Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Lời cảm ơn Khoá luận thực phòng polyme chức năng, Viện Hoá học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo Lê Cao Khải nhiệt tình, tận tâm hướng dẫn em suốt trình thực khoá luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn bày tỏ lòng kính trọng tới T.S Ngô Trịnh Tùng, Viện Hoá học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành khoá luận tốt nghiệp Trong trình thực khoá luận tốt nghiệp, lần đầu tiến hành nghiên cứu nên không tránh khỏi sai sót Vì vậy, em mong nhận góp ý, bảo thầy cô bạn sinh viên quan tâm Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Hoàng Thị Hoa SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Lời cam đoan Trong trình thực đề tài khoá luận: “Nghiên cứu nâng cao độ bền lão hoá vật liệu poly propylen (PP)”, xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu, số liệu trình bày khoá luận hoàn toàn trung thực, không trùng với kết tác giả khác Tác giả: Hoàng Thị Hoa SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng MỤC LỤC Trang đặt vấn đề Chương tổng quan 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Vật liệu polyme 1.1.2 Vật liệu poly propylen (PP) 1.1.2.1 Tính chất 1.1.2.2 Sản xuất 1.1.2.3 Giới thiệu số vật liệu sản xuất từ PP 1.2 Tổng quan lão hoá vật liệu polyme 1.2.1 Cơ chế trình lão hoá 1.2.2 Khái niệm chất chống lão hoá trình oxy hoá- 10 quang hoá 1.2.2.1 Chất chống oxy hoá nhiệt 10 1.2.2.2 Chất chống quang hoá 18 Chương 2: Thực nghiệm 22 2.1 Nguyện liệu, hoá chất 22 2.2 Chế tạo phương pháp khảo sát mẫu 23 Chương 3: Kết thảo luận 25 3.1 Xác định nhiệt độ gia công 25 3.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất chống oxy hoá 25 nhiệt đến lão hoá nhiệt PP 3.3 Khảo sát ảnh hưởng chất chống tia UV đến khả lão 29 hoá PP Kết luận 33 Tài liệu tham khảo 34 SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Đặt vấn đề Với phát triển mạnh mẽ kinh tế, nhu cầu sử dụng vật liệu polyme Việt Nam ngày tăng cao Trong năm gần đây, nhu cầu tiêu thụ vật liệu polyme Việt Nam đạt khoảng triệu Trong số loại polyme thông dụng, vật liệu poly propylen (PP) đóng vai trò quan trọng có nhu cầu sử dụng lớn Ưu điểm PP so với loại vật liệu polyme khác có giá thành tương đối rẻ đồng thời có tính chất lý cao Vì vậy, người ta thấy vật liệu PP sử dụng tương đối rộng rãi từ sản phẩm nhựa dùng gia đình, bao bì, màng polyme đến thiết bị kỹ thuật cao Tuy nhiên, giống loại vật liệu polyme khác, vật liệu PP chịu lão hóa thời gian sử dụng tác động nhiệt độ, tia cực tím Quá trình lão hóa vật liệu làm suy giảm tính chất vật liệu dẫn đến thời gian sử dụng vật liệu bị ngắn đi, chí làm giảm khả ứng dụng vật liệu Vì vậy, nghiên cứu chống lão hóa cho vật liệu polyme nhà khoa học giới Việt Nam quan tâm từ lâu Do lựa chọn đề tài “Nghiên cứu nâng cao độ bền lão hoá vật liệu poly propylen (PP)” làm đề tài nghiên cứu cho khóa luận Trong đề tài này, chế lão hóa vật liệu polyme, đặc biệt PP tác động số yêu tố nhiệt độ, tia UV nghiên cứu khảo sát SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Chương 1: Tổng quan 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Vật liệu polyme Các hợp chất polyme hợp phần nhiều loại vật liệu, sử dụng rộng rãi nhiều ngành kĩ thuật Một số loại vật liệu quan trọng: Chất dẻo: có tính chất chung nhẹ, có loại xốp, nhẹ, bền mặt học, số loại bền mặt hoá học, cách điện, cách nhiệt, cách âm tốt Một số chất dẻo có độ cứng cao lại suốt thuỷ tinh Vì ứng dụng rộng rãi kinh tế đời sống Tơ sợi: Dạng sợi dai nhỏ với độ bền định Dệt vải may mặc loại, lưới đánh cá, may, khâu y khoa, dây thừng chịu lực cho tàu thuyền , người leo núi … Cao