NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ BIẾN ĐỔI BỀ MẶT MỘT SỐ KHOÁNG CHẤT ĐẾN TƯƠNG TÁC PHA VÀ TC CƠ LÝ CỦA VL TỔ HỢP TRÊN CS NHỰA NỀN POLYPROPYLEN LUẬN ÁN TIẾN SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Nguyễn Việt Dũng

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ BIẾN ĐỔI BỀ MẶT
MỘT SỐ KHỐNG CHẤT ĐẾN TƯƠNG TÁC PHA
VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP
TRÊN CƠ SỞ NHỰA NỀN POLYPROPYLEN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Hà Nội – 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

Nguyễn Việt Dũng

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ BIẾN ĐỔI BỀ MẶT

MỘT SỐ KHỐNG CHẤT ĐẾN TƯƠNG TÁC PHA
VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP
TRÊN CƠ SỞ NHỰA NỀN POLYPROPYLEN

Chuyên ngành: Vật liệu Cao phân tử và tổ hợp
Mã số: 9.44.01.25

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Ngô Kế Thế

Hà Nội – 2020


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 4
1.1. Nhựa nhiệt dẻo PP ................................................................................................. 4
1.1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................ 4
1.1.2. Điều chế và cấu trúc phân tử ......................................................................... 7
1.1.3. Quá trình kết tinh, cấu trúc và thành phần pha ............................................... 8
1.1.4. Tính chất vật lý và hóa học........................................................................... 10
1.1.5. Ứng dụng ..................................................................................................... 11
1.2. Vật liệu compozit trên cơ sở PP với chất độn dạng hạt ................................... 12
1.2.1. Ảnh hưởng của chất độn dạng hạt đến quá trình kết tinh và cấu trúc tinh thể

của PP ........................................................................................................................... 13
1.2.2. Tương tác ở bề mặt phân chia pha và sự tồn tại của lớp polyme chuyển pha
....................................................................................................................................... 16
1.2.3. Quá trình xử lý bề mặt chất độn gia cường cho vật liệu PP ........................ 19
1.3. Những nghiên cứu gần đây trên thế giới về vật liệu compozit PP với các chất
độn dạng hạt ............................................................................................................... 24
1.3.1. Compozit PP/hạt thủy tinh ........................................................................... 24
1.3.2. Compozit PP/CaCO3 .................................................................................... 27
1.3.3. Compozit PP/talc ......................................................................................... 30
1.4. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn và ứng dụng của nó
để xác định tính linh động phân tử trong vật liệu compozit PP ............................ 32
1.4.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn ........................... 32
1.4.2. Ứng dụng ss-NMR phân tích cấu trúc PP ................................................... 35
1.5. Những nghiên cứu ở trong nước ........................................................................ 37
Chương 2. THỰC NGHIỆM .................Tsui, C.P.; Tang, C.Y.; Lee, T.C. Finite element analysis of polymer composites
filled by interphase coated particles. J. Mater. Process. Technol., Vol. 117, 2001,
105–110.

[29]

Liang, J.Z.; Li, R.K.Y.; Tjong, S.C. Effects of filler content and size on dropweight dart impact fracture behaviour of glass bead-filled polypropylene
composites. J. Thermoplast. Compo. Mater., Vol. 13, 2000, 241–245.

[30]

Liang, J.Z.; Li, R.K.Y. Brittle-ductile transition in polypropylene filled with glass
beads. Polymer, Vol. 40, 1999, 3191–3195.

[31]

Liang, J.Z.; Li, R.K.Y. Mechanical properties and morphology of glass-bead filled
polypropylene composites. Polym. Composite, Vol. 19, 1998, 699–703.

[32]

Dubnikova, I.L.; Berezina, S.M.; Oshmyan, V.G.; Kuleznev, V.N. Effect of
interfacial adhesion on the deformation behaviour and toughness of particulatefilled polypropylene. Polym. Sci. Ser. A, Vol. 45, 2003, 873–884.


108

[33]

Liang, J.Z. Impact fracture toughness of hollow glass bead filled polypropylene. J.
Mater. Sci., Vol. 42, 2007, 841–846.

[34]

Davies, L.C.; Sothern, G.R.; Hodd, K.A. Pulverized fuel ash, its use as filler for
polyolefins. Part2: Coupling agents and a comparison with Ballotini. Plast.
Rubber Process. Appl. Vol. 5, 1985, 9–14.

[35]

Arencón, D.; Velasco, J.I.; Realinho, V.; Sánchez-Soto, M.A.; Gordillo, A.
Fracture toughness of glass microsphere filled polypropylene and
polypropylene/poly(ethylene
terephthalate-coisophthalate)
blend-matrix
composites. J. Mater. Sci. Vol. 42, 2007, 19–29.

