Đang tải... (xem toàn văn)
Khóa luận tốt nghiệp: Tổng hợp Nanosilica từ vỏ trấu và chế tạo vật liệu Composite trên nền nhựa Polylactide Acid/Silica với mục tiêu điều chế vật liệu composite sinh học trên cơ sở nhựa polylactide acid và pha gia cường là hạt silica được tổng hợp từ vỏ trấu vốn là nguồn phế thải dồi dào ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, miền Nam - Việt Nam.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VẬT LIỆU BỘ MƠN VẬT LIỆU POLYMER VÀ COMPOSITE KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP NANOSILICA TỪ VỎ TRẤU VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA POLYLACTIDE ACID/SILICA SVTH: Tống Trần Vinh MSSV: 0919220 GVPB: ThS. Phùng Hải Thiên Ân GVHD: ThS. Lê Văn Hải TS. Hà Thúc Chí Nhân Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VẬT LIỆU BỘ MƠN VẬT LIỆU POLYMER VÀ COMPOSITE KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP NANOSILICA TỪ VỎ TRẤU VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA POLYLACTIDE ACID/SILICA SVTH: Tống Trần Vinh MSSV: 0919220 GVPB: ThS. Phùng Hải Thiên Ân GVHD: ThS. Lê Văn Hải TS.Hà Thúc Chí Nhân Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2013 Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có sự thành cơng nào mà khơng gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của q Thầy Cơ, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất xin gửi đến q Thầy Cơ ở Khoa Khoa Học Vật Liệu – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức q báu trong suốt thời gian học tập tại trường. Khóa luận tốt nghiệp được làm trong vòng bốn tháng, là khoảng thời gian mà em được nhiều cảm xúc trơng cùng một chuyện. Thành cơng nào mà khơng trãi qua khó khăn và thử thách, nhưng một mình em khơng thể vượt qua những khó khăn của khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nhân, thầy Hải đã tận tình giúp đở và chỉ bảo em trong lúc làm đề tài, chị Thy người làm chung đề tài với em cùng với các anh chị cán bộ trẻ đã giúp đở em trong lúc làm đề tài Cuối cùng lời cảm ơn chân thành và sâu sắc, xin gửi đến gia đình và các bạn đã ln sát cánh giúp đỡ và động viên tơi trong những giai đoạn khó khăn nhất Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh LỜI MỞ ĐẦU Polymer phân hủy sinh học là một loại polymer mới nhưng có nhiều lĩnh vực ứng dụng. Có hai lĩnh vực ứng dụng nhiều nhất đó là bao bì phân hủy sinh học vật liệu y sinh Các loại polymer phổ biến họ là: polylactide acid, polyvinyl alcohol, polycaprolactone Để giải quyết vấn đề rác thải polymer khó phân hủy thì họ polymer này được dùng thay thế các loại nhựa truyền thống làm tăng khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với mơi trường nhằm cải thiện mơi trường sống và giải quyết vấn đề rác thải đang là vấn đề lớn Dựa vào khả năng tương thích sinh học và phân hủy sinh học trên nhựa nền polylactide acid được gia cường bằng các hạt nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu nhằm tạo ra các sản phẩm ứng dụng trong mục đích cấy ghép xương Vỏ trấu là một phế phẩm nơng nghiệp rất nhiều miền nam nước ta Vậy có thể tận dụng nguồn phế phẩm để làm tăng giá trị của chúng Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh MỤC LỤC Khóa luận tốt nghiệp