Nghiên cứu, chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh và nanoclay

www.twitter.com/daykemquynhon 

www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 

www.facebook.com/daykem.quynhon 

www.daykemquynhon.blogspot.com 

MỞ ĐẦU 

Vật liệu nano là một trong những lĩnh vực nghiên cứu được quan tâm nhiều trong thời 

gian gần đây. Điều đó được thể hiện bằng các công trình khoa học, các bằng phát minh sáng 

chế và số các công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano gia tăng nhanh chóng. 

Nhiều trường đại học, viện nghiên cứu, trung tâm nghiên cứu và các công ty lớn đang tập 

trung nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ nano với mục đích tìm ra các loại vật liệu mới và 

ứng dụng vào trong các lĩnh vực như : chế tạo công cụ hỗ trợ cho lực lượng Công an (áo 

giáp chống đạn, khiên chống đạn, khiên chống va đập, lá chắn chống đạn, lá chắn chống va 

đập…), chế tạo vật liệu chịu được môi trường ăn mòn hóa chất, chất lỏng xâm thực… 

Nhựa epoxy là loại vật liệu được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật 

nhờ những tính chất ưu việt của nó như khả năng bám dính cao với nhiều loại vật liệu 

khác, bền với nhiều hóa chất ăn mòn, ít co ngót khi đóng rắn. Tuy nhiên, nó cũng có 

một số nhược điểm như giòn, chịu va đập kém. Vì vậy, các nghiên cứu cải thiện tính 

chất epoxy như một vật liệu nền cho compozit được phát triển mạnh mẽ. Một trong 

những hướng nghiên cứu được phát triển mạnh gần đây là đưa vào epoxy các chất độn 

nano trong đó có nanoclay [80]. 

Nanoclay là một loại phụ gia được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu polymenanocompozit 

[80,89]. Nhờ khả năng đem lại sự cải thiện nhiều tính chất với hàm 

lượng nhỏ, vật liệu nanocompozit chứa nanoclay được sử dụng rộng rãi và thị phần của 

nó vẫn tiếp tục tăng lên [79]. 

Việc đưa nanoclay vào epoxy làm cải thiện nhiều tính chất của vật liệu này. 

Chẳng hạn độ bền dai hoặc độ dai phá hủy tăng rõ rệt [46,60]. Mức độ thấm nước của 

nanocompozit epoxy-nanoclay giảm mạnh [47]. Hệ epoxy-nanoclay khi được sử dụng 

như nền cho compozit cốt sợi cho thấy nanoclay có ảnh hưởng tích cực đến tính chất 

FRP. Compozit epoxy-nanoclay gia cường sợi cacbon có độ bền mỏi cao hơn hệ 

compozit cốt sợi nền epoxy nguyên sinh tới 74% [97]. Độ bền nén của compozit 

DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN 

epoxy-nanoclay gia cường sợi cacbon cũng được tăng lên khi sử dụng nền là hệ epoxynanoclay 

do cơ chế phá hủy chuyển từ giòn sang tách lớp dẻo hơn [63]. 

Ở Việt Nam hiện nay hướng nghiên cứu, chế tạo chế tạo vật liệu nanocompozit 

trên cơ sở nhựa epoxy và nanoclay đã và đang được triển khai nghiên cứu ở nhiều đơn 

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú 

1 

www.facebook.com/daykemquynhonofficial 

www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial





vị như: Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 

Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Hàn lâm Khoa học và Công 

nghệ Việt Nam, Viện Kỹ thuật Hóa Sinh và Tài liệu nghiệp vụ - Bộ Công an… Các 

công trình nghiên cứu đã cho thấy việc sử dụng nanoclay đã làm tăng cường một số 

tính chất của vật liệu nanocompozit trên cơ sở epoxy-nanoclay so với nhựa epoxy 

[7,13,14]. Tuy nhiên, cần phải nghiên cứu một cách hệ thống và nâng cao khả năng 

ứng dụng vào thực tiễn của vật liệu nanocompozit trên cơ sở epoxy-nanoclay. Do đó 

đề tài “Nghiên cứu, chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia 

cường bằng sợi thủy tinh và nanoclay” được thực hiện với mục tiêu: 

1. Làm rõ ảnh hưởng của nanoclay đến tính chất của nhựa nền epoxy và tương tác 

epoxy-clay sợi thủy tinh 

2. Chế tạo vật liệu compozit nền epoxy-nanoclay gia cường sợi thuỷ tinh. 

Nội dung nghiên cứu của luận án: 

1. Nghiên cứu chế tạo hệ vật liệu nền epoxy và nanoclay. 

2. Nghiên cứu các tính chất hệ epoxy-nanoclay đóng rắn bằng MHHPA. 

3. Chế tạo vật liệu compozit từ vật liệu nền epoxy và sợi thủy tinh. 

4. Khảo sát các tính chất của compozit trên cơ sởepoxy DERR 331-nanoclay I28E 

gia cường bằng sợi thủy tinh. 

Ý nghĩa khoa học, thực tiễn: Luận án góp phần làm rõ ảnh hưởng của nanoclay 

I28E đến sự cải thiện các tính chất cơ-lý của hệ nhựa nền epoxy DER 331 đóng rắn nóng 

bằng MHHPA. Trên cơ sở đó đã chế tạo được vật liệu compozit nền epoxy-nanoclay gia 

cường bằng sợi thủy tinh với các tính chất cơ học, bền môi trường vượt trội so với vật 

liệu compozit epoxy-sợi thủy tinh. 

Đóng góp mới của luận án: 

-Đã làm sáng tỏ ảnh hưởng tích cực của nanoclay I28E đến tính chất cơ học của 

nhựa nền epoxy DER 331- nanoclay I28E. 


- Dựa trên kết quả nghiên cứu về độ bám dính sợi thủy tinh – nhựa nền epoxy 

DER 331 có và không có nanoclay I28E và khả năng chống lại sự phát triển của vết nứt 

của nanoclay trong hệ vật liệu nanoclay epoxy compozit đã giải thích một cách hợp lý 

sự vượt trội tính chất cơ học của hệ vật liệu trên so với hệ vật liệu không có nanoclay. 


2 







CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 

1.1 Nhựa epoxy 

1.1.1 Cấu tạo 

Nhựa epoxy là một loại polyete mà trên mạch có các nhóm "epoxy" ở cuối mạch. 

Công thức cấu tạo chung của nhựa epoxy là: 

CH 2 CH CH 2 OROCH 2 CHCH 2 OROCH 2 

O 

OH n 

O 

R = 

CH 3 

C 

CH 3 

CH CH 2 

Tùy thuộc điều kiện phản ứng, n có thể thay đổi từ 0 đến 200[4,17]. 

1.1.2 Phân loại 

Nhựa epoxy được phân thành hai loại chính là: glyxidyl epoxy và các loại khác. 

Glyxidyl epoxy gồm các loại glyxidyl ete, glyxidyl este và glyxidyl amin, được 

tạo ra bằng cách cho phenol đa chức, axit đa chức hay một diamin thích hợp tác dụng 

với epiclorohydrin. Đây là loại nhựa epoxy phổ biến nhất trên toàn thế giới, chiếm tới 

90% thị phần. 

Các loại khác được chế tạo mà không dùng epiclorhydrin. Nhóm epoxy được tạo 

ra do epoxy hóa liên kết đôi bằng peroxit, hiđroperoxit...[4,17]. 

1.1.3 Tính chất 

Tính chất của nhựa epoxy phụ thuộc vào cấu trúc phân tử, khối lượng phân tử của 

nhựa. Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn là nhựa nhiệt dẻo, có màu vàng sáng đến trong 

suốt, ở dạng lỏng (M n < 450), đặc (450 < M n < 800), rắn (M n > 1000) tùy theo loại nhựa. 

Nhựa epoxy tan tốt trong các dung môi hữu cơ như: xeton, hydrocacbon clohóa, 

dioxan,... tùy vào khối lượng phân tử mà có thể tan trong một số dung môi khác như: 

ancol, hidrocacbon thơm (benzen, toluen,...) [17]. 



3 







1.1.4 Phương pháp điều chế nhựa epoxy 

Phương pháp phổ biến nhất để điều chế nhựa epoxy là cho Bisphenol A phản ứng 

với epiclohydrin với xúc tác NaOH như sau: 

Ngoài ra, cũng có thể điều chế nhựa epoxy bằng cách cho epiclohydrin phản ứng 

với các amin đa chức trong môi trường bazơ hoặc có thể epoxy hóa anken bằng các 

chất oxi hóa mạnh như hydroperoxit có mặt xúc tác…[4,17]. 

1.1.5 Đóng rắn nhựa epoxy 

Chất đóng rắn nhựa epoxy có nhiều loại, về mặt nguyên tắc, những nhóm chức 

nào có khả năng phản ứng với nhóm epoxy đều có khả năng làm chất đóng rắn (nhóm 

OH, amin, cacboxylic, .....). Ngoài chất đóng rắn thì một số chất khác (ví dụ amin bậc 

ba) vẫn có khả năng đóng rắn theo cơ chế xúc tác. 

Sản phẩm sau quá trình đóng rắn có cấu trúc mạng lưới không gian nên có độ bền 

cơ học cao. Phản ứng đóng rắn là phản ứng cộng, không có sản phẩm phụ nên độ co 

ngót của sản phẩm thấp. Nhờ có nhóm epoxy mà sản phẩm có độ bám dính cao trên bề 

mặt kim loại, có tính ổn định hoá học, bền hoá chất. Việc sử dụng nhựa epoxy trên nền 

cốt sợi thuỷ tinh làm tăng tính bền cơ lên đáng kể và rất thích hợp để chế tạo lớp bọc 

lót bảo vệ thiết bị chống ăn mòn hoá chất. Nhựa epoxy không có nhóm este, do đó khả 

năng kháng nước của epoxy rất tốt. Ngoài ra, do có hai vòng thơm ở vị trí trung tâm 

nên nhựa epoxy chịu ứng suất cơ và nhiệt tốt hơn mạch thẳng, vì vậy epoxy rất cứng, 

dai và kháng nhiệt tốt. 

1.1.5.1 Đóng rắn bằng các amin [7,17,74] 

Nhựa epoxy có thể khâu mạch bằng các tác nhân amin khác nhau ở nhiệt độ thường 

hay nhiệt độ cao. Phản ứng của amin bậc một với nhóm epoxy đầu mạch xảy ra với vận 



4 







tốc cao ở nhiệt độ thường. 

Các amin bậc hai, bậc ba, polyamin phản ứng chậm hơn và thường ở nhiệt độ 

cao. Sơ đồ phản ứng đóng rắn như sau: 

1.1.5.2 Đóng rắn bằng các axit và anhydrit của axit cacboxylic 

Hiện nay, axit và anhydrit là tác nhân đóng rắn quan trọng được thương mại hóa 

và sử dụng nhiều bởi tính chất của nhựa đóng rắn tạo thành có nhiều ưu điểm. Do đó, 

sau các tác nhân amin, axit và anhydrit được sử dụng phổ biến để làm tác nhân đóng 

rắn cho nhựa epoxy. 


Phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng axit, anhydrit xảy ra ở nhiệt độ khoảng 100 

– 180 o C trong thời gian dài. Chất đóng rắn axit có thể là axit đa chức và anhydrit axit, 

trong đó anhydrit được sử dụng nhiều hơn do có ưu điểm là không tạo ra nước trong 


5 







quá trình phản ứng. Mặt khác, chất đóng rắn anhydrit cũng có hoạt tính cao hơn nên 

giảm được nhiệt độ và thời gian đóng rắn [73,84]. 

Nhựa epoxy đóng rắn bằng axit, anhydrit cho phép nhận được vật liệu có tính 

chất cơ học, bền nhiệt cao hơn hầu hết c¸c hÖ epoxy ®ãng r¾n b»ng amin [76,83]. 

Cơ chế phản ứng đóng rắn của nhựa epoxy bằng axit, anhydrit có thể xảy ra nhiều 

phản ứng cạnh tranh, trong đó bao gồm cơ chế anion và có thể sử dụng chất xúc tác 

hoặc không sử dụng chất xúc tác [7]. 

a) Phản ứng đóng rắn không có xúc tác 

Khi ®ãng r¾n epoxy b»ng axit cacboxylic trong ®iÒu kiÖn kh«ng cã xóc t¸c, cã thÓ 

xy ra 4 phn øng nh− sau [78,79, 81,83]: 

RCOOH + CH 2 CH CH 2 

O 

O 

R C O CH 2 CH CH 2 

OH 

RCOOH + R 

O 

C O CH 2 CH CH 2 R 

O 

C O CH 2 CH CH 2 + H 2 O 

OH 

O 

O C R 

R 

O 

C O CH 2 CH CH 2 + CH 2 CH CH 2 R 

O 

C O CH 2 CH CH 2 

OH 

O 

O 

CH 2 CH CH 2 

OH 

OH 

H 2 O + CH 2 CH CH 2 

CH 2 CH CH 2 

OH OH 

O 

Ngược lại với các tác nhân đóng rắn amin, phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng 

anhydrit thường đặc trưng bởi phản ứng tỏa nhiệt thấp, độ co thấp, ứng suất nội nhỏ, 

giảm hấp thụ nước và sản phẩm có nhiệt độ hóa thủy tinh cao. Hơn nữa, những ưu 

điểm này ổn định ngay cả khi làm việc ở nhiệt độ cao. Epoxy đóng rắn bằng anhydrit 

tốt hơn hệ epoxy đóng rắn bằng amin [88,100]. 

Động học của phản ứng và cơ chế đóng rắn nhựa epoxy bằng anhydrit được nghiên 


cứu bằng các phương pháp phân tích khác nhau như phân tích nhiệt động học, phân tích 

nhiệt vi sai, phương pháp đẳng nhiệt đo nhiệt lượng, lưu biến và quang phổ FT-Raman 

[33,39]. 


(4) 

6 


www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial 

(1) 

(2) 

(3)





Nhóm epoxy có khả năng phản ứng ái nhân và ái điện tử. Sự hình thành của 

polyeste từ phản ứng không có xúc tác của epoxy và anhydrit được nghiên cứu sâu 

trong những năm gần đây [102]. Các kết quả nghiên cứu công nhận từng bước của cơ 

chế phản ứng đóng rắn không xúc tác (phản ứng 5,6,7,8). Các cơ chế liên quan đến sự 

hiện diện của nhóm hydroxyl trong nhựa epoxy đóng vai trò như một chất khởi đầu cho 

phản ứng. Sự tấn công của các nhóm hydroxyl vào các phân tử anhydrit hình thành một 

monoeste có một nhóm cacboxyl tự do (phản ứng 5). Monoeste sau đó phản ứng với 

epoxy để tạo một dieste và một nhóm hydroxyl mới (phản ứng 6), và nhóm hydroxyl 

này là tác nhân tiếp tục tấn công nhóm anhydrit axit để thúc đẩy phản ứng đóng rắn 

phát triển mạch (phản ứng 7). Các nghiên cứu cho thấy, mấu chốt để khẳng định trình 

tự phản ứng là lượng monoeste và dieste hình thành tương đương với lượng nhóm 

anhydrit axit tham gia phản ứng đồng thời số lượng nhóm epoxy chuyển đổi cao và 

giảm nhanh hơn sự tăng của các nhóm dieste có thể là do phản ứng ete hóa xảy ra song 

hành. Phản ứng phụ này xảy ra với tốc độ đáng kể (phản ứng 8) dưới ảnh hưởng xúc 

tác của anhydrit hay chính xác hơn là nhóm cacboxyl. Cũng không loại trừ khả năng có 

thể xảy ra phản ứng tự trùng hợp epoxy nhưng với xác suất rất thấp khi phản ứng được 

tiến hành dưới 180 o C. Cơ chế phản ứng được minh họa như sau [40,76,98]: 

O 

O 

O 

+ 

R 1 

OH 

COO R 1 

COOH 

COO R 1 

O 

COO R 1 

+ CH 2 CH CH 2 R 2 

COOH 

COOCH 2 CH OH (6) 

C R 2 

H 2 

O 

O 

COO R 1 COO R 1 OH 

+ 

O 

COOCH 2 CH OH 

COOCH 2 CH O 

C R 2 O 

C R 2 O 

H 2 H 2 


(5) 

(7) 


7 







O 

CH 2 CH CH 2 R 1 

OH 

+ R 2 OH 

R 2 O CH CH 2 

CH 2 R 1 

Quá trình đóng rắn không xúc tác và một số tính chất của nhựa epoxydian với 

anhydrit và amin được Adriana N.Mauri [18] nghiên cứu. Các chất đóng rắn sử dụng là 

metyltetrahydrophtalic anhydrit (MTHPA), etylendiamin (EDA) và amin thơm 

benzyldimetylamin (BDMA). Kết quả cho thấy, epoxy đóng rắn với MTHPA ở nhiệt 

độ 140 o C trong 6 giờ, với EDA ở nhiệt độ 50 o C trong 1 giờ và với BDMA ở nhiệt độ 

120 o C trong 6 giờ. Hệ vật liệu epoxy -anhydrit có nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) = 125 o C, 

độ mài mòn: 66 mg/1000 chu kỳ; epoxy - EDA có Tg = 113 o C, độ mài mòn: 79 

mg/1000 chu kỳ và epoxy - BDMA có Tg = 76 o C, độ mài mòn: 146 mg/1000 chu kỳ. 

Như vậy, vật liệu epoxy - MTHPA có nhiệt độ hóa thủy tinh và tính chất chịu mài mòn 

tốt nhất.Tuy nhiên, phản ứng phải tiến hành ở nhiệt độ cao nhất. 

b) Phản ứng đóng rắn có xúc tác 

axit. 

Phản ứng đóng rắn epoxy bằng axit, anhydrit có thể sử dụng xúc tác bazơ hoặc 

*Xúc tác bazơ: 

Phản ứng đóng rắn có xúc tác bazơ (B) là dãy tuần hoàn trong một chu kỳ với tác 

nhân phản ứng là anion cacboxylat gồm các phản ứng (9), (10), (11): 

RCOO - 

RCO 2 H + B ⇔ [RCOOH…B] → RCOO - + BH + (9) 

+ CH 2 CH CH 2 

RCO 2 CH 2 CHCH 2 

O 

+ RCO 2 CH 2 CHCH 2 RCO 2 H RCO 2 CH 2 CHCH 2 

O - OH 

Khi chất đóng rắn là axit polycacboxylic, xúc tác bazơ thường là hydroxyt kim 

loại, còn khi chất đóng rắn là anhydrit axit thì xúc tác bazơ là amin bậc 3 [41,84,85,98]. 

Theo Fisher, khi có xúc tác amin bậc 3, cơ chế phản ứng đóng rắn epoxy bằng 

anhydrit axit bắt đầu theo hướng hình thành một ion cacboxylat. Đầu tiên, amin bậc 3 

phản ứng với nhóm anhydrit tạo ion cacboxylat (phản ứng 12), tiếp theo ion cacboxylat 

này phản ứng với nhóm epoxy tạo alkoxit este (phản ứng 13). Alkoxit este lại tiếp tục 

O - 

(8) 

+ RCOO - (10) 


(11) 


8 







phản ứng với anhydrit axit tạo ion cacboxylat (phản ứng 14) và bắt đầu một chu kỳ mới 

[76,88,95]. 

O 

C 

C 

O 

N + R 3 

O - 

+ 

CH 2 

O 

CH 

CH 2 

O 

C N + R 3 

C O CH 2 CH CH 2 

O OHO O - 

Tuy nhiên, Tanaka và Kaki [100-101] lại cho rằng amin bậc 3 phản ứng với nhóm 

epoxy và hình thành một phức chất (phản ứng 15) và phức chất này phản ứng với 

nhóm anhydrit (phản ứng 16). Tất cả các ion này tiếp tục phát triển xen kẽ luân phiên 

tạo thành sản phẩm là polyeste (phản ứng 17 và 18). Bởi vậy, sự este hóa và ete hóa 

theo hướng trùng hợp ion là cơ chế chính của phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng 

anhydrit axit. Phản ứng diễn ra như sau [77,95]: 

R 2 

R 2 

R 1 

C 

C 

O 

O 

O 

R 1 CH 2 CH 

O 

+ R 3 N 

CH 2 

R 2 

CH CH 2 N + R 3 + 

O - R 2 

ion cacboxylat 

+ :NR 3 R 1 CH CH 2 N + R 3 

O - 

R 1 

O 

O CH CH 2 N + R 3 

+ R 1 CH 2 CH CH 2 

R 2 

O 

O 

O - R 2 

O 

O 

O 

R 2 

R 2 

O 

C 

C 

O 

N + R 3 

alkoxit este 

alkoxit este + anhydrit axit → ion cacboxylat (14) 

O 

O 

R 1 

O CH CH 2 N + R 3 

O - 

O 

O 

R 1 

O CH CH 2 N + R 3 

O CH 2 CH 

(12) 

(15) 

(16) 

R 1 

O - (13) 


(17) 


9 







R 2 

R 2 

* Xúc tác axit: 

O 

R 1 

O 

O CH CH 2 N + R 3 

R 2 

R 2 

+ O 

O CH 2 CH O - R 2 

R 2 

O R 1 O 

xúc tác N,N dimetyl anilin. Thời gian phản ứng được nghiên cứu dựa trên sự giảm 

10 




O 

O 

R 1 

O CH CH 2 N + R 3 

O CH 2 CH 

Các axit Lewis có khả năng xúc tiến phản ứng giữa anhydrit axit và epoxy. Ví dụ 

phức phối trí của R 2 NH:BF 3 và anhydrit phản ứng với nhóm -OH của epoxy ưu tiên 

hơn so với nhóm axit [83]: 

CO 

CO 

Phøc + HO 

R 2 NH : BF 3 H + + R 2 N - : BF 3 

COOH 

O + H + _ 

+ R 2 N : BF 3 

+ 

C 

Phøc 

O 

Epoxy 

COOH 

C 

O 

O 

Epoxy 

+ 

H 

+ 

R 1 

O 

O - 

BF 3 : N _ R 2 

+ R 2 N _ 

: BF 3 

Để tăng hoạt tính của hệ epoxy - anhydrit, ngoài các xúc tác axit, bazơ, còn có thể 

sử dụng chất pha loãng hoạt tính [78]. 

Từ các phản ứng giữa anhydrit axit với nhựa epoxy nhận thấy, trước khi phản 

ứng, anhydrit axit cần được mở vòng nhờ nhóm hydroxyl trong nhựa epoxy hoặc xúc 

tác amin bậc 3 và axit Lewis. 

Để làm rõ vai trò của chất xúc tác và yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản 

ứng đóng rắn, Ghaemy M và Riahy M.H. [39] đã sử dụng phương pháp DSC để nghiên 

cứu quá trình đóng rắn nhựa epoxy bằng dodexenyl suxinic anhydrit (DDSA) với tác 

nhân xúc tác 2, 4, 6 tri(dimetyl amino metyl) phenol (DMP-30). Kết quả cho thấy, tốc 

độ phản ứng đều tăng lên khi tăng hàm lượng chất xúc tác và nhiệt độ phản ứng.Tuy 

nhiên, thời gian để phản ứng đạt tốc độ cao nhất nhanh hơn khi tăng hàm lượng xúc tác 


DMP-30. 

Cũng trong một nghiên cứu về quá trình đóng rắn nhựa epoxydian, Kolar 

Frantisek và đồng nghiệp [41] đã sử dụng chất đóng rắn là anhydrit maleic (MA) với 

O 

O 

R 2 

R 2 

(19) 

(20) 

(21) 

(18)





nồng độ của ion cacboxyl lưỡng tính (tạo thành khi xúc tác N,N dimetyl anilin tấn công 

nhóm cacboxyl của MA) khi thay đổi nhiệt độ phản ứng (không có xúc tác) và thay đổi 

hàm lượng N,N dimetyl anilin khi nhiệt độ phản ứng ở 65 o C. Kết quả cho thấy, sự 

giảm nồng độ của ion cacboxyl lưỡng tính xảy ra nhanh hơn khi có mặt xúc tác N,N 

dimetyl anilin. 

Ảnh hưởng của các tác nhân đóng rắn anhydrit axit khác nhau đến một số tính 

chất cơ học của nhựa epoxydian biến tính bằng hydroxyl-terminated polybutadien 

acrylonitril (HTPA) trong vai trò chất hóa dẻo được Han Xiaozu và các đồng nghiệp 

[40] nghiên cứu. Anhydrit hexahydrophtalic (AHHP); anhydrit metyltetrahydro phtalic 

(MTHPA); anhydrit metylnadic (AMN); anhydrit dầu trẩu (TOA - adduct của dầu béo 

và maleic anhydrit) và xúc tác DMP-30 được sử dụng với hàm lượng 0,5 pkl. Nhiệt độ 

tiến hành ở 120 o C trong 24 giờ. Kết quả cho thấy, tính chất cơ học của vật liệu có sự 

thay đổi khi nhựa nền được đóng rắn bằng các chất đóng rắn khác nhau. Trong từng 

tính chất cơ học cụ thể thì mỗi loại chất đóng rắn thể hiện những đặc trưng riêng. Tuy 

nhiên, nếu so sánh với các loại anhydrit axit khác thì MTHPA luôn có sự ổn định ở 

mức độ cao trong từng tính chất. 

Đỗ Quốc Mạnh và các đồng nghiệp [6] đã sử dụng MTHPA để đóng rắn cho 

nhựa epoxy có xúc tác DMP-30. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nhựa nền cókhả năng 

duy trì độ nhớt thấp trong 48 giờ đảm bảo cho sự thấm ướt tốt với cốt sợi để chế tạo vật 

liệucompozit. Ngoài ra, tác giả cũng tiến hành đóng rắn nhựa epoxy ở các thời gian sau 

khi pha trộn thành phần là 24 giờ; 48 giờ; 66 giờ; 72 giờ; 96 giờ; 114 giờ; 139 giờ và 

nhận thấy nhựa epoxy vẫn có khả năng đóng rắn tốt, bề mặt nhựa sau khi đóng rắn 

không có hiện tượng rạn nứt. 

Một số chất đóng rắn anhydrit điển hình [29,73]: 



11 







Anhydrit phtalic (AP) là chất rắn, dễ thăng hoa ở nhiệt độ cao và khó hòa tan 

trong nhựa epoxy, do đó AP được trộn hợp vào nhựa epoxy ở 120 o C đến khi tan hoàn 

toàn thì hạ nhiệt độ và duy trì ở 60 o C để tránh kết tủa AP. Tổ hợp epoxy-AP có thể 

đóng rắn không có xúc tác ở khoảng 130 o C trong 14 giờ đến 16 giờ. 

Anhydrit hecxahydrophtalic là chất rắn (T o nc = 35 o C), dễ trộn hợp với nhựa epoxy 

ở 50 o C, tạo ra tổ hợp có thời gian sống dài, độ nhớt thấp ở nhiệt độ thường, thích hợp 

để ngâm tẩm và cán. Tuy nhiên, AHHP có hoạt tính thấp, nên thường sử dụng xúc tác 

trong quá trình đóng rắn[27]. 

Anhydrittetrahydrophtalic (ATHP) cũng là chất rắn và không thăng hoa. Sau khi 

trộn hợp với nhựa epoxy ở 80 – 100 o C, tổ hợp epoxy - ATHP được duy trì ở 70 o C và 

được sử dụng để chế tạo vật liệu cán. 

Anhydrit metyltetrahydrophtalic là chất lỏng có độ nhớt thấp nên có thể trộn hợp 

với nhựa epoxy ở nhiệt độ thường và do đó tổ hợp epoxy-MTHPA cũng có độ nhớt 

thấp, thích hợp để ngâm tẩm và chế tạo vật liệu compozit. Quá trình đóng rắn nhựa 

epoxy bằng MTHPA thường sử dụng xúc tác 2,4,6 tri (dimetyl amino metyl) phenol 

(DMP-30) để giảm nhiệt độ và thời gian phản ứng. 

Anhydrit metylnadic là chất đóng rắn phù hợp nhất trong số các anhydrit axit để 

chế tạo vật liệu đúc, bởi vì các tính chất của vật liệu đúc có thể thay đổi ở một khoảng 

rộng tùy theo bản chất, hàm lượng chất xúc tác và quá trình đóng rắn. AMN có độ nhớt 

thấp, trộn hợp tốt với nhựa epoxy [40,44,79]. 

Đóng rắn nhựa epoxy bằng anhydrit đa chức có những ưu điểm trội so vớiphương 

pháp đóng rắn bằng amin như: không độc, chịu nhiệt độ cao, nhiệt phản ứng tỏa ra ít 

hơn, độ co ngót ít, chịu axit tốt. Tuy nhiên, sản phẩm nhựa epoxy đóng rắn bằng 

anhydit axit có nhược điểm là chịu môi trường kiềm kém, khó gia công với những chi 



12 







tiết lớn và khá đắt về mặt kinh tế do phải tiến hành đóng rắn ở nhiệt độ cao (thường 

trên 100 o C). 

1.1.5.3 Đóng rắn bằng các tác nhân khác [17] 

Ngoài việc sử dụng các amin, anhydrit là tác nhân đóng rắn người ta cũng sử 

dụng các tác nhân khác như: isoxianat đa chức (như toluen diisoxianat, metylen 

diphenyl diisoxianat, hexametylen diisoxianat, các nhựa đa tụ nhóm metyl (như 

phenolfomandehit, urefomandehit), các axit hai chức, đóng rắn bằng các axit BrÖnsted. 