[36]

Li, D.; Zheng, W.; Qi, Z. The J-integral fracture toughness of PP/CaCO3
composites. J. Mater. Sci. Vol. 29, 1994, 3754–3758.

[37]

Pukánszky, B.; Maurer, F. H. J. Composition dependence of the fracture toughness
of heterogeneous polymer systems. Polymer, Vol. 36, 1995, 1617–1625.

[38]

Zuiderduin, W.C.J.; Westzaan, C.; Huetink, J; Gaymans, R.J. Toughening of
polypropylene with calcium carbonate particles. Polymer, Vol. 44, 2003, 261–
275.

[39]

Zebarjad, S.M., Tahani, M., Sajjadi, S.A. Influence of filler particles on
deformation and fracture mechanism of isotactic polypropylene. J. Mat. Process.
Technol., Vol. 155, 2004, 1459–1464.

[40]

Leong, Y.W.; Abu Bakar, M.B.; Ishak, Z.A.M.; Ariffin, A.; Pukánszky, B.
Comparison of the mechanical properties and interfacial interactions between
talc, kaolin, and calcium carbonate filled polypropylene composites. J. Appl.
Polym. Sci. Vol. 91, 2004, 3315–26.

[41]

Jančář, J.; Di Benedetto, A.T.; Di Anselmo, A. Effect of adhesion on the fracture
toughness of calcium carbonate-filled polypropylene. Polym. Eng. Sci., Vol. 33,
1993, 559–63.

[42]

Gong, G.; Xie, B.-H.; Yang, W.; Li, Z.-M.; Zhang, W.-Q.; Yang, M.-B. Essential
work of fracture (EWF) analysis for polypropylene grafted with maleic anhydride
modified polypropylene/calcium carbonate composites. Polym. Testing, Vol. 24,
2004, 410–417.

[43]

Gong, G.; Xie, B.-H.; Yang, W.; Li, Z.-M.; Lai, S.-M.; Yang, M.-B. Plastic
deformation behaviour of polypropylene/calcium carbonate composites with and
without maleic anhydride grafted polypropylene incorporated using the essential
work of fracture method. Polym. Testing Vol. 25, 2006, 98–106.

[44]

Meng, M.R.; Dou, Q. Effect of filler treatment on crystallization, morphology and
mechanical properties of polypropylene/calcium carbonate composites. J.
Macromol. Sci. Part B: Phys. Vol. 48, 2009, 213–225.

[45]

Kucera, J.; Nezbedova, E. Poly(propylene) with micro-fillers—the way of
enhancement of toughness. Polym. Adv. Technol. Vol. 18, 2007, 112–116.

[46]

Wang, Y.; Huang J.-S. Single screw extrusion compounding of particulate filled
thermoplastics: State of dispersion and its influence on impact properties. J. Appl.
Polym. Sci. Vol. 60, 1996, 1179–1191.


109

[47]

Thio, Y.S.; Argon, A.S. Toughening of isotactic polypropylene with CaCO3
particles. Polymer Vol. 43,2002, 3661–3674.

[48]

Yang, K.; Ya, Q.; Li, G.; Sun, J.; Feng, D. Mechanical properties and
morphologies of polypropylene with different sizes of calcium carbonate particles.
Polym. Composite. Vol. 27, 2006, 443–450.

[49]

Fekete, E.; Molnár, S.Z.; Kim, G.-M.; Michler, G.-H.; Pukánszky, B. Aggregation,
fracture initiation of PP/CaCO3 composites. J. Macromol. Sci., Part B: Phys. Vol.
38, 1999, 885–899.

[50]

Wang, Y.; Lee, W.-C. Interfacial interactions in calcium carbonate-polypropylene

composites. 2: Effect of compounding on the dispersion and the impact properties
of surface-modified composites. Polym. Composite Vol. 25, 2004, 451–460.

[51]

Hutar, P.; Majer, Z.; Nahlik, L.; Shestakova, L.; Knesl, Z. Influence of particle size
on the fracture toughness of a PP-based particulate composite. Mech. Compos.
Mater., Vol. 45, 2009, 281–286.

[52]

Velasco, J.I.; de Saja, J.A.; Martínez, A.B. Fracture behaviour of untreated and
silane-treated talc-filled polypropylene composites. Fatigue Fract. Eng.
Materi.Struct., Vol. 20, 1997, 659–670.

[53]

Shelesh-Nezhad, K.; Taghizadeh, A. Shrinkage behaviour and mechanical
performances of injection moulded polypropylene/talc composites. Polym. Eng.
Sci. Vol. 47, 2007, 2124–2128.