su: Vật liệu phân tử có tính đàn hồi cao, tính học tốt, dùng cho ngành kỹ thuật, công nghệ chế tạo lốp ôtô, xe máy, máy bay cho ngành hàng không Việt Nam Keo dán: Là chất hay hỗn hợp chất dính để gắn kết bề mặt vật thể lại với nhờ tượng bám kết tượng cố kết Các loại keo da trâu từ da súc vật, keo casein từ sữa, hồ tinh bột từ tinh bột để dán gỗ, vải, giấy… Vật liệu compozit: Có nhiều tính chất ưu việt bền nhẹ, tuổi thọ cao, bền với môi trường nước biển, không nhiễm từ, cách điện, độ dẫn điện thấp so với kim loại đơn giản sử dụng, sửa chữa nên ứng dụng phong phú đời sống kỹ thuật, từ sản phẩm đơn giản bồn tắm, thùng chứa nước …đáp ứng yêu cầu đặc biệt ôtô, tàu thuỷ, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng 1.1.3 Vật liệu poly propylen (PP) Danh pháp IUPAC: poly (1-metyletylen) Tên khác: poly propylen, poly propen [USAN] : propen polyme, propylen polyme, 1-propen homopolyme Nhận dạng: Số CAS: 9003-07-0 CTPT: (C3H6)n Tỷ trọng: PP vô định hình: 0,85 g/cm3 PP tinh thể: 0,95 g/cm3 Độ giãn dài: 250 - 700 % Độ bền kéo: 30 – 40 N/mm2 Độ dai va đập: 3,28 - 5,9 KJ/m2 Điểm nóng chảy  1650C 1.1.3.1 Tính chất Đặc tính: Tính bền học cao (bền xé bền kéo đứt), đứng vững, không mềm dẻo PE không bị kéo giãn dài chế tạo thành sợi Đặc biệt, khả bị xé rách dễ dàng có vết thủng nhỏ Trong suốt, độ bóng bề mặt cao, cho khả in ấn cao, nét in rõ PP không màu, không mùi, không vị, không độc, PP cháy với lửa màu xanh nhạt, có dòng chảy dẻo, có mùi cháy gần giống với mùi cao su Chịu nhiệt độ cao 1000C, nhiên nhiệt độ làm dán mí (thân) bao bì PP (1400C) cao so với PE nên thường dùng PP làm lớp Có tính chất chống thấm nước, oxy, dầu mỡ khí khác SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Có cấu trúc điều hoà lập thể, chất rắn tinh thể, có số lý cách điện cao, khối lượng phân tử khoảng 60.000 đvC, nhiệt độ nóng chảy t0nc = 164 - 1700C, tỉ khối 0,92g/cm3 Nó bền với axit, kiềm, dầu mỡ nhiệt độ cao nhiệt độ thường, không tan dung môi nào, nhiệt độ cao 800C tan hyđrôcacbon thơm parafin clo hoá Công dụng: Dùng làm bao bì lớp chứa đựng, bảo quản thực phẩm, không yêu cầu chống oxy hoá cách nghiêm ngặt Tạo thành sợi dệt, thành bao bì đựng lương thực, ngũ cốc, có số lượng lớn PP sản xuất dạng màng phủ màng nhiều lớp để tăng tính chống thấm khí, nước, tạo khả in ấn cao, dễ xé rách, để mở bao bì (do có tạo sẵn vết đứt) tạo độ bóng cho bao bì Kí hiệu: Trên sản phẩm sử dụng nguyên liệu từ PP ký hiệu số đặt hình tam giác cân 1.1.3.2 Sản xuất PP sản xuất phương pháp trùng hợp gốc, không điều chế PP phân tử khối lớn PP tác dụng hệ xúc tác Ziegler – Natta + nCH2 = CH TiCl Al(C H ) CH3 (– CH2 – CH – )n CH3 Ngày có nhà máy Dung Quất sản xuất PP với công suất 150 nghìn sản phẩm năm Phân xưởng sử dụng nguyên liệu khí propylen nhà máy lọc dầu Dung Quất để tái chế thành hạt nhựa PP đạt SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng tiêu chuẩn khu vực quốc tế phục vụ sản xuất mặt hàng nhựa dân dụng, công nghiệp ô tô Để tạo nhiều mẫu hàng dệt từ nguyên liệu PP như: chăn, thảm, quần áo, bít tất, màm rèm v.v khẳng định khả sử dụng nguyên liệu PP có lợi việc thay dạng nguyên liệu nhập khác Vì vậy, cần xác lập phương pháp quy trình công nghệ thích hợp để đưa nguyên liệu vào sản xuất dây chuyền công nghệ có sẵn nước Giới thiệu số vật liệu sản xuất từ PP * Vải địa kỹ thuật Vải địa kỹ thuật (VĐKT) sản phẩm dệt cán từ sợi polyme ứng dụng nhiều sống kỹ thuật Nó không làm tăng khả làm việc mà giảm giá thành cấu trúc dốc, đường ô tô, đường tầu hoả, cấu trúc xây dựng, thoát khí nước việc chôn lấp rác thải, công trình thuỷ lợi, hồ nuôi trồng thuỷ sản Hơn nữa, VĐKT sử dụng dễ dàng nơi điều