1.1.6 Ứng dụng 

Nói chung, epoxy có tính năng cơ lý, kháng môi trường hơn hẳn các nhựa khác, 

là loại nhựa được sử dụng nhiều nhất trong các chi tiết máy bay. Với tính chất kết dính 

và khả năng chống thấm nước tốt, epoxy rất lý tưởng để sử dụng trong ngành đóng tàu, 

là lớp lót chính cho tàu chất lượng cao hoặc là lớp phủ bên ngoài vỏ tàu. 

Một trong những ưu điểm nổi bật của epoxy là co ngót thấp trong khi đóng rắn. 

Lực kết dính, tính chất cơ lý của epoxy được tăng cường bởi tính cách điện và khả 

năng kháng hoá chất. Ứng dụng của epoxy rất đa dạng, nó được dùng làm: keo dán, 

hỗn hợp xử lý bề mặt, hỗn hợp đổ, sealant, bột trét và sơn. 

Nhựa epoxy cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và cuộc sống hàng 

ngày. Keo dán từ nhựa epoxy đã được sử dụng để dán các cấu kiện bằng thép. 

Compozit nền nhựa epoxy với sợi thủy tinh có độ bền rất cao và mềm dẻo, để chế tạo 

mũ bảo vệ trong thể thao và nghiệp vụ cảnh sát. Sơn trên cơ sở nhựa epoxy có khả 

năng bảo vệ chống ăn mòn cao, làm việc lâu dài ở các nơi luôn tiếp xúc với nước và 

hóa chất. Các lớp phủ bảo vệ sử dụng nhựa epoxy có độ cách điện cao, dùng để bọc bịt 

các đầu cáp điện và cáp viễn thông. 

Với những ưu điểm nổi trội như vậy nhựa epoxy đã được các nhà khoa học trên 

thế giới nghiên cứu phối trộn với phụ gia nano để tạo ra vật liệu tổ hợp compozit nano 

trên cơ sở nhựa nên epoxy với nhưng tính chất cơ lý nổi trội như: khả năng chịu ăn 

mòn hóa chất, tính chịu bền thời tiết, chống mài mòn, chống thấm khí, bền 

mỏi…[2,13,14,99]. 



13 







1.2 Giới thiệu về nanoclay 

1.2.1 Khái niệm chung 

Nanoclay được chế tạo từ một loại khoáng của đất sét tự nhiên hoặc bentonit tổng 

hợp bao gồm các nhóm nhôm, magiê, silicat ngậm nước có thể chứa Na + , Ca + , K + và 

các ion khác. Nanoclay được cấu tạo từ các lớp, mỗi lớp có chiều dày từ một đến vài 

nanomet và chiều dài từ vài trăm đến vài nghìn nanomet. Loại nanoclay đầu tiên được 

tìm thấy trên thế giới là montmorillonit (Montmorillon, Pháp, năm 1874) [95]. 

1.2.2 Cấu trúc 

Năm 1933, U.Hoffman và các đồng nghiệp đã công bố cấu trúc tinh thể lý tưởng 

của montmorillonit (hình 1.4). Cấu trúc này bao gồm 02 tấm tứ diện chứa silic và xen 

kẽ 01 tấm bát diện chứa nhôm hoặc magiê. Các tấm này có chung các nguyên tử oxy ở 

đỉnh. Do khả năng thay thế đồng hình của Si 4+ cho Al 3+ ở tấm tứ diện và của Al 3+ cho 

Mg 2+ ở tấm bát diện mà giữa các lớp nanoclay có điện tích âm. Các điện tích âm này 

được trung hòa bởi các cation như Ca 2+ và Na + ở giữa các lớp nanoclay. Ngoài ra, do 

nanoclay có tính ưa nước cao nên giữa các lớp nanoclay thường có các phân tử nước. 

Các lớp nanoclay được liên kết với nhau bằng lực Van der Waals. Khoảng cách giữa 

hai lớp clay bằng tổng độ dài của chiều dày một lớp nanoclay với khoảng cách giữa hai 

lớp nanoclay và được gọi là khoảng cách cơ bản (d) [93]. 

Hình 1.1 Cấu trúc lý tưởng của montmorillonit [93] 


Công thức chung của montmorillonitcó dạng:M x (Al 4 –x Mg x )Si 8 O 20 (OH) 4 . Trong 

đó: M là cation đơn hoá trị, x là mức độ thế (x = 0,5 - 1,3). Mặc dù trong cấu trúc đều 

có các tấm tứ diện và bát diện sắp xếp thành từng lớp nhưng tuỳ thuộc vào sự sắp xếp 


14 







và thành phần mà nanoclay có tính chất vật lý và hoá học khác nhau. Kích thước, hình 

dạng, sự phân bố cũng là những yếu tố quan trọng và các ứng dụng cụ thể đều phải căn 

cứ vào những đặc điểm này. Ngoài ra, những đặc tính quan trọng khác như hoá học bề 

mặt, diện tích và điện tích bề mặt cũng ảnh hưởng đến tính chất vật liệu [57]. 

1.2.3 Các phương pháp chế tạo nanoclay 

Ở khoảng cách giữa các lớp nanoclay có chứa các ion kim loại nên bản chất của 

nanoclay là ưu nước. Chế tạo nanoclay là biến tính bề mặt nanoclay từ dạng ưu nước 

sang dạng ưu hữu cơ để có thể tương hợp với các loại polyme. Hai phương pháp chính 

để biến tính bề mặt nanoclay là trao đổi ion (ion exchange) và tương tác ion lưỡng cực 

(ion dipole interaction) [20,112]. 

1.2.3.1 Phương pháp trao đổi ion 

Lực liên kết giữa các lớp nanoclay là lực liên kết vật lý Van der Waals có năng 

lượng liên kết nhỏ và điều này làm cho các lớp nanoclay gắn kết với nhau yếu nên các 

phân tử khác có thể xen vào khoảng cách này một cách khá dễ dàng. Khai thác đặc 

điểm này, các cation ở khoảng giữa các lớp nanoclay mà thông dụng nhất là Na + , Ca 2+ , 

Mg 2+ , H + , K + và NH 4 

+ 

được thay thế bằng các chất hoạt động bề mặt như cation ankyl 

amonihay ankyl photphat [22]. 

1.2.3.2 Phương pháp tương tác ion lưỡng cực 

Tương tác ion lưỡng cực là phương pháp gắn các phần tử hữu cơ có chứa các 

nhóm như ancol, cacbonyl vào các cation có khả năng trao đổi trên bề mặt nanoclay. 

Các loại tích điện âm cục bộ này tương tác với các điện tích dương riêng tồn tại trên 

các cation có khả năng trao đổi. Trong quá trình này, các phân tử được đổi chỗ từ sự 

phối trí đối với các cation và bề mặt nanoclay trở nên kỵ nước. 

Ngoài ra, còn có thể dùng một số chất hoạt động bề mặt để biến tính clay mà tiêu 

biểu trong số đó là hợp chất silan [54]. 

=Si-OH + ROH 

=Si-OH + Cl- Si(R) 3 

1.3 Vật liệu polyme nanocompozit 

1.3.1 Khái niệm về vật liệu polyme nanocompozit 

=Si- OR + H 2 O 

=Si-OSi(R) 3 + HCl 



(25) 

(26) 

Cũng giống như vật liệu polyme compozit, vật liệu polyme nanocompozit cũng là 

15 







loại vật liệu gồm pha nền (polyme) và pha gia cường ở các dạng khác nhau. Tuy nhiên, 

điều khác biệt ở đây là pha gia cường có kích thước cỡ nanomet (dưới 100 nm). Như 

vậy có thể hiểu, vật liệu polyme nanocompozit là vật liệu có nền là polyme, copolyme 

hoặc polyme blend và cốt là các hạt hay sợi khoáng thiên nhiên hoặc tổng hợp có ít 

nhất một trong 3 chiều có kích thước trong khoảng 1-100 nm (kích cỡ nanomet). 

Vật liệu polyme nanocompozit kết hợp được cả ưu điểm của vật liệu vô cơ (như 

tính chất cứng, bền nhiệt,…) và ưu điểm của polyme hữu cơ (như tính linh động, mềm 

dẻo, là chất điện môi và khả năng dễ gia công…). Hơn nữa, chúng cũng có những tính 

chất đặc biệt của chất độn nano điều này dẫn tới sự cải thiện tính chất cơ lý của vật 

liệu. Một đặc tính riêng biệt của vật liệu polyme nanocompozit đó là kích thước nhỏ 

của chất độn dẫn tới sự gia tăng mạnh mẽ diện tích bề mặt chung khi so sánh với các 

compozit truyền thống (xem bảng 2.1). Diện tích bề mặt chung này tạo ra một tỷ lệ thể 

tích đáng kể của polyme có bề mặt chung với những tính chất khác biệt so với các 

polyme khối ngay cả khi ở tải trọng thấp. Vật liệu nền sử dụng trong chế tạo polyme 

nanocompozit rất đa dạng, phong phú bao gồm cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, 

thường là: nhựa polyetylen (PE), nhựa polypropylen (PP), nhựa polyeste, các loại cao 

su,… 

Bảng 1.1 Quan hệ giữa kích thước hạt và bề mặt riêng [5] 

Đường kính hạt 

Bề mặt riêng 

1 cm 3 cm 2 

1 mm 30 cm 2 

100 µm 300 cm 2 

10 µm 3000 cm 2 

1 µm 3 m 2 

100 nm 30 m 2 

10 nm 300 m 2 


1 nm 3000 m 2 

Khoáng thiên nhiên: chủ yếu là đất sét – vốn là các hạt silica có cấu tạo dạng lớp 

như montmorillonit, vermicullit, bentonit kiềm tính cũng như các hạt graphit,…. 

16 








Các hạt nhân tạo: các tinh thể như silica, CdS, PbS, CaCO 3 ,… hay SiO 2 , ống 

cacbon nano, sợi cacbon nano,…. [5]. 

1.3.2 Phân loại và đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit 

1.3.2.1 Phân loại hạt nano 

Ba loại polyme nanocompozit được phân biệt dựa vào số chiều có kích thước 

nanomet của vật liệu gia cường: 

- Loại 1: Là loại hạt có cả ba chiều có kích thước nanomet, chúng là các hạt nano 

(SiO 2 , CaCO 3 ,…). 

- Loại 2: Là loại hạt có hai chiều có kích thước nanomet, chiều thứ ba có kích 

thước lớn hơn, thường là ống nano hoặc sợi nano (thường là ống, sợi cacbon nano) và 

được dùng làm phụ gia nano tạo cho polyme nanocompozit có các tính chất đặc biệt. 

- Loại 3: Là loại chỉ có một chiều có kích thước cỡ nanomet. Nó ở dạng phiến, 

bản với chiều dày có kích thước cỡ nanomet còn chiều dài và chiều rộng có kích thước 

từ hàng trăm đến hàng ngàn nanomet. Vật liệu dạng này thường có nguồn gốc là các 

loại khoáng sét[5]. 

1.3.2.2 Đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit 

- Với pha phân tán là các loại bột có kích thước nano rất nhỏ nên chúng phân tán 

rất tốt vào trong polyme, tạo ra các liên kết ở mức độ phân tử giữa các pha với nhau 

cho nên cơ chế khác hẳn với compozit thông thường. Các phần tử nhỏ phân tán tốt vào 

các pha nền, dưới tác dụng của lực bên ngoài tác động vào nền sẽ chịu toàn bộ tải 

trọng, các phần tử nhỏ mịn phân tán đóng vai trò hãm lệch, làm tăng độ bền của vật 

liệu đồng thời làm cho vật liệu cũng ổn định ở nhiệt độ cao. 

- Do kích thước nhỏ ở mức độ phân tử nên khi kết hợp với các pha nền có thể tạo 

ra các liên kết vật lý nhưng có độ bền tương đương với liên kết hóa học về mặt vị trí, vì 

thế cho phép tạo ra các vật liệu có nhiều tính chất mới, ví dụ như tạo các polyme dẫn 

có rất nhiều ứng dụng trong thực tế. 

- Vật liệu gia cường có kích thước rất nhỏ nên có thể phân tán trong pha nền tạo 

ra cấu trúc rất đặc, do đó có khả năng dùng làm vật liệu bảo vệ theo cơ chế che chắn rất 

tốt [5] . 



17 







1.3.3 Ưu điểm của vật liệu polyme nanocompozit 

So với vật liệu polyme compozit truyền thống vật liệu polyme nanocompozit có 

những ưu điểm chính như sau: 

- Vật liệu nano gia cường hiệu quả hơn bởi vì kích cỡ của nó nhỏ hơn dẫn tới sự 

cải thiện đáng kể tính chất của nền (chỉ với một lượng nhỏ vật liệu gia cường) điều này 

làm cho vật liệu polyme nanocompozit nhẹ hơn, dễ gia công hơn và giá thành thấp hơn. 

- Sự chuyển ứng suất từ nền sang chất độn hiệu quả hơn là do diện tích bề mặt lớn 

và khả năng bám dính bề mặt phân cách pha tốt. 

1.3.4 Phương pháp chế tạo 

Polyme nanocompozit có thể được chế tạo theo một số phương pháp tùy theo 

cách thức kết hợp giữa hai pha vô cơ và hữu cơ. Cho tới nay, người ta đưa ra 3 phương 

pháp chính để chế tạo polyme nanocompozit, tuỳ theo nguyên liệu ban đầu và kỹ thuật 

gia công: phương pháp trộn hợp (nóng chảy, trong dung dịch,…), phương pháp sol-gel 

và phương pháp trùng hợp in-situ. 

1.3.4.1 Phương pháp trộn hợp 

Phương pháp này chỉ đơn giản là phối trộn các vật liệu gia cường nano vào trong 

nền polyme. Quá trình phối trộn có thể thực hiện trong dung dịch hay ở trạng thái nóng 

chảy. Khó khăn lớn nhất trong quá trình trộn hợp là phân tán các phần tử nano vào 

trong nền polyme một cách hiệu quả [5]. 

1.3.4.2 Phương pháp sol – gel 

Phương pháp sol-gel dựa trên quá trình thủy phân và trùng ngưng các phân tử 

alcoxide kim loại có công thức M(OR) 4 , dẫn đến việc hình thành polyme có mạng liên 

kết M-O-M, ví dụ như Si-O-Si. Phương pháp sol-gel cho phép đưa phân tử hữu cơ R’ 

có dạng R’ n M(OR) 4-n vào trong mạnh vô cơ để tạo ra vật liệu hữu cơ-vô cơ lai tạo có 

kích thước nano. Có hai loại nanocompozit lai tạo được chế tạo bằng phương pháp sol- 

gel. Sự phân chia chúng dựa vào bản chất của bề mặt ranh giới giữa thành phần hữu cơ 

và vô cơ: 


* Nhóm 1: Các thành phần hữu cơ và vô cơ trong polyme nanocompozit không có 

liên kết đồng hóa trị. Ở loại vật liệu này, tương tác giữa các thành phần dựa trên lực 

tương tác hydro, lực tĩnh điện và lực Van derWaals. 


18 







* Nhóm 2: Thành phần hữu cơ và vô cơ trong vật liệu được liên kết với nhau 

bằng liên kết hóa học. 

Phương pháp sol–gel đã được ứng dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu lai vô cơ – 

hữu cơ. Ưu điểm chính của phương pháp này là điều kiện phản ứng êm dịu: nhiệt độ và 

áp suất tương đối thấp. Trong trường hợp polyme nanocompozit, mục tiêu của phương 

pháp là tiến hành phản ứng sol–gel với sự có mặt của polyme và polyme chứa các 

nhóm chức để nâng cao khả năng liên kết với pha vô cơ. 

Quá trình sol–gel gồm 2 bước: 

- Thuỷ phân alkoxid kim loại; 

- Quá trình đa tụ. 

Điểm đặc biệt của phương pháp ở chỗ mạng lưới oxide được tạo thành từ 

alkoxide cơ kim ngay trong nền hữu cơ. Phương pháp thường hay sử dụng với chất gia 

cường là nanosilica [5]. 

1.3.4.3 Trùng hợp in-situ 

Phương pháp nàycó ưu điểm chế tạo dễ, nhanh và tính chất sản phẩm tốt. Quá 

trình trùng hợp in-situ trải qua ba bước: đầu tiên các phụ gia nano được xử lý bởi chất 

biến tính bề mặt thích hợp và sau đó được phân tán vào monome rồi tiến hành trùng 

hợp trong dung dịch hoặc trong khối để tạo polyme nanocompozit. 

Hạt nano 

Trộn thông 

thường 

Polyme 

Trùng hợp in-situ 

Sol - gel 

Hình1.2 Sơ đồ nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit[5] 

1.4 Vật liệu polyme nanoclay compozit [5,16] 

Monome 

Tiền chất nano 


Trong số các vật liệu có kích thước hay cấu trúc nano thì nanoclay thu hút được 

sự quan tâm chú ý của rất nhiều các nhà khoa học bởi các đặc tính ưu việt của nó như 


Sol - gel 

19 







diện tích bề mặt riêng lớn cỡ 700 ÷ 800 m 2 /g, giá thành rẻ, dễ điều chế... Chỉ với một 

lượng nhỏ nanoclay phân tán vào polyme người ta có thể nâng cao nhiều tính chất cơ lý 

của vật liệu, nâng cao khả năng chống cháy, hệ số chống thấm khí lên rất nhiều lần mà 

không làm tăng đáng kể trọng lượng, độ trong của vật liệu. 

Vật liệu polyme - nanoclay compozit đã được nghiên cứu từ khá sớm, chẳng hạn 

vật liệu nylon 6 - nanoclay compozit là vật liệu nanoclay compozit đầu tiên được Hãng 

Toyota nghiên cứu ứng dụng cùng công nghiệp ôtô. Cho đến nay người ta đã chế tạo 

thành công nhiều loại polyme - nanoclay compozit trên các nền nhựa khác nhau như: 

epoxy, polystyren, polyamit, polyolefin (PE, PP)... 

Polyme - nanoclay compozit có thể làm vật liệu chống cháy, ví dụ như một số 

loại nanocompozit của nylon 6 - silicat, PS - silicat lớp…hay vật liệu dẫn điện như 

nanoclay compozit PEO - Li - MMT dùng trong pin, vật liệu phân hủy sinh học như 

PCL - MMT hay PLA - MMT. 

Ngoài ra, khi các polyme như ABS, PS, PVA…được gia cường hạt sét sẽ cải 

thiện đáng kể tính chất cơ lý của polyme và có những ứng dụng khác nhau như ABS - 

MMT làm khung xe hơi hay khung máy bay, PMMA - MMT làm kính chắn gió, PVA - 

MMT làm bao bì… 

Các hạt nano sét được sử dụng trong sơn có thể cải thiện đáng kể tính chất như làm 

cho lớp sơn mỏng hơn, khả năng bảo vệ tốt hơn, bền hơn…[5,16]. 

1.4.1 Các loại vật liệu polyme nanoclay compozit [5,16] 

Căn cứ theo cách thức phân bố hay dạng tồn tại của nanoclay ở trong nền polyme 

mà người ta chia vật liêụ polyme/clay nanocompozit thành ba loại khác nhau: dạng 

tách pha, dạng chèn lớp và dạng bóc lớp. 

+ Dạng tách pha (phase separated microcompozit): Trong trường hợp này, 

polyme không có khả năng xen lớp vào giữa các lớp sét, khi đó chỉ thu được những hạt 

sét phân tán đều trong mạng polyme ở dạng tách pha. Vật liệu thu được chỉ đơn thuần 

là vật liệu compozit có cấu trúc kích thước micromet. 


+ Dạng chèn lớp (intercalated nanocompozit): Trong vật liệu này, các phân tử 

polyme được chèn vào giữa các lớp sét và khoảng cách giữa các lớp sét được tăng lên 

song trong polyme nanocompozit vẫn còn cấu trúc lớp như khi chưa kết hợp với polyme. 


20 







+ Dạng tách lớp (bóc lớp- exfoliated nanocomposite): Trong vật liệu này, các lớp 

sét được tách hoàn toàn khỏi nhau và phân tán đều trong nền polyme. Do đó, tương tác 

giữa pha nền và pha gia cường trong trường hợp này là tốt nhất. Hiện tượng bóc lớp 

xảy ra khi hàm lượng sét nhỏ và pha nền polyme tương tác tốt với sét. 

Trên hình 1.3 mô tả các dạng tồn tại của polyme clay nanocompozit. 

Hình 1.3 Các dạng vật liệu polyme clay nanocompozit [5] 

(a) dạng tách pha, (b) dạng chèn lớp, (c) dạng bóc lớp 

Đối với loại compozit thứ nhất, khoảng sét phân bổ thành từng khối trong nền 

polyme nền. Vật liệu hình thành gồm hai pha riêng rẽ: pha khoáng sét và pha polyme. 

Do đó, compozit khoáng sét – polyme có thể có cường độ, độ cứng lớn hơn polyme 

ban đầu nhưng độ bền nhiệt giảm. 

Khi có tương tác giữa các đại phân tử polyme và các lớp hay phiến khoáng sét, 

chỉ cần một lượng rất nhỏ khoáng sét, vật liệu nanocompozit đã thể hiện những tính 

chất mới lạ. Cấu trúc lý tưởng là cấu trúc nanocompozit bóc lớp, trong đó có sự phân 

tán hoàn toàn các phiến khoáng sét trong polyme nền và tương tác giữa các đại phân tử 

polyme với khoáng sét đạt hiệu quả tối ưu. Khi đó chỉ cần một lượng nhỏ khoáng sét 

cùng làm thay đổi các tính chất của nền polyme. Do đó, nanocompozit bóc lớp là cấu 


trúc thể hiện những tính chất cơ, lý, nhiệt, tính chất che chắn tốt nhất[5,16]. 

1.4.2 Tính chất của polyme nanoclay compozit 


Vật liệu polyme nanoclay compozit có những tính chất ưu việt hơn so với vật liệu 

21 







polyme gia cường bằng các hạt có kích thước micro, trong đó đáng chú ý là: tính chất 

cơ học cao, khả năng chịu nhiệt và chống cháy tốt, có tính chất che chắn, khả năng 

phân huỷ sinh học…[2,7,13,14]. 

1.4.2.1 Tính chất cơ học cao 

Một trong những mục đích chính của việc đưa thêm nanoclay vào polyme là để 

nâng cao tính chất cơ học nên tính chất này được nghiên cứu nhiều nhất. Một trong 

những yêu cầu cơ bản của nano polyme compozit là đạt được cân bằng tối ưu giữa độ 

bền, độ cứng và độ dẻo dai của vật liệu. Do vậy, đặc trưng tính chất cơ học của vật liệu 

nanocompozit phải được đánh giá từ nhiều khía cạnh khác nhau như độ bền kéo, độ 

bền va đập, độ bền uốn... 

Tính chất cơ học của nylon-6/nanoclaycompozit tổng hợp bằng phương pháp 

trùng hợp In-situ lần đầu tiên được chứng minh bởi các nhà nghiên cứu ở phòng thí 

nghiệm thuộc trung tâm nghiên cứu của Toyota [72]. Sự cải thiện quan trọng độ bền và 

mođun đàn hồi như sau: độ bền kéo tăng 40%, bền uốn tăng 60%, môđun kéo tăng 

68%, môđun uốn tăng 126% [74]. Sự tăng của mođun có quan hệ trực tiếp đến tỷ lệ 

diện tích của các lớp nanoclay như là cấu trúc nano cơ bản. Ngoài ra, sự tăng như vậy 

cũng được quan sát trong các cấu trúc nanoclay dạng tách lớp của nanocompozit MMT 

nền nhựa epoxy đóng rắn bằng amin [21,106]. 

Độ bền tương tác ranh giới pha ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ học. Ví dụ, sự 

tăng ứng suất của polymetyl-metacrylat (PMMA) nanocompozit dạng xen kẽ và nylon-6 

nanocompozit dạng tách lớp có thể được giải thích bằng sự tương tác giữa PMMA phân 

cực và ion nylon-6 với các lớp nanoclay. Trong trường hợp của polypropylen (PP) 

nanocompozit, ứng suất kéo chỉ tăng nhẹ là do thiếu sự kết dính cục bộ giữa PP không 

phân cực với nanoclay phân cực và điều này có thể được cải thiện bằng cách đưa thêm 

anhydrit maleic vào nền PP đã biến tính [70]. 

Cloisit Na + (nanoclay không biến tính) và Cloisite 30B được Basara Cigdem và 

cộng sự sử dụng để gia cường cho nhựa epoxydian trong chế tạo vật liệu 


nanocompozit. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) tăng từ 73 o C 

lên 83,5 o C khi hàm lượng Cloisite 30B là 9% và độ bền kéo đạt giá trị lớn nhất khi 

hàm lượng Cloisite 30B là 1%. Khi hàm lượng cùng là 0,5%, độ bền va đập của vật 


22 







liệu epoxydian-Cloisite 30B tăng 137% trong khi vật liệu epoxydian-Cloisite Na + 

tăng72% so với vật liệu không có nanoclay. 

Alyssa Downing [21] cho rằng, độ cứng của vật liệu được nâng lên đáng kể theo 

các cách chế tạo sau: 

- Trùng hợp ở bên trong MMT đã biến tính bằng hữu cơ; 

- Trùng hợp bên trong MMT đã được trưởng nở nhờ proton ε-caprolactam; 

- Trùng hợp bên trong MMT tự nhiên có mặt ε-caprolactam và xúc tác axit. 

Tuy nhiên, không phải lúc nào nanoclay cũng làm tăng các tính chất của vật liệu. 

Park Hwan-Man và các cộng sự [82] đã đưa bốn loại nanoclay theo thứ tự là: Cloisite 

Na + (không biến tính), Cloisite 30B, 10A và 6A vào tinh bột nhiệt dẻo (TPS) bằng 

phương pháp nóng chảy. Kết quả cho thấy, Cloisite Na + có sự phân tán tốt nhất trong 

nền TPS. Sự phân tán này phụ thuộc vào tính ưu nước cao của Cloisite Na + và đặc biệt 

là sự tương tác xảy ra giữa các nhóm có cực của các lớp clay và TPS. Sự tương tác 

mạnh của các nhóm có cực giữa TPS và Cloisite Na + với hàm lượng 5% làm cho độ 

bền kéo tăng cao nhưng độ thẩm thấu hơi nước giảm so với TPS ban đầu. Ngược lại, ở 

Cloisite 6A, là một loại nanoclay đã được biến tính bằng (CH 3 ) 2 (HT) 2 N + có tính kỵ 

nước cao. Do vậy, khi kết hợp với TPS hầu hết các tính chất cơ học của vật liệu đều 

giảm. Cụ thể, độ bền kéo giảm 38%, độ dãn dài khi đứt giảm 47% so với TPS ban đầu. 

Đối với các loại nanoclay 30B, 10A, độ bền kéo của TPS có tăng chút ít nhưng độ dãn 

dài lại giảm. 

Trong một nghiên cứu khác của nhóm tác giả Xidas Panagiotis.I [102] về ảnh 

hưởng của các loại nanoclay I28E, I30E, Cloisite 10A, 15A và 20A đến tính chất cơ 

nhiệt của nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy. Kết quả cũng tương tự như kết quả 

nghiên cứu của tác giả Hwan-Man Park, với hàm lượng 3% nanoclay I30E trong nhựa 

epoxy thì độ bền kéo và mođun của vật liệu đã cao hơn so với khi không sử dụng 

nanoclay nhưng khi sử dụng I28E, C10A, C15A, C20A cũng với hàm lượng 3% thì độ 

bền kéo và mođun đều có xu hướng giảm mạnh. Khi nghiên cứu về tính chất cơ nhiệt 


thông qua đánh giá các giá trị mođun tích trữ và nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) nhận thấy 

rằng mođun tích trữ đều tăng khi đưa thêm 3% nanoclay I30E vào nhựa epoxy tại nhiệt 

độ thử nghiệm 40 o C, nhưng lại giảm trong trường hợp của nanoclay Closite Na + . Đồng 


23 







thời, I30E cũng không làm thay đổi nhiều Tg của nanocomopozit tại hàm lượng 3% 

khối lượng [60]. 

Như vậy khi sử dụng nanoclay làm vật liệu tăng cường trong cấu trúc 

nanocompozit phụ thuộc rất nhiều vào hợp chất biến tính nanoclay. Nếu hợp chất biến 

tính sau khi ghép vào nanoclay có độ tương hợp tốt với nền polyme, chúng sẽ bổ sung 

và tăng cường một số tính chất cơ học, nhiệt nhưng ngược lại cũng có thể làm giảm 

đáng kể các đặc tính này. 

1.4.2.2 Khả năng chịu nhiệt và chống cháy 

Khi nanoclay được phân bố tốt trong nền PP thì nhiệt độ biến dạng nhiệt được nâng 

từ 109 o C lên đến 150 o C tùy thuộc vào chủng loại và hàm lượng nanoclay. Tuy nhiên, khi 

đưa hàm lượng nanoclay vượt quá 6% thì nhiệt độ biến dạng nhiệt không tăng nữa [44]. 