[54]

Maiti, S.N.; Sharma, K.K. Studies on polyproylene composites filled with talc
particles: 1. Mechanical properties. J. Mater. Sci. Vol. 27, 1992, 4605–4613.

[55]

Leong, Y.W.; Abu Bakar, M.B.; Ishak, Z.A.M.; Ariffin, A.; Pukánszky, B. J.
Appl. Polym. Sci. Vol. 91, 2004, 3315–3326.

[56]

Svehlova, V.; Poloucek, E. Mechanical properties of talc-filled polypropylene:
Influence of filler content, filler particle size and quality of dispersion. Angew.
Makromol. Chem., Vol. 214, 1994, 91–99.

[57]

Wah, C.A.; Choong, L.Y.; Neon, G.S. Effects of titanate coupling agent on
rheological behaviour, dispersion characteristics and mechanical properties of
talc filled polypropylene. Eur. Polym. J., Vol. 36, 2000, 789–801.

[58]

Kim. J.S.; Choi, M.A.; Park, T.W.; Kim, D. Mechanical properties of talc-filled
polypropylene: Coupling agent effect. Polymer-Korea, Vol. 24, 2000, 770–776.

[59]

Denac, M.; Musil, V.; Smit, I.; Ranogajec, F. Effects of talc and gamma
irradiation on mechanical properties of isotactic polypropylene/talc composites.
Polym. Degrad. Stabil., Vol. 82, 2003, 263–270.

[60]

C. A. Fyfe, Solid State NMR for Chemist. CFC Press, Guelph, Ontario, Canada,
1983.

[61]

Erica Rude , Marie-Pierre G Laborie, Carbon-13 Cross-Polarization MagicAngle-Spinning Nuclear Magnetic Resonance Investigation of the Interactions
Between Maleic Anhydride Grafted Polypropylene and Wood Polymers, J. Am.
Chem. Soc. Vol. 62(5), 2008, 563-568.


110

[62]

P.-J. Chu, M. J. Potrzebowski, A. I. Scott, Y. Gao, Conformational studies of Nbenzoyl-L-phenylalanine by combined rotation and multiple-pulse spectroscopy
proton nuclear magnetic resonance, J. Am. Chem. Soc., Vol. 112, 1990, 881-883.

[63]

S. P. Brown, Applications of high-resolution 1H solid-state NMR, Solid State Nucl.
Magn. Reson., Vol. 41, 2012, 1–27.

[64]

T. Kobayashi, K. Mao, P. Paluch, A. Nowak-Król, J. Sniechowska, Y. Nishiyama,
D. T. Gryko, M. J. Potrzebowski, M. Pruski, Study of intermolecular interactions
in the corrole matrix by solid-state NMR under 100 kHz MAS and theoretical
calculations, Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 52, 2013, 14108–14111.

[65]

B. Lotz, J.C. Wittmann, A.J. Lovinger, Structure and morphology of
polypropylenes: a molecular analysis, Polymer, Vol. 37, 1996, 4979-4992.

[66]

J. Karger-Kocsis, How does “phase transformation toughening” work in
semicrystalline polymers? Polym. Eng. Sci. Vol. 36, 1996, 203-210.

[67]

A. Bunn, M.E.A. Cudby, R.K. Harris, K.J. Packer, B.J. Say, High resolution 13C
NMR spectra of solid isotactic polypropylene, Polymer, Vol. 23, 1982, 694-698.

[68]

Marina H. Ishizaki , Paula de M. C. Maciel , Leila L. Y. Visconte , Cristina R. G.
Furtado & Jean L. Leblanc. Solid State NMR Study of Polypropylene Composites
Filled with Green Coconut Fiber, International Journal of Polymeric Materials,
Vol. 58, 2009, 267–277.

[69]

O. Policianova, J. Hodan, J. Brus, J. Kotek, Origin of toughness in
betapolypropylene: the effect of molecular mobility in the amorphous phase,
Polymer, Vol. 60, 2015, 107-114.

[70]

Nguyen Giang Vu, Thai Hoang, Huynh Mai Duc, Tran Trung Huu, Van Do Cong,
Vu Tuan Manh, Tran Lam Dai, Polypropylene/TiO2 Nanocomposites: Study on
mechanical structural Properties. Advanced Science Letters, Vol. 19(3), 2013, Tr.
839-844.

[71]

Thái Hoàng, Tổng hợp và đặc trưng vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa PP và
hạt nano BaSO4, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ, T. 50(1B), 2012, Tr. 264-273.

[72]

Thái Hồng, Nguyễn Vũ Giang, Nguyễn Thúy Chinh, Nghiên cứu chế tạo vật liệu
compozit trên cơ sở polypropylen và tro bay ở trạng thái nóng chảy. Tạp chí Khoa
học và Cơng nghệ Vol. 49(3), 2011, tr. 79-85.

[73]

Đàm Thị Thu Loan, Nghiên cứu cải thiện tính năng của vật liệu composite sợi
đay/nhựa polypropylene bằng phương pháp biến tính nhựa nền. Tạp chí Khoa học
và Công nghệ, ĐH Đà Nẵng, số 1(36), 2010, tr. 28-35.

[74]

Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Phạm Duy Linh, Đào Minh Anh. Nghiên cứu ảnh hưởng
của xử lý bề mặt sợi tre bằng anhidrit axetic đến tính chất kéo của vật liệu polyme
compozit trên cơ sở nhựa polypropylen. Tạp chí hoa học, T. 43(4), 2005, Tr. 479483,.

[75]

Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân, Phạm Xuân Khải, Nghiên cứu quá trình xử lý bề
mặt sợi tre bằng acrylonitril (AN) và tính chất của vật liệu polyme compozit trên
cơ sở nhựa polypropylen gia cường bằng sợi tre. Tạp chí hoa học, T. 43(5), 2005,
tr. 590-594,.

111

[76]

Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Phạm Duy Linh, Phạm Gia Huân. Nghiên cứu chế tạo
polyme compozit trên cơ sở polypropylen gia cường bằng sợi tre ngắn và sản
phẩm của chúng. Tạp chí hoa học, T. 43(2), 2005, Tr. 223 – 227,.

[77]

Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân. Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit
trên cơ sở nhựa polypropylen gia cường bằng hệ sợi lai tạo tre-, luồng, -thủy tinh,
Tạp chí hóa học, T. 41(3), 2003, tr. 49-53.

[78]

Phan Thị Minh Ngọc, Trần Vĩnh Diệu, Nguyến Thúy Hằng. Ảnh hưởng của chất
trợ tương hợp polypropylen-ghép anhydrit maleic đến tính chất cơ học của vật
liệu polypropylen compozit bằng mat tre, Tạp chí hóa học, T. 45(5A), 2007, tr.7784.

[79]

Phan Thị Minh Ngọc, Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Minh Thu, Lương Thái Sơn,
Nghiên cứu ảnh hưởng của q trình axetyl hóa sợi luồng bằng anhydrit axetic
đến độ bền kéo của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa PP, Tạp chí Hóa học, T.
43(4), 2005, tr.484 – 488.

[80]

Ngơ Kế Thế, Nguyễn Việt Dũng, Nguyễn Văn Thủy, Zdenek Krulis. Nghiên cứu
gia tăng tính chất vật liệu compozit pp/sericit bằng các hợp chất silan. Tạp chí
Khoa học và Cơng nghệ, T. 50(1A), 2012, Tr. 248-255.

[81]

Ngô Kế Thế, Nguyễn Việt Dũng, Ngơ Trịnh Tùng. Nghiên cứu biến đổi bề mặt
khống sericit bằng 3-aminopropyltrimetoxysilan. Tạp chí Hóa học, T.47 (6B),
2009, Tr. 31-36.

[82]

Ngơ Kế Thế, Nguyễn Việt Dũng, Nguyễn Văn Thủy, Nguyễn Thị Ngọc Tú, Vũ
Ngọc Hùng, Ngô Đức Tùng. Nghiên cứu biến đổi bề mặt khoáng talc bằng các
hợp chất silan. Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ, T. 50(1A), 2012, Tr. 241 - 247.

[83]

Zhi Cao, Michael Daly, Lopez Clémence, Luke M. Geever, Ian Major, Clement L.
Higginbotham, Declan M. Devine, Chemical surface modification of calcium
carbonate particles with stearic acid using different treating methods, Applied
Surface Science, Vol. 378, 2016, 320–329.

[84]

S. Mihajlovic, S. Zivko, D. Aleksandra, V. Dusica, J. Vladimir, S. Jovica, Surface
properties of natural calcite filler treated with stearic acid, Ceram. Silikaty, Vol.
53, 2009, 268–275.

[85]

W. Chengyu, S. Ye, Z. Xu, P. Yan, B. Hari, W. Zichen, Synthesis of hydrophobic
CaCO3 nanoparticles, Mater. Lett. Vol. 60, 2005, 854–857.

[86]

Suellem Barbosa Cordeiroa, Maria de Fátima Vieira Marques. Natural Nanotubes
Reinforcing Heterophasic Polypropylene. Materials Research. Vol. 18(2), 2015,
267-273.