kiện thi công khó khăn sử dụng số loại vật liệu truyền thống + Vật liệu làm VĐKT poly propylen, poly etylen, polyeste, polyolefin, poly amit hay poly unyliden clorit Trong chủ yếu từ polyeste poly propylen Mỗi loại polyme trền có tính chất riêng, tuỳ thuộc vào yêu cầu độ bền môi trường đất mà sử dụng Sau số đặc trưng quan trọng hai loại polyme làm vật liệu cho VĐKT Tính chất Polyeste Polypropylen Tỷ trọng 1,36 0,9 Nhiệt độ nóng chảy 247-254OC 160-188OC Bền hoá học Rất tốt Rất tốt SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá Khoá luận tốt nghiệp đại học Bền tia tử ngoại Rất tốt GV: TS Ngô Trịnh Tùng Tốt (ổn định) * Các chức vải địa kỹ thuật - Chức phân tách - Chức lọc - Chức thoát nước, thoát khí - Chức gia cường - Chức bảo vệ hay lót - Chức ngăn ẩm - Chức chống thấm nước chất lỏng * ứng dụng vải địa kỹ thuật - Gia cường cho lớp đất chưa lát - Gia cường cho đường lát - Chống sói mòn - Lắng đọng - Thoát nước lớp bề mặt - Hệ thống gia cường chống lở - Hệ thống chứa chất thải * Nguyên liệu PP: Nhựa PP – RCT - Nhựa PP-RCT: nghiên cứu phát triển từ PP Radom Copolymer Type 3, nguyên liệu độc quyền giới tập đoàn Borouge, tập đoàn hàng đầu giới việc nghiên cứu phát triển sản phẩm nguyên liệu nhựa Châu Âu, khác biệt PP-RCT với chất liệu PP-R chỗ  Cấu trúc tinh thể: (Crystalline Structure) nên khả chịu va đập, áp lực tốt PP-R  Tăng cường khả chịu nhiệt SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng  Vật liệu công nghệ PP-RCT đời thời gian vừa qua tăng tuổi thọ công trình cách đáng kể, dễ dàng trình lắp đặt sử dụng  Thành ống mỏng đảm bảo tiết kiệm chi phí đầu tư đảm bảo độ chịu áp tốt tăng lưu lượng nước truyền tải  Tiết kiệm 30% chi phí so với ống PP-R thông thường thị trường  ống hàn nhiệt PP-RCT cho phép sử dụng tỷ lệ ống đường kính nhỏ so với công trình xây dựng khả chịu áp tốt so với ống PP-R thông thường khác  Thí nghiệm thử độ bền sản phẩm: 5.0 MPa 70OC với độ bền 50 năm  Yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn EN ISO 15874, DIN 8077/8078 hay điều kiện tiêu chuẩn khác  Các phụ kiện ren đồng làm từ nguyên liệu đồng cao áp không pha nhiều tạp chất nên đảm bảo độ vệ sinh độ bền sản phẩm  Lắp đặt vận chuyển dễ dàng * Vật liệu polyme nanocompozit từ PP nanoclay I44PA: Vật liệu polyme nanocompozit từ PP nanoclay I44PA chế tạo trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Các nghiên cứu nhiễu xạ rơn ghen (XRD) cho thấy hình thành cấu trúc nano dạng xen kẽ, đồng thời có biến đổi cấu trúc tinh thể poly propylen nano clay compozit (PPNC) so với PP ban đầu * Việt liệu PP ghép với maleic anhiđrit PP-g-MA PP chất dẻo thông dụng có tính chất lý cao, giá thành thấp có khả ứng dụng rộng rãi năm gần phản ứng ghép PP maleic anhiđrit (MA) quan tâm ngày SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 10 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng OH C(CH3) C(CH3) - CH = CH - - CH2 - CH SR CH2SR OH O OH O OH OH C C CH2 = CH2 OH OCH2CH2 Chương Thực nghiệm 2.1 Nguyên liệu, hoá chất Polypropylen sử dụng loại Homo-polypropylen Công ty Thai-Polypropylen co Ltd (Thái Lan) Theo tài liệu [11,12,14,15], chất SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 25 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng chống lão hoá nhiệt cho PP dùng vải địa kỹ thuật kết hợp loại chất chống oxy hoá nhiệt có gốc phenol gốc phosphite Vì vậy, lựa chọn chất chống oxy hoá Irganox B215 hãng CIBA Irganox B215 hỗn hợp chất chống oxy hoá gốc phenolic phosphite (tỷ lệ 66:34) có công thức hoá học sau: O H2 C CH2 O C CH2 CH2 O OH Mw = 1178 Mw = 646.9 Chất chống quang hoá chất TINUVIN 783 hãng CIBA Đây hỗn hợp chất chống quang hoá có công thức hoá học sau: O O O N (CH2)2 - O - C - (CH2) -C n Mw = 3100 -4000 H N O H N N (CH2)6 N N O O N (CH2)6 N N H n NH Mw =2000 -3100 Ngoài có bột than đen (Hàn Quốc) số hoá chất phân tích khác Trung Quốc 2.2 Chế tạo phương pháp khảo sát mẫu Chế tạo mẫu: SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 26 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Mẫu khảo sát chế tạo máy trộn kín HAAKE Viện nhiệt đới – Viện khoa học Công nghệ Việt Nam Điều kiện gia công mẫu sau: nhiệt độ 1800C, tốc độ vòng quay 60 vòng/phút Sau cho PP vào trộn khoảng phút PP nóng chảy, chất phụ gia cho thêm vào tiếp tục trộn phút Khối lượng lần trộn 50g Đối với trình trộn mẫu, nhiệt độ giá trị momen xoắn có ý nghĩa quan trọng Khi cho nguyên liệu vào, nhiệt độ giảm xuống Sau nhiệt độ bắt đầu tăng dần lên đến nhiệt độ định sẵn Qua biểu đồ ta thấy, sau trộn phút momen xoắn đạt giá trị gần không thay đổi Điều thể mẫu trộn đạt độ đồng ổn định Sau trộn xong, mẫu polyme ép thành máy ép Caver (Mỹ) Các thông số kỹ thuật trình ép sau: Nhiệt độ ép 200 0C, thời gian ép 15 phút, độ dầy polyme 1mm Các tính chất lý khảo sát máy đa Housfield (Anh) TT Vật liệu - Viện Hoá học Công nghiệp Độ bền kéo đứt độ giãn dài đứt đo theo tiêu chuẩn ISO 527 - 1, tốc độ kéo 10 mm/ phút Từ kết đo độ bền kéo đứt độ giãn dài đứt ta xác định hệ số lão hoá polyme theo công thức sau: Hệ số lão hoá lực kéo đứt: K = i / 0 Hệ số lão hoá giãn dài đứt: K = i / 0 Trong đó: mẫu ban đầu, i mẫu đo sau thời gian bị tác động nhiệt hay tia UV Độ bền nhiệt mẫu đo máy Shimadzu TGA - 50H (Viện Hoá học - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) Vùng nhiệt độ khảo sát từ nhiệt độ phòng đến 5000C, tốc độ gia tăng nhiệt 100C/phút đo môi trường không khí SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 27 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Để khảo sát khả bền tia tử ngoại, mẫu đo theo tiêu chuẩn ASTM G53, cường độ chiếu tia UV W/m2 tủ khí hậu MYTRON (CHLB Đức) Viện Nhiệt đới – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam chương Kết thảo luận 3.1 Xác định nhiệt độ gia công SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 28 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Thông thường, sản xuất vải địa kỹ thuật thành phần trộn phương pháp nóng chảy Vì vậy, nhiệt độ phân huỷ thành phần đóng vai trò định tới nhiệt độ gia công Các giản đồ phân tích nhiệt vi sai PP, IRGANOX B215, TINUVIN 783 thể phần phụ lục Bảng kết tổng hợp nhiệt độ phân huỷ thành phần polyme Nguyên liệu PP IRGANOX B215 TINUVIN 783 Nhiệt độ phân huỷ (0C) 279 242; 290 376 Bảng 1: Nhiệt độ phân huỷ thành phần polyme Nhiệt độ phân huỷ PP khoảng 2790C IRGANOX B215 hỗn hợp chất chống oxy hoá Do vậy, đường biểu diễn nhiệt phân huỷ xuất pick phân huỷ: 2420C 2900C Đối với TINUVIN 783 xuất pick phân huỷ 3760C Điều lý giải thành phần TINUVIN 783 có nhiệt độ phân huỷ 5000C Do vậy, không xuất pick phân huỷ thứ giản đồ phân tích nhiệt Qua kết ta xác định nhiệt độ gia công không 240 0C Thông thường, khoảng nhiệt độ gia công cho PP từ 1800C đến 2200C khoảng nhiệt độ hoàn toàn phù hợp cho thành phần polyme 3.