Tang Yong và các cộng sự [98] đã nghiên cứu tính chất ổn định nhiệt của PP 

bằng phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA). Nhiệt độ tổn hao 5% khối lượng 

của PP-nanoclay giảm so với nền PP. Điều này được giải thích là do vai trò xúc tác của 

các lớp clay làm tăng tốc độ quá trình than hóa tại thời điểm đầu của quá trình phân 

hủy. Tuy nhiên, nhiệt độ tổn hao khối lượng lớn nhất lại tăng so với nền PP do sự sắp 

xếp lại của các lớp nanoclay tạo thành lớp bảo vệ trên bề mặt của nanocompozit. 

ZengQ.H [104] cho rằng, để mức độ chống cháy phát huy được hiệu quả nanoclay 

không nhất thiết phải ở dạng tách lớp hoàn toàn. 

1.4.2.3 Tính chất che chắn 

Khi nanoclay phân tán tốt trong nền polyme, chất khí hay dung môi muốn khuếch 

tán xuyên qua vật liệu sẽ phải đi qua nhiều đường quanh co dài và hẹp hơn so với các 

compozit thông thường (hình 1.4). Các đường dẫn này gây cản trở rất nhiều đối với quá 

trình khuếch tán nên hệ số khuếch tán hay tốc độ thấm khí giảm đáng kể. Chỉ với hàm 

lượng nanoclay nhỏ (khoảng 2%) thì hệ số thẩm thấu của hơi nước qua màng 

polyimit/mica tổng hợp giảm 10 lần so với màng polyimit [105]. 



24 







Hình 1.4 Sơ đồ mô hình đường dẫn khí hay lỏng qua vật liệu compozit 

Gần đây, Baradwaj R.K [27] đã đưa ra mô hình mô tả quan hệ giữa độ dày lớp, 

nồng độ, trạng thái tập hợp và định hướng tương đối của nanoclay với tính chất thẩm 

thấu. Hệ số phản ánh mức độ gấp khúc τ được định nghĩa là tỷ số giữa chiều dài thực 

mà khí phải đi (d’) so với khoảng cách ngắn nhất (d- khoảng cách khi không có 

nanoclay). Hệ số τ quan hệ với chiều dài L (khoảng 30-2000 nm) và chiều rộng W (xấp 

xỉ 1nm) và phần thể tích ф của nanoclay theo công thức. 

τ = d 

d' 

L 

= 1 + Φ 

2W 

Ảnh hưởng của mức độ gấp khúc lên độ thẩm thấu được biểu diễn: 

P 

s 

1− = 

P τΦ 

P s , P p lần lượt là độ thẩm thấu của polyme nanocompozit và polyme. 

p 

Các phương trình trên được suy đoán từ các biểu thức xây dựng cho compozit 

thông thường nhưng đã cho kết quả khá tốt khi áp dụng để tính toán mức độ thấm hơi 

nước của nanocompozit polyimit/MMT. 

1.4.2.4 Khả năng phân huỷ sinh học 

Từ các nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học đã khám phá một tính chất hết sức 

thú vị của loại vật liệu này. Đó là khả năng phân huỷ sinh học tăng lên rõ rệt khi vật 

liệu nanocompozit được chế tạo từ nanoclay biến tính hữu cơ và polyme phân huỷ sinh 

học. Tetto J.A và cộng sự [103] đã công bố về khả năng phân huỷ sinh học của vật liệu 

nanocompozit trên cơ sở polycaprolactam (PCL). Vật liệu này có khả năng phân huỷ 

sinh học cao hơn PCL nguyên chất là vì nanoclay biến tính hữu cơ đã xúc tác cho quá 

trình phân huỷ sinh học của vật liệu. Sau đó, Lee S. R và cộng sự [58] cũng đã công bố 

về khả năng phân huỷ sinh học của nanocompozit trên cơ sở polyeste mạch thẳng. Kết 



25 







quả nghiên cứu cho thấy, vật liệu nanocompozit này lại có khả năng phân huỷ sinh học 

thấp hơn polyeste ban đầu và khi hàm lượng nanoclay càng cao thì khả năng phân huỷ 

sinh học càng giảm. Nhóm nghiên cứu này cho rằng, sự giảm khả năng phân hủy sinh 

học của vật liệu là do nanoclay làm tăng tính chất che chắn cho nanocompozit trên cơ 

sở nhựa este mạch thẳng và nanoclay. 

1.4.2.5 Tính chất điện và quang học 

Bản thân nanoclay được coi là vật liệu cách điện nhưng các cation hydrat hóa 

nằm giữa các lớp clay cùng sự chuyển động của chúng lại làm cho toàn bộ hệ thống trở 

nên dẫn điện. Việc đưa vào các phần tử trung tính có thể làm ảnh hưởng tới lớp vỏ 

hydrat của các cation ở khoảng giữa và do đó ảnh hưởng đáng kể đến sự chuyển động 

của các ion, tính dẫn điện và các thông số điện của vật liệu. Độ dẫn điện của etenanoclay 

đã được công bố là lớn hơn vài lần so với nanoclay tương ứng. Đại lượng này 

tăng lên cùng với sự tăng nhiệt độ đến một giá trị tới hạn nào đó tuỳ thuộc vào loại ete. 

Độ dẫn điện còn lớn hơn nữa nếu đưa xen kẽ một loại polyme thu hút điện tử vào 

nanoclay. Độ dẫn điện của loại vật liệu này bị ảnh hưởng lớn bởi độ tinh thể hoá của 

vật liệu, sự hình thành cặp đôi ion cũng như độ linh động cao của các ion trái dấu [50]. 

Vật liệu compozit thường đục do ánh sáng bị khúc xạ, phản xạ bởi các hạt hay sợi 

gia cường. Trong khi đó, vật liệu nanocompozit do có các hạt gia cường ở kích cỡ phân 

tử nên có độ trong suốt cao. Tính chất này đã được kiểm nghiệm bởi các nghiên cứu 

của Kornmann Xavier trên vật liệu epoxy-smectit và sau đó là trên vật liệu polyuretansmectit 

[49]. 

1.4.3 Công nghệ chế tạo vật liệu polyme nanoclay compozit 

Hiện nay, có bốn công nghệ thường được dùng để chế tạo vật liệu nanocompozit 

polyme/clay: phương pháp chèn lớp, phương pháp trùng hợp tại chỗ, phương pháp trộn 

hợp nóng chảy và phương pháp sol-gel. 

1.4.3.1 Phương pháp trộn hợp 

a) Phương pháp trộn hợp trong dung dịch 


Trong phương pháp này clay được đưa vào trong dung dịch polyme và được 

khuấy trộn mạnh. Trong quá trình đó dung môi sẽ chui vào giữa các lớp clay làm cho 

clay trương nở và khoảng cách giữa các lớp được tăng lên, nhờ đó polyme dễ dàng 


26 







chèn vào giữa các lớp clay. Sau khi làm bay hơi dung môi người ta thu được vật liệu 

polyme nanocompozit. Dung môi thường hay được sử dụng là: nước, clorofoc, 

toluen,…. Phương pháp này thường được dùng để chế tạo nanocompozit polyme/clay 

ứng dụng làm lớp phủ bảo vệ. 

Ưu điểm của phương pháp này là không cần biến tính clay do dung môi đóng vai trò 

trương nở lớp clay, làm tăng khoảng cách cơ bản giữa các lớp. Tuy nhiên, nhược điểm rất 

lớn của phương pháp này là dung môi sau khi được tách ra làm ô nhiễm môi trường. 

b) Phương pháp trộn hợp ở trạng thái nóng chảy 

Ở phương pháp này clay hữu cơ và polyme được trộn hợp ở nhiệt độ gia công 

thích hợp trong các thiết bị gia công polyme như: máy trộn kín, máy ép đùn, máy 

cán,… Trong quá trình trộn, dưới tác dụng của ứng suất trượt, các đại phân tử polyme 

sẽ chèn vào giữa các lớp của clay hữu cơ để tạo nanocompozit polyme/clay. Quá trình 

chèn lớp ở trạng thái nóng chảy được mô tả trên hình 2.15. 

Hình 1.5 Sơ đồ quá trình chèn lớp ở trạng thái nóng chảy [5] 

Phương pháp này thường được áp dụng cho các polyme nhiệt dẻo như: polystyren 

(PS), nylon-6, polypropylen (PP), copolyme etylen-vinyl axetat (EVA), copolyme 

poly(styren-b-butadien) (SBS)…và cao su. Hỗn hợp nanoclay và polyme được gia 

nhiệt đến trên nhiệt độ làm mềm của polyme để polyme khuếch tán được vào khoảng 

cách giữa các lớp clay. Đây là phương pháp đơn giản và kinh tế nhất để chế tạo vật liệu 

nanocompozit polyme/clay. Nhựa nhiệt dẻo đầu tiên sử dụng phương pháp chèn lớp ở 

trạng thái nóng chảy là polystyren (PS). Người ta trộn PS ở dạng hạt với clay hữu cơ ở 


nhiệt độ trên 165 o C. Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X và kính hiển vi điện tử truyền 

qua, người ta đã chứng minh được sản phẩm thu được là vật liệu nanocompozit 

PS/clay. Cho tới nay, người ta đã chế tạo thành công vật liệu nanocompozit 


27 







polyme/clay trên hầu hết các nền nhựa nhiệt dẻo như: polyetylen (PE), polypropylen 

(PP), nylon 6 (PA 6), polyetylenterphtalat (PET), trong đó PE và PP là hai loại nhựa 

nhiệt dẻo được quan tâm nhiều nhất. Trong quá trình chế tạo, các polyolefin rất khó 

tương hợp với clay hữu cơ do đặc tính không phân cực của chúng. Hơn nữa, clay sau 

khi biến tính vẫn còn tính ưa nước do không phải toàn bộ bề mặt clay đều được bao 

phủ bởi các mạch hydrocacbon, do vậy quá trình chèn các phân tử polyme vào giữa các 

lớp clay rất khó thực hiện. Để khắc phục điều này người ta tiến hành biến tính polyme 

bằng cách đưa các nhóm chức phân cực vào phân tử polyme thông qua phản ứng ghép 

và sử dụng chất tương hợp có chứa các nhóm chức như: nhóm OH, nhóm CO,… 

Những nhóm chức này có thể liên kết tốt với clay, còn mạch hydrocaccbon của chất 

tương hợp thì tương hợp với nền polyme. Ví dụ: người ta đã biến tính PP và PE bằng 

anhydride maleic (PP-g-AM, PE-g-AM) và sử dụng chúng làm vật liệu nền trong 

nanocompozit polyolefin/clay (hình 1.6). 

Hình 1.6 Sự hình thành nanocompozit từ clay hữu cơ và nền nhựa polyolefin 

biến tính [5] 

1.4.3.2 Phương pháp trùng hợp tại chỗ (in-situ) 

Nguyên lý của phương pháp trùng hợp tại chỗ thực hiện theo sơ đồ[5]: 

Đây là phương pháp chế tạo từ phản ứng trùng hợp của monome. Nanoclay và 

monome được phối trộn để nanoclay trương bởi monome. Khi phản ứng diễn ra, dưới 

tác dụng của chất khơi mào sẽ hình thành mạch polyme trong các lớp nanoclay. Quá 

trình trùng hợp diễn ra dưới tác dụng của nhiệt, bức xạ và các chất khơi mào. Đầu tiên 



28 







clay được phân tán vào dung dịch monome để các monome chèn vào giữa các lớp clay, 

sau đó tiến hành trùng hợp để thu được nanocompozit. 

Monome được sử dụng thường là dạng lỏng và có thể tương hợp tốt với clay (có 

khả năng làm trương clay). Người ta đã sử dụng nhiều monome để tổng hợp polyme 

nanocompozit theo phương pháp này như: anilin, caprolactam, styren, acrylonitril,… 

Bằng phương pháp này thu được các hệ vật liệu nanocompozit nhựa nhiệt dẻo như 

polystyren (PS), polyacrylamit (PA) và nhiệt rắn như polyuretan (PU), epoxy… [55]. 

Hình 1.7 là sơ đồ tổng hợp polyme nanocompozit trên cơ sở polyamid và nanoclay. 

Hình 1.7 Sơ đồ tổng hợp nanocompozit trên cơ sở polyamid và nanoclay [5] 

Ưu điểm của phương pháp này là không cần biến tính clay và clay được phân tán 

tốt trong nền polyme. Tuy nhiên, việc kiểm soát quá trình trùng hợp rất phức tạp và 

phương pháp này cũng chỉ áp dụng được với các monome ở dạng lỏng và tương hợp 

được với clay [5]. 

1.4.3.3 Phương pháp bóc lớp - hấp phụ 

Bóc lớp - hấp phụ là phương pháp có thể dùng để chế tạo vật liệu 

nanocompozit trên cơ sở các polyme phân cực cũng như không phân cực. Phương 

pháp này gồm các giai đoạn chính như sau: 

- Giai đoạn 1: Khoáng sét được phân tán trong dung môi. Do lực liên kết yếu giữa 

các lớp khoáng sét nên chúng bị trương nở và bóc tách thành các phiến silicat. Tùy thuộc 

đại phân tử polyme không phân cực hoặc phân cực, cần chọn các dung môi tương ứng để 

có thể hòa tan các polyme (hoặc chất tiền polyme). Ví dụ, dung môi không phân cực như 


toluen, n-hexan…, dung môi phân cực như N,N-đimetylformamit,metyl clorua… 

- Giai đoạn 2: Polyme (hoặc chất tiền polyme) trong dung môi thích hợp được 

đưa vào hỗn hợp của khoáng sét phân tán trong dung môi và các đại phân tử polyme 

sẽ phân bố xen kẽ giữa các lớp khoáng sét, hình thành tương tác polyme – khoáng sét. 

29 








- Giai đoạn 3: Làm bay hơi dung môi trong điều kiện chân không (trong một số 

trường hợp có thể dùng phương pháp kết tủa) thu được vật liệu nanocompozit khoáng sét - 

polyme thường có cấu trúc chèn lớp/xen kẽ. 

Có thể tóm tắt quá trình chế tạo vật liệu nanocompozit khoáng sét - polyme theo 

phương pháp bóc lớp – hấp phụ trên các hình 1.8 và 1.9. 

Các vật liệu nanocompozit trên cơ sở PE, polyimit và các polyme dạng tinh thể 

lỏng nematic đã được tổng hợp theo phương pháp này. 

Hình 1.8 Sơ đồ chế tạo vật liệu nanocompozit khoáng sét - polyme theo phương pháp 

bóc lớp - hấp phụ [16] 

Ưu điểm chính của phương pháp bóc lớp – hấp phụ là cho phép chế tạo vật liệu 

nanocompozit trên cơ sở các polyme có độ phân cực thấp. Ngoài ra, có thể dùng 

phương pháp bóc lớp–hấp phụ để chế tạo vật liệu nanocompozit từ các polyme và 

khoáng sét chưa biến tính hữu cơ. Trong trường hợp này, dung môi dùng để phân tán 

khoáng sét chưa biến tính phải là dung môi có cực. Các polyme phải có khả năng phân 

tán trong nước như poly(etylen oxit) (PEO) hoặc được tổng hợp bằng phương pháp 

trùng hợp nhũ tương như poly (metyl metacrylat) (PMMA), epoxy….[16]. 

NH 3 

+ 

Dung môi 

Khoáng sét 

hữu cơ 

NH 3 

+ 

NH 3 

+ 

Khoáng sét hữu 

cơ solvat hoá 

+ 

polyme 

solvat hoá 

Polyme 

NH 3 

+ 

Hình 1.9 Chế tạo vật liệu nanocompozit khoáng sét - polyme theo phương pháp bóc lớp - 

hấp phụ [16] 

NH 3 

+ 

chèn lớp 

Dung môi 

Trộn lẫn Chèn lớp bay hơi Nanocompozit 

NH 3 

+ 

làm khô 

trong 

chân 

không 

NH 3 

+ 

NH 3 

+ 

bay hơi 

dung môi 


NH 3 

+ 


30 







a) Bóc lớp – hấp phụ từ polyme trong dung dịch 

Phương pháp bóc lớp – hấp phụ từ polyme trong dung dịch được áp dụng rộng rãi 

để chế tạo vật liệu nanocompozit từ các polyme tan trong nước như poly(vinyl ancol) 

(PVOH), PEO, poly(vinyl pyrolidon) (PVPyr) hoặc poly (axit acrylic) (PAA) ... Khi 

khoáng sét phân tán giữa các đại phân tử polyme đã được solvat hóa sẽ hình thành các 

tương tác (ví dụ tương tác ion, liên kết hydro...). Các đại phân tử polyme thay thế phân 

tử dung môi giữa các phiến khoáng sét đã trương nở và hình thành liên kết 

polyme/khoáng sét. Quá trình xen kẽ polyme giữa các phiến silicat thuận lợi về mặt 

entropi. Sự bóc tách các phân tử dung môi khỏi các phiến sét làm tăng độ hỗn độn và 

do đó tăng entropi của hệ, phần entropi tăng này lớn hơn phần entropi giảm do sự xen 

kẽ các đại phân tử polyme trong khoáng sét. Khi làm bay hơi dung môi, một số phiến 

silicat có thể kết tụ với nhau và cấu trúc vật liệu nanocompozit hình thành thường là 

cấu trúc chèn lớp/xen kẽ. 

J. H. Sung và H. J. Choi đã chế tạo vật liệu nanocompozit có khả năng dẫn điện 

trên cơ sở polyme dẫn là poly(o-etoxy) anilin (PEOA) và MMT biến tính. Khả năng 

tan trong dung môi của PEOA phụ thuộc nhiều vào độ kết tinh. Nếu để lâu sau khi tổng 

hợp, độ kết tinh của PEOA tăng lên và khả năng tan trong dung môi giảm đi. Do đó, 

đầu tiên các tác giả đã tổng hợp PEOA từ monome etoxyanilin như sau: đưa 0,6 mol 

etoxyanilin vào 400 ml dung dịch HCl 1M, khuấy trong 2 giờ. Sau đó, trộn 0,36 mol 

amonium persunfat trong 240 ml HCl 1 M vào dung dịch nói trên. Phản ứng trùng hợp 

etoxyanilin tiến hành ở 25 o C. Polyme PEOA hình thành ở dạng hạt, được làm khô 

trong tủ sấy chân không trong 2 ngày. Do PEOA được hình thành trong môi trường axit 

(pH=1) nên bộ khung polyme ở trạng thái pha tạp. Ngâm MMT biến tính trong 

cloroform trong một ngày để khoáng sét có thể trương nở hoàn toàn, sau đó hòa tan 

tiếp các hạt PEOA đã được làm khô vào dung dịch trên. Hỗn hợp dung dịch được 

khuấy trộn trong 1 ngày, sau đó lọc kết tủa, làm khô trong tủ sấy chân không 2 ngày. 

Nanocompozit thu được ở dạng bột và có cấu trúc chèn lớp/xen kẽ [16]. 



31 







OC 2 H 5 

OC 2 H 5 OC2 H 5 

2n 

NH 2 

* 

N * 

n 

Trong một số trường hợp, khoáng sét sử dụng có thể không cần biến tính hữu cơ. 

Wu và Lerner đã nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở PEO và khoáng 

sét không biến tính. Các tác giả đã sử dụng 2 loại khoáng sét là Na – MMT và Na – 

hectorit. Trước hết, 2 loại khoáng sét được hòa tan trong dung môi axetonitrin, sau đó 

hòa tan PEO trong dung dịch trên. Kết quả thu được cho thấy khoảng cách cơ bản của 

khoáng sét tăng lên. Khoảng cách cơ bản của khoáng sét ban đầu đều là 0,98 nm, sau 

khi tạo thành vật liệu nanocompozit, khoảng cách cơ bản của MMT là 1,36 nm và của 

hectorit là 1,71 nm. Điều này chứng tỏ có một hoặc 2 đại phân tử polyme xen giữa 2 

phiến silicat, hình thành cấu trúc nanocompozit chèn lớp/xen kẽ. 

Phương pháp bóc lớp – hấp phụ còn được dùng để chế tạo vật liệu nanocompozit 

từ polyme không phân cực, chẳng hạn với polyetylen tỉ trọng cao (HDPE). Trước hết, 

khoáng sét biến tính được hòa tan trong hỗn hợp dung môi không phân cực xylen và 

benzonitrin (tỉ lệ 80:20 theo khối lượng). Sau đó, hòa tan HDPE trong dung dịch này. 

Dùng tetrahydro furan (THF) để kết tủa nanocompozit từ dung dịch và tiếp tục rửa 

sạch sản phẩm bằng THF. Kết quả xác định khoảng cách cơ bản cho thấy khoảng cách 

cơ bản của khoáng sét trong sản phẩm tăng lên nhưng không nhiều, chứng tỏ chỉ có 

một phần nhỏ cấu trúc chèn lớp/xen kẽ được hình thành. 

N.Ogata và các cộng sự đã áp dụng phương pháp bóc lớp hấp phụ để chế tạo 

màng nanocompozit từ các polyeste gồm poly(lactic axit) (PLA) và poly(εcaprolacton) 

(PCL). Khoáng sét được sử dụng là montmorillonit (MMT) biến tính bằng 

cation amoni dimetyl distearyl. Polyeste (PLA hoặc PCL) được hòa tan vào dung môi 

cloroform nóng chứa khoáng sét biến tính. Sau đó, làm bay hơi dung môi, thu được các 

màng đồng nhất. Tuy nhiên, trong điều kiện thí nghiệm, không thấy cấu trúc 

nanocompozit chèn lớp/xen kẽ hình thành trong cả 2 loại polyeste trên. Từ các kết quả 

nghiên cứu trên có thể thấy, ngay cả khi điều kiện thực nghiệm như nhiệt độ, dung môi, 

loại khoáng sét... giống nhau nhưng vật liệu nanocompozit tạo thành có thể có cấu trúc 



32 







chèn lớp/xen kẽ hoàn toàn hoặc chèn lớp/xen kẽ một phần. Như vậy, với mỗi loại 

polyme nền, cần nghiên cứu chọn loại khoáng sét, chất hữu cơ dùng để biến tính và 

dung môi thích hợp. 

b) Bóc lớp - hấp phụ từ chất tiền polyme trong dung dịch 

Một số polyme như poly(imit) hoặc polyme liên hợp không tan trong các dung 

môi hữu cơ và không tan trong nước. Do đó, để chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ 

sở các polyme này không thể xuất phát từ các polyme. Người ta tìm các chất tiền 

polyme có thể tan trong hỗn hợp có khoáng sét phân tán trong các dung môi. Sau đó, 

nhờ nhiệt độ hoặc các tác nhân hóa học chuyển hóa chất tiền polyme thành đại phân tử 

polyme. Sản phẩm thu được là vật liệu nanocompozit khoáng sét - polyme. 

Để chế tạo vật liệu nanocompozit từ polyimit (PI), nhóm nghiên cứu thuộc hãng 

Toyota (Nhật Bản) đã sử dụng tiền chất của PI là poly(amic axit) và MMT biến tính 

bằng ion dodexyl amoni và dung môi dimetyl axetamit. Trước hết, poly(amic axit) 

được điều chế bằng phản ứng trùng ngưng 4,4'-(diamino diphenyl) ete với dianhydrit 

pyromellitic [16]. 

O 

OC 

OC 

CO 

CO 

dianhydrit pyromellitic 

* 

HOOC 

OC 

O 

+ 

H 2 N O 

NH 2 

COOH 

CONH 

poly(amic axit) 

4,4'-(diamino diphenyl) ete 

Sau đó, đưa MMT biến tính và poly(amic axit) vào dimetyl axetamit. Poly(amic 

axit) có khối lượng phân tử nhỏ hơn polyimit nhiều nên có thể tan dễ dàng trong dung 

môi. Làm bay hơi dimetyl axetamit thu được poly(amic axit) được gia cường bằng 

MMT hữu cơ. Xử lý sản phẩm ở 300 o C trong 2 giờ để các phân tử poly(amic axit) 

trùng ngưng tạo polyimit[16]: 


O 

NH 

n 


33 







HOOC 

COOH 

300 o C, 2h 

silicat 

* OC 

CONH 

O 

NH 

n 

poly(amic axit) 

OC 

OC 

CO 

N N O 

NH 

CO 

polyimit 

Các phiến silicat được phân tán giữa các phân tử polyimit vừa hình thành. Phổ 

nhiễu xạ tia X (XRD) và ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của vật liệu 

nanocompozit đều khẳng định cấu trúc bóc lớp tồn tại trong vật liệu. 

Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, sự có mặt của các phiến khoáng sét cũng 

tác động tích cực đến quá trình trùng ngưng poly(amic axit) tạo thành polyimit. Với 

hàm lượng MMT biến tính 7%, năng lượng hoạt hóa của phản ứng trùng ngưng giảm 

20%. Vai trò hoạt hóa của khoáng sét biến tính đối với quá trình trùng ngưng tạo 

polyimit có thể giải thích bằng cơ chế phản ứng sau [16]: 

Như vậy, trong phương pháp bóc lớp - hấp phụ, tác nhân biến tính khoáng sét có 

vai trò không đáng kể. Có thể dùng khoáng sét không biến tính để chế tạo vật liệu 

nanocompozit. Một điểm chú ý khi chế tạo vật liệu nanocompozit theo phương pháp 

bóc lớp - hấp phụ, có một lượng lớn các tiểu phân như nước, dung môi… xen kẽ giữa 

các phiến silicat, điều này làm cho nanocompozit kém ổn định về mặt hoá học. Mặt 

khác, nhược điểm lớn nhất của phương pháp bóc lớp - hấp phụ là cần dùng một lượng 

lớn dung môi hữu cơ, hiệu quả kinh tế không cao và gây ô nhiễm môi trường. Quá 

trình xen kẽ được thực hiện trong dung môi nước, cloroform hay toluen. Ban đầu, 

nanoclay bị trương bởi các phân tử dung môi. Sau đó các polyme hoà tan khuếch tán 


n 


34 







vào và thay thế các phân tử dung môi ở khoảng giữa các lớp nanoclay. Cuối cùng, vật 

liệu polyme-nanocompozit được hình thành khi loại bỏ dung môi. Phương pháp này 

chỉ thích hợp đối với những polyme có thể hoà tan và nanoclay trương tốt. Một số 

polyme thường được sử dụng cho phương pháp này là: polyetylenoxit (PEO), 

polyvinylancol (PVA), polyetylenvinylaxetat (PEVA), polycaprolactam (PCL)... 

Nhiệt động học của quá trình này liên quan đến sự thay thế dung môi bằng 

polyme. Để quá trình xảy ra thì năng lượng tự do Gibb phải có giá trị âm và điều kiện 

này xảy ra khi entropy tăng nghĩa là biến thiên entropy khi dung môi thoát ra khỏi 

nanoclay phải đủ lớn để bù đắp được phần entropy giảm do mạch polyme bị hạn chế 

trong nanoclay [16]. 

1.4.3.4 Phương pháp tổng hợp khuôn [16] 

Phương pháp tổng hợp khuôn vật liệu nanocompozit khoáng sét - polymelà quá 

trình hình thành các tinh thể silicat giữa các đại phân tử polyme. Trong phương 

phápnày, dựa trên khả năng tự lắp ghép, các polyme xúc tiến cho quá trình tạo mầm 

tinh thể khoáng sét vô cơ và bị giữ lại giữa các phiến silicat khi chúng được hình 

thành. Có thể hình dung polyme đóng vai trò như chiếc khuôn trong sự hình thành các 

lớp tinh thể khoáng sét. 

Các giai đoạn cơ bản chế tạo vật liệu nanocompozit khoáng sét - polymetheo 

phương pháp tổng hợp khuôn được thể hiện trên các hình 1.10 và 1.11. 

- Giai đoạn 1: Polyme và các hợp phần vô cơ tổng hợp nên khoáng sét được trộn hợp 

tạo dung dịch. Thông thường, dung môi được chọn là nước vì các chất vô cơ chỉ có khả 

năng tan tốt trong nước, polyme được chọn cũng phải có đặc tính tan đượctrong nước. 

- Giai đoạn 2: Đưa vào chất xúc tác hoặc xử lý nhiệt để xảy ra phản ứng hình 

thành các phiến silicat giữa những phân tử polyme. Nanocompozit tạo thành có cấu 

trúc bóc lớp hoặc chèn lớp/xen kẽ. 

Phương pháp tổng hợp khuôn đặc biệt thích hợp để tổng hợp các vật liệu 

nanocompozit từ các polyme có thể tan trong nước. Một số vật liệu nanocompozit khoáng 


sét - polymeđã được tổng hợp theo phương pháp này với polyme nền như 

poly(vinylpyrolidon) (PVPyr), hidroxy propyl methyl xeluloza (HPMC), 

poly(acrylonitrin) (PAN), poly(dimetyl diallyl amoni) (PDDA) và poly(anilin) (PANi).... 


35 







Polyme 

tác nhân 

phản ứng 

Hình 1.10 Sơ đồ chế tạo vật liệu nanocompozit khoáng sét - polyme theo phương pháp tổng 

hợp khuôn [16] 

Hình 1.11 Chế tạo vật liệunanocompozit khoáng sét – polyme bằngphương pháp tổng 

hợp khuôn [16] 

Theo phương pháp tổng hợp khuôn, silicat hình thành trong nanocompozit 

khoáng sét - polymecó thể không ở dạng tinh thể lớp, mà ở dạng hình cầu, hình sợi…. 

