dụng với mục đích sau:
 Giảm giá thành.

 Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt, điện, khả
năng chậm cháy đối với độn tăng cường.
 Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khi nhựa có độ nhớt cao.
 Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co ngót khi đóng rắn, che khuất sợi
trong cấu tạo tăng cường sợi, giảm tỏa nhiệt khi đóng rắn.
Trong công nghiệp, người ta thường đưa các chất độn vào để nâng cao tính chất cơ
lý và hạ giá thành sản phẩm. Mỗi loại chất độn với những hàm lượng thích hợp có thể
nâng cao một số tính chất nào đó của vật liệu. Vì vậy người ta chọn chất độn với hàm

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

lượng thích hợp tùy theo yêu cầu sản phẩm. Trong công nghệ sản xuất hạt nhựa nhiệt
dẻo độn, chất độn thường được sử dụng nhiều nhất là bột đá CaCO3.
1.3.3 Chất độn canxi cacbonat (CaCO3)
1.3.3.1 Giới thiệu về vật liệu CaCO3 [9]
Nguyên liệu từ đá phấn, đá vôi thường được nghiền nhỏ và được xử lý đến cỡ hạt
thích hợp để sử dụng làm chất độn. Bột CaCO3 là tập hợp các hạt có kích thước từ 110 µm, với hình dạng hạt đa dạng, người ta thường phân biệt CaCO3 làm hai loại:
 CaCO3 thiên nhiên được nghiền trực tiếp từ đá vôi.
 CaCO3 kết tủa, có được từ phản ứng của khí CO2 sục vào nước sữa vôi hoặc
phản ứng giữa dung dịch CaCl2 với dung dịch Na2CO3. Loại này thường cho độ
mịn và cực mịn.
Các chất độn CaCO3 sử dụng có nguồn gốc từ thiên nhiên làm tăng tính chịu môi
trường của vật liệu, đặc biệt là làm giảm giá thành do đó nó sử dụng rất rộng rãi.
CaCO3 được sử dụng làm chất độn trơ, hạ giá thành sản phẩm không đòi hỏi cơ tính
cao và không tiếp xúc với axit.

Khi sử dụng CaCO3 ở dạng siêu mịn nhưng chưa xử lý bề mặt thì nó có tác dụng
làm tăng cường tính chất cơ lý: độ dai, độ chịu va đập, độ cứng…
Các dạng thù hình của CaCO3
CaCO3 có ba dạng thù hình chính là Canxit, aragonit và vaerit. Trong đó dạng bền
và thông dụng nhất là Canxit còn dạng kém bền nhất là vaerit. Ở đây ta chú ý đến 2
dạng thù hình bền nhất của CaCO3 là Canxit và aragonit.
Bột đá nghiền CaCO3 (Ground Calcium Carbonate –GCC)
Từ đá vôi nghiền mịn cho sản phảm bột CaCO 3 gọi là bột đá nghiền. GCC là bột
mịn màu trắng, chúng được sử dụng trong xây dựng, làm chất độn trong các ngành
như cao su, nhựa, giấy…
 GCC có độ xốp thấp hay tỷ trọng cao nên gọi là bột nặng.
 GCC có kich thước chủ yếu phụ thuộc vào thiết bị nghiền và thường có kích
thước tương đối lớn (kích cỡ micromet).
Do GCC có kích thước tương đối lớn so với các vật liệu khác nên ngày càng ít
dùng hơn. Nhưng trong một số ngành không đòi hỏi khắt khe về mặt chất lượng của
CaCO3 người ta vẫn dùng GCC để giảm chi phí như: giấy carton, giấy báo, giấy bao
bì, cao su thường, vật liệu xây dựng…
Bột đá CaCO3 là chất độn tương đối trơ, khả năng phân tán thấp và hạt độn dễ bị co
cụm (kết tụ) lại. Một giải pháp cho vấn đề này là sử dụng tác nhân biến tính bề mặt hạt

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

độn. Các tác nhân sử dụng để biến tính bề mặt có thể là tác nhân hữu cơ hoặc tác nhân
vô cơ. Tác nhân hữu cơ thường được sử dụng là axit béo. Chúng được liên kết với bề
mặt CaCO3 ở dạng muối Canxi, các tác nhân này không bị tách ra ngay cả khi chiết

bằng dung môi. Tác nhân vô cơ thường là các oxit kim loại có liên kết π do khả năng
kết hợp của nó với nền hữu cơ. Các tác nhân hữu cơ hay vô cơ thì khi sử dụng cũng
đều có những ưu nhược điểm khác nhau.

Bột CaCO3 kết tủa (Precipitated calcium carbonate –PCC)
Giới thiệu về bột PCC
Canxicacbonat kết tủa hay còn gọi là bột nhẹ, là thành phần chính của đá vôi, tuy
nhiên bột PCC là sản phẩm của sự biến đổi của chính đá vôi sau một chu trình:
Đá vôi (CaCO3)

CaO + CO2

(1.1)

CaO + H2O

Ca(OH)2

(1.2)

Ca(OH)2 + CO2

CaCO3 + H2O

(1.3)

CaCl2 + Na2CO3

CaCO3 +

2NaCl

(1.4)

Ca(NO3)2 + Na2CO3

CaCO3 + NaNO3

(1.5)

Ca(OH)2 + Na2CO3

CaCO3 + NaOH

(1.6)

Sau khi tạo kết tủa CaCO3 thì đem lọc rửa đến trung tính ta được sản phẩm PCC.
Các phản ứng (1.4)-(1.6) chủ yếu dùng trong dược phẩm hay trong quá trình nghiên
cứu hoặc sản xuất bột PCC tinh khiết dùng cho sản xuất dược phẩm, còn trong công
nghiệp thì bột PCC được tổng hợp theo quy trình (1.1)-(1.3). Trong công nghiệp thì
bột CaCO3 kết tủa được ứng dụng nhiều hơn bột đá (GCC), do bột PCC có những tính
chất nổi trội hơn bột GCC. Sau đây là một số đặc điểm nổi bật của PCC so với GCC
 PCC có độ xốp cao hơn hay tỷ trọng thấp hơn GCC nên còn được gọi là bột
nhẹ.
 PCC có kích thước nhỏ hay lớn tùy theo công nghệ để có sự điều chỉnh cho phù
hợp nhu cầu.
 PCC có độ trắng cao hơn nhờ quá trình hóa học nên loại được một số oxit,
muối, tạp chất…

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

 PCC có diện tích bề mặt riêng cao hơn nên khả năng phân tán tốt hơn trong các
vật liệu sử dụng.
Tuy nhiên do PCC là chất vô cơ nên khi độn vào trong vật liệu khả năng phân tán
và liên kết với chất nền còn hạn chế. Để giải quyết vấn đề này ta tiến hành biến tính bề
mặt các hạt PCC bằng các tác nhân biến tính nhằm tạo ra những liên kết giữa chất độn
và vật liệu. Do PCC có những tính trội so với bột đá nên ngày càng được ứng dụng
nhiều trong công nghiệp. Khác với bột nặng (GCC), PCC được sản xuất theo một quy
trình hóa học. Có 3 phương pháp chính để sản xuất PCC đó là: cacbonat hóa, phương
pháp clorua canxi và phương pháp trao đổi sữa vôi. Trong đó phương pháp cacbonat
hóa được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp do các ưu điểm về công nghệ cũng
như nguyên liệu, giá thành.
Sơ đồ sản xuất bột PCC theo phương pháp cacbonat hóa đi từ nguyên liệu đầu là đá
vôi được thực hiên như sau:

Hình 1. 7 Sơ đồ sản xuất bột PCC theo phương pháp cacbonat hóa đi từ nguyên liệu
đầu là đá vôi
Quá trình nung vôi dùng cho sản xuất PCC rất cần sự ổn định chế độ nhiệt phân
hủy CaCO3 ở 9000C. Sự ổn định và phân hủy triệt để giúp cho việc hòa tan tạo sữa vôi
đạt hiệu suất cao; khí CO2 thoát ra có nồng độ cao được thu hồi để phản ứng với sữa
vôi (phản ứng cacbonat hóa) tạo ra CaCO3 kết tủa. Quá trình tôi vôi cũng có vai trò rất
quan trọng, phải tạo được sữa vôi có kích thước mịn, giúp cho sự hấp thụ CO 2 triệt để
do có diện tích bề mặt riêng lớn, đồng thời hạt sữa vôi mịn còn có vai trò làm Ca(OH) 2
phản ứng triệt để giảm độ kiềm của sản phẩm.
Phân loại theo bề mặt đặc trưng[9]

Cách phân loại này đơn giản hơn, nó chỉ gồm 2 loại là loại bột CaCO 3 kết tủa có
tính bề mặt và loại bột CaCO3 kết tủa không biến tính bề mặt.
Loại biến tính bề mặt là việc phủ bên ngoài bề mặt các hạt một lớp vỏ chất khác
nhau như các chất hữu cơ, chất vô cơ nhằm đưa lại cho bột CaCO 3 kết tủa một khả

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

năng liên kết tốt hơn với vật liệu mà người ta định sử dụng cùng bột CaCO 3 kết tủa.
Loại biến tính lại được chia ra làm nhiều loại khác.

Bảng 1. 2 Các loại bột CaCO3 kết tủa biến tính bề mặt
Loại biến tính

Hữu cơ

Vô cơ

Giá trị pH của dung dịch hòa
tan 10% CaCO3 trong dung môi
trung tính, nước cất

Tên gọi

6-6,5

Biến tính hữu cơ axit

7-7,5

Biến tính hữu cơ trung
tính

7,5-8,5

Biến tính hữu cơ kiềm

6-6,5

Biến tính vô cơ axit

7-7,5

Biến tính vô cơ trung
tính

7,5-8

Biến tính vô cơ kiềm

1.3.3.2 Phương pháp biến tính bề mặt hạt CaCO3 siêu mịn
Biến tính bề mặt CaCO3 siêu mịn bằng hữu cơ: theo những nghiên cứu trước, ta
tiến hành biến tính bằng axit stearic, các mẫu được tổng hợp có hàm lượng axit stearic
thay đổi từ 0%-4% khối lượng. Đầu tiên, CaCO 3 siêu mịn được chế tạo xong ở dạng
dung dịch huyền phù, tính toán hàm lượng CaCO 3 trong dung dịch từ số liệu đầu vào.
Chuẩn bị dung dịch natri stearat. Lấy 1000 ml dung dịch này cho vào bình phản ứng,

lượng phụ gia natri stearat được cho vào dung dịch với hàm lượng 0%-4%. Bình phản
ứng được khuấy trộn với tốc độ khoảng 1000-1200 vòng/phút trong 3 phút trước khi
hỗn hợp khí N2 và CO2 được sục vào. Tốc độ sục khí là 3ml/phút trong đó CO 2 chiếm
33% thể tích hỗn hợp. Khi dung dịch huyền phù CaCO 3 có pH=7 thì dừng sục khí và
khuấy trộn, sản phẩm đem lọc hút chân không, sấy khô và nghiền mịn. Sơ đồ quy trình

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

thể hiện ở hình dưới đây và sản phẩm cuối cùng là bột CaCO 3 siêu mịn được biến tính
bề mặt bằng stearat kí hiệu: nPCC –st.

Hình 1. 8 Sơ đồ tổng hợp n-PCC-st

Hình 1. 9 Sơ đồ tổng hợp nano CaCO3/SiO2

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

Biến tính bề mặt CaCO3 siêu mịn bằng vô cơ: Đầu tiên bột nano CaCO3 được hòa
vào nước để tạo nên dạng huyền phù, sau đó đưa nhiệt độ của bình lên 50 oC, cho phụ
gia Na2SiO3 vào (hàm lượng SiO2 so với CaCO3 là 10% về khối lượng). Để khuấy và

giữ hệ phản ứng trong vòng 30 phút và cho dung dịch HCl 20% để điều chỉnh pH=7,
vật liệu tạo thành được lọc, rửa và sấy khô đến khối lượng không đổi sẽ thu được
CaCO3/SiO2 ở dạng bột mịn. Sau đây là sơ đồ tổng hợp CaCO 3/SiO2 theo phương pháp
này.
 Nếu như CaCO3 biến tính bề mặt hữu cơ để cải thiện khả năng phân tán của
chúng trong bề mặt nhựa nhiệt dẻo thì bột CaCO 3 biến tính bề mặt vô cơ lại
mang tác dụng khác như cải thiện tính năng cơ lý của nhựa như độ cứng, độ mài
mòn…
1.3.4 Axit stearic [3]
Là axit béo no gồm 18 cacbon và có tên IUPAC axit octadecanoic. Là chất rắn
dạng sáp, công thức phân tử là C18H36O2, công thức cấu tạo CH 3-(CH2)16-COOH. Tên
của nó xuất phát từ tiếng Hy Lạp στέαρ “ stéar ” , có nghĩa là mỡ động vật. Các muối
và este của axit stearic được gọi là stearat . Axit stearic là một trong những axit béo no
phổ biến nhất trong tự nhiên sau axit palmitic .

Hình 1. 10 Axit stearic.

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2018

GVHD: PGS.TS Nguyễn Huy Tùng

Hình 1. 11 Cấu tạo của axit stearic
Axit stearic phổ biến trong tự nhiên dưới dạng este của glyxerin và một số rượu
khác có nhiều trong mỡ động vật và dầu thực vật dưới dạng este, nhưng hàm lượng
trong mỡ động vật (30%) cao hơn trong dầu thực vật (<5%).
Axit stearic được sản xuất bằng cách xử lý mỡ động vật với nước ở nhiệt độ và áp
suất cao. Nó cũng có thể lấy từ quá trình hidro hóa các axit béo không no có trong dầu

thực vật. Axit stearic thông thường là hỗn hợp của axit stearic và axit palmitic. Thường
axit stearic được phân ra làm axit stearic 101, axit stearic 301 và axit stearic 401. Axit
stearic 401 là loại được dùng phổ biến nhất hiện nay.
Tính chất:
Dạng rắn, màu trắng tới hơi vàng, có mùi gần giống mùi nến, tan rất ít trong nước,
tan trong các dung môi ít phân cực như: ancol, ete, cloroform, cacbon disunfua…, dễ
cháy, không độc.
-

Khối lượng phân tử:
Khối lượng riêng:
Điểm nóng chảy:
Điểm sôi:
Độ hòa tan trong nước:

-

Độ hòa tan trong ethanol:

-

Độ hòa tan trong diclometan:
Chiết suất (nD):

284,47724 g/mol
0,847 g/cm3 ở 70oC
69,6 oC (342,8 K; 153,3 oF)
383 °C (656 K; 721 °F )
0,003 g/l ở 20 oC
0,34 g/l ở 25 oC

9
g/l ở 10 oC
20 g/l ở 20 oC
3.58 g/l ở 25 oC
1,4299

Ứng dụng:
Axit stearic được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

SVTH: Nguyễn Phan Việt-20134586 Trang 17