PHỤ LỤC HÌNH SVTH:Tống Trần Vinh Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh PHỤ LỤC BẢNG Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮC FTIR: Fourier Transform infrared spectroscopy (phổ hấp thu hồng ngoại biến đổi Fourier) TGA: Thermogravimetric analyzer ( phân tích nhiệt mất trọng lượng) SEM: Scanning Electron Microscope (kính hiển vi điện tử quét) BET: Brunauer–Emmett–Teller (xác định diện tích bề mặt riêng) PLA: Polylactide acid GPTMS: γGlycidoxypropyltrimethoxysilane TEOS: Tetraethyloxysilane PEG: Polyethylene glycol (Mw=400) 10 Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh C PLA PLA/SiO2 5% PLA/(SiO2 5% + LLDPEgMA) Điểm phân hủy lớn nhất 361.90 364.66 365.23 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy 344.99 341.45 342.14 o 54 Khóa luận tốt nghiệp Nhiệt độ kết thúc phân hủy 372.26 SVTH:Tống Trần Vinh 390 450 Từ đồ thị (hình 22) và kết quả (bảng 8) cho thấy sự xuất hiện của silica trong mẫu có và khơng sử dụng chất trợ tương hợp có tính chất độ bền nhiệt hầu như thay đổi khơng đáng kể so với mẫu trắng. Điều này cho thấy có thể do sự phân tán của các hạt silica còn hạn chế nên sự tương tác giữa nó và pha nhựa khơng được tốt nên sự ảnh hưởng của thành phần này khơng có kết quả rõ rệt lên tính chất nhiệt của vật liệu. Riêng trong trường hợp có sử dụng chất trợ tương hợp thì trên giản đồ nhiệt cho thấy có q trình phân hủy trong khoảng từ 439.29oC đến 450oC tương ứng với sự phân hủy của LLDPEgMA. 55 Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh 3.2.2 Tính chất cơ của vật liệu composite 3.2.2.1 Kết quả đo va đập Hình . Độ bền va đập của vật liệu PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác Từ kết quả đo va đập (hình 23) cho thấy độ bền va đập của mẫu bị giảm đi khi hàm lượng SiO2 tăng từ 0 đến 5%. Kêt quả này cho thấy có thể do sự tương tác giữa PLA và SiO2 là tương tác yếu dẫn đến sự hình thành trạng thái kết tụ của pha silica. Khi có sự hiện diện của chất trợ tương hợp LLDPEgMA (5%wt) thì giá trị này đã được cải thiện rõ rệt do sự tương tác liên diện và phân tán tốt hơn của các hạt SiO2 trong pha nền PLA. Ngồi ra hiện diện của LLDPE cũng có thể làm tăng độ linh động của các mạch PLA do chất này xen vào cấu trúc của các mạch phân tử PLA làm giảm phân đoạn kết tinh nên sẽ chịu được lực va đập cao hơn so với các trường hợp còn lại 56 Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh 3.2.2.2 Kết quả đo uốn Hình . Ứng suất của vật liệu PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác nhau Ngược với trường hợp đo độ bền va đập, kết quả tính chất cơ lý uốn (hình 24) cho thấy khơng có sự ảnh hưởng rõ rệt của sự hiện diện SiO2 cũng như chất trợ tương hợp lên tính chất của mẫu composite. Riêng tại 1%wt SiO2 thì giá trị này có tăng nhẹ hơn so với các mẫu khác, điều này có thể là do ở hàm lượng thấp, các hạt SiO2 phân tán tương đối đều hơn nên đã ngăn cản q trình biến dạng mẫu khi có tác dụng lực uốn. Ngồi ra, khi sử dụng thêm LLDPEgMA làm chất trợ tương hợp thì giá trị này bị giảm đi có thể là do thành phần LLDPE khi phối trộn vào sẽ làm giảm thành phần kết tinh của PLA và làm cho vật liệu có ứng suất uốn bị giảm đi 57 Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh Hình . Modul của vật liệu PLA/SiO2 với các hàm lượng SiO2 khác nhau Còn về giá trị modul của vật liệu thì có thể suy đốn được do bản chất của nhựa PLA mang tính giòn và độ cứng cao nên với các hàm lượng pha vơ cơ như SiO2 đưa vào sẽ làm cải thiện hơn tính cứng của mẫu (hình 25). Do hàm lượng SiO2 đưa vào khơng cao nên đặc tính này khơng được thể hiện rõ qua các giá trị kết quả trong hình nhất là đối với vật liệu đã có sẵn độ cứng cao như PLA. Và khi tăng hàm lượng silica thì giá trị modul của vật liệu tăng nhẹ dần so với mẫu trắng và đạt được cao nhất ứng với hàm lượng silica đưa vào nhiều nhất là 5%wt. Và cũng tương tự khi có sự hiện diên của chất trợ tương hợp trên nền LLDPE thì đã có thể làm giảm thành phần kết tinh của PLA và làm giảm tính cứng của vật liệu tạo thành KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 58 Khóa luận tốt nghiệp 4.1 SVTH:Tống Trần Vinh Kết luận: Với những mục đích nghiên cứu được đề ra ngay từ khi bắt đầu thực hiện đề tài như sau: Nghiên cứu tổng hợp và tách chiết silica từ vỏ trấu bằng phương pháp nhiệt Khảo sát chế tạo vật liệu composite PLA với các hàm lượng silica khác Khảo sát sự ảnh hưởng của chất trợ tương hợp lên tính chất vật liệu Khảo sát đặc tính chất cơ lý của vật liệu composite tạo thành Tuy nhiên với điều kiện thời gian và điều kiện phòng thí nghiệm,đề tài đã đạt được một số kết quả như sau: Tổng hợp được nano silica với kích thước 7285 nm Chỉ có thể tạo được vật liệu composite với pha SiO 2 phân tán ở trạng thái có kích thước micromet. Điều này đã dẫn đến những kết quả về tính chất cơ lý và tính chất nhiệt khơng như mong đợi và có thể cho rằng sự tương tác giữa các mạch PLA với các hạt silica thơng qua liên kết hydrogen khơng đủ mạnh để tạo ra sự phân tán của chúng ớ cấp độ nano trong polymer nền. 4.2 Kiến nghị: Đề tài kiến nghị nên tiếp tục được khảo sát thêm những vấn đề sau: Tối ưu hóa lại q trình tổng hợp nano để có được kích thước nhỏ hơn và hiệu suất tổng hợp cao hơn Khảo sát biến tính bề mặt silica hoặ sự dụng các chất trợ tương hợp nhằm năng phân tán của silica trong nhựa nền PLA nhằm cải thiện các tính chất hóa lý của vật liệu 59 Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ThS Nguyễn Tiến Trung, ThS Phạm Đức Trung (Viện Thủy Cơng), PGS.TS Nghiêm Xn Thung (Trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội), Ảnh hưởng của tro trấu đến cường độ, tính chống thấm của bê tơng thủy cơng, 2011 [2]vi.wikipedia.org/wiki/Silic [3] O. Martin, L. Avérous, Poly(lactic acid): plasticization and properties of bioderadable multiphase sytems, polymer 42, 2001. [4] Xin Wen, Ying Lin, Changyu Han, Kunyu Zhang, Xianghai Ran, Yuesheng Li, Thermomechanical and optical properties of biodegradable poly(Llactide) silica nanocomposites by melt compounding , Journal of Applied Polymer Science, 2009 [5] Shifeng Yan , Jingbo Yin , Jiaying Yang , Xuesi Chen, Department of Polymer Materials, Structural characteristics and thermal properties of plasticized poly(l lactide)silica nanocomposites synthesized by sol–gel method, Materials Letters 61, 2006 [6] Van Hai Le, Chi Nhan Ha Thuc, Huy Ha Thuc, Synthesis of silica nanoparticles from VietNamese rcie husk by sol – gel method, Nanoscles research letter, 58 – 8, 2013 [7] Jal, P.K., Sudarshan, M., Saha, Synthesis and characterization of nanosilica prepared by precipitation method, Colloid and Surfaces A: Physiscohem. Eng. Aspects 240, 173 – 178, 2004 [8] J.D. Badía, L. SantonjaBlasco, Rosana Moriana, A. RibesGreus. Thermal analysis applied to the characterization of degradation in soil of polylactide II. On 60 Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh the thermal stability and thermal decomposition kinetics, Polymer Degradation and Stability 95, 2010 [9] Luca Basilissi, Giuseppe Di Silvestro, Hermes Farina, Marco Aldo Ortenzi, Synthesis and Characterization of PLA Nanocomposites Containing Nanosilica Modified with Different Organosilanes II: Effect of the Organosilanes on the Properties of Nanocomposites: Thermal Characterization, J. APPL. POLYM. SCI. 2013 [10] Luca Basilissi, Giuseppe Di Silvestro, Hermes Farina, Marco Aldo Ortenzi, Synthesis and Characterization of PLA Nanocomposites Containing Nanosilica Modified with Different Organosilanes II: Effect of the Organosilanes on the Properties of Nanocomposites: Thermal Characterization, J. APPL. POLYM. SCI. 2013 [11] Yi Li, Changyu Han, Junjia Bian, Lijing Han, Lisong Dong, Ge Gao, Rheology and Biodegradation of Polylactide/Silica Nanocomposites, POLYMER COMPOSITES, 2012 [12] K. Fukushima, D. Tabuani, C. Abbate , M. Arena , P. Rizzarelli, Preparation, characterization and biodegradation of biopolymer nanocomposites based on fumed silica, European Polymer Journal 47, 2011 [13] Aiping Zhu, Huaxin Diao, Qianping Rong, Auyun Cai, Preparation and Properties of Polylactide–Silica Nanocomposites, Journal of Applied Polymer Science, 2010 61 Khóa luận tốt nghiệp SVTH:Tống Trần Vinh [14] Beibei Yan, Shuying Gu, Yihan Zhang, Polylactidebased thermoplastic shape memory polymer nanocomposites, European Polymer Journal 49, 2013 [15] Wu, C.; Zhang, M.; Rong, M.; Friedrich, K. Compos Sci Technol 2002 [16] Bikiaris, D. N.; Vassiliou, A.; Pavlidou, E.; Karayannidis, P.Eur Polym J 2005 PHỤ LỤC 62 Kết quả IR Khóa luận tốt nghiệp 63 SVTH:Tống Trần Vinh Kết quả BET của cá mẩu RHA, RHAp, nanosilica Khóa luận tốt nghiệp Kết quả TGA của các mẩu PLA trắng, PLA/SiO2 5%, PLA/ (SiO2 5%+LLDPEgMA) 64 SVTH:Tống Trần Vinh Khóa luận tốt nghiệp 65 Kết quả đo va đập SVTH:Tống Trần Vinh Khóa luận tốt nghiệp 66 SVTH:Tống Trần Vinh Khóa luận tốt nghiệp 67 Kết quả đo uốn SVTH:Tống Trần Vinh Khóa luận tốt nghiệp 68 SVTH:Tống Trần Vinh ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VẬT LIỆU BỘ MƠN VẬT LIỆU POLYMER VÀ COMPOSITE KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP NANOSILICA TỪ VỎ TRẤU VÀ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA POLYLACTIDE ACID/SILICA SVTH: Tống Trần Vinh... năng tương thích sinh học và phân hủy sinh học trên nhựa nền polylactide acid được gia cường bằng các hạt nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu nhằm tạo ra các sản phẩm ứng dụng trong mục đích cấy ghép xương Vỏ. .. dụng vỏ trấu làm chất độn, vật liệu betong nhẹ, vật liệu polymer giả gỗ nhưng khơng làm giảm nhiều tính chất của sản phẩm và phát triển các loại vật liệu mới từ vỏ trấu [1]. Thành phần chính của vỏ trấu chủ yếu gồm các