K. A. Carrado và cộng sự đã sử dụng phương pháp tổng hợp khuôn để chế tạo vật 

liệu nanocompozit polyme - hectorit [29]. PVPyr được trộn hợp với 2% silicagel solvat 

hoá, magie hidroxit solvat hoá, liti florua trong nước. Sản phẩm thu được là vật liệu 

nanocompozit với polyme nền chứa các phiến silicat (hectorit) với cấu trúc dạng chèn 

lớp/xen kẽ. 

Polyme 

Hợp phần 

vô cơ 

+ 

Trộn lẫntrong 

dung dịchnước 

Hợp phần vô cơ 

tạo silicat 

Kết hợp các 

hợp phần vô 

cơ tạo khoáng 

sét 

trộn hợp+ 

nhiệt, xúc tác 

nanocompozit 

Nanocompozit 

Khi nghiên cứu cấu trúc sản phẩm tạo thành, người ta thấy rằng sự có mặt của 

polyme giữa các hợp phần vô cơ ảnh hưởng đến động học quá trình kết tinh và kích thước 

các phiến khoáng sét tạo thành. Kích thước của các phiến silicat trong polyme không hoàn 

toàn giống với cấu trúc tự nhiên của các loại khoáng sét ban đầu. Chiều dài tối đa của một 

phiến sét chỉ đạt được khoảng 1/3 so với dạng tồn tại trong tự nhiên của chúng. 

Như vậy, tùy thuộc cấu tạo polyme nền và khoáng sét, có thể lựa chọn các 


phương pháp chế tạo vật liệu nanocompozit khoáng sét – polyme phù hợp. Nhìn chung, 

các phương pháp ở trên mới chỉ chế tạo vật liệu nanocompozit với quy mô chưa lớn. 

Để tạo vật liệu nanocompozit khoáng sét – polymevới quy mô công nghiệp, cần những 

nghiên cứu sâu hơn về quy trình công nghệ và các điều kiện gia công thích hợp [16]. 


36 







1.4.4 Tình hình nghiên cứu, chế tạo vật liệu nanocompozit epoxy- nanoclay 

Nanoclay thường được phân tán trong nền vật liệu khác nhau. Quá trình phân tán 

là mấu chốt trong công nghệ chế tạo bởi tính chất cuối cùng của sản phẩm chịu ảnh 

hưởng rất lớn của điều kiện phân tán. Hiện nay, có nhiều phương pháp khác nhau để 

thực hiện công việc này với mục tiêu là làm cho cấu trúc lớp của nanoclay có thể giãn 

và tách lớp hoàn toàn. 

Lu Hai-jun và các đồng nghiệp [53] đã sử dụng phương pháp khuấy cơ học để 

phân tán nanoclay montmorillonit (MMT) đến tách lớp hoàn toàn trong nhựa 

epoxydian đóng rắn bằng diaminodiphenyl sulfon (DDS). Với 3% nanoclay MMT 

phân tán tách lớp hoàn toàn trong nhựa epoxy, tính chất cơ học, đặc biệt là độ bền va 

đập tăng từ 32,1 kJ/m 2 lên đến 48,1 kJ/m 2 (tăng 50%), độ bền uốn cũng tăng khoảng 

8% so với nhựa nền không có nanoclay. 

Wang Jinwei và Qin Shuchao [107] đã sử dụng phương pháp khuấy cơ học kết 

hợp siêu âm phân tán nanoclay I30E vào nhựa epoxy DER-332 đóng rắn bằng 4,4′- 

diaminodiphenyl sulfon (DDS) để chế tạo nanocompozit với quy trình như sau: Ban 

đầu nhựa epoxy được gia nhiệt đến 80 o C, sau đó DDS được đưa vào và khuấy 400 

vòng/phút trong thời gian 30 phút. Tiếp theo, I30E được phân tán ở tốc độ 400 

vòng/phút tại 80 o C trong thời gian 2 giờ sau đó hỗn hợp được đưa vào bể siêu âm (JAC 

ultrasonic1505). Sau khi siêu âm, hỗn hợp được tách bọt khí và đóng rắn ở nhiệt độ và 

thời gian quy định. Kết quả nghiên cứu đã chỉ rõ được ảnh hưởng của thời gian siêu âm 

đến tính chất cơ học và độ bền nhiệt của nanocompozit khi thử nghiệm tại các thời gian 

siêu âm là 1 và 3 giờ. Tác giả đã sử dụng phương pháp XRD để đánh giá sự xen kẽ và 

tách lớp của nanoclay và đưa ra nhận định rằng, thời gian siêu âm càng tăng thì khoảng 

cách giữa các lớp clay tăng, độ bền nhiệt đã được nâng cao nhưng tính chất cơ nhiệt lại 

có xu hướng giảm. 

Một nghiên cứu khác của tác giả Iqbal Kosar và đồng nghiệp [62] đã sử 

dụngnanoclay loại I30P (Nanocor) làm vật liệu tăng cường cho compozit trên cơ sở 


nhựa epoxy (Epon 828-Shell) và sợi cacbon (T200). Các tác giả đã gia nhiệt nhựa 

epoxy ở 70 o C để giảm độ nhớt, sau đó trộn hợp với nanoclay trên máy khuấy tốc độ 

cao với tốc độ 3000 vòng/phút trong thời gian 1 giờ. Hỗn hợp sau khi chế tạo tiếp tục 


37 







được siêu âm trên máy Branson 1510 trong thời gian 3 giờ và nhiệt độ trong suốt quá 

trình siêu âm luôn duy trì ở 75 o C. Hỗn hợp gồm nanoclay, epoxy, sợi cacbon được gia 

công, chế tạo thành tấm compozit bằng phương pháp ép nóng trong khuôn. Ảnh hưởng 

của nanoclay đến độ bền va đập, năng lượng va đập ban đầu (hình 1.12) và năng lượng 

hấp thụ (hình 1.13) của nanocompozit tạo thành được nghiên cứu và nhận thấy: với 3% 

nanoclay trong epoxy, năng lượng va đập ban đầu của nanocompozit đã cao hơn so với 

hàm lượng 5% và khi không có nanoclay. 

Năng lượng va đập ban đầu (J) 

Hình 1.12 Mối quan hệ giữa năng lượng va đập ban đầu của vật liệu và hàm lượng nanoclay 

Năng lượng hấp thụ (J) 

Hàm lượng nanoclay (%) 

Độ bền va đập (J) 

Hình 1.13 Mối quan hệ giữa năng lượng hấp thụ và độ bền va đập của vật liệu 

Bên cạnh đó, tác giả cũng đã đánh giá được mối quan hệ của năng lượng hấp thụ 

và độ bền va đập của vật liệu. Với 3% hàm lượng nanoclay, năng lượng hấp thụ của vật 

liệu lớn nhất, và tác giả cũng đã giải thích rằng tại 5% đã có hiện tượng vón và kết 

tụcủa nanoclay do vậy sự hấp thụ năng lượng giảm [63]. 

Năm 2006, Chowdhury F.H và các cộng sự [34] cũng đã công bố công trình 

nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay đến tính chất của vật liệu compozit trên cơ sở 



38 







nhựa epoxy và vải cacbon. Trong nghiên cứu này, để phân tán nanoclay các tác giả đã 

sử dụng thiết bị siêu âm (Vibra-cell ultrasonic processor), nanoclay I28E, epoxy 

(SC15-Applied poleramic), chất đóng rắn (xycloaliphatic amin 70-90% và 

polyoxylankyl amin 10-30%) được sử dụng với tỷ lệ 10:3. Ban đầu, nhựa epoxy được 

trộn với nanoclay I28E trong 30 phút trên thiết bị siêu âm, nhiệt độ trong suốt quá trình 

siêu âm được giữ trong khoảng 40 – 50 o C. Hỗn hợp tiếp tục được trộn với chất đóng 

rắn trên máy khuấy cơ học trong 5 phút, sau đó gia công chế tạo nanocompozit-epoxycacbon 

bằng công nghệ tạo hình trong khuôn dưới sự trợ giúp của chân không. Vật liệu 

được đóng rắn sơ bộ tại 100 o C và kết quả cho thấy rằng độ bền uốn và mođun uốn của 

các mẫu đóng rắn sơ bộ đã cao hơn so với mẫu không đóng rắn sơ bộ lần lượt là 14% 

và 9%. Đồng thời, mođun tích trữ và nhiệt độ hóa thuỷ tinh (Tg) của mẫu đóng rắn sơ 

bộ đã tăng lên rõ rệt tương ứng là 52% và 13 o C so với mẫu không đóng rắn sơ bộ. 

Phương pháp nghiên cứu sự thay đổi độ nhớt của nhựa nền được Wang. H và các 

đồng nghiệp sử dụng [110] để đánh giá khả năng phân tán của nanoclay trong nhựa 

epoxy. Kết quả cho thấy, độ nhớt tăng mạnh khi nanoclay phân tán tách lớp trong nhựa 

epoxy và với 5% hàm lượng nanoclay, độ bền nén của vật liệu nanocompozit tăng 

45%, modun nén cũng tăng 26%. 

Trong các công trình nghiên cứu, các tác giả đều đã thành công trong việc chế tạo 

vật liệu nanocompozit sử dụng nanoclay với các chủng loại và hàm lượng khác nhau. Để 

phân tán tốt nanoclay trong nhựa nền epoxy, các tác giả đều đã sử dụng phương pháp 

khuấy cơ học kết hợp siêu âm trên các thiết bị hiện đại. Đây là một trong các giải pháp 

mang tính cốt lõi, không thể thiếu trong việc chế tạo nanocopozit có sử dụng nanoclay. 

Các tác giả khi sử dụng nanoclay đều đã giải quyết được mục tiêu nghiên cứu: 

tính chất cơ học, độ bền nhiệt, hấp thụ năng lượng và rất nhiều tính chất khác đều tăng 

với các hàm lượng rất nhỏ nanoclay khác nhau (điều này còn tuỳ thuộc vào công nghệ 

và đặc tính của các pha trong cấu trúc compozit). 

Bắt đầu từ những năm 2000, Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme, Trường Đại 


học Bách khoa Hà Nội đã có một số đề tài nghiên cứu, chế tạo vật liệu tổ hợp polyme 

compozit sử dụng phụ gia nano như: nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ 

sở nhựa epoxy mạch vòng no và nanoclay clooiste 20A đã tập trung nghiên cứu, khảo sát 


39 







các tính chất cơ lý, hóa học của vật liệu như: ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến 

tính chất nhiệt, độ hấp thụ nước, tính chất nhiệt, cấu trúc và tính chất cơ học của vật liệu 

(độ bền kéo, độ giãn dài) kết quả thu được rất khả quan là nền móng quan trọng mở ra 

lĩnh vực nghiên cứu mới chế tạo vật liệu polyme compozit sử dụng phụ gia nano [13-15]. 

Phương pháp khuấy cơ học sau đó tăng cường bằng sóng siêu âm cũng được Trần 

Vĩnh Diệu sử dụng [14,15] để phân tán Closites 20A vào nhựa epoxy mạch vòng no 

đóng rắn bằng EPH 860 có xúc tác dimetylbenzylamin (DMBA). Kết quả nghiên cứu 

về ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến khả năng phân tán nanoclay cho thấy, khi tăng 

thời gian siêu âm, d của nanoclay tăng và đạt cực đại khi thời gian là 90 phút. Sau đó, 

nếu tiếp tục tăng thời gian siêu âm thì khoảng cách cơ sở của nanoclay (d) lại giảm. 

Điều này được tác giả giải thích là có thể do hiện tượng kết tụ của nanoclay khi thời 

gian siêu âm quá dài. Khi phân tán 0,5 pkl nanoclay trong vật liệu nanocompozit đã 

làm cho tính chất cơ học tăng lên rõ rệt so với khi không có nanoclay: độ bền kéo tăng 

30%, độ giãn dài tương đối khi đứt tăng 150%, độ bền uốn tăng 9,5% và độ bền va đập 

tăng 82%. Độ bền nén của vật liệu hầu như không thay đổi. Khả năng chịu nhiệt của 

vật liệu cũng tăng lên. 

Nhằm mở rộng khả năng ứng dụng của nanoclay(Bạch Trọng Phúc – 2007) đã 

tiến hành nghiên cứu chế tạo sơn lót chống ăn mòn chất lượng cao trên cơ sở nhựa 

epoxy-cacdanol và nanoclay I30E. Nội dung nghiên cứu của Đề tài tập trung vào 

nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay đến cấu trúc và tính chất của nhựa epoxycacdanol, 

đến tính chất ngăn chặn của sơn lót epoxy-cacdanol [1, 2]. 

Năm 2009, Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã công bố kết quả nghiên cứu của đề 

tài“biến tính clay bằng ức chế ăn mòn gốc Benzothiazol và chế tạo lớp phủ bảo vệ 

epoxy claycompozit” [12]. 

Năm 2011, Lê Hoài Anh đã bảo vệ thành công luận án tiến sỹ “nghiên cứu chế tạo 

vật liệu compozit epoxy đóng rắn bằng anhyđrit lỏng gia cường bằng sợi kevlar”. Luận án 

đã đưa ra một số kết luận quan trọng về nhiệt độ, tỷ lệ các chất tham gia phản ứng đóng 

rắn nhựa epoxy, nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất cơ học của vật liệu compozit, xác 

định ảnh hưởng của vật liệu khi đưa phụ gia nanoclay vào hệ nhựa nền [3,7,8,9]. 



40 







Năm 2011, Ngô Kế Thế và các cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu “khảo sát 

khả năng gia cường của sét hữu cơ điều chế Bentonite đến một số tính chất của màng 

phủ epoxy”. Nội dung nghiên cứu tập trung vào chế tạo màng phủ epoxy-nanoclay và 

khảo sát ảnh hưởng của nanoclay đến tính chất màng phủ epoxy-clay compozit [11]. 

Năm 2013, kết quả nghiên cứu “chế tạo và khảo sát tính chất của nanocompozit 

clay-epoxy” được công bố trên. Các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng 

nanoclay đến tính chất cơ học, độ hấp thụ nước của vật liệu nanocompozit clay-epoxy. 

Kết quả cho thấy tính chất cơ học của vật liệu được cải thiện khi trong epoxy được 

phân tán một hàm lượng nanoclay [10]. 

Nhựa epoxy thường được gia cường bằng sợi thủy tinh để tạo ra vật liệu compozit 

có tính chất cơ lý cao. Tuy nhiên, để nâng cao tính chất cũng nhưng mở rộng lĩnh vực 

ứng dụng của vật liệu compozit epoxy/sợi thủy tinhcác nhà khoa học đã nghiên cứu 

biến tính nhựa epoxy bằng cách chế tạo hệ nhựa nền epoxy-nanoclay ứng dụng chế tạo 

vật liệu compozit trên cơ sở epoxy-nanoclay gia cường sợi thủy tinh. 

Năm 2007, W. S. Chowđã nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở epoxynanoclay 

gia cường sợi thủy. Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) 

của nhựa epoxy tăng nhẹ, độ hấp thụ nước của vật liệu khi có mặt của nanoclay [112]. 

Năm 2014, Shivraj Puggal và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay đến 

tính chất vật liệu compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh. Kết quả cho thấy độ bền kéo 

của vật liệu epoxy-nanoclay gia cường sợi thủy tinh đã tăng 33%, độ hấp thụ nước của 

vật liệu giảm so với vật liệu compozit trên cơ sở epoxy/sợi thủy tinh [113]. 

Năm 2014,A.Thiagarajan đã công bố công trình nghiên cứu ảnh hưởng của 

nanoclay đến tính chất của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thủy 

tinh. Kết quả nghiên cứu chỉ ra, khi có nanoclay đã làm độ bền kéo, bền uốn, độ bền xé 

của vật liệu tăng lên đáng kể so với compozit thông thường [114]. 

Những nghiên cứu trên bước đầu ở trên đã mở ra những hướng đi đúng đắn trong 

việc nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng và phát triển vật liệu polyme – nano compozit. Do đó, 


việc tiếp tục mở rộng, nghiên cứu sâu và hoàn thiện công nghệ chế tạo vật tổ hợp trên cơ 

sở nhựa epoxy-nanoclay là một hướng nghiên cứu nhằm mục đích đưa ra một quy trình 

công nghệ và nâng cao khả năng ứng dụng của vật liệu epoxy-nanoclay trong thực tiễn. 


41 







CHƯƠNG2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 

2.1 Nguyên vật liệu, thiết bị 

2.1.1 Nguyên vật liệu 

như sau: 

-Nhựa epoxy DER-331 của hãng Dow Chemicals (Mỹ) có các chỉ tiêu kỹ thuật 

Bảng 2.1Chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa epoxy DER-331 

Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 

Hàm lượng nhóm epoxy % 22,83 

Độ nhớt ở 25 0 C poise 110 - 140 

Khối lượng riêng ở 25 o C g/cm 3 1,16 

Hàm lượng nước, không lớn hơn phần triệu 700 

Hàm lượng epiclohydrin tự do, không lớn hơn phần triệu 500 

Thời gian bảo quản tháng 24 

- Chất đóng rắn anhydrit 4–metylhexahydrophtalic (MHHPA) của công ty Jiaxing 

Alpharm (Trung Quốc). 

- Công thức cấu tạo của anhydrit 4–metylhexahydrophtalic: 

H 3 C 

C 

C 

O 

O 

O 

Bảng 2.2Chỉ tiêu kỹ thuật của MHHPA 

Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 

Khối lượng phân tử đvC 168 

Khối lượng riêng ở 25 o C g/cm 3 1,197 

Độ nhớt ở 25 o C poise 0,58 - 0,6 

Độ tinh khiết, không nhỏ hơn % 99,0 

Hàm lượng axit, không lớn hơn % 0,50 

Nhiệt độ sôi 

0 C 279 



42 







- Chất xúc tác đóng rắn 1-metylimidazol (NMI) của hãng BASF (Singapo) có 

công thức cấu tạo như sau: 

HC 

N 

N 

CH 

CH 3 

- Nanoclay I28E của hãng Nanocor (Mỹ) có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau: 

CH 

Bảng 2.3 Chỉ tiêu kỹ thuật của nanoclay I28E 

Stt Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 

1 Màu sắc - Trắng 

2 Kích thước hạt trung bình µm 8-10 

3 Phần còn lại trên sàng 325 

Mesh 

4 Khối lượng riêng g/cm 3 1,9 

5 Độ ẩm, không lớn hơn % 3 

6 Chất biến tính trimetyl stearyl 

7 

% 

0,1 

amonium 

Hàm lượng chất biến tính % 35 

8 Độ tinh khiết, không nhỏ hơn % 98,5 

-Sợi thủy tinh là loại WR 360 của Trung Quốc. Đây là loại thủy tinh E, có khối 

lượng diện tích 360 g/m 2 , độ ẩm dưới 4,5%. 

2.1.2 Thiết bị 

- Tủ sấy hút chân không Memert (Đức) và tủ sấy Memert (Đức). 

- Máy rung siêu âm ultrasonic clearner DC400H – mrc. 

- Máy khuấy cơ học Janke & Kunkel Ika - labortechnik RE16 (Malaysia), tốc độ 


khuấy từ 100 - 2000 vòng/phút. 

- Máy chụp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) Siemen Bruker D5005 (Đức). 


43 







- Kính hiển vi điện tử quét (SEM) JEOL JSM 6360LV (NhậtBản). 

- Máy xác định tính chất cơ học Instron 5582-100 KN (Mỹ). 

- Máy xác định độ bền mỏi MTS 810 (Mỹ). 

- Nhớt kế Brookfield RTV (Mỹ). 

- Máy xác định độ bền va đập Radmana ITR-2000 (Úc). 

- Kính hiển vi điện tử truyền qua GAM 1010 của hãng JEOL(Nhật Bản). 

- Thiết bị soxhlet (Đức). 

- Cân phân tích, chính xác 10 -4 gam. 

2.2 Phương pháp chế tạo 

2.2.1 Phương pháp chế tạo nhựa nền 

Trộn đều nhựa epoxy DER-331 (có hoặc không có nanoclay) với chất đóng rắn 

MHHPA và xúc tác NMI theo các tỷ lệ nghiên cứu. Mẫu nhựa nền được đổ vào các 

khuôn định hình phù hợp cho việc xác định các tính chất cơ học (năng lượng phá hủy 

K IC , độ bền kéo, nén, uốn, va đập) theo tiêu chuẩn. Trước khi đổ mẫu, khuôn được làm 

sạch và chống dính. 

2.2.2 Phương pháp khuấy cơ học phân tán nanoclay vào nhựa epoxy 

Trước khi bắt đầu quá trình khuấy, nanoclay được sấy ở 130 o C kết hợp hút chân 

không trong thời gian 3 giờ để loại bỏ ẩm. Quá trình phân tán nanoclay vào nhựa 

epoxy được tiến hành như sau: trộn nanoclay vào nhựa epoxy, ủ trong 24 giờ trong tủ 

sấy ở nhiệt độ 80 o C, sau đó tiếp tục khuấy cơ học trong 5 - 10 giờ với tốc độ khuấy 

khoảng 2000 vòng/phút. Hỗn hợp sau khi khuấy cơ học được rung siêu âm trong 

khoảng thời gian là 5 - 10 giờ bằng máy rung siêu âm ultrasonic clearner DC400H – 

mrc. 

2.2.3 Phương pháp chế tạo vật liệu compozit epoxy/sợi thủy tinh bằng phương pháp 

ép nóng trong khuôn 

Nhựa nền epoxy hoặc epoxy-nanoclay được chế tạo theo mục 2.2.1. Vật liệu 

epoxy compozit gia cường sợi thủy tinh được chế tạo bằng phương pháp ép nóng 


khuôn. 

Vải thủy tinh được cắt thành tấm hình chữ nhật có kích thước (150x200) mm sau 

đó được đặt từng lớp vào trong khuôn và được đổ nhựa lên. Phân bố nhựa cho thấm vào 


44 







vài bằng ru lô và chổi lông. Tấm compozit được chế tạo mẫu tùy theo kích thước yêu cầu 

của các thử nghiệm. Khuôn sau khi lăn ép được đóng rắn nóng ở các điều kiện khảo sát. 

2.3 Phương pháp đặc trưng tính chất 

2.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng phần gel 

Sử dụng dung môi axeton trích ly 0,1 ÷ 0,2g nhựa epoxy DER-331 đã đóng rắn 

bằng MHHPA có hoặc không có xúc tác NMI trong thiết bị soxhlet nhằm hòa tan phần 

khối lượng chất chưa đóng rắn và các tạp chất khác. Từ đó xác định hàm lượng phần 

khối lượng vật liệu đã đóng rắn. Hàm lượng phần gel (%) được xác định theo các công 

thức sau: 

Trong đó: g 0 là khối lượng giấy lọc khô (g); 

g 1 là khối lượng giấy lọc khô + mẫu trước khi trích ly (g); 

g 2 là khối lượng giấy lọc khô + mẫu sau khi trích ly (g). 

G: hàm lượng phần gel (%). 

2.3.2 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 

Khoảng cách cơ sở d của nanoclay I28E khi chưa phân tán và sau khi phân tán 

vào nhựa nền epoxy DER-331 đóng rắn bằng MHHPA có mặt xúc tác NMI được xác 

định bằng XRD. 

Mẫu vật liệu nanoclay I28E dạng bột mịn, nhựa nền DER 331-nanoclay 

I28E/MHHPA/NMIđược chế tạo ở dạng khối mặt nhẵn. Nguồn phát xạ bức xạ là 

CuK α , điện thế 40 kV, cường độ 30 mA, góc 2θ bằng 0,5 0 - 10 0 . Khoảng cách cơ sở (d) 

giữa các lớp nanoclay, giữa các mặt của tinh thể được xác định theo Định luật Bragg: 

nλ = 2d.sinθ. 

(g 2 – g 0 ) 

G= . 100% 

(g 1 – g 0 ) 

Trong đó: λ là bước sóng của tiaX (0,154 nm); 

n là số đặc trưng cho mức độ nhiễu xạ; 


θlà góc giữa chùm tia đến và mặt phẳng mạng tính thể. 

2.3.3 Phương pháp xác định độ hấp thụ môi trường thử nghiệm lỏng 

Độ hấp thụ chất lỏng (nước, dung dịch axit HCl 10% và dung dịch NaOH 10%) 

của nhựa nền và vật liệu compozit được xác định theo tiêu chuẩn ASTM 

45 








D5229/D5229M-92 (2004). 

Độ hấp thụ môi trường thử nghiệm lỏng M (%) được tính theo công thức: 

Trong đó: W 0 là khối lượng mẫu ban đầu (g); W i là khối lượng mẫu ngâm trong 

môi trường sau một khoảng thời gian xác định (g). 

2.3.4 Phương pháp xác định hệ số khuếch tán nước 

(2004). 

M = 

Hệ số khuếch tán được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D5229/D5229M-92 

Công thức tính hệ số khuếch tán như sau: 

Trong đó: D là hệ số khuếch tán, (mm 2 /s). 

h: Độ dầy của mẫu thử trung bình, (cm). 

M m: : Khối lượng mẫu hấp thụ bão hòa, (g). 

M 1 : Khối lượng mẫu trước khi hấp thụ, (g). 

M 2 : Khối lượng mẫu sau khi hấp thụ, (g). 

W i - W 0 

.100% 

W 0 

t 1 , t 2 : Thời gian trước và sau khi hấp thụ, (s). 

2.3.5 Phương pháp xác định độ nhớt Brookfield 

Độ nhớt Brookfield được xác định theo tiêu chuẩn DIN 53018. Phép đo được 

thựchiện trên máy nhiệt kế Brookfield của Mỹ. 

2.3.6 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 

Mẫu vật liệu epoxy-nanoclay được cắt mỏng trong môi trường nitơ lỏng sau đó 

đưa vào chụp với hiệu điện thế gia tốc 80 kV, độ phóng đại 100.000 lần. Thực hiện trên 

thiết bị kính hiển vi điện tử truyền qua GAM1010 của hãng JEOL (Nhật Bản). 

2.3.7 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 


Để nghiên cứu bề mặt phá hủy của vật liệu đã dùng phương pháp: kính hiển vi 

điện tử quét (SEM) trên thiết bị hiển vi điện tử quét phân giải cao Model JSM 7600F; 

hãng JEOL ở các độ phóng đại khác nhau. Mẫu được phủ một lớp mỏng platin trước 


46 







khi quan sát trên kính hiển vi điện tử. 

2.3.8 Phương pháp phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X 

Thành phần nguyên tố hóa học epoxy-nanoclay được xác định trên thiết bị Detector 

phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) Model X-Max-50, hãng Oxford 

Instruments (Anh). 

2.3.9 Phương pháp chụp phổ hồng ngoại 

Phổ hồng ngoại của nanoclay I28E, nhựa epoxy, nhựa nền epoxy-nanoclayI28E 

được thực hiện trên thiết bị Nicolet 6700, Thermo, Mỹ với dải số sóng từ4000 – 500 

cm -1 . 

2.3.10 Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng 

Khả năng chịu nhiệt đánh giá bằng phân tích nhiệt khối lượng TGA. Môi trường 

thử nghiệm là khí nitơ, tốc độ tăng nhiệt 10 K/phút,nhiệt độ khảo sát 25 - 700 o C. 

2.3.11 Phương pháp xác định tính chất cơ - nhiệt động 

Mẫu xác định tính chất cơ nhiệt động được xác định trên thiết bị phân tích cơ - 

động - lực DMA-8000 của hãng Perkin Elmer (Mỹ). Cách đo: Uốn đơn (single 

cantilever bending), quét theo thời gian và nhiệt độ, dải nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 

200 o C, tốc độ nâng nhiệt 3 o C/phút, tần số dao động 1Hz. 

2.3.12 Phương pháp xác định độ lão hóa nhiệt 

Vật liệu compozit được thử nghiệm độ bền lão hóa nhiệt theo tiêu chuẩn ASTM 

D3045-92 (2003). Các mẫu vật liệu compozit được chế tạo như các mẫu để xác định 

tính chất cơ học sau đó thử nghiệm độ bền lão hóa nhiệt ở 155 o C trong các khoảng thời 

gian 48 - 768 giờ theo mức D của tiêu chuẩn. Sau các khoảng thời gian thử nghiệm, 

mẫu được xác định tính chất cơ học để đánh giá sự suy giảm. 

2.3.13 Phương pháp xác định tính chất vật liệu sau khi thử nghiệm trong môi 

trường chất lỏng 

Các mẫu vật liệu compozit epoxy - sợi thủy tinh được chế tạo như các mẫu để xác 

định tính chất cơ học sau đó ngâm trong môi trường chất lỏng theocác khoảng thờigian 

khảo sát. Tính chất cơ học của vật liệu được xác định sau các khoảng thời giankhảo sát 

để đánh giá sự suy giảm. 



47 







2.4 Phương pháp thử nghiệm tính chất 

2.4.1 Phương pháp xác định cường độ ứng suất tới hạn K IC của vật liệu 

Cường độ ứng suất tới hạn K IC của vật liệu xác định theo tiêu chuẩn ISO 13586 

(2000) trên máy LLoyd 500 N (Anh),theo phương pháp uốn ba điểm có khía đơn 

(single-edge-notch bending, SENB) như trênhình 2.1, tốc độ đặt lực 10 mm/phútở nhiệt độ 

phòng. 