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt đến lão hoá nhiệt PP Một yếu tố có ảnh hưởng quan trọng đến khả chống lão hoá nhiệt độ gây vật liệu polyme nhiệt độ phân huỷ chúng Nhiệt độ phân huỷ cao khả chống lão hoá nhiệt SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 29 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng polyme tốt Các giản đồ phân tích nhiệt vi sai PP trộn với hàm lượng khác chất chống oxy hoá nhiệt đưa phần phụ lục Hình biểu diễn phụ thuộc nhiệt độ phân huỷ PP vào hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt 300 T(0C) 295 290 285 280 275 270 0.2 0.5 0.8 1.2 Antioxidant (%) Hình 1: ảnh hưởng chất chống oxy hoá đến độ bền nhiệt PP Kết cho thấy, cho chất chống oxy hoá nhiệt IRGANOX B215 vào PP, độ bền nhiệt PP tăng lên hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt 0,2% độ bền nhiệt PP tăng lên ít, dao động khoảng 279 0C đến 2800C Khi hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt tăng lên 0,5% độ bền nhiệt PP tăng nhẹ lên 2830C hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt 0,8%, độ bền nhiệt PP tăng mạnh lên 2940C Khi hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt tiếp tục tăng, độ bền nhiệt PP không tăng lên đột biến Kết cho thấy, từ hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt 0,8%, độ bền nhiệt PP cải thiện rõ rệt Hình ảnh hưởng chất chống oxy hoá nhiệt đến hệ số lão hoá lực K nhiệt độ 1100C SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 30 Khoá luận tốt nghiệp đại học 1.2 GV: TS Ngô Trịnh Tùng T = 1100C =0 =0.2 =0.5 =0.8 Coefficient K 0.8 0.6 0.4 0.2 0 13 18 30 Time (h) Hình 2: Hệ số lão hoá lực K phụ thuộc thời gian hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt Mẫu polyme khảo sát nhiệt độ 1100C Khảo sát nhiệt độ cao gọi phương pháp thử gia tốc cho nghiên cứu chống lão hoá polyme nhiệt độ cao, trình lão hoá xảy nhanh rút ngắn đười thời gian khảo sát Theo Vink [11], PP nhiệt độ 80 0C nhiệt độ chuyển tiếp trình oxy hoá động học (oxydation kinetic) nhiệt độ lớn 800C, trình phân huỷ peroxit diễn nhanh Qua đồ thị cho thấy, tác động nhiệt độ, độ bền kéo đứt PP chất phụ gia chống lão hoá giảm mạnh theo thời gian Sau 30 giờ, hệ số lão hoá lực K giảm xuống 0,65 Khi có chất chống oxy hoá nhiệt, hệ số lão hoá lực lớn so với mẫu chất chống oxy hoá Tuy vậy, giống kết phân tích độ bền nhiệt PP, hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt 0,8 hệ số lão hoá giảm so với mẫu có hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt thấp Sau 30 giờ, hệ số lão hoá lực SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 31 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng mẫu có 0,8% chất chống oxy hoá nhiệt 0,86 hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt 1,2%, hệ số lão hoá lực sau 30 tăng nhẹ so với mẫu có hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt 0,8% từ 0,86 lên 0,89 Hình kết khảo sát hệ số lão hoá giãn dài theo nồng độ thời gian nhiệt độ 1100C 1.2 =0 =0.2 =0.5 =0.8 T = 1100C Coefficient K =1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 13 18 30 Time (h) Hình 3: Hệ số lão hoá giãn dài phụ thuộc vào thời gian hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt Giống kết phân tích hệ số lão hoá lực, hệ số lão hoá giãn dài PP chất chống oxy hoá nhiệt giảm mạnh theo thời gian So với hệ số lão hoá lực, hệ số lão hoá giãn dài giảm nhiều Đối với mẫu PP chất chống oxy hoá nhiệt, sau 30 hệ số lão hoá giãn dài giảm xuống 0,28 Khi hàm lượng chất chống oxy hoá 0,8%, hệ số lão hoá giãn dài giảm sau 30 0,61 SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 32 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Từ kết cho thấy, tỷ lệ chất chống oxy hoá nhiệt 0,8%, lão hoá PP nhiệt độ có giảm rõ rệt Vì vậy, chọn tỷ lệ chất chống oxy hoá nhiệt 0,8% cho khảo sát 3.3 Khảo sát ảnh hưởng chất chống tia UV đến khả lão hoá PP Dưới tác động ánh sáng mặt trời, tác động nhiệt độ, vật liệu polyme chịu tác động tia UV làm tăng trình lão hoá vật liệu Vì vậy, vật liệu PP sử dụng trời cần phải tăng cường chất chống tia UV Hình biểu diễn phụ thuộc hệ số lão hoá lực K vào nồng độ thời gian tác động tia UV 1.2 Coefficient K 0.8 0.6 0.4 0.2 =0 =0.2 =0.5 0.8-1.2 23 47 72.5 Time (h) Hình 4: Sự phụ thuộc hệ số lão hoá lực K vào nồng độ chất chống tia UV thời gian PP Từ kết cho ta thấy, PP chất chống tia UV, hệ số lão hoá lực giảm mạnh Sau 72 chiếu tia UV, hệ số lão hoá lực giảm xuống 0,62 Khi có chất chống tia UV, hệ số lão hoá lực tăng dần lên theo nồng độ chất chống tia UV Từ hàm lượng chất chống tia UV 0,5%, có SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 33 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng tăng lên rõ rệt khả chống tia UV PP Hệ số lão hoá lực giảm chậm theo thời gian Sau 72 giờ, hệ số lão hoá lực mẫu có 0,5% chất chống tia UV giảm xuống 0,83 hàm lượng chất chống tia UV lớn 0,5%, hệ số lão hoá sau 72 tăng nhẹ Hình biểu diễn phụ thuộc hệ số lão hoá giãn dài theo nồng độ thời gian 1.2 Coefficient K 0.8 0.6 0.4 =0 0.2 =0.2 =0.5 0.8-1.2 23 47 72.5 Time (h) Hình 5: Sự phụ thuộc hệ số lão hoá giãn dài theo nồng độ chất chống tia UV thời gian So với hệ số lão hoá lực, hệ số lão hoá giãn dài giảm nhiều Đối với mẫu PP chất chống tia UV, sau 72 hệ số lão hoá giãn dài 0,45 Khi hàm lượng chất chống tia UV tăng lên 0,5%, hệ số lão hoá giãn dài giảm chậm theo thời gian tăng nhẹ theo nồng độ Thông thường tỷ lệ chất chống lão hoá cho polyme nhỏ 1% Nguyên nhân phần tính kinh tế chất chống lão hoá có giá thành cao gấp nhiều lần polyme Mặt khác, tỷ lệ chất chống lão hoá cao dẫn đến không SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 34 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng tương hợp với polyme gây ảnh hưởng không tốt đến tính chất lý vật liệu polyme Vì vậy, tuỳ theo yêu cầu thời gian sử dụng để lựa chọn tỷ lệ chất chống tia UV cho phù hợp Từ yếu tố trên, lựa chọn tỷ lệ chất chống tia UV 0,5% cho đơn phối liệu sản xuất vật liệu poly propylen VD: Vải địa kỹ thuật Bên cạnh việc sử dụng chất chống tia UV TINUVIN 783, nghiên cứu sử dụng bột than đen chất chống lão hoá rẻ tiền cho PP Theo Mwila [13], cấu trúc bề mặt than đen có nhóm chức khác nhóm OH, COOH, C=O than đen có tác dụng chất loại gốc tự Hiệu chống lão hoá than đen phụ thuộc vào kích thước bột than đen, cấu trúc bề mặt Hình biểu diễn phụ thuộc độ bền kéo đứt PP, PP trộn than đen PP trộn chất chống tia UV TINUVIN 783 vào thời gian tác động tia UV 40 Tensile Strength (MPa) 35 30 25 20 15 10 PP PP+ than ®en PP + UV + Antiox 0 23 47 72.5 Time (h) Hình 6: Sự phụ thuộc độ bền kéo đứt vào thời gian Cường độ chiếu tia UV W/m2 SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 35 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Kết cho thấy, PP trộn với than đen làm giảm độ bền kéo đứt PP Điều giải thích than đen chất vô cơ, không tương hợp với polyme Vì vậy, tỷ lệ, kích thước bột than đen sử dụng có kích thước khoảng 70-90 mm Trong khuôn khổ đề tài, không đủ điều kiện để khảo sát hết yếu tố Tuy nhiên, qua kết khảo sát, có than đen độ bền kéo đứt PP giảm chậm so với mẫu than đen Điều có ý nghĩa than đen có khả làm tăng khả chống lão hoá cho PP So với chất chống lão hoá TINUVIN 783, hiệu chống lão hoá than đen thấp SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 36 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Kết luận Vật liệu poly propylen có vị trí quan trọng đời sống Khả ứng dụng vật liệu poly propylen rộng, từ nông nghiệp: làm lót hồ nuôi tôm cá, kè đê điều, công trình thuỷ lợi đến xây dựng cầu đường, lót hố rác thải Trong công nghiệp: sản xuất tơ sợi tổng hợp, màng bao bọc, vật dụng gia dụng v.v… Để làm tăng tuổi thọ vật liệu PP ta phải tăng cường phụ gia chống lão hoá Các chất chống lão hoá IRGANOX B215 TINUVIN 783 làm tăng rõ rệt khả chống lão hoá PP Tỷ lệ chất chống lão hoá thích hợp cho PP xác định là: IRGANOX B215 0,8%, TINUVIN 783 0,5% Bột than đen có tác dụng làm tăng khả chống lão hoá PP Tuy nhiên hiệu chống lão hoá than đen không so với hệ chống lão hoá IRGANOX B215 TINUVIN Với hệ chống lão hoá này, màng mỏng PP có hệ số lão hoá cao so với hệ số lão hoá loại vật liệu poly propylen nhập từ Trung Quốc - Màng mỏng PP đáp ứng yêu cầu sản xuất vật liệu PP ứng dụng cho lót hồ nuôi tôm cá, công trình thuỷ lợi, tơ sợi tổng hợp, màng bao bọc, vật dụng gia dụng… SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 37 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng Tài liệu tham khảo GS TS Ngô Duy Cường; Hợp chất cao phân tử; NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội http:// www.vietlinh.com.vn/tech/subjects/tinhhinhnuoitomvn.htm Tình hình nuôi tôm Việt Nam http://www.vietstock.com.vn/news/tvn/986_2003_07/ news824.asp Dự kiến kim ngạch XK thuỷ sản năm 2004 đạt 2,6 tỷ USD http://www.cahcm.vnnews.com/1023/10230014.htm Ngành thuỷ sản: với mục tiêu tỷ USD xuất năm 2002 http://www.vietstock.com.vn/news/tvn/991_2003_02/ news866.asp http://www.big-o.com/catalog/geosynt/geotext/g-techma.pdf http://www.geotextile.com/paving/American Assoc of State) Highway and Transportation officials (AASHTO) Gaechter/Mueller, Kunststoff – Additive, Ausgabe, S.549 – 616, Carl Hanser Verlag Munchen Wien (1999) Hans – Georg Elias, Makromlekuele, Band 2, Auflage, Huethig and Wepf Verlag Basel – Heidelberg – New York (1992) 10 Jungnickel, J B, Polymer – Blends, Hanser Verlag, Munchen, Wien(1990) 11 Hans – Domininghaus, Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, Vierteueberarbeitete Auflage, S 145-150, VDI Verlag, Dueseldorf, 1992 12 J F Raber; Photostabilization of polymers principles and applications, Elservier Applied Science, London and New York (1990) 13 P Vink, H F N Fontijn; Geotextiles and Goemembranes; Vol 18, p 333-343 (2000) SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 38 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng 14 Werner Mueller, Beate Buettgenback, Ines Jakob, Heidemarie Mann; Geotextiles and Goemembranes: Vol 21, p 289-315,(2003) 15 J Mwila, M Miraftab and A R Horrocks; Polymer Degradation and stability Vol 44, p 351-356, (1994) 16 Theodore F Cooke and Ludwig Rebenfeld; Geotextiles and Goemembranes: Vol 7, p 7-22, (1988) SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 39 [...]... hoá của PP do nhiệt độ có sự giảm đi rõ rệt Vì vậy, chúng tôi chọn tỷ lệ chất chống oxy hoá nhiệt là 0,8% cho các khảo sát tiếp theo 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của chất chống tia UV đến khả năng lão hoá của PP Dưới tác động của ánh sáng mặt trời, ngoài tác động của nhiệt độ, vật liệu polyme còn chịu tác động của tia UV và làm tăng quá trình lão hoá của vật liệu Vì vậy, đối với các vật liệu như PP khi sử... [7-10]: - Polyme có khả năng chịu lão hoá cao, tức là không cần dùng đến các chất phụ gia chống lão hoá trong khi sử dụng như: poly tetrafluoro etylen, poly metyl methacrylat - Polyme có khả năng chịu lão hoá ở mức độ trung bình: là loại polyme có thể sử dụng mà không cần các chất phụ gia chống lão hoá nhưng độ bền của nó kém các polyme trên Ví dụ như poly etylen tetraphatalate, poly carbonate… - Polyme... Nhiệt độ ép 200 0C, thời gian ép 15 phút, độ dầy tấm polyme 1mm Các tính chất cơ lý được khảo sát trên máy đa năng Housfield (Anh) tại TT Vật liệu - Viện Hoá học Công nghiệp Độ bền kéo đứt và độ giãn dài khi đứt được đo theo tiêu chuẩn ISO 527 - 1, tốc độ kéo 10 mm/ phút Từ các kết quả đo độ bền kéo đứt và độ giãn dài khi đứt ta có thể xác định hệ số lão hoá của polyme theo công thức sau: Hệ số lão hoá... Hình 2: Hệ số lão hoá lực K phụ thuộc thời gian và hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt Mẫu polyme được khảo sát ở nhiệt độ 1100C Khảo sát ở nhiệt độ cao được gọi là phương pháp thử gia tốc cho các nghiên cứu chống lão hoá của polyme ở nhiệt độ cao, quá trình lão hoá xảy ra nhanh hơn và do đó rút ngắn đười thời gian khảo sát Theo Vink [11], đối với PP ở nhiệt độ 80 0C là nhiệt độ chuyển tiếp của quá trình... hướng tách ra khỏi polyme và bị bay hơi đi hay bám trên bề mặt polyme SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá 14 Khoá luận tốt nghiệp đại học GV: TS Ngô Trịnh Tùng - Tính bền vững của chất chống oxy hoá nhiệt trong polyme Sự bền vững được định nghĩa là khả năng tồn tại của chất chống oxy hoá nhiệt trong polyme, đặc biệt dưới tác động của nhiệt độ cao Độ bền vững của chất chống oxy hoá nhiệt trong polyme phụ thuộc... liệu polyme (độ bền, sự co giãn, độ cứng…) khi bảo quản hoặc sử dụng dưới tác dụng của các tác nhân gây ra sự phá huỷ vật lý Sự lão hoá có thể xảy ra và do sự bay hơi của các cấu tử đưa vào hệ như các chất chống lão hoá, các chất dẻo hoá Sự lão hoá của vật liệu polyme ở trong điều kiện môi trường sống bình thường diễn ra tuỳ theo chủng loại từ vài tháng đến hàng năm Các tác nhân kích thích sự lão hoá... đổi tính chất phân cực của PP không phân cực Điều đó không chỉ tăng cường tính chất in phủ và tích điện giữa PP mà còn tăng khả năng tương hợp giữa PP và polyme phân cực khác, cũng như khả năng kết dính giữa PP và chất điện vô cơ 1.2 Tổng quan về sự lão hoá của vật liệu polyme Vật liệu polyme là một loại vật liệu quan trọng trong cuộc sống hiện nay Tuỳ theo mức độ chịu khả năng lão hoã, người ta có thể... Antioxidant (%) Hình 1: ảnh hưởng của chất chống oxy hoá đến độ bền nhiệt của PP Kết quả cho thấy, khi cho chất chống oxy hoá nhiệt IRGANOX B215 vào PP, độ bền nhiệt của PP tăng lên ở hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt là 0,2% độ bền nhiệt của PP tăng lên rất ít, dao động trong khoảng 279 0C đến 2800C Khi hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt tăng lên 0,5% thì độ bền nhiệt của PP tăng nhẹ lên 2830C ở hàm... chất chống oxy hoá nhiệt là 0,8%, độ bền nhiệt của PP tăng rất mạnh lên 2940C Khi hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt tiếp tục tăng, độ bền nhiệt của PP không tăng lên đột biến nữa Kết quả này cho thấy, từ hàm lượng chất chống oxy hoá nhiệt 0,8%, độ bền nhiệt của PP được cải thiện rõ rệt Hình 2 là ảnh hưởng của chất chống oxy hoá nhiệt đến hệ số lão hoá lực K ở nhiệt độ 1100C SV: Hoàng Thị Hoa K31C Hoá... độ phân huỷ của các thành phần đóng vai trò quyết định tới nhiệt độ gia công Các giản đồ phân tích nhiệt vi sai của PP, IRGANOX B215, TINUVIN 783 được thể hiện trong phần phụ lục Bảng 1 là kết quả tổng hợp nhiệt độ phân huỷ của các thành phần trong polyme Nguyên liệu PP IRGANOX B215 TINUVIN 783 Nhiệt độ phân huỷ (0C) 279 242; 290 376 Bảng 1: Nhiệt độ phân huỷ của các thành phần trong polyme Nhiệt độ ... cao độ bền lão hoá vật liệu poly propylen (PP) làm đề tài nghiên cứu cho khóa luận Trong đề tài này, chế lão hóa vật liệu polyme, đặc biệt PP tác động số yêu tố nhiệt độ, tia UV nghiên cứu khảo... Trong trình thực đề tài khoá luận: Nghiên cứu nâng cao độ bền lão hoá vật liệu poly propylen (PP) , xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu, số liệu trình bày khoá luận hoàn toàn... kỹ thuật cao Tuy nhiên, giống loại vật liệu polyme khác, vật liệu PP chịu lão hóa thời gian sử dụng tác động nhiệt độ, tia cực tím Quá trình lão hóa vật liệu làm suy giảm tính chất vật liệu dẫn