Hình 2.1 Mẫu xác định độ bền dai phá hủy của nhựa nền theo kiểu uốn ba điểm 

Độ bền dai phá hủy được đặc trưng bằng Cường độ ứng suất tới hạn K IC và được 

Q 

xác định theo công thức: K f ( x) 

IC 

⎛ P ⎞ 

= ⎜ 

BW 1 ⎟ 

⎝ 2 

⎠ 

Với f ( x) 

là hệ số điều chỉnh và được xác định bằng biểu thức sau: 

f ( x) 

= 6x 

1/ 2 

2 

[1.99 − x(1 

− x)(2.15 

−3.93x 

+ 2.7x 

] 

3/ 2 

(1 + 2x)(1 

− x) 

Trong đó: K IC : Cường độ ứng suất tới hạn, MPA.m 1/2 ; 

P Q - lực, N; 

B - chiều dày mẫu, cm; W - chiều rộng mẫu, cm 

a - chiều dài vết nứt, cm; x = a/W; 0,45 ≤ a/W ≤ 0,55. 

2.4.2 Phương pháp xác định độ bền uốn 

Độ bền uốn được xác định theo tiêu chuẩn ISO 178:2010 trên máy Instron5582- 

100 kN, tốc độ uốn 2 mm/phút. 

2.4.3 Phương pháp xác định độ bền kéo 

Độ bền kéo xác định theo tiêu chuẩn ISO 527-1:2012 trên máy Instron 5582-100 

kN, tốc độ kéo 2 mm/phút. 

2.4.4 Phương pháp xác định độ bền va đập 

Độ bền va đập theo tiêu chuẩn ISO 179:2010 trên máy Radmana ITR-2000 

(Úc), tốc độ 3,5 m/giây. 



48 







2.4.5Phương pháp xác định độ bền nén 

Độ bền nén xác định theo tiêu chuẩn ISO 604:2002 trên máy Instron 5582-100 

kN, tốc độ nén 2 mm/phút. 

2.4.6 Phương pháp xác định độ bền mài mòn 

Độ bền mài mòn theo tiêu chuẩn ISO 9352:2012 trên máy Taber Type 

AbrasionTester của hãng Chun Yen testing Machines Co.ltd, bánh mài CS10, số chu 

kỳ 1000. Độ bền mài mòn xác định theo công thức: M = m 0 - m s .Trong đó:M: độ mài 

mòn, mg; m 0 : khối lượng ban đầu, mg; m s : khối lượng sau khi mài được 1000 vòng, 

mg. 

2.4.7 Phương pháp xác định độ bền liên kết sợi nhựa 

Độ bám dính của sợi thủy tinh với nhựa epoxy (có nanoclay và không có nanoclay) 

được đo trên máy LLOYD 500 N của Anh, tốc độ kéo 2 mm/phút. 

20 

mm 

10mm 

Tấm bìa 

Vị trí cắt khi đo 

Sợi thủy tinh 

Hình 2.2Mô hình mẫu trong phép đo độ bền liên kết sợi nhựa 

Độ bám dính của sợi thủy tinh với nhựa được xác định theo công thức: 

F p 

IFFS = , MPa. 

π . d. 

l e 

Trong đó: IFFS là độ bền bám dính, MPa; F p là lực rút sợi, N; 

D:là đường kính sợi,mm; l e : là chiều dài sợi được bọc nhựa, mm 

2.4.8 Phương pháp xác định độ bền dai phá hủy tách lớp của vật liệu 

Độ bền dai phá hủy tách lớp của vật liệuđược xác định theo tiêu chuẩn ASTM 

D5528-01. Mẫu các dạng như hình 2.3: 

30 mm 

50 mm 

Nhựa 

Keo dán 



49 







Màng 

chống 

dính 

P 

P 

Hình 2.3Mẫu xác định độ bền dai tách lớp G IC 

Trong đó: L: chiều dài mẫu (157 mm); h: chiều dày mẫu (4 mm); 

b: chiều rộng 

mẫu (20 mm); a: chiều dài vết nứt tính bằng mm, trong đó đoạn vết nứt đầu tiên tính 

từ điểm đặt lực ở tâm của khối đặt lực tới điểm cuối của màng chống dính bằng 50 

mm; Khối đặt lực bằng gỗ có kích thước (14 x 14 x 20) mm. Phép đo thực hiện trên 

máy đo cơ học đa năng LLOYD 500N (Anh) với tốc độ kéo 2 mm/phút. 

Độ bền dai phá hủy được xác định theo công thức: 

G IC = x (J/mm 2 )(1) hoặc G IC = (J/mm 2 )(2). 

Trong đó:Gic: độ bền dai phá hủy tại thời điểm bắt đầu xuất hiện vết nứt, J/mm 2 . 

+ P: lực kéo, N; δ: độ dịch chuyển trong phép đo kéo, mm. 

+ a: chiều dài vết nứt, mm; ∆: hệ số điều chỉnh chiều dài vết nứt. 

+ b: chiều rộng mẫu, mm; F: hệ số hiệu chỉnh cho δ 

+ N: hệ số điều chỉnh cho khối đặt lực; C = δ/P. 

+ A 1 : độ dốc của đường thẳng biểu diễn quan hệ giữa a/h và C 1/3 . 

2.4.9 Phương pháp xác định độ bền mỏi động của vật liệu 

Độ bền mỏi độngxác định theo tiêu chuẩn ASTM D3479-96 (2007) trên thiết bị 

đo MTS 810 (Material Test System 810) của Mỹ, lực kéo đặt vào mẫu tương đương 70 

% độ bền kéo của vật liệu, tần số dao động 2 Hz. 

2.4.10 Phương pháp xác định góc tiếp xúc 

L 

a 

Khối đặt lực 

bằng gỗ 

Mẫu thực nghiệm có kích thước (10x3x2) cm được làm sạch bề mặt sau đó sấy 


khô. Đặt thăng bằng mặt phẳng của vật liệu cần đo, dùng kim tiêm nhỏ giọt chất lỏng 

có thể tích khoảng 0,5 ml lên mặt phẳng vật liệu cần đo, để ổn định giọt chất lỏng sau 5 

phút rồi tiến hành chụp ảnh. Chụp ảnh theo phương vuông góc với mặt phẳng cần đo. 

Ảnh thu được chuyển sang máy tính và dùng phần mềm Paint để xác định góc tiếp xúc. 

50 




L 

h 

b





CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 

3.1 Chế tạo vật liệu epoxy-nanoclay 

3.1.1 Nghiên cứu hệ epoxy- anhydrit 4–metylhexahydrophtalic 

Tính chất cơ lý của vật liệu không chỉ được quyết định bởi cấu trúc hóa học của 

nhựa epoxy và chất đóng rắn mà còn bởi mạng lưới không gian tạo thành sau đóng rắn. 

Điều kiện phản ứng đóng rắn có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc mạng lưới không gian 

của nhựa do đó việc nghiên cứu, khảo sát chế độ đóng rắn của nhựa epoxy DER 331 

trên cơ sở thay đổi các yếu tố: nhiệt độ, thời gian, hàm lượng MHHPA, hàm lượng 

NMI là hết sức quan trọng. Việc đưa ra chế độ đóng rắn tối ưu của nhựa epoxy có ý 

nghĩa rất lớn trong việc hoàn thiện tính chất vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa 

epoxy và nanoclay. 

3.1.1.1 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ phản ứng đến mức độ đóng rắn của nhựa epoxy 

Để khảo sát chế độ đóng rắn của nhựa epoxy DER 331 theo thời gian, đã tiến 

hành đóng rắn nhựa epoxy DER 331 ở chế độ như sau: nhiệt độ thay đổi từ 100 o C đến 

140 o C, thời gian phản ứng 90 phút, hàm lượng xúc tác NMI 2 pkl, tỷ lệ mol/mol của 

MHHPA/nhóm epoxy 0,8:1. Kết quả xác định hàm lượng phần gel của nhựa epoxy 

theo nhiệt độ phản ứng được trình bày trên hình 3.1. 

Hàm lượng phần gel (%) 


Nhiệt độ phản ứng đóng rắn ( o C) 

Hình 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng phần gel của nhựa epoxy DER 331 


51 







Từ hình 3.1 cho thấy, khi nhiệt độ tăng thì mức độ đóng rắn (thể hiện qua hàm 

lượng phần gel) của nhựa epoxy DER 331tăng, cụ thể khi nhiệt độ phản ứng là 80 o Cthì 

hàm lượng phần gel đạt 12,22% khi nâng nhiệt độ phản ứng tăng lên100 o C hàm lượng 

phần gel đạt 94,37 %, tăng nhiệt độ phản ứng lên đến 110 o C thì hàm lượng phần gel 

tăng mạnh lên 98,65 %. Khi tiếp tục tăng nhiệt độ phản ứng lên tới 140 o C thì hàm 

lượng phần gel gần như không thay đổi. Điều này được giải thích khi nhiệt độ đóng rắn 

vượt quá 110 o C tạo thành các mạng lưới không gian ngăn các chất tham gia phản ứng 

tiếp xúc với nhau khiến cho phản ứng đóng rắn nhựa epoxy xảy ra khó khăn hơn.Do đó 

nhiệt độ 110 o C được lựa chọn để thực hiện phản ứng đóng rắn nhựa epoxy DER 

331trên cơ sở MHHPA, xúc tác NMI. 

Khi nghiên cứu phản ứng đóng rắn nóng của nhựa epoxy DER 331 sử dụng chất 

đóng rắn là MHHPA thì thời gian phản ứng cũng là một yếu tố rất quan trọng cần khảo 

sát để đưa ra chế độ đóng rắn tối ưu cho nhựa epoxy DER 331. Trên cơ sở các nghiên 

cứu trước đây [1,12], thời gian phản ứng được thay đổi lần lượt là 30 - 120 phút, nhiệt 

độ là 110 o C, hàm lượng xúc tác NMI là 2 pkl, tỷ lệ (mol/mol) MHHPA/ nhóm epoxy là 

0,8;1. Ảnh hưởng của thời gian thực hiện phản ứng đóng rắn nhựa epoxy đến hàm 

lượng phần gel được trình bày trên hình 3.2. 



Thời gian phản ứng (phút) 

Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hàm lượng phần gel của nhựa epoxy 


52 







Hình 3.2 cho thấy, khi thời gian phản ứng có ảnh hưởng rất lớn đến mức độ đóng 

rắn của nhựa epoxy DER 331. Cụ thể, khi thời gian phản ứng là 30 phút thì hàm lượng 

phần gel là 60,4%, tiếp tục tăng thời gian lên 60 phút hàm lượng phần gel đạt 97,2%, 

khi thời gian là 90 phút hàm lượng phần gel là 98,6 %, khi thời gian là 120 phút hàm 

lượng phần gel tăng nhẹ lên 99,1%. Theo hình 3.2, trong khoảng thời gian phản ứng 

thay đổi từ 30 phút đến 90 phút hàm lượng phần gel tăng mạnh, sau đó tiếp tục kéo dài 

phản ứng thì hàm lượng phần gel thay đổi không đáng kể. Như vậy, thời gian phản ứng 

đóng rắn nhựa epoxy được lựa chọn là 90 phút. 

3.1.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng anhydrit 4–metylhexahydrophtalic, xúc tác 1- 

metylimidazol đến mức độ đóng rắn của nhựa epoxy 

Khi nghiên cứu chế độ đóng rắn của nhựa epoxy thì tỷ lệ MHHPA tham gia phản 

ứng so với nhóm epoxy cũng là một yếu tố cần khảo sát. Các thí nghiệm được thực 

hiện với tỷ lệ mol/mol của MHHPA:nhóm epoxy lần lượt là 0,7:1 đến 1,1:1 ở nhiệt độ 

phản ứng đóng rắn 110 o C, hàm lượng chất xúc tác (NMI) 2pkl, thời gian thực hiện 

phản ứng đóng rắn 90 phút. Kết quả thực nghiệm được thể hiện trên hình 3.3. 


Tỷ lệ mol/mol của MHHPA/nhóm epoxy 

(mol/mol) 


Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ mol/mol của MHHPA:nhóm epoxy đến hàm lượng phần 

gel của nhựa epoxy 


53 







Theo kết quả thu được khi tỷ lệ mol/mol của MHHPA:nhóm epoxy là 0,7:1 

mol/mol thì hàm phần gel là 93,21%, sau đó tiếp tục thay đổi tỷ lệ là 0,8:1 thì hàm 

lượng phần gel tăng và đạt giá trị cực đại là 98,65%; tiếp tục thay đổi tỷ lệ này lên 

0,9:1 đến 1,1:1 mol/mol thì hàm lượng phần gel giảm xuống. Kết quả này được giải 

thích khi tỷ lệ các chất tham gia phản ứng đóng rắn thích hợp thì phản ứng đóng rắn 

xảy ra với hiệu suất cao, khi hàm lượng chất MHHPA tăng, do MHHPA là hợp chất 

thơm nên có các hiệu ứng không gian ngăn cản làm cho nhóm epoxy khó tiếp xúc với 

MHHPA dẫn đến hiệu suất phản ứng giảm. Từ kết quả trên rút ra tỷ lệ mol/mol tối ưu 

để thực hiện phản ứng đóng rắn nhựa epoxy của MHHPA:nhóm epoxy là 0,8:1. 

Trong các phản ứng hóa học hữu cơ nói chung vai trò của các chất xúc tác ảnh 

hưởng đến hiệu suất của phản ứng là rất rõ ràng, để phản ứng đóng rắn xảy ra nhanh 

hơn thì việc sử dụng xúc tác là rất hiệu quả, tuy nhiên sử dụng xúc tác làm sao vừa 

hiệu quả lại đảm bảo yếu tố kinh tế thì rất cần phải có sự khảo sát đánh giá về hàm 

lượng xúc tác sử dụng trong phản ứng đóng rắn nhựa epoxy. Để khảo sát ảnh hưởng 

của xúc tác NMI đến hiệu suất của phản ứng đóng rắn thì hàm lượng NMI được 

dùng trong nghiên cứu lần lượt là 0 – 2pkl, phản ứng xảy ra ở nhiệt độ là 110 o C, tỷ 

lệ mol/mol MHHPA:nhóm epoxy là 0,8:1, trong khoảng thời gian thực hiện phản 

ứng đóng rắn là 90 phút. Kết quả thực nghiệm được trình bày trong hình 3.4. 



Hàm lượng xúc tác NMI (pkl) 

Hình 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác NMI đến hàm lượng phần gel của nhựa epoxy 


54 







Ảnh hưởng của xác tác NMI đến phản ứng đóng rắn nhựa epoxy là rất rõ ràng. 

Khi không dùng xúc tác thì phản ứng đóng rắn nhựa epoxy DER 331 hầu như không 

xảy ra. Khisử dụng0,5 pkl NMI so với 100 g nhựa epoxythì phản ứng đóng rắn nhựa 

epoxy xảy ra nhanh hơn, hàm lượng gel là 70,74 %, tiếp tục tăng hàm lượng xúc tác lên 

1 - 2 pkl thì hiệu suất phản ứng đóng rắn tăng dần. Khi hàm lượng chất xúc tác là 2 pkl 

thì hàm lượng phần gel đạt trên 98,6%. 

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trên kết luận về chế độ và điều kiện đóng rắn tối 

ưu của nhựa epoxy DER 331 trên cơ sở chất đóng rắn MHHPA và xúc tác NMI là: 

- Nhiệt độ đóng rắn là 110 o C; 

- Thời gian đóng rắn là 90 phút; 

- Hàm lượng xúc tác là 2 pkl; 

- Tỷ lệ mol/mol của MHHPA:nhóm epoxy là 0,8:1. 

Hàm lượng phần gel thu được ở điều kiện trên là 98,56 %. 

3.1.2. Phân tán nanoclay I28E vào nhựa epoxy DER 331 

3.1.2.1. Ảnh hưởng của phương pháp phân tán 

a) Khuấy cơ học 

Phương pháp phân tán thường dùng để phân tán nanoclay vào nhựa epoxy là 

khuấy cơ học tốc độ cao đã được nhiều nghiên cứu trước đây dùng để chế tạo vật 

liệu nanocompozit [35,53,112]. 

Sự thay đổi khoảng cách cơ sở của nanoclay I28E sau khi phân tán trong 

nhựa epoxy là một trong nhưng dấu hiệu để đánh giá hiệu quả của việc phân tán 

nanoclay I28E vào nhựa epoxy. Do đó, đã tiến hành chụp phổ XRD của 

nanoclayI28E trước khi phân tán vào nhựa epoxy DER 331. Kết quả xác định 

khoảng cách cơ sở của nanoclay I28E được trình bày trong hình 3.5. 



55 







Hình 3.5 Phổ XRD của nanoclay I28E 

Nanoclay I28E được phân tán vào nhựa epoxy DER 331 bằng phương pháp 

khuấy cơ học với tốc độ khoảng 2000 vòng/phút trong khoảng thời gian 5 giờ và 10 

giờ. Hỗn hợp epoxy DER 331-nanoclay I28E sau đó được đóng rắn bằng MHHPA, xúc 

tác NMI (với điều kiện tối ưu đã khảo sát ở phần 3.1.1) để xác định sự thay đổi khoảng 

cách cơ sở của nanoclay I28E theo thời gian khuấy cơ học. Kết quả chụp phổ XRD xác 

định khoảng cách cơ sở (d) của nanoclay khi phân tán trong nhựa epoxy theo thời gian 

khuấy cơ học được trình bày trong hình 3.6. 


b 

a 

Hình 3.6 Phổ XRD của nanoclay I28E sau khi khuấy cơ học (a- 5 giờ; b- 10 giờ) 


56 







Kết quả trên cho thấy đã có sự xen kẽ - tách lớp rõ rệt của nanoclay I28E sau khi 

phân tán trong nhựa epoxy DER 331 bằng phương pháp khuấy cơ học. 

Khi nghiên cứu khảo sát sự phân tán nanoclay vào nhựa epoxy thì sự thay đổi độ 

nhớt của hệ epoxy DER 331 - nanoclay I28E cũng là một kết quả tin cậy cho biết sự 

phân tán của nanoclay vào trong nhựa epoxy. Đã tiến hành xác định độ nhớt của nhựa 

epoxy trước khi phân tán nanoclay và sau khi phân tán nanoclay I28E vào nhựa epoxy 

DER 331 sau các khoảng thời gian khuấy cơ học 5 – 30 giờ của hệ epoxy-nanoclay. 

Sự thay đổi độ nhớt của hệ epoxy-nanoclay được biểu diễn trên hình 3.7 như sau. 

Độ nhớt (poise) 

Hình 3.7 Sự thay đổi độ nhớt của hỗn hợp nhựa epoxy-nanoclay I28E 

Từ đồ thị hình 3.7 cho thấy, khi thời gian khuấy tăng lên thì độ nhớt của hệ nhựa 

epoxy-nanoclay tăng lên. Sự tăng độ nhớt của hệ epoxy-nanoclay có thể là do nanoclay 

I28E phân tán xen kẽ và tách lớp trong nhựa epoxy dẫn đến tăng sự tương tác của mạch 

polyme với nanoclay làm cản trở sự di chuyển của mạch polyme. Sự phân tán tốt hơn 

của nanoclay trong nhựa sẽ làm tăng độ nhớt của hệ vật liệu. Độ nhớt của hỗn hợp 

epoxy-nanoclay I28E ổn định sau 25 giờ khuấy cơ học. Điều này chứng tỏ việc kéo dài 

thời gian khuấy cơ học hơn nữa không có ảnh hưởng nhiều đến độ phân tán. 

b) Khuấy cơ học kết hợp rung siêu âm 

Thời gian khuấy (giờ) 


Theo các nghiên cứu [1,6,7,8] đã chỉ ra, muốn nanoclay phân tán tốt trong nhựa 

57 








epoxy thì sau khi khuấy cơ học phải tiến hành khuấy rung siêu âm. Đã tiến hành khảo 

sát nghiên cứu ảnh hưởng của khuấy rung siêu âm theo thời gian. Hỗn hợp nhựa 

epoxy-nanoclay sau khi khuấy cơ học 10 giờ tiếp tục được khuấy rung siêu âm bằng 

máy rung siêu âm ultrasonic clearner DC400H – mrc trong thời gian 5 giờ và 10 giờ. 

Kết quả chụp phổ XRD của hỗn hợp nhựa epoxy-nanoclayI28E sau khi khuấy cơ học 

kết hợp rung siêu âm được biểu diễn trên hình 3.8. 

Hình 3.8 Phổ XRD của nanoclayI28E sau khi khuấy cơ học 10 tiếng và rung siêu âm 

a) 5 giờ b) 10 giờ 

Theo phổ XRD cho thấy hỗn hợp nhựa epoxy DER 331-nanoclay I28E sau khi 

khuấy cơ học 10 giờ tiếp tục được rung siêu âm trong 5 giờ thì khoảng cách cơ sở của 

nanoclay I28E tăng từ 48,66 Å lên 58,72Å. Sau đó tiếp tục tăng thời gian rung siêu âm 

lên 10 giờ thì khoảng cách cơ sở tăng lên 66,41 Å (xấp xỉ 2,5 lần so với ban đầu). Như 

vậy, khuấy cơ học kết hợp rung siêu âm là phương pháp tốt để phân tán nanoclay I28E 

vào nhựa epoxy DER331. 

Để đánh giá khả năng phân tán của nanoclay I28E vào nhựa epoxy DER 331 thì 


độ sa lắng cũng là một dấu hiệu về mức độ phân tán của nanoclay I28E vào nhựa 

epoxy DER 331. Đã tiến hành chụp ảnh để xác định độ sa lắng nanoclay I28E sau khi 

phân tán nanoclay I28E vào nhựa epoxy DER 331 theo phương pháp khuấy cơ học 

trong 10 giờ và khuấy cơ học 10 giờ kết hợp rung siêu âm 10 giờ. Ảnh chụp xác định 


b 

a 

58 







độ sa lắng của hỗn hợp epoxy DER 331-nanoclay I28E theo thời gian khác nhau được 

trình bày trên hình 3.9. 

1 

(c) 

(a) 

1 2 1 

Hình 3.9 Ảnh xác định độ sa lắng nanoclay phân tán trong nhựa epoxy theo thời gian 

(a) ngay sau khi phân tán; 

2 

1 2 


(c) sau thời gian 10 ngày; (d) sau thời gian 20 ngày; 

59 




(d) 

(b) 

(b) sau thời gian 5 ngày; 

2





(Tiếp theo hình 3.9) 

1 2 1 

(e) 

Hình 3.9 Ảnh xác định độ sa lắng nanoclay phân tán trong nhựa epoxy theo thời gian 

(e) sau thời gian 30 ngày; (f) sau thời gian 40 ngày 

1 -nanoclay phân tán trong nhựa epoxy bằng phương pháp khuấy cơ học 10 giờ 

2 -nanoclay phân tán trong nhựa epoxy bằng phương pháp khuấy cơ học 10 giờ 

kết hợp rung siêu âm 10 giờ. 

Kết quả thực nghiệm cho thấy, với phương pháp phân tán nanoclay vào nhựa 

epoxy bằng phương pháp khuấy cơ học trong 10 giờ thì sau 5 ngày đã có hiện tượng 

nanoclay sa lắng trong nhựa epoxy, trong khi đó với phương pháp phân tán nanoclay 

vào nhựa epoxy bằng khuấy cơ học trong 10 giờ kết hợp rung siêu âm 10 giờ thì sau 40 

ngày thử nhiệm vẫn không thấy hiện tượng nanoclay bị sa lắng trong nhựa epoxy. 

Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu khảo sát nêu trên đã rút ra qui trình phân 

tán nanoclay I28E vào nhựa epoxy DER 331 như sau: ngâm nanoclay I28E vào trong 

nhựa epoxy DER 331 trong thời gian 24 giờ ở nhiệt độ 80 o C, sau đó khuấy cơ học hỗn 

hợp epoxy-nanoclay trong thời gian 10 giờ ở nhiệt độ 80 o C, hỗn hợp thu được tiếp tục 


(f) 

2 


60 







được khuấy rung siêu âm trong 10 giờ ở nhiệt độ 80 o C, tại điều kiện này thì khoảng 

cách cơ sở của nanoclay I28E thay đổi từ 26,58 Å lên 66,41 Å. 

3.1.2.2. Nghiên cứu hình thái cấu trúc của nanoclay khi phân tán trong nhựa epoxy 

Hiện nay, phương pháp phổ biến để quan sát việc phân tán nanoclay vào nhựa 

epoxy đạt đến kích thước nano hay chưa là dùng phương pháp chụp ảnh kính hiển vi 

điện tử truyền qua (TEM). Đã tiến hành phân tán nanoclay I28E với hàm lượng 2 - 3 

pkl vào nhựa epoxy theo quy trình: nanoclay được ngâm vào nhựa epoxy trong thời 

gian 24 giờ ở nhiệt độ 80 o C, sau đó hỗn hợp epoxy DER 331-nanoclay I28E được 

khuấy cơ học trong thời gian 10 giờ ở nhiệt độ 80 o C, hỗn hợp thu được tiếp tục được 

khuấy rung siêu âm trong 10 giờ ở nhiệt độ 80 o C. Hỗn hợp epoxy DER 331-nanoclay 

I28E phân tán theo điều kiện trên được thực hiện phản ứng đóng rắn nóng với chất 

đóng rắn MHHPA, xúc tác NMI theo tỷ lệ tối ưu đã khảo sát ở mục 3.1.1. Mẫu thu 

được sau phản ứng đóng rắn được chụp ảnh TEM để xác định cấu trúc của nanoclay 

sau khi phân tán vào nhựa epoxy. Ảnh TEM của hỗn hợp epoxy-nanoclay được trình 

bày trên hình 3.10. 



61 







a) 

b) 

Hình 3.10 Ảnh TEM của mẫu epoxy DER 331-nanoclay I28E (a)2pkl (b) 3 pkl. 

Ảnh TEM của mẫu epoxy DER 331-nanoclay I28E cho thấy các mạch đại phân 

tử nhựa epoxy đã chèn vào giữa các lớp clay và phần lớn các lớp clay bị bóc lớp. 



62 





Khi phân tán nanoclay I28 E vào nhựa epoxy DER 331 ngoài các phần tử nanoclay được phân tán với cấu trúc dạng xen kẽ- 

bóc lớp thì cũng tồn tại các hạt có kích thước vài chục nanomet. Kết quả xác định cấu trúc dạng hạt được chụp ảnh SEM trong 

hình 3.11. 

3.13). 

(a) (b) (c) 

Hình 3.11 Ảnh SEM chụp bề mặt phá hủy epoxy-nanoclay ở các độ phóng đại 

a) X10.000 b) X40.000 c) X100.000 

Để khẳng định các hạt trên hình 3.11 là nanoclay đã chụp phổ EDS nhằm xác định hàm lượng các nguyên tố (hình 3.12 - 


63 





www.daykemquynhon.blogspot.com





Hình 3.12 Ảnh SEM chụp bề mặt phá hủy của vật liệu epoxy-nanoclay (x100.000) 

Hình 3.13 Phổ phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) 


Hình 3.13 chỉ ra rằng tại khu vực 3 xuất hiện các hạt đã phát hiện nguyên tố Si 

với hàm lượng cao, chứng tỏ đó là các hạt nanoclay. Như vậy, bên cạnh cấu trúc xen kẽ 

- bóc lớp, còn tồn tại các cấu trúc nano dạng tập hợp với kích thước khoảng vài chục 

nanomet. 


64 





3.2 Nghiên cứu tính chất hệ epoxyDER331-nanoclay I28E 

3.2.1 Phổ hồng ngoại 

Đã tiến hành chụp phổ hồng ngoại IR để nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc nanoclay trước và sau khi phân tán vào nhựa epoxy, 

kết quả biểu diễn trên hình 3.14. 

Độ truyền qua (%) 


c 

Số sóng (cm -1 ) 

Hình 3.14 Phổ hồng ngoại 

(a) Nhựa epoxy DER 331 sau khi đóng rắn nóng. 

(b) Hỗn hợp epoxy DER 331 - nanoclay I28E sau khi đóng rắn nóng. 

(c) nanoclay I28E. 

a 

b 

65 





www.daykemquynhon.blogspot.com





Có thể thấy trên phổ IR xuất hiện pic 3626 cm -1 của I28E đặc trưng cho nhóm 

amin trong ion amonium đã bị dịch chuyển khi tác dụng với epoxy. Ngoài ra, các pic 

3449 cm -1 đặc trưng cho OH của epoxy còn lại trong trường hợp đóng rắn không có 

nanoclay (hình 3.14a) cũng bị suy biến nhiều khi sử dụng nanoclay (hình 3.14b). Kết 

quả chụp phổ IR (hình 3.14c) cũng cho thấy các pic 3550 – 3253 cm -1 đặc trưng cho 

nitơ, khi tương tác với epoxy làm xuất hiện thêm pic ở 3156 cm -1 , còn pic 3550 cm -1 bị 

dịch chuyển lên 3700 cm -1 . Điều này, có thể giải thích dựa trên cơ chế phản ứng sau 

[51,78]: 

Theo cơ chế phản ứng ion OH - tấn công vào liên kết N-C (của chất biến tính) tạo 

thành hợp chất có cặp electron không chiacủa nguyên tử nitơ trong liên kết N-C, tiếp 

đó nhóm ete trong phân tử epoxy tấn công vào. Điều này chứng tỏ nhóm amin tách ra 

từ ion amoni của nanoclay đã tham gia phản ứng đóng rắn epoxy bằng cách khơi mào 

cho phản ứng ete hóa cùng với các xúc tác amin có sẵn trong hệ đóng rắn nóng epoxy 

DER 331/MHHPA không có nanoclay I28E. 


Tuy nhiên, do các nhóm ion amin hoạt động như một chất khơi mào cho phản 

ứng đóng rắn của nhựa epoxy, nó ít ảnh hưởng đến mạng không gian hình thành khi 

đóng rắn epoxy. Thậm chí khả năng tạo ra mạng không gian tại bề mặt nanoclay có thể 

giảm đi như một số tác giả đã nhận xét [59,79]. 

66 








3.2.2Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất cơ học của vật liệu 

3.2.2.1 Ảnh hưởng củahàm lượng nanoclay đến sự thay đổi cường độ ứng suất tới hạn 

của vật liệu 

Việc phân tán nanoclay I28E vào nhựa epoxy nhằm mục đích chế tạo vật liệu 

nanocompozit có khả năng ngăn chặn dẫn đến giảm sự phát triển vết nứt của vật liệu 

nanocompozit khi chịu tác động của ngoại lực cơ học. Một trong các phương pháp để 

chứng minh nanoclay phân tán trong nhựa epoxy có tác dụng ngặn chặn sự phát triển vết 

nứt của vật liệu khi chịu tác dụng của ngoại lực là xác định cường độ ứng suất tới hạn 

K IC của vật liệu thu được.Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến cường độ ứng suất 

tới hạn K IC được trình bày trong hình 3.15. 

Cường độ ứng suất tới hạn 

KIC (MPa.m 1/2 ) 

Hình 3.15 Sự thay đổi cường độ ứng suất tới hạn K IC theo hàm lượng nanoclay 

Từ hình 3.15 nhận thấy, cường độ ứng suất tới hạn K IC tăng khi có phân tán 

nanoclay I28E trong nhựa epoxy DER 331 và đạt giá trị lớn nhất khi hàm lượng 

nanoclay I28E phân tán trong nhựa epoxy DER 331 là 2 pkl, sau đó tiếp tục tăng hàm 

lượng nanoclay I28E lên trên 2 pkl thìcường độ ứng suất tới hạn giảm dần. Điều này 

chứng tỏ khi đưa nanoclay I28E vào epoxy DER 331 với hàm lượng thích hợp (khoảng 

2 pkl) đã hạn chế được sự phát triển vết nứt của hệ vật liệu khi chịu tác động của ngoại 

lực. Tuy nhiên, khi hàm lượng nanoclay lớn hơn 2 pkl thì tác dụng ngăn chặn giảm có 

thể là khi hàm lượng nanoclay lớn sẽ tạo thành các tập hợp nanoclay lớn dẫn đến khả 

năng ngăn chặn sự phát triển vết nứt giảm. 

Hàm lượng nanoclay I28E 

(pkl) 



67 







Đã tiến hành chụp ảnh SEM bề mặt phá hủy của vật liệu nanocompozit epoxynanoclay 

I28E sau khi đo cường độ ứng suất tới hạn K IC ở các độ phóng đại khác nhau 

để xác định sự ảnh hưởng của nanoclay I28E đến sự phá hủy vật liệu nanocompozit khi 

chịu tác dụng của ngoại lực (hình 3.16). 

(a) 


(b) 

Hình 3.16 Ảnh SEM chụp bề mặt phá hủy của vật liệu epoxy-nanoclay (a) X1.000; (b) X 5.000 


68 







Từ ảnh SEM chụp bề mặt phá hủy của vật liệu epoxy-nanoclay nhận thấy tại khu 

vực không có nanoclay, nhựa epoxy bị vỡ giòn, bề mặt phá hủy nhẵn bóng thể hiện sự 

phát triển vết nứt nhanh của một vết nứt lớn. Khi có mặt nanoclay, sự phát triển của vết 

nứt bị cản trở làm cho bề mặt trở lên gồ ghề. Tại các vùng này đã chứng minh sự có 

mặt của các hạt nanoclay kích thước vài chụcnanomet (hình 3.11). 

3.2.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất kéo của vật liệu 

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất cơ học của vật 

liệu nanocompozit thì sự thay đổi tính chất kéo của vật liệu (được đánh giá qua sự thay 

đổi: độ bền kéo, mođun kéo, độ giãn dài khi đứt) là một trong những minh chứng rõ 

rệt. Sự thay đổi tính chất kéo của vật liệu nanocompozit epoxy-nanoclay theo hàm 

lượng nanoclay I28E được trình bày trong đồ thị hình 3.17 (trang 70). 

Theo hình 3.17 (trang 70) chỉ ra rằng, khi có nanoclay I28E phân tán vào nhựa 

nền epoxy DER 331 thì độ bền kéo của vật liệu tăng rõ rệt. Tuy nhiên, mức độ tăng 

cường tính chất là không đồng đều: Sự gia cường tính chất đạt mức độ cao nhất với 

hàm lượng 2 pkl. Với hàm lượng 3 - 4 pkl, độ bền vật liệu giảm đi nhưng vẫn cao hơn 

so với vật liệu epoxy không có nanoclay. Còn khi hàm lượng nanoclay lên tới 5 pkl, độ 

bền vật liệu nanocompozit lại thấp hơn cả epoxy ban đầu. Điều này có thể giải thích là 

khi hàm lượng nanoclay 5 pkl phân tán trong nhựa epoxy tạo ra nhiều tập hợp hạt 

nanoclay với kích thước lớn làm cho tác dụng gia cường bị giảm, không còn tác dụng 

ngăn chặn sự phát triển các vết nứt tế vi. 



69 







Mođun kéo (GPa) 

Độ bền kéo (MPa) 

Độ giãn dài khi kéo đứt 

(%) 

Hàm lượng nanoclay(pkl) 




Hình 3.17 Sự thay đổi tính chất kéo của vật liệu nanocompozittheo hàm lượng nanoclay 


70 







3.2.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất uốn của vật liệu 

Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất uốn của vật liệu nanocompozit 

cũng được xác định thông qua sự thay đổi: độ bền uốn, mođun uốn, độ biến dạng khi 

uốn của vật liệu. Kết quả được thể hiện trên hình 3.18. 

Độ bền uốn (MPa) 

Mođun uốn (MPa) 

Độ biến dạng khi uốn (%) 





Hình 3.18 Sự thay đổi tính chất uốn của vật liệu nanocompozit theo hàm lượng nanoclay 


71 







Các thực nghiệm xác định tính chất uốn của vật liệu nanocompozit trên cơ sở 

nhựa epoxy DER 331-nanoclay I28E cho thấy tính chất uốn của vật liệu thay đổi tương 

tự tính chất kéo khi có nanoclay I28E phân tán trong nhựa epoxy DER 331. Độ bền 

uốn tăng mạnh so với nhựa epoxy khi có 1 -2 pkl nanoclay I28E phân tán trong nhựa 

epoxy và đạt giá trị cao nhất khi hàm lượng là 2 pkl nanoclay I28E. Khi tiếp tục tăng 

hàm lượng nanoclay I28E phân tán trong nhựa epoxy thì độ bền uốn giảm mạnh. 

3.2.2.4.Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến độ bền va đập của vật liệu 

Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay I28E đến độ bền va đập của vật liệu được 


Hình 3.19 Sự thay đổi độ bền va đập của vật liệu theo hàm lượng nanoclay 

Hình 3.19 cho thấy, nanoclay I28E có ảnh hưởng đến sự thay đổi độ bền va đập 

tương tự như sự thay đổi độ bền kéo, độ bền uốn. Khi hàm lượng nanoclay I28E tăng 

thì độ bền va đập tăng mạnh và đạt giá trị lớn nhất khi có 2 pkl nanoclay phân tán trong 

nhựa epoxy DER 331. Nhưng khi hàm lượng nanoclay tăng 3 – 5 pkl thì độ bền va đập 

giảm. 

Độ bền va đập (kJ/m 2 ) 

3.2.2.5.Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất nén của vật liệu 

Ngoài tính chất bền kéo, bền uốn, bền va đập của vật liệu thì nanoclay I28E cũng có 

ảnh hưởng tích cực đến tính chất bền nén. Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay I28E 

tính chất nén của vật nanocompozit trên cơ sở epoxy DER 331-nanoclay I28E được 


Hàm lượng nanoclay (pkl) 



72 







Độ bền nén (MPa) 

Mođun nén (GPa) 



Hình 3.20 Sự thay đổi tính chất nén theo của vật liệu theo hàm lượng nanoclay 

Từ hình 3.20 nhận thấy, độ bền nén của vật liệu tăng khi trong nhựa epoxy có 1 

đến 2 pkl nanoclay I28E. Mẫu với hàm lượng nanoclay là 2 pkl có độ bền nén cao nhất. 

Tiếp tục tăng hàm lượng nanoclay lên đến 3 – 5 pkl thì độ bền nén của vật liệu 

nanocompozit giảm dần, trong đó mẫu có 5 pkl nanoclay có độ bền nhỏ hơn vật liệu 

epoxy ban đầu. Thậm chí, môđun nén của epoxy-nanoclay 5 pkl chỉ còn xấp xỉ 50 % so 

với epoxy ban đầu, chứng tỏ khi có khoảng 2 pkl nanoclay I28E phân tán trong nhựa 

epoxy đã có tác dụng gia cường làm giảm sự phát triển vết nứt của vật liệu khi tác dụng 

của ngoại lực làm tăng cường tính chất của vật liệu nanocompozit, còn với hàm lượng 



73 







lớn hơn 2 pkl tác dụng gia cường giảm rõ rệt do nanoclay tạo thành các tập hợp hạt làm 

giảm sự ngăn chặn vết nứt. 

3.2.2.6. Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến khả năng chịu mài mòn của vật liệu 

Độ bền mài mòn đặc trưng cho khả năng chống lại sự phá hủy trên bề mặt vật liệu 

do ma sát và biến dạng cục bộ. Việc đưa nanoclay vào nền nhựa epoxy có thể cải thiện 

tính chất này cho vật liệu. Trong hình 3.21 là ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến 

mức độ mài mòn của vật liệu. 

Độ mài mòn (mg) 


Hình 3.21 Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến độ mài mòn của vật liệu 

Có thể thấy, cũng như các tính chất cơ học khác, mức độ mài mòn của vật liệu 

epoxy-nanoclay nhỏ nhất khi hàm lượng nanoclay là 2 pkl. Nhìn chung, trong khoảng 

hàm lượng nanoclay 1 – 3 pkl mức độ mài mòn của vật liệu nanocompozit nhỏ hơn vật 

liệu ban đầu. Nhưng khi hàm lượng nanoclay đạt 4 - 5 pkl thì độ mài mòn tăng lên, 

vượt quá giá trị này của vật liệu epoxy ban đầu. 

Dưới đây là tổng hợp sự phụ thuộc của một số tính chất cơ học của nền epoxy 

DER 331 vào hàm lượng nanoclay I28E (bảng 3.1). 



74 







Bảng 3.1 Tổng hợp một số tính chất cơ học của epoxy có và không có nanoclay 

Hàm lượng nanoclay I28E phân tán trong nhựa epoxy 

Tính chất 

cơ học 

Đơn vị 

đo 

DER 331 (pkl) 

0 1 2 3 4 5 

K IC MPa.m 1/2 0,65 1,05 1,68 1,42 1,34 1,12 

Độ bền kéo MPa 50,6 58,32 68,73 62,45 55,36 48,84 

Độ bền uốn MPa 72,56 98,09 124,75 91,21 74,42 58,42 

Độ bền va 

đập 

KJ/m 2 14,6 19,45 25,83 22,72 18,52 13,45 

Độ bền nén MPa 202,2 268,45 304,21 266,42 232,72 165,05 

Độ mài mòn mg 19,6 12,3 9,4 14,6 22,7 28,8 

Từ bảng trên thấy tính chất cơ học đạt giá trị tốt nhất khi hàm lượng nanoclay 

I28E phân tán trong nhựa epoxy DER 331 khoảng 2 pkl. 

So sánh sự thay đổi các tính chất cơ học của hệ nhựa epoxy DER 331-nanoclay 

I28E như trên Bảng 3.1 cho thấy mức độ ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay là 

khác nhau. Nguyên nhân của sự cải thiện tính chất cơ học khi có mặt nanoclay là do 

tăng cường tương tác giữa nhựa epoxy với các phần tử nanoclay ở trạng thái xen kẽ 

hoặc bóc lớp. Ngoài ra, sự có mặt của nanoclay có thể ngăn chặn sự phá hủy của bề 

mặt epoxy khi có lực tác dụng từ bên ngoài, ngăn ngừa sự phát triển các vết nứt tế 

vi. Tuy nhiên, khi hàm lượng nanoclay tăng cao hơn, sẽ xuất hiện các tập hợp 

nanoclay trong vật liệu làm tác dụng gia cường kể trên sẽ giảm đi. Điều này cũng 

phù hợp với kết quả xác định năng lượng phát triển vết nứt K IC của hệ vật liệu này. 

3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu 


Ở phần trên khi nghiên cứu về ảnh hưởng của nanoclay đến tính chất cơ học 

của hệ epoxy-nanoclay thì ứng với hàm lượng nanoclay 2 pkl có các tính chất cơ 

học tốt nhất. Các giá trị hàm lượng nanoclay cao hơn dẫn đến sự suy giảm tính chất 


75 







do sự hình thành các tập hợp hạt trong nền nhựa epoxy. Tuy nhiên, khi khảo sát độ 

hấp thụ các chất lỏng khác nhau (nước, dung dịch axit HCl 10%, dung dịch kiềm 

NaOH10%) của vật liệu đã quan sát thấy sự giảm liên tục độ hấp thụ chất lỏng khi 

hàm lượng nanoclay tăng đến 5 pkl. 

Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nanoclayI28E đến độ hấp thụ nước đã tiến 

hành chế tạo mẫu nhựa epoxy-nanoclayI28E, hàm lượng nanoclay phân tán trong nhựa 

epoxy từ 0 - 5 pkl. Mẫu được ngâm trong nước để xác định sự thay đổi khối lượng theo 

thời gian đến khi đạt trạng thái bão hòa. 

Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến độ hấp thụ nướccủa vật liệu thay đổi theo 

hàm lượng nanoclay I28E phân tán trong nhựa epoxy được trình bày trong hình 3.22. 

Độ tăng khối lượng (%) 

Thời gian ngâm (ngày) 

Hình 3.22 Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến độ hấp thụ nước của vật liệu 

Kết quả trên hình 3.22 cho thấy trong khoảng 15 ngày đầu tiên mẫu hấp thụ nước 

rất mạnh, sau đó mức hấp thụ giảm dần đến khi bão hòa. Khi hàm lượng nanoclay phân 

tán trong nhựa epoxy tăng lên thì độ hấp thụ nước giảm dần, mức độ hấp thụ nước chỉ 


thật sự giảm mạnh khi hàm lượng nanoclay khoảng 4 - 5 pkl. 

Sau 45 ngày ngâm độ tăng khối lượngcủa vật liệu đạt trạng thái bão hòa của nhựa 

epoxy là 1,28%, vật liệu epoxy-nanoclay chứa từ 1 pkl đến5 pkl nanoclay I28E có độ 

tăng khối lượng lần lượt là: 1,12%; 0,94%; 0,82%; 0,61% và 0,46%. 

76 








Trên cơ sở kết quả thực nghiệm xác định độ hấp thụ nước đã tiến hành xác định 

hệ số khuếch tán nước qua vật liệu epoxy DER 331-nanoclay I28E được tính theo công 

thức ở mục 3.2.4. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 3.2. 

Bảng 3.2 Sự thay đổi hệ số khuếch tán nước của vật liệu epoxy DER331 –nanoclay 

Hàm lượng nanoclay I28E trong 

nhựa epoxy DER 331 (pkl) 

I28E 

Hệ số khuếch tán x 10 -9 (cm 2 /s) 

0 0,1965 

1 0,1380 

2 0,1036 

3 0,0945 

4 0,0273 

5 0,0120 

Số liệu thu được ở bảng 3.2cho thấy, khi hàm lượng nanoclay I28E trong vật liệu 

tăng lên thì độ khuếch tán nước qua vật liệu giảm dần chứng tỏ nanoclay I28E có tác 

dụng che chắn, ngăn cản sự xâm nhập chất lỏng vào lòng vật liệu nanocompozit làm 

giảm độ hấp thụ nước của vật liệu. Khi hàm lượng nanoclay I28E tăng lên thì khả năng 

che chắn của vật liệu cũng tăng lên làm giảm độ hấp thụ nước của vật liệu. 

Bằng phương pháp tương tự đã xác định độ hấp thụ chất lỏng (dung dịch axit HCl 

10%) của vật liệu. Sự thay đổi độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu compozit khi ngâm 

trong dung dịch axit HCl 10% được trình bày trong bảng 3.3. 



77 







Bảng 3.3 Sự thay đổi độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu ngâm trong dung dịch axit HCl 10%. 

Thời gian 

ngâm 

(ngày) 

Mức độ hấp thụ chất lỏng (%) của vật liệu thay đổi theo hàm lượng 

nanoclay I28E phân tán trong nhựa epoxy DER 331 

0 (pkl) 1 (pkl) 2 (pkl) 3(pkl) 4 (pkl) 5 (pkl) 

5 0,64 0,40 0,32 0,26 0,20 0,14 

10 0,84 0,62 0,52 0,44 0,38 0,28 

15 1,02 0,82 0,69 0,6 0,52 0,38 

20 1,18 0,96 0,78 0,72 0,64 0,46 

25 1,34 1,18 0,87 0,82 0,75 0,60 

30 1,50 1,26 0,96 0,91 0,82 0,66 

35 1,56 1,32 1,12 0,99 0,87 0,72 

40 1,60 1,37 1,18 1,04 0,90 0,76 

45 1,65 1,45 1,24 1,10 0,94 0,82 

50 1,65 1,45 1,24 1,10 0,94 0,82 

Theo kết quả trình bày trong bảng 3.3 nhận thấy, cũng tương tự trường hợp ngâm 

vật liệu trong nước khi đưa nanoclay nhựa epoxy vào đã tăng khả năng che chắn, ngăn 

cản sự xâm nhập của chất lỏng vào lòng vật liệu dẫn đến giảm đáng kể độ hấp thụ chất 

lỏng của vật liệu nanocompozit so với nhựa epoxy, khi hàm lượng nanoclay càng tăng 

thì độ hấp thụ chất lỏng càng giảm. Chứng tỏ khi có nanoclay đã làm tăng khả năng 

chịu môi trường xâm thực của vật liệu. Độ hấp thụ chất lỏng đạt bão hòa sau 50 ngày 

ngâm mẫu. Kết quả cũng chỉ ra khi thêm một lượng nhỏ nanoclay thì độ hấp thụ chất 

lỏng của vật liệu giảm mạnh. Điều này mở ra khả năng cho việc ứng dụng vật liệu 

epoxy-nanoclay trong môi trường có tính xâm thực mạnh. 

Nghiên cứu sự thay đổi mức độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu epoxy DER 331 – 

nanoclay I28E với hàm lượng nanoclay trong môi dung dịch NaOH 10% cũng là một 

trong những yêu cầu cần thiết để mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu 

nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy-nanoclay trong các môi trường khác nhau. Kết 



78 







quả xác định độ hấp thụ chất lỏng khi ngâm trong dung dịch NaOH 10% được trình 

bày trong bảng 3.4. 

Bảng 3.4 Sự thay đổi độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu ngâm trong dung dịch NaOH 10% 


ngâm 

(ngày) 

Mức độ hấp thụ chất lỏng (%) của vật liệu thay đổi theo hàm lượng 

nanoclay I28E phân tán trong nhựa epoxy DER 331 

0 (pkl) 1 (pkl) 2 (pkl) 3(pkl) 4 (pkl) 5 (pkl) 

5 0,74 0,62 0,51 0,38 0,28 0,18 

10 0,96 0,86 0,76 0,56 0,46 0,32 

15 1,12 0,98 0,88 0,74 0,62 0,48 

20 1,26 1,08 0,99 0,82 0,68 0,58 

25 1,38 1,22 1,07 0,95 0,78 0,64 

30 1,48 1,28 1,15 0.98 0,80 0,70 

35 1,54 1,35 1,20 1,03 0,84 0,74 

40 1,61 1,42 1,24 1,07 0,88 0,78 

45 1,68 1,48 1,28 1,12 0,96 0,84 

50 1,68 1,48 1,28 1,12 0,96 0,84 

Từ Bảng 3.4 rút ra nhận xét về độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu 

nanocompozit khi ngâm trong môi trường dung dịch NaOH 10% như sau: trong 

khoảng 15 đến 20 ngày đầu mẫu hấp thụ chất lỏng rất mạnh, sau đó mức hấp thụ 

giảm dần đến khi bão hòa. Khi hàm lượng nanoclay trong nhựa tăng lên thì độ hấp 

thụ chất lỏng giảm dần, mức độ hấp thụ chỉ thật sự giảm mạnh khi hàm lượng 

nanoclay khoảng 4- 5 pkl. Độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu đạt bão hòa sau 50 

ngày ngâm. 

Mức độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu nanocompozit giảm dần đối với tất cả 

chất lỏng được khảo sát cho thấy mặc dù có thể tạo ra các tập hợp hạt khi hàm 

lượng nanoclay tăng nhưng khả năng che chắn của compozit có nanoclay vẫn tăng. 

Có thể giải thích điều này là ở các hàm lượng nanoclay lớn, các hạt kích thước vài 



79 







chục nanomet có thể liên kết với nhựa nền, giảm độ linh động của mạch epoxy 

[30,63] nhờ đó việc thâm nhập của các phân tử chất lỏng khó khăn hơn. 

Một nguyên nhân khác có thể làm giảm độ hấp thụ chất lỏng là việc đưa 

nanoclay vào nhựa nền làm tăng góc tiếp xúc của chất lỏng đối với nhựa epoxy, 

nghĩa là mức độ kỵ nước của vật liệu tăng lên. Trong hình 3.23-3.25 là ảnh xác định 

góc tiếp xúc của nước, HCl 10%, NaOH 10% lên bề mặt epoxy có và không có 

nanoclay. 

51 0 73’ 

74 0 ,71 

’ 

(1) 

(2) 

Hình 3.23 Góc tiếp xúc của nước với 

(1) Nhựa epoxy; (2) epoxy-nanoclay I28E 2 pkl; 



80 







36 0 ,86 

’ 

17 0 ,86 

’ 

(2) 

Hình 3.24 Góc tiếp xúc của chất lỏng (dung dịch axit HCl 10%) với 

(1) Nhựa epoxy; (2) epoxy-nanoclay 2 pkl; 

44 0 ,01 

52 0 ,05 



(1) 

(1) 

(2) 

Hình 3.25 Góc tiếp xúc của chất lỏng (dung dịch kiềm NaOH 10%) với 

(1) Nhựa epoxy; (2) epoxy-nanoclay 2 pkl; 

81 







Kết quả trên hình 3.23 -3.25 cho thấy, khi có nanoclay phân tán trong nhựa epoxy 

đãlàm tăng góc tiếp xúc giữa chất lỏng và vật liệu nanocompozit epoxy-nanoclay so 

với nhựa epopxy đối chứng. Điều này cũng là một nguyên nhân giải thích việc khi có 

nanoclay phân tán trong nhựa epoxy lại làm giảm độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu 

nanocompozit epoxy DER 331-nanoclay so với nhựa epoxy. 

Tương quan giữa giá trị góc tiếp xúc và độ hấp thụ nước bão hòa các chất lỏng 

vật liệu epoxy-nanoclay I28E được trình bày trong bảng 3.5. 

Bảng 3.5 Tương quan giữa giá trị góc tiếp xúc và độ hấp thụ nước bão hòa các chất 

Hàm lượng 

nanoclay 

I28E, pkl 

Góc 

xúc, độ 

lỏngcủa vật liệu epoxy DER 331 –nanoclay I28E. 

Nước Dung dịch HCl 10% Dung dịch NaOH 10% 

tiếp 

Hấp thụ 

max, % 

Góc 

xúc, độ 

tiếp 

Hấp thụ 

max, % 

Góc 

xúc, độ 

tiếp 

Hấp 

max, % 

0 51,73 1,28 17,86 1,65 44,01 1,68 

1 64,78 1,12 31,89 1,45 52,05 1,48 

2 74,71 0,94 36,86 1,24 62,89 1,28 

3 75,59 0,82 40,12 1,10 67,26 1,12 

Số liệu trong bảng 3.5 cho thấy, có sự tương quan rõ rệt giữa góc tiếp xúc và sự hấp 

thụ chất lỏng của vật liệu epoxy-nanoclay. Như vậy, khi tăng hàm lượng nanoclay độ 

hút nước của vật liệu giảm nhờ tăng góc tiếp xúc có thể bù trừ cho sự tăng độ hút nước 

do hình thành các tập hợp hạt clay có kích thước lớn [61]. 

Nhìn chung, khi đưa nanoclay vào nhựa epoxy thì độ hấp thụ môi trường của vật 

liệu giảm mạnh, hàm lượng nanoclay càng tăng thì độ hấp thụ môi trường càng giảm. 

Cụ thể: 

- Độ hấp thụ dung dịch axit HCl 10% của vật liệu khi có 5 pkl nanoclay I28E 

giảm khoảng 2,25 lần so với vật liệu không có nanoclay I28E. 


- Độ hấp thụ dung dịch NaOH 10% của vật liệu khi có 5 pkl nanoclay I28E giảm 

khoảng 2,15 lần so với vật liệu không có nanoclay I28E. 

- Độ hấp thụ nước của vật liệu khi có 5 pkl nanoclayI28E giảm khoảng 3,3 lần so 

với vật liệu không có nanoclay I28E. 


thụ 

82 







Độ tổn hao khhối lượng (%) 

3.2.4.Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất cơ - nhiệt của vật liệu 

3.2.4.1.Ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến khả năng chịu nhiệt của vật liệu 

Độ bền nhiệt của vật liệu epoxy-nanoclayđược xác định thông qua mức độ mất 


khối lượng khi tăng nhiệt. Trong hình 3.26 là giản đồ TGA của các mẫu vật liệu có và 

không có nanoclay. 

Nhiệt độ ( o C) (a) 


-52,99 

-46,626 


Nhiệt độ ( o C) 

Hình 3.26 Giản đồ TGA(a) nhựa epoxy; 

(b) 

(b) epoxy-nanoclay I28E – 1 pkl 

83 







(tiếp theo hình 3.26) 






Hình 3.26 Giản đồ TGA 

(c) epoxy-nanoclay I28E – 2pkl; (d) epoxy-nanoclay I28E – 3pkl; 

Từ các giản đồ trên đã xác định được các nhiệt độ bắt đầu phân hủy (T 0 ), 

nhiệt độ phân hủymạnh nhất (T max ), độ tổn hao khối lượng tại nhiệt độ phân hủy 

84 




(c) 

(d) 

- 41,537 

-55,86





mạnh nhất và nhiệt độ kết thúc phân hủy (Te) của vật liệu nanocompozit trên cơ 

sở nhựa eopoxy có và không có nanoclay I28E. Kết quả xác định các nhiệt độ 

được trình bày trong bảng 3.6. 

Bảng 3.6 Các nhiệt độ phân hủy và mất khối lượng ở T max của epoxy-nanoclay 

Mẫu 

Nhiệt độ bắt 

đầu 

phân 

hủy, T 0 ( 0 C) 

Nhiệt độ phân 

hủy mạnh nhất, 

T max ( o C) 


hủy 

hoàn 

toàn, T e ( o C) 

Mất 

khối 

lượng ở T max , 

(%) 

epoxy 320 415 700 52,99 

Epoxy-1 pkl 

nanoclay I28E 

Epoxy- 2 pkl 


Epoxy- 3 pkl 


360 415 700 46,62 

360 415 700 41,53 

300 415 700 55,86 

Có thể thấy rằng nanoclay có ảnh hưởng mạnh nhất đến thời điểm bắt đầu phân 

hủy: nhiệt độ T 0 tăng 40 o C khi đưa 1- 2 pkl nanoclay I28E vào nền epoxy DER 331. 

Độ bền nhiệt tốt nhất quan sát thấy được khi hàm lượng nanoclay là 2 pkl với T 0 bằng 

360 o C. Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của compozit với các hàm lượng clay khác nhau 

bằng nhau, nhưng độ mất khối lượng ở nhiệt độ này rất khác nhau: phân hủy ít nhất là 

tại hàm lượng 2 pkl. Tốc độ phân hủy chậm hơn của mẫu vật liệu với 2 pkl nanoclay có 

thể là do số lượng liên kết epoxy-nanoclay trong mẫu này lớn nhất do mức độ phân tán 

của nanoclay tốt nhất. Điều này cũng phù hợp với kết quả xác định tính chất cơ học, 

khi hàm lượng nanoclay 2 pkl cho tính chất cơ học của vật liệu tốt nhất. 

3.2.4.2. Ảnh hưởng nanoclay đến của tính chất cơ nhiệt động của vật liệu 

Tính chất cơ - nhiệt động được đánh giá qua mođun trữ (E’) và tan góc tổn hao cơ 


học (tanδ) cũng như nhiệt độ hóa thủy tinh (T g ) của vật liệu epoxy ban đầu và epoxy 

DER 331-nanoclay I28E (2 pkl). Ảnh hưởng nanoclay I28E đến của tính chất cơ nhiệt 

động của vật liệu được trình bày trên hình 3.27 và 3.28. 


85 







Mođun (MPa) 

Hình 3.27 Sự thay đổi mođun trữ (E’)theo nhiệt độ 

(a) Nhựa epoxy; 

a 


(b) Vật liệu nanocompozit 


a 

b 

b 



Hình 3.28 Sự thay đổi tanδ theo nhiệt độ (a) epoxy; (b) vật liệu nanocompozit 

86 







Có thể nhận thấy từ hình 3.27, E’ của mẫu epoxy-nanoclay cao hơn mẫu epoxy 

nguyên sinh. Nhiệt độ T g ứng với điểm tổn hao cơ học cực đại của mẫu epoxynanoclay 

(140,7 o C) cũng cao hơn mẫu không có nanoclay (132,4 o C). Có thể giải thích 

điều này do tương tác giữa nanoclay và nền epoxy, bao gồm cả liên kết hóa học giữa bề 

mặt tấm silicat [108] lẫn cơ chế interlocking của các hạt làm mạng không gian của 

epoxy cứng hơn [27]. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao hơn Tg, một số liên kết giữa nanoclay 

và epoxy cũng như liên kết vật lý giữa các hạt có thể bị phá hủy do các liên kết này 

thường yếu hơn liên kết hóa học trong mạng epoxy nguyên sinh. Do đó đã quan sát 

thấy E’của mẫu epoxy-nanoclay I28E nhỏ hơn đáng kể so với mẫu epoxy nguyên sinh. 

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trên có thể rút ra một số nhận xét như sau: 

Trong các hàm lượng đã khảo sát, hàm lượng nanoclay I28E 2 pkl so với 100 pkl 

epoxy DER331 có khả năng đem lại các tính chất cơ – lý tốt nhất cho hệ nhựa nền 

epoxy. Trong khi đó khả năng chịu môi trường lỏng của hệ epoxy DER 331– nanoclay 

I28E tăng dần theo hàm lượng nanoclay mà không có giá trị tối ưu. Điều này được cho 

là do các ảnh hưởng khác nhau của các cấu trúc nano (xen kẽ - bóc lớp và cấu trúc hạt 

nano) đến các tính chất khác nhau của vật liệu. Vì vậy, trong các nghiên cứu chế tạo 

vật liệu nanocompozit cốt sợi thủy tinh tiếp theo, đã sử dụng hệ nền epoxy DER 331 

đóng rắn bằng MHHPA với 2 pkl phụ gia nanoclay I28E. 

3.3 Chế tạo và tính chất vật liệu compozit epoxy DER 331 - nanoclay I28E gia 

cường sợi thủy tinh 

3.3.1 Ảnh hưởng của công nghệ chế tạođến tính chất cơ học của vật liệu compozit 

3.3.1.1 Ảnh hưởng của chế độ ép đến tính chất cơ học của vật liệucompozit 

Nghiên cứu trước đây [6] đã chỉ ra rằng chế độ ép trong quá trình chế tạo mẫu có 

ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học của vật liệucompozit. Đã tiến hành khảo sát chế độ 

ép đến tính chất cơ học của vật liệu. Chế độ ép được khảo sát theo hai chế độ như sau: 

Chế độ ép một giai đoạn: Hỗn hợp epoxy DER 331/MHHPA/NMI tối ưu đã 

khảo sát ở phần 3.1.1 được lăn ép bằng tay trong khuôn chế tạo mẫu compozit với sợi 


thủy tinh theo tỷ lệ sợi:nhựa ban đầu là 60:40 (w/w), sau đó được đóng rắn ở nhiệt độ 

110 o C trong thời gian 90 phút, áp lực ép là 90 kgf/cm 2 . Mẫu sau khi đóng rắn được bảo 

quản và chế tạo mẫu để xác định tính chất cơ học (tính chất kéo, tính chất uốn). 


87 







Chế độ ép hai giai đoạn: 

Giai đoạn 1: hỗn hợp epoxy/MHHPA/NMI tối ưu đã khảo sát ở phần 3.1.1 

đượclăn ép bằng tay trong khuôn chế tạo mẫu PC với sợi thủy tinh theo tỷ lệ sợi:nhựa 

ban đầu là 60:40 (w/w), sau đó được đóng rắn sơ bộ ở nhiệt độ 80 o C trong thời gian 60 

phút, quá trình này không đặt áp lực ép. 

Giai đoạn 2: khuôn ép được nâng nhiệt lên 110 o C, áp lực ép được nâng lên 90 

kgf/cm 2 chế độ duy trì trong thời gian 90 phút. Mẫu compozit sau khi đóng rắn được 

bảo quản và chế tạo mẫu để xác định tính chất cơ học (tính chất kéo, tính chất uốn). 

Kết quả đo tính chất cơ học của hai mẫu được chế tạo theo hai quy trình trên được 

trình bày trong bảng 3.7 như sau. 

Chế độ 

đóng rắn 

Một 

giai đoạn 

Hai 

giai đoạn 

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của chế độ ép tới tính chất cơ học của vật liệu 

Độ bền 

uốn 

(MPa) 

Tính chất uốn 

Mô đun 

uốn 

(GPa) 

Độ biến 

dạng khi 

uốn (%) 

Độ bền 

kéo 

(MPa) 

Tính chất kéo 

Mô đun 

kéo 

(GPa) 

Độ giãn 

dài khi 

đứt (%) 

252,12 9,87 1,98 321,50 3,25 3,04 

398,75 13,29 2,94 416,67 4,45 4,01 

Từ kết quả khảo sát thực nghiệm ở bảng 3.7 chỉ ra rằng, với chế độ đóng rắn hai 

giai đoạn thì vật liệu PC có tính chất cơ học vượt trội, cụ thể độ bền uốn của chế độ 

đóng rắn 2 giai đoạn cao hơn 1,58 lần so với chế độ một giai đoạn, trong khi đó độ 

chênh lệch tương ứng của độ bền kéo là 1,29 lần. Tính chất cơ học của vật liệu 

compozit được chế tạo theo chế độ hai giai đoạn tốt hơn so với chế độ một giai đoạn là 

do trong chế độ một giai đoạn mẫu được đóng rắn ở 110 o C và áp lực ép là 90 kgf/cm 2 

làm cho nhựa bị chảy dẫn đến hao hụt nhựa; tỷ lệ sợi nhựa giảm là nguyên nhân độ bền 

cơ học của vật liệu giảm. Ngoài ra, khi đóng rắn ở chế độ một giai đoạn còn làm cho 

vật liệu compozit thu được có nhiều khuyết tật hơn với chế độ hai giai đoạn vì ở chế độ 



88 







một giai đoạn phản ứng đóng rắn xảy ra nhanh làm cho nhựa chưa kịp thấm vào sợi, 

đồng thời tạo ra nhiều liên kết ngang ngăn cản bọt khí trong lòng vật liệu thoát ra 

ngoài. Còn với chế độ hai giai đoạn thì ở giai đoạn 1 nhựa epoxy được đóng rắn sơ bộ 

ở 80 o C, thời gian 60 phút và không có áp lực ép, ở nhiệt độ này phản ứng đóng rắn 

nhựa epoxy đã bắt đầu xảy ra tạo ra được một số liên kết ngang (tuy không nhiều), 

trong thời gian này nhựa đã thấm vào sợi. Khi chuyển sang giai đoạn 2 nâng nhiệt độ 

lên 110 o C và tăng áp lực ép lên 90 kgf/cm 2 thì nhựa không bị trào ra do đó tỷ lệ sợi 

nhựa vẫn đảm bảo dẫn đến tính chất cơ học của vật liệu cao hơn chế độ ép một giai 

đoạn. Mặt khác bọt khí trong lòng vật liệu cũng kịp thoát ra dưới tác dụng của lực ép 

làm cho vật liệu compozit có ít khuyết tật hơn chế độ một giai đoạn. Như vậy có thể 

nói đóng rắn 2 giai đoạn là thích hợp để chế tạo vật liệu compozit. Chế độ ép nóng này 

được thực hiện cho các nghiên cứu tiếp theo. 

3.3.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi nhựa đến tính chất cơ học của vật liệucompozit 

Các mẫu vật liệu compozit được đóng rắn theo hai giai đoạn đã nghiên cứu ở phần 

3.3.1.1 với tỷ lệ nhựa - sợi khác nhau được chế tạo để xác định tính chất cơ học. Kết 

quả được trình bày ở bảng 3.8. 

STT 

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi nhựa đến tính chất cơ học của vật liệu 

Tỷ lệ 

epoxy/sợi 

thủy tinh 

(khối 

lượng) 

Độ bền 

uốn 

(MPa) 

(chế độ ép hai giai đoạn) 


Mođun 

uốn 

(GPa) 

Độ biến 

dạng 

khi uốn 

(%) 

Độ bền 

kéo 

(MPa) 


Mođun 

kéo 

(GPa) 

Độ giãn 

dài khi 

đứt (%) 

1 35/65 298,23 11,52 2,04 312,42 3,75 2,76 

2 40/60 367,75 12,79 2,64 404,67 4,25 3,89 

3 45/55 306,45 11,98 2,34 385,45 4,02 3,12 

4 50/50 278,65 10,23 2,04 305,67 3,48 2,48 

5 55/45 213,24 8,98 1,87 287,89 3,04 2,12 



89 







Từ kết quả trên nhận thấy, với tỉ lệ epoxy DER 331/sợi thủy tinh là 40/60 (w/w) 

thì vật liệu có các thông số đặc trưng cho tính chất bền uốn và tính chất bền kéo lớn 

nhất. Vì vậy, đã lựa chọn tỷ lệ này cho các nghiên cứu tiếp theo. Nguyên nhân của việc 

thay đổi tính chất cơ học khi thay đổi tỷ lệ sợi: nhựa được giải thích là: ở tỷ lệ 35% 

nhựa và 65% sợi thủy tinh thì hàm lượng nhựa không đủ để thấm tốt sợi thủy tinh dẫn 

đến vật liệu compozit thu được có nhiều khuyết tật làm cho tính chất của vật liệu giảm. 

Còn vật liệu với các tỷ lệ khối lượng nhựa/sợi thuỷ tinh cao hơn 40/60 (w/w) tính chất 

cơ học của compozit giảm dần là do sợi thủy tinh- thành phần chịu lực- giảm đi. 

3.3.1.3. Ảnh hưởng của áp lực ép đến tính chất cơ học của vật liệucompozit 

Chế tạo các mẫu vật liệu compozit ép nóng theo chế độ hai giai đoạn,với tỉ lệ 

nhựa/sợi là 40/60 (w/w), tiến hành ép mẫu ở các áp lực ép khác nhau. Mẫu sau đó được 

mang đi xác định tính chất cơ học của vật liệu, kết quả được trình bày ở bảng 3.9. 

Áp 

ép 

lực 

(kgf/cm 2 ) 

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của áp lực ép đến tính chất cơ học của vật liệu 

Độ 

uốn 

(MPa) 

Tính chất bền uốn 

bền 

Mô đun 

uốn 

(GPa) 

(chế độ ép hai giai đoạn) 

Độ 

biến 

dạng khi 

uốn, (%) 

Độ bền 

kéo 

(MPa) 

Tính chất bền kéo 

Mô đun 

kéo 

(GPa) 

Độ giãn 

dài 

khi 

đứt (%) 

60 209,34 9,56 1,98 245,65 3,01 2,85 

70 276,67 10,34 2,05 307,98 3,35 3,05 

80 312,34 11,45 2,34 348,89 3,89 3,35 

90 398,75 13,29 2,94 416,67 4,45 4,01 

100 345,67 11,87 2,56 365,45 4,06 3,89 

110 308,72 9.45 2,04 312,42 3,98 3,23 


Từ kết quả ở bảng 3.9 cho thấy, với áp lực ép là 90kgf/cm 2 , thì vật liệu có tính 

chất cơ học tốt nhất (độ bền uốn đạt 398,75 MPa và độ bền kéo đạt 416,67 MPa). 


90 







Ảnh hưởng của áp lực ép đến tính chất của vật liệu có thể được giải thích như 

sau: khi ép mẫu ở áp lực ép dưới 90 kgf/cm 2 thì áp lực ép chưa đủ lớn để làm nhựa và 

sợi thủy tinh tạo liên kết bền chặt dẫn đến vật liệu compozit thu được có nhiều khuyết 

tật. Do đó tính chất cơ học của vật liệu giảm. Còn với áp lực trên 90 kgf/cm 2 thì khi áp 

lực quá lớn lại làm cho nhựa bị chảy tràn khuôn dẫn đến tỷ lệ nhựa: sợi của vật liệu bị 

hao hụt cũng làm cho tính chất cơ học của vật liệu giảm. 

Từ các kết quả khảo sát trên, đã lựa chọn chế độ gia công compozit epoxy -sợi 

thủy tinh là: 

- Tỉ lệ khối lượng epoxy/sợi thủy tinh: 40/60(w/w); 

- Áp lực ép: 90 kgf/cm 2 ; 

- Chế độ ép nóng hai giai đoạn: 

+ Hỗn hợp epoxy/MHHPA/NMI tối ưu đã khảo sát ở phần 3.1.1 được lăn ép bằng 

tay trong khuôn chế tạo mẫu PC, sau đó được đóng rắn sơ bộ ở nhiệt độ 80 o C trong 

thời gian 60 phút, quá trình này không đặt áp lực ép. 

+ Giai đoạn 2: khuôn ép được nâng nhiệt lên 110 o C, áp lực ép được nâng lên 90 

kgf/cm 2 chế độ duy trì trong thời gian 90 phút. 

3.3.2.Ảnh hưởng của nanoclay đến tính chất cơ học của vật liệu compozit 

3.3.2.1.Ảnh hưởng của nanoclay đến độ bền liên kết sợi nhựa 

Tương tác nền epoxy DER 331 có và không có nanoclay I28E với sợi thủy tinh 

được xác định bằng phương pháp mô tả trong mục 2.4.7. Kết quả xác định độ bền liên 

kết sợi nhựa trình bày trong bảng 3.10. 

Bảng 3.10 Mức độ liên kết với sợi thủy tinh của nhựa nền 

Nhựa nền 

Độ bám dính sợi thủy tinh (IFSS), MPa 

Nhựa epoxy 17,04 

Epoxy-nanoclay 29,08 



91 







Kết quả trên cho thấy, nền epoxy có nanoclay có độ bám dính với sợi thủy tinh 

cao hơn hẳn, tới 70%, so với nền epoxy ban đầu. 

Bên cạnh khả năng bám dính, ảnh hưởng của nanoclay đến quá trình phá hủy liên 

kết với sợi thủy tinh của nhựa nền epoxy cũng được khảo sát bằng cách chụp ảnh SEM 

bề mặt phá hủy của vật liệu sau khi xác định độ bền liên kết sợi nhựa (hình 3.29). 

(a) 

Hình 3.29Ảnh SEM về độ kết dính của nhựa nền và sợi thủy tinh sau thử nghiệm rút sợi 

(a) Nền epoxy 

(b) 

(b) Nền epoxy-nanoclay 

Từ kết quả chụp ảnh SEM cho thấy, trong trường hợp có nanoclay, khi liên kết 

nhựa – sợi bị phá vỡ, bề mặt nhựa nền bị phá hủy khá đồng đều theo nhiều hướng 

khác nhau xung quanh chỗ tách sợi. Trái lại, nhựa nền không có nanoclay bị vỡ 

một mảng lớn và hầu như không có các phá hủy nhỏ (vết nứt) theo các hướng 

khác. Điều này cho phép rút ra hai nhận xét: 

- Nanoclay trong nhựa nền có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của vết nứt 

lớn, nhờ đó sự phá hủy mẫu epoxy có nanoclay bị cản trở mạnh hơn so với nhựa 

nền không có nanoclay. 


- Nanoclay làm sự phân bố ứng suất phá hủy trên bề mặt tiếp xúc nhựa – sợi 

thủy tinh được đồng đều hơn, sự phá hủy xảy ra theo nhiều hướng, do đó khả năng 

chịu lực của liên kết sợi nhựa cao hơn. 


92 







Như vậy, việc đưa nanoclay vào nhựa nền epoxy đã làm tăng liên kết nhựa – 

sợi thủy tinh nhờ tăng khả năng thấm ướt sợi của nhựa nền đồng thời hạn chế được 

sự phát triển các vết nứt tại vùng tiếp xúc giữa hai pha. 

3.3.2.2. Ảnh hưởng của nanoclay đến khả năng chống tách lớp compozit epoxy-sợi 


Ảnh hưởng của nanoclay đến tính chất của vật liệu compozit được đánh giá qua 

khả năng chống lại sự tách lớp khi vật liệu chịu lực theo chiều vuông góc với mặt 

phẳng sợi. 

Trong hình 3.30 là đồ thị lực kéo tách lớp của compozit sợi thủy tinh nền epoxynanoclay 

và epoxy. 

Lực kéo (N) 

Độ dịch chuyển (mm) 

Hình 3.30 Đồ thị lực - độ dịch chuyển trong phép đo độ bền phá hủy giữa các lớp trong vật liệu 

(a)Vật liệu trên cơ sở epoxy gia cường sợi thủy tinh 

(b)Vật liệu trên cơ sở epoxy-nanoclay gia cường sợi thủy tinh 

Đồ thị trên hình 3.30 cho thấy, với cùng một mức độ tách lớp (xác định bởi 

khoảng cách giữa hai khối đặt lực), lực tách lớp của compozit epoxy-nanoclay/sợi 

thủy tinh cao hơn so với compozit epoxy/sợi thủy tinh. Có thể thấy rằng, độ bám 

dính cao hơn của hệ epoxy-nanoclay đối với sợi thủy tinh đã làm tăng lực tách lớp 

của compozit epoxy-nanoclay/sợi thủy tinh so với hệ nhựa nền epoxy không có 

nanoclay. 

Khả năng chống tách lớp của vật liệu compozit còn được xác định bởi năng lượng 



93 







tách lớp, còn gọi là độ bền dai phá hủy G IC . Giá trị G IC được tính cho thời điểm bắt đầu 

xuất hiện vết nứt (G IC-O ) và giai đoạn phát triển vết nứt (G IC-P ). Kết quả được trình bày 

trong bảng 3.11. 

Bảng 3.11 Giá trị G IC trung bình của vật liệu compozit sợi thủy tinh 

Nhựa nền G IC-O , J/mm 2 G IC-P , J/mm 2 

Epoxy/sợi thủy tinh 435,3 632,7 

Epoxy-nanoclay/sợi thủy tinh 768,3 945,3 

Kết quả trên bảng 3.11 cho thấy, năng lượng tách lớp trung bình của compozit 

nền epoxy-nanoclay cao hơn so với compozit nền epoxy rõ rệt, cả thời điểm xuất hiện 

vết nứt lẫn trong quá trình phát triển vết nứt. Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả 

xác định độ liên kết nhựa – sợi thủy tinh ở trên (bảng 3.10). 

3.3.2.3. Ảnh hưởng của nanoclay đến độ bền cơ học của vật liệu compozit 

Ảnh hưởng của nanoclay đến độ bền cơ học của vật liệu compozitđược xác định 

thông qua ảnh hưởng của nanoclay đến tính chất uốn, tính chất kéo của vật liệu 

compozit, kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.12. 

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của nanoclay đến độ bền cơ học của vật liệu compozit 

Mẫu 

Epoxy gia cường 

Độ bền 

uốn 

(MPa) 


Mođun 

uốn 

(GPa) 

Độ biến 

dạng khi 

uốn (%) 

sợi thủy tinh 398,75 13,29 2,94 

EpoxynanoclayI28E 

(2 

pkl) gia cường 

sợi thủy tinh 

513,95 15,97 3,45 

Độ bền 

kéo 

(MPa) 


Mođun 

kéo 

(GPa) 

Độ giãn 

dài khi 

đứt 

(%) 

416,67 4,45 4,01 

573,6 5,84 5,21 



94 







Kết quả trong bảng 3.12 chỉ ra, khi có nanoclay trong vật liệu compozit đã làm 

cải thiện tính chất bền uốn của vật liệu. Cụ thể, so với vật liệu compozit không có 

nanoclay thì độ bền uốn tăng 28,89%, mođun uốn tăng 20,2%, độ biến dạng khi uốn 

tăng 17,34%. 

Kết quả xác định tính chất kéo của vật liệu compozit có mặt nanoclay và không 

có nanoclay cũng cho thấy, khi có mặt nanoclay thì tính chất bền kéo của vật liệu được 

tăng cường so với vật liệu compozit không có nanoclay. Cụ thể, độ bền kéo của vật 

liệu compozit có nanoclay tăng 37,66%, trong khi đó mođun kéo 31,23% còn độ giãn 

dài khi đứt tăng 29,92% so với vật liệu compozit không có nanoclay. 

Độ bền cơ học của vật liệu trên cơ sở epoxy-nanoclay gia cường sợi thủy tinh 

tăngđược giải thích là do nanoclay phân tán trong nhựa epoxy dưới dạng xen kẽ -bóc 

lớp đã ngăn chặn sự phát triển vết nứt tế vi làm hạn chế tác động của ngoại lực vào vật 

liệu dẫn đến tính chất cơ học tăng mạnh so với vật liệu compozit nền epoxy thông 

thường gia cường sợi thủy tinh. 

3.3.2.4 Ảnh hưởng của nanoclay đến độ bền va đập của vật liệu compozit 

Khi nghiên cứu tính chất cơ học của vật liệu, ngoài độ bền uốn, bền kéo thì độ bền 

va đập cũng là một tính chất cơ học quan trọng để đánh giá sự ảnh hưởng của nanoclay 

I28E đến tính chất của vật liệu compozit. Kết quả xác định độ bền va đập của vật liệu 

compozit có và không có nanoclay I28E được trình bày trên hình 3.31. 



Hình 3.31 Độ bền va đập Charpy của vật liệu compozit 


95 







Lựcva đập (N) 

Từ kết quả xác định độ bền va đập Charpy trên cho thấy, độ bền va đập của vật 

liệu compozit khi có nanoclay I28E cũng tăng so với vật liệu compozit không có 

nanoclay I28E. Cụ thể, khi có 2 pkl nanoclay phân tán trong vật liệu compozit nền 

epoxy DER 331-nanoclay I28E đạt 94,16 kJ/m 2 , tăng 36,6% so với vật liệu compozit 

không có nanoclay I28E. 

Đã ghi lại hình ảnh (hình 3.32) chụp tác động của lực va đập đến độ dịch chuyển 

trong quá trình phá hủy vật liệu như sau. 


(a) 

Hình 3.32 Đồ thị lực – độ dịch chuyển trong phép đo độ bền va đập Charpy 

(a) epoxy; (b) epoxy-nanoclay 


(b) 

Hình 3.32 biểu diễn đồ thị quá trình phá hủy của hai loại vật liệu compozit 

không có và có nanoclay khi chịu tác động va đập của lực ngoại lực. Trong trường 


hợp compozit epoxy-sợi thủy tinh thông thường, vật liệu bị tách thành vài lớp ngay 

quá trình chịu va đập và phá hủy từng lớp, do đó khả năng chịu va đập kém đi (hình 

3.32a). Trái lại, compozit epoxy-nanoclay/sợi thủy tinh (hình 3.32 b) chỉ bị phá hủy 


Lực va đập (N) 

96 







như một khối thống nhất với lực va đập và năng lượng phá hủy cao hơn. Điều này 

hoàn toàn phù hợp với kết quả xác định năng lượng tách lớp của compozit epoxy 

DER 331-sợi thủy tinh có và không có nanoclay I28E (bảng 3.11). 

3.3.2.5. Ảnh hưởng của nanoclay đến độ bền mỏi 

Đã định độ bền mỏi theo chế độ kéo của vật liệu compozit sợi thủy tinh nền 

epoxy DER 331 có nanoclay I28E và không có nanoclay I28E kết quả được trình bày 

trong bảng 3.13. Ứng suất kéo được xác định ở giá trị 70% độ bền kéo của vật liệu 

compozit tương ứng. 

Bảng 3.13 Độ bền mỏi của compozit sợi thuỷ tinh nền epoxy có và không có nanoclay 

Nhựa nền Ứng suất kéo (MPa) Độ bền mỏi (chu kỳ) 

Epoxy/sợi thủy tinh 292,36 46.673 

Epoxy-nanoclay/sợi thủy tinh 401,52 102.456 

Kết quả trong bảng 3.13 cho thấy, độ bền mỏi thử kéo của compozit với nền 

epoxy DER 331-nanoclay I28E cao hơn so với compozit nền không có nanoclay I28E 

tới 2,2 lần. Điều này có thể được giải thích bởi hai nguyên nhân: 

- Nhựa nền DER 331-nanoclay I28E có độ bám dính với sợi thủy tinh cao hơn 

so với epoxy không có nanoclay I28E. 

- Nanoclay có khả năng phân bố ứng suất phá hủy trên bề mặt tiếp xúc nhựa – sợi 

thủy tinh, đồng thời ngăn chặn sự phát triển vết nứt lớn trong nền nhựa. 

3.3.3. Ảnh hưởng của nanoclay đến khả năng chịu môi trường chất lỏng của vật 

liệu compozit 


3.3.3.1. Ảnh hưởng của nanoclayđến độ hấp thụ chất lỏng của vật liệucompozit 

Đã tiến hành xác định ảnh hưởng của nanoclay I28E đến độ hấp thụ nước của vật 

liệu compozit. Kết quả xác định độ hấp thụ nước của vật liệu được trình bày trên hình 3.33. 


97 








Hình 3.33 Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến độ hấp thụ nước của vật liệu 

(a) epoxy DER 331 gia cường sợi thủy tinh; 

(b) epoxy DER 331 -nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh 

Từ đồ thị hình 3.33 nhận thấy, vật liệu compozit trên cơ sở epoxy-nanoclay gia 

cường sợi thủy tinh có độ hấp thụ nước ít hơn vật liệu compozit tương ứng từ nhựa 

epoxy gia cường sợi. Cụ thể, độ hấp thụ nước bão hòa của vật liệu trên cơ sở nhựa epoxy 

là 0,05% trong khi đó đối với vật liệu compozit trên cơ sở epoxy-nanoclay là 0,034%. 

Như vậy, khi có nanoclay thì độ hấp thụ nước của vật liệu trên cơ sở hệ epoxy DER 331- 

nanoclay I28E đã giảm 32% so với vật liệu trên cơ sở nhựa epoxy DER 331 thông 

thường. 


Nhằm mở rộng nghiên cứu ứng dụng của vật liệu compozit đã tiến hành khảo sát 

độ hấp thụ môi trường dung dịch axit HCl 10% của vật liệu compozit có và không có 

nanoclay. Ảnh hưởng của nanoclay đến độ hấp thụ dung dịch axit HCl 10% của vật 

liệu compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh được trình bày trên hình 3.34. 



98 








Hình 3.34 Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu compozit 

khi ngâm trong dung dịch HCl 10% 

(a) epoxy gia cường sợi thủy tinh; (b) epoxy DER 331-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh 

Tương tự như độ hấp thụ nước, kết quả xác định độ hấp thụ chất lỏng của vật 

liệucompozit có và không có nanoclay có sự chênh lệch nhau đáng kể. Cụ thể, vật liệu 

PC trên cơ sở nhựa epoxy có độ hấp thụ bão hòa là 0,23 % trong khi đó với vật liệu 

compozit có 2 pkl nanoclay I28E độ hấp thụ đạt 0,16%. Như vậy, khi có nanoclay phân 

tán trong nhựa epoxy thì vật liệu compozit có độ hấp thụ dung dịch axit giảm 1,3 lần so 

với vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy. 

Đã xác định độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu khi ngâm trong dung dịch NaOH 

10%, kết quả thực nghiệm được trình bày trên hình 3.35. 





Hình 3.35 Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến độ hấp thụ chất lỏng của vật liệu compozit 

khi ngâm trong dung dịch NaOH 10% 

(a) epoxy-gia cường sợi thủy tinh; (b) epoxy DER 331-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh. 

99 








Theo đồ hình 3.35 cho thấy, độ hấp thụ chất lỏng dung dịch NaOH 10% của 

hai loại vật liệu compozit đều tăng mạnh sau khoảng thời gian 10 ngày ngâm, nếu 

thời gian ngâm tăng lên thì độ hấp thụ giảm dần và đạt bão hòa sau 25 ngày. Khi 

độ hấp thụ chất lỏng đạt trạng thái bão hòa thì vật compozit trên cơ sở epoxy DER 

331-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh có độ tăng khối lượng là 0,18 % còn 

vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh là 0,25%. 

Căn cứ vào đồ thị hấp thụ chất lỏng có thể thấy 10 ngày – 20 ngày là khoảng 

thời gian chưa đạt hấp thụ bão hòa, chất lỏng vẫn tiếp tục xâm nhập mẫu. Đến 30 

ngày hấp thụ đã đạt bão hòa, đã có sự cân bằng giữa mẫu và chất lỏng. 

3.3.3.2 Sự thay đổi độ bền cơ học trong môi trường chất lỏng 

Sự hấp thụ chất lỏng xét ở trên cho thấy ảnh hưởng tích cực của nanoclay 

I28E đến khả năng hấp thụ chất lỏng trong các môi trường của vật liệu compozit là 

rất rõ rệt. Để nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của nanoclay I28E đến khả năng 

chịu môi trường chất lỏng xâm thực (nước, dung dịch axit HCl 10%, dung dịch 

NaOH 10%) của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh, 

đã thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường chất lỏng đến 

sự suy giảm độ bền cơ học của vật liệu. 

a) Ảnh hưởng của nanoclay đến sự suy giảm độ bền cơ học của vật liệu khi ngâm trong 

nước 

Trong hình 3.36 là đồ thị biểu diễn sự thay đổi tính chất uốn của vật liệu 

compozit nền epoxy DER 331 có và không có nanoclay I28E gia cường sợi thủy 

tinh sau những khoảng thời gian khác nhau. 



100 







Mođun uốn (GPa) 


Độ biến dạng khi uốn 

(%) 





Hình 3.36 Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước đến tính chất uốn của vật liệu 

(a) epoxy gia cường sợi thủy tinh; 


(b) epoxy-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh. 

101 







Từ đồ thị hình 3.36 cho thấy sự suy giảm tính chất bền uốn của vật liệu trong 

khoảng thời gian 10 ngày đầu của cả hai loại vật liệu vật liệu compozit gần như không 

đổi. Sau 60 ngày ngâm thì độ bền uốn của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia 

cường sợi thủy tinh là 2,2% trong khi đó với vật liệu compozit trên cơ sở epoxynanoclay 

gia cường sợi thủy tinh là 1,2%. Điều đó chứng tỏ nanoclay I28E đã giúp cải 

thiện tính chất của vật liệu compozit khi ngâm trong nước. 

Bằng cách tương tự, đã xác định tính chất kéo (thông qua đánh giá độ bền kéo 

đứt, mođun kéo, độ giãn dài khi đứt) của vật liệu compozit nền epoxy DER 331 có và 

không có nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh. Kết quả đánh giải sự suy giảm tính 

chất kéo của vật liệu ngâm trong nước được trình bày trong hình 3.37 (trang 103). 

Kết quả hình 3.37 (trang 103) cho thấy sự suy giảm tính chất kéo sau 60 ngâm 

nước là không nhiều. Cụ thể, vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi 

thủy tinh có độ bền kéo giảm 2,38%, mođun kéo giảm 2,22%, độ giãn dài khi kéo giảm 

2,24%, đối với vật liệu compozit trên cơ sở epoxy DER331-nanoclay I28E gia cường 

sợi thủy tinh thì mức độ suy giảm tương ứng lần lượt là 1,68%, 1,31% và 1,18%. 



102 









Độ giãn dài khi đứt (%) 





Hình 3.37Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước đến sự suy giảm tính chất kéo của vật liệu 

103 








Khi xác định sự suy giảm tính chất cơ học của vật liệu compozit trong nước thì 

ngoài tính chất uốn, tính chất kéo thì độ bền va đập của vật liệu cũng là một chỉ tiêu 

quan trọng để đánh giả sự suy giảm tính chất cơ học của vật liệu. Đã tiến hành xác định 

ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu trong nước đến độ bền va đập Charpy của vật liệu 

compozit trên cơ sở nhựa epoxy DER 331 có và không có nanoclay I28E gia cường sợi 

thủy tinh, kết quả được trình bày ở bảng 3.14. 

Bảng 3. 14 Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước đến độ bền va đập của vật liệu compozit 


(ngày) 

Vật liệu PC trên cơ sở epoxy 

gia cường sợi thủy tinh 


Vật liệu PC trên cơ sở epoxynanoclay 


0 68,93 94,16 

10 68,48 93,98 

20 68,31 93,68 

30 67,80 93,29 

40 67,54 93,05 

50 67,01 92,71 

60 66,64 92,44 

Từ bảng 3.14 có thể thấy, độ bền va đập của vật liệu khi ngâm trong nước có giảm 

tuy nhiên mức độ giảm không nhiều. Sự suy giảm độ bền va đập của vật liệu compozit khi 

không có là nanoclay I28E lớn hơn vật liệu compozit có mặt nanoclay I28E. Sau 60 ngày 

ngâm trong nước thì độ bền va đập của vật liệu compozit không có nanoclay I28E giảm 

3,32% với vật liệu có nanoclay I28E mức độ giảm là 1,82 %. 

b)Ảnh hưởng của nanoclay đến sự suy giảm độ bền cơ học của vật liệu ngâm trong dung 

dịch axit HCl 10% 


Sự suy giảm tính chất uốn của vật liệu compozit được xác định thông qua: độ bền uốn, 

mođun uốn và độ biến dạng khi uốn. Kết quả xác định sự suy giảm tính chất uốn theo thời 

gian ngâm trong dung dịch axit HCl 10% được thể hiện trong hình 3.38. 


104 









Độ biến dạng khi uốn(%) 





Hình 3.38 Sự suy giảm tính chất uốn của vật liệu ngâm trong dung dịch axit HCl 10% 

105 








Từ kết quả hình 3.38 nhận thấy rằng, tính chất uốn của vật liệu compozit thay đổi 

rất ít sau 10 ngày đầu đối với cả hai loại vật liệu. Sau 20 ngày ngâm thì độ bền uốn của 

vật liệu bắt đầu suy giảm mạnh hơn, độ suy giảm tính chất uốn của vật liệu compozit 

có nanoclay I28E thấp hơn so với vật liệu compozit không có nanoclay I28E. Sau 60 

ngày ngâm trong dung dịch axit HCl thì độ bền uốn của vật liệu compozit có nanoclay 

I28E giảm 2,19%, mođun uốn giảm 2%, độ biến dạng khi uốn giảm 2,02% trong khi đó 

với vật vật liệu compozit không có nanoclay I28E độ giảm tương ứng là 3,36%, 3% và 

2,72%. Như vậy, nanoclay I28E có tác dụng che chắn và nhờ đó nâng cao khả năng 

chịu môi trường của vật liệu compozit trên cơ sở epoxy DER 331 –nanoclay I28E gia 

cường sợi thủy tinh. 

Đã nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ngâm trong dung dịch HCl 10% đến tính 

chất kéo của vật liệu. Kết quả xác định sự suy giảm tính chất kéo của vật liệu được 

trình bày trong bảng 3.15. 

Bảng 3.15 Sự suy giảm tính chất kéo của vật liệu ngâm trong dung dịch axit HCl 10% 


ngâm (ngày) 

Vật liệu compozit trên cơ sở 

epoxy DER 331-nanoclay 

I28E gia cường sợi thủy tinh 

Độ bền 

kéo 

(MPa) 

Mođun 

kéo 

(GPa) 

Độ giãn 

dài khi đứt 

(%) 

Vật liệu compozit trên cơ sở 

epoxy DER 331 gia cường sợi 

Độ bền 

kéo 

(MPa) 


Mođun 

kéo 

(GPa) 

Độ giãn 


0 573,60 6,84 5,91 416,67 4,45 4,01 

10 572,12 6,81 5,90 414,99 4,43 3,98 

20 570,96 6,8 5,88 411,74 4,41 3,95 

30 567,99 6,77 5,85 408,52 4,38 3,91 

40 565,31 6,73 5,81 405,12 4,34 3,87 

50 561,64 6,69 5,77 403,73 4,30 3,82 

60 559,70 6,63 5,72 401,59 4,26 3,76 


(%) 


106 







Số liệu trong bảng 3.15 cho thấy nanoclay I28E có ảnh hưởng mạnh đến tính chất 

kéo của vật liệu khi ngâm trong dung dịch axit HCl 10%. Sau 60 ngày ngâm trong 

dung dịch axitHCl 10% độ bền kéo của vật liệu có nanoclay I28E giảm 2,48%, mođun 

kéo giảm 3,07 %, độ giãn dài khi đứt giảm 3,21% trong khi với vật liệu compozit 

không có nanoclay độ giảm tương ứng lần lượt là 3,54%; 4,26% và 6,24%. Như vậy, 

so với vật liệu không có nanoclay thì vật liệu có nanoclay có độ bền kéo khi ngâm 

trong dung dịch axit cao hơn 1,42 lần, mođun kéo cao hơn 1,44 lần, độ giãn dài khi kéo 

cao hơn 1,34 lần. Kết quả trên cũng phù hợp với kết quả xác định độ hấp thụ khi ngâm 

vật liệu PC trong môi trường dung dịch HCl 10%. 

Bằng phương pháp tương tự đã xác định độ bền va đập của vật liệu compozit 

khi ngâm trong dung dịch axit HCl 10%. Sự suy giảm độ bền va đập của vật liệu 

compozit khi ngâm trong dung dịch HCl 10% được biểu diễn trong hình 3.39. 



Hình 3.39 Sự suy giảm độ bền va đập của vật liệu ngâm trong dung dịch HCl 10% 

(a) epoxy DER 331 gia cường sợi thủy tinh; 

(b) epoxy DER 331-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh 

Kết quả hình 3.40 trên cho thấy, độ bền va đập của vật liệu suy giảm không 

nhiều sau 10 ngày ngâm trong dung dịch axit HCl 10%, sau 20 ngày ngâm thì độ 

bền va đập của vật liệu bắt đầu suy giảm, cụ thể độ bền va đập của vật liệu 

compozit có nanoclay sau 20 ngày ngâm giảm 0,29% trong khi đó của vật liệu 



107 







compozit không có nanoclay độ giảm là 1,53%. Sau 60 ngày ngâm trong dung 

dịch axit HCl độ giảm của hai loại vật liệu tương ứng là 2,62% và 3,92%. 

c) Ảnh hưởng của nanoclay đến sự suy giảm độ bền cơ học của vật liệu khi ngâm mẫu 

dung dịch kiềm NaOH 10% 

Đã xác định ảnh hưởng dung dịch NaOH 10% đến tính chất uốn của vật liệu 

compozit trên cơ sở epoxy có và không có nanoclay gia cường sợi thủy tinh. Ảnh 

hưởng của thời gian ngâm trong môi trường dung dịch NaOH 10% đến tính chất uốn 

của vật liệu compozit được trình bày trong bảng 3.16. 

Bảng3.16 Sự suy giảm tính chất uốn của vật liệu ngâm trong dung dịch NaOH 10% 


ngâm 

(ngày) 

Vật liệu compozittrên cơ sở 

epoxy DER 331 gia cường sợi 


Độ bền 

uốn 

(MPa) 

Mođun 

uốn 

(GPa) 

Độ biến 

dạng khi 

uốn (%) 


DER 331 –nanoclay I28E gia 

Độ bền 

uốn 

(MPa) 

cường sợi thủy tinh 

Mođun 

uốn 

(GPa) 

Độ biến 

dạng khi 

uốn (%) 

0 398,75 13,29 2,94 513,95 15,97 3,45 

10 396,04 13,21 2,93 511,42 15,94 3,44 

20 392,78 13,13 2,92 508,12 15,88 3,43 

30 388,14 13,04 2,89 506,83 15,83 3,42 

40 386,89 12,95 2,87 504,45 15,79 3,41 

50 384,52 12,89 2,85 503,04 15,73 3,39 

60 382,8 12,82 2,84 501,36 15,64 3,37 

Từ bảng3.16 cho thấy, cũng như khi ngâm trong môi trường nước hay dung dịch 

axit HCl 10% thì ảnh hưởng của môi trường dung dịch NaOH 10% đến tính chất uốn 

của vật liệu cũng tương tự. Sau 60 ngày ngâm thì độ bền uốn của vật liệu compozit có 


nanoclay giảm 2,44% với vật liệu compozit không có nanoclay độ giảm là 4%. 

Ảnh hưởng của nanoclay đến sự suy giảm tính chất kéo của vật liệu compozit khi 

ngâm trong dung dịch kiềm NaOH 10% được trình bày trong hình 3.40. 


108 







Độ giãn dài khi kéo đứt (%) 







Hình 3.40 Sự suy giảm tính chất kéo của vật liệu PC ngâm trong dung dịch NaOH 10% 


109 







Kết quả trên hình 3.40 cho thấy, trong khoảng thời gian sau 10 ngày ngâm trong 

dung dịch độ suy giảm tính chất kéo cả hai loại vật liệu là không đáng kể, với vật liệu 

PC trên cơ sở epoxy có và không có nanoclay gia cường sợi thủy tinh với độ suy giảm 

lần lượt là 0,15% và 0,41%. Sự suy giảm tính chất kéo vật liệu tăng dần theo thời gian 

ngâm mẫu, sau 60 ngày ngâm trong dung dịch NaOH 10% độ suy giảm của vật liệu 

compozit epoxy-nanoclay/sợi thủy tinh lần lượt là 2,62% trong khi đó với vật liệu 

compozit nền epoxy gia cường sợi thủy tinh độ giảm tương ứng là 6,89%. 

Đã nghiên cứu sự suy giảm độ bền va đập của vật liệu compozit nền epoxy có và 

không có nanoclay, kết quả thực nghiệm trình bày trong hình 3.41. 



Hình 3.41Sự suy giảm độ bền va đập của vật liệu ngâm trong dung dịch NaOH 10% 

a) epoxy gia cường sợi thủy tinh; b) epoxy-nanoclay gia cường sợi thủy tinh 

Từ hình 3.41 cho thấy, trong khoảng thời gian sau 10 ngày ngâm trong dung dịch 

độ suy giảm độ bền va đập của cả hai loại vật liệu là không đáng kể, với vật liệu 

compozit trên cơ sở epoxy-nanoclay gia cường sợi thủy tinh độ suy giảm là 0,15% 

trong khi đó với vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh độ 

giảm tương ứng là 0,74%. Sự suy giảm độ bền va đập của vật liệu tăng dần theo thời 

gian ngâm mẫu, sau 60 ngày ngâm trong dung dịch NaOH 10% độ suy giảm của vật 

liệu compozit epoxy-nanoclay/sợi thủy tinh là 3,25% trong khi đó với vật liệu 

compozit nền epoxy gia cường sợi thủy tinh độ giảm tương ứng là 5,86%. 

Như vậy, sự có mặt của nanoclay trong vật liệu epoxy – sợi thủy tinh đã giúp cho 

vật liệu tăng thêm khả năng chịu môi trường. Sự suy giảm tính chất cơ học của vật liệu 



110 







Độ tổn hao khối lượng (%) Độ tổn hao khối lượng (%) 

trong môi trường axit và môi trường kiềm chênh lệch không đáng kể. 

3.3.4 Ảnh hưởng nanoclay đến mức độ lão hóa nhiệt của vật liệu compozit 

3.3.4.1 Ảnh hưởng của nanoclay đến khả năng chịu nhiệt của vật liệu compozit 

Vật liệu compozit được xác định khả năng chịu nhiệt bằng phương pháp TGA, 

kết quả trình bày trên hình 3.42. 

Nhiệt độ ( 0 C)(a) 


Nhiệt độ ( 0 C) 

Hình 3.42 Giản đồ TGA của vật liệu compozit 

(a)epoxy gia cường sợi thủy tinh (b) epoxy DER 331-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh 

(b) 

-30.83 

-18.75 


111 







Từ giản đồ TGA ở trên, các thông số về tính chất nhiệt của vật liệu compozit 

được rút ra và trình bày trong bảng 3.17. 

Bảng 3.17 Khả năng chịu nhiệt của vật liệu compozit 

Vật liệu 

compozit 

Nhựa epoxy gia 

cường sợi thủy 

tinh 

epoxy - nanoclay 

gia cường sợi 


Nhiệt độ bắt 

đầu 

phân 

hủy T o ( o C) 


hủy mạnh nhất, 

T max ( o C) 

Nhiệt độ kết 

thúc phân hủy 

T e ( o C) 

Mất 

khối 

lượng ở T max 

(%) 

360 400 700 30,83 

380 420 700 18,75 

Quá trình phân hủy của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường 

bằng sợi thủy tinh và epoxy DER 331-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh chia 

thành 3 giai đoạn: giai đoạn bắt đầu phân hủy khi nhiệt độ đạt 360 o C, giai đoạn 

phân hủy mạnh nhất khi nhiệt độ trong khoảng từ 400 o C đến 420 o C, giai đoạn kết 

thúc phân hủy khi nhiệt độ đạt 700 o C. Tại nhiệt độ phân hủy mạnh nhất thì độ tổn 

hao khối lượng của vật liệu compozit trên cơ sở epoxy DER 331-nanoclay I28Egia 

cường sợi thủy tinh là 18,75% trong khi đó vật liệu compozit trên cơ sở epoxy DER 

3331/sợi thủy tinh giảm 30,83%, điều này chứng tỏ nanoclay I28E đã làm tăng khả 

năng bền nhiệt của vật liệu compozit. 

3.3.4.2 Ảnh hưởng của nanoclay đến khả năng chịu lão hóa nhiệt 

Ảnh hưởng của nanoclay đến khả năng chịu lão hóa nhiệt của compozit epoxy 

DER 331– sợi thủy tinh được khảo sát thông qua sự thay đổi tính chất cơ học (tính 


chất uốn, tính chất kéo, độ bền va đập) theo thời lão hóa nhiệt. Trong hình 3.43 là 

sự thay đổi tính chất uốn của compozit với nền epoxy có và không có nanoclay I28E. 


112 









Độ biến dạng khi uốn (%) 

Thời gian lão hóa nhiệt (giờ) 

Thời gian lão hóa (giờ) 



Hình 3.43 Ảnh hưởng của thời gian lão hóa nhiệt đến tính chất uốn của vật liệu compozit 

113 








Hình 3.43 chỉ ra rằng, sau khoảng 48 giờ lão hóa nhiệt ở 155 o C tính chất uốn của 

vật liệu thay đổi không nhiều. Cụ thể sau 48 giờ lão hóa nhiệtđộ bền uốn của vật liệu 

có 2 pkl nanoclay I28E giảm 0,52%, trong khi đó vật liệu không có nanoclay giảm 

1,12%. Tính chất uốn của vật liệu PC chỉ thực sự giảm mạnh sau khoảng 192 giờ thử 

nghiệm, cụ thể độ bền uốn của vật liệu compozittrên cơ sở epoxy DER 331-nanoclay 

I28E gia cường sợi thuỷ tinh giảm 3,56% trong khi đó đối với vật liệu compozit nền 

epoxy DER 331 gia cường sợi thuỷ tinh là 5,49%.Sau 768 giờ lão hóa nhiệt của vật 

liệu PC có nanoclay và không có nanoclay I28E như sau: độ bền uốn giảm tương ứng 

là 11,2% và 13,43%; 

Ảnh hưởng của thời gian lão hóa nhiệt đến tính chất kéo của vật liệu compozit 

trên cơ sở DER 331-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh và vật liệu compozit trên cơ 

sở epoxy DER 331 gia cường sợi thủy tinh được trình bày trong bảng 3.18. 

Bảng 3.18 Ảnh hưởng của thời gian lão hóa nhiệt đến tính chất kéo của vật liệu 


lão hóa 

nhiệt (giờ) 



Độ bền 

kéo 

(MPa) 

Mođun 

kéo 

(GPa) 

Độ giãn 


Vật liệu PC trên cơ sở epoxy- 

nanoclay gia cường sợi thủy tinh 

càng giảm mạnh. Sau 768 giờ thử nghiệm độ bền kéo giảm tương ứng với vật liệu 

114 




(%) 

Độ bền 

kéo 

(MPa) 

Mođun 

kéo 

(GPa) 

Độ giãn dài 

khi đứt 

0 416,67 4,45 4,01 573,6 6,84 5,91 

24 412,19 4,42 3,96 571,12 6,82 5,9 

48 405,33 4,35 3,92 566,79 6,76 5,87 

96 398,61 4,33 3,9 564,48 6,73 5,85 

192 397,15 4,29 3,87 560,5 6,71 5,83 

384 383,36 4,09 3,68 544,39 6,41 5,54 

768 361,15 3,86 3,45 511,65 6,06 5,23 


Kết quả xác định ảnh hưởng của thời gian lão hóa nhiệt đến độ bền kéo của hai 

loại vật liệu cho thấy, sau 48 giờ lão hóa nhiệt độ bền kéo giảm tương ứng là 1,93% 

và 3,38 %. Khi thời gian lão hóa nhiệt càng tăng thì tính chất kéo của vật liệu PC 

(%)






compozit có nanoclay và không có nanoclay I28E tương ứng lần lượt là 10,8% và 

13,32%. 

Đã xác định ảnh hưởng của thời gian lão hóa nhiệt đến độ bền va đập của vật liệu 

compozit trên cơ sở nhựa epoxy DER 331 có và không có nanoclay I28E gia cường sợi 

thủy tinh, kết quả thực nghiệm được trình bày trên hình 3.44. 


Hình 3.44Ảnh hưởng của thời gian lão hóa nhiệt đến độ bền va đập của vật liệu 

Theo hình 3.44 cho thấy, sự suy giảm theo thời gian lão hóa nhiệt theo thời 

gian cũng tương tự với như tính chất kéo, tính chất uốn của vật liệu. Trong khoảng 

24 giờ đầu tiên lão hóa nhiệt sự suy giảm độ bền va đập không nhiều ở cả hai loại 

vật liệu, khi tăng thời gian lão hóa nhiệt thì độ bền va đập của vật liệu giảm rõ rệt, 

tuy nhiên tốc độ suy giảm độ bền va đập của vật liệu trên cơ sở nhựa epoxy DER 

331-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh chậm hơn so với vật liệu epoxy nhựa 

DER 331/sợi thủy tinh. Sau 768 giờ thực nghiệm lão hóa nhiệt độ bền va đập giảm 


tương ứng lần lượt là 13,2% và 16,23%. 

Để đánh giá mức độ suy giảm của tính chất cơ học đã xác định hệ số lão hóa 

nhiệt. Bảng 3.19 trình bày kết quả xác định hệ số lão hóa nhiệt theo thời gian. 


115 








lão hóa 

(giờ) 

Bảng 3.19 Hệ số lão hóa nhiệt của vật liệu compozit theo thời gian 

Vật liệu PC trên cơ sở epoxy/sợi Vật liệu PC trên cơ sở epoxy DER 


331- nanoclay I28E/sợi thủy tinh 

Hệ số lão 

hóa nhiệt 

tính theo 

độ bền 

kéo 


hóa nhiệt 

tính theo 

độ bền 

uốn 


hóa nhiệt 

tính theo 

độ bền va 

đập 


hóa nhiệt 

tính theo 

độ bền 

kéo 


hóa nhiệt 

tính theo 

độ bền 

uốn 


hóa nhiệt 

tính theo 

độ bền va 

24 0,989 0,985 0,983 0,996 0,994 0,992 

48 0,972 0,973 0,971 9,986 0,987 0,976 

96 0,956 0,967 0,964 0,984 0,979 0,972 

192 0,953 0,945 0,935 0,977 0,964 0,959 

384 0,920 0,887 0,894 0,949 0,915 0,925 

768 0,867 0,866 0,837 0,892 0,888 0,868 

Bảng 3.19 chỉ ra rằng, hệ số lão hóa nhiệt của vật liệu compozit có sử dụng 

nanoclay I28E cao hơn so với compozit không sử dụng nanoclay I28E. Điều này chứng 

tỏ sự có mặt của nanoclay phân tán trong nhựa epoxy giúp cho vật liệu compozit trên 

cơ sở hệ epoxy DER 331-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh có khả năng chịu nhiệt 

tốt hơn compozit trên cơ sở epoxy DER 331 nguyên sinh gia cường sợi thủy tinh. 

Từ các kết quả trên cho thấy ảnh hưởng của thời gian lão hóa nhiệt đến các 

tính chất cơ học của vật liệu là khác nhau. Độ bền va đập của vật liệu giảm mạnh 

nhất, trong khi đó sự chênh lệch về độ giảm của tính chất uốn, tính chất kéo của 

vật liệu không nhiều. 


đập 


116 







KẾT LUẬN 

1. Bằng phương pháp khuấy cơ học kết hợp rung siêu âm đã phân tán thành công 

nanoclay biến tính hữu cơ vào nền nhựa epoxy. Các cấu trúc nano được hình thành từ 

nanoclay có hai dạng: 

- Cấu trúc xen kẽ - tách lớp với khoảng cách giữa các lớp đạt 2 – 6 nm; 

- Cấu trúc các tập hợp hạt với kích thước vài chục nanomet. 

2.Nanoclay có ảnh hưởng tích cực đến tính chất cơ học và mài mòn của hệ nhựa nền 

epoxy DER 331 đóng rắn bằng MHHPA. Trong khoảng hàm lượng được xét (1- 5pkl), 

các tính chất cao nhất đạt được tại hàm lượng nanoclay 2 pkl. Cụ thể là, so với hệ nhựa 

nền tương ứng không có nanoclay, hệ epoxy DER 331-nanoclay I28E có các tính chất: 

- Cường độ ứng suất tới hạn K IC tăng 158%, đạt 1,7 MPa.m 1/2 ; 

- Độ bền kéo tăng 36%, đạt 68,7 MPa; 

- Độ bền uốn tăng 72%, đạt 124,7 MPa; 

- Độ bền va đập tăng 76%, đạt 25,8 KJ/m 2 ; 

- Độ bền nén tăng 50%, đạt 304,2 MPa; 

- Độ mài mòn giảm 50%, đạt 9,4mg. 

Ảnh hưởng tích cực này được cho chủ yếu là do sự hình thành cấu trúc nano dạng 

xen kẽ – bóc lớp của nanoclay I28E trong nền epoxy DER 331. 

3. Kết quả nghiên cứu độ thẩm thấu và hệ số khuếch tán một số chất lỏng trong nền 

epoxy DER 331 đóng rắn bằng MHHPA cho thấy, việc đưa nanoclay I28E vào đã 

làm tăng khả năng che chắn của nhựa epoxy. Hàm lượng clay càng tăng thì mức độ 

thẩm thấu và hệ số khuếch tán càng giảm cho đến hàm lượng 5 pkl nanoclay I28E. 

Nguyên nhân hiện tượng này chủ yếu là do các phần tử nanoclay dạng hạt trong nền 

epoxy, cũng như sự giảm mức độ thấm ướt của chất lỏng đối với hệ epoxy DER 

331-nanoclay I28E. 

4. Đã xác định được rằng so với nhựa epoxy ban đầu, hệ epoxy DER 331 - nanoclay 

I28E có khả năng bám dính với thủy tinh cao hơn hẳn. Cụ thể độ bền nhựa-sợi thủy 

tinh tăng 70% so với nhựa epoxy DER 331 ban đầu. Đây là yếu tố rất quan trọng để 



117 







tăng cường tính chất vật liệu compozit epoxy DER 331-sợi thủy tinh có sử dụng 

nanoclay I28E. 

5. Đã xác định được điều kiện chế tạo vật liệu nanocompozit nền epoxy DER 331- 

nanoclay I28E gia cường bằng sợi thủy tinh như sau: 

- Hàm lượng I28E trong nền epoxy: 2 pkl; 

- Tỷ lệ nền:Sợi thủy tinh là 40/60(w/w); 

- Chế độ gia công hai giai đoạn: 

+ Giai đoạn 1: hỗn hợp epoxy DER 331/MHHPA/NMI tối ưu đã khảo sát ở phần 

3.1.1 được lăn ép bằng tay trong khuôn chế tạo mẫu, sau đó được đóng rắn sơ bộ ở 

nhiệt độ 80 o C trong thời gian 60 phút, quá trình này không đặt áp lực ép. 

+ Giai đoạn 2: khuôn ép được nâng nhiệt lên 110 o C, áp lực ép được nâng lên 90 

kgf/cm 2 chế độ duy trì trong thời gian 90 phút. 

6. Vật liệu nanocompozit nền epoxy DER 331-nanoclay I28E gia cường sợi thủy tinh 

chế tạo được có các tính chất vượt trội so với compozit epoxy gia cường sợi thủy tinh 

thông thường tương ứng: 

- Độ bền va đập tăng 36,6%, đạt 94,1 kJ/m 2 ; 

- Độ bền uốn tăng 28,9%, đạt 513,9 MPa; 

- Độ bền kéo tăng 37,7%, đạt 573,6 MPa; 

- Độ bền mỏi tăng xấp xỉ 2,2 lần,đạt 102.456 chu kỳ; 

- Độ bền dai tách lớp (G IC ) tăng 1,7 lần, đạt 768,3 J/mm 2 . 

Bên cạnh đó, khả năng chịu lão hóa nhiệt và lão hóa trong môi trường chất lỏng 

xâm thực (nước, HCl 10%, NaOH 10%) của vật liệu nanocompozit cũng tăng đáng kể 

so với compozit không có nanoclay. 



118 







DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 

1. Nguyễn Công Quyền, Bùi Chương (2013) Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực 

nghiệm xác định chế độ tối ưu của quá trình đóng rắn nhựa epoxy DER 331 bằng 

anhydrit 4-metylhexahydrophtalic có mặt xúc tác 1-metylimidazol. Tạp chí Khoa học 

công nghệ và Môi trường Công an, số 42, 32-36. 

2. Nguyễn Công Quyền, Bùi Chương, Đoàn Thị Yến Oanh (2014) Nghiên cứu chế tạo 

vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy DER 331 và nanoclay. Phần 1. Nghiên 

cứu chế độ phân tán nanoclay vào nhựa epoxy, ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay 

đến tính chất cơ học của vật liệu.Tạp chí Hóa học, T52(1)76-80. 

3. Nguyễn Công Quyền, Bùi Chương, Đoàn Thị Yến Oanh, Nguyễn Tiến Phong (2015) 

Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy DER 331 và 

nanoclay. Phần 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất của 

vật liệu. Tạp chí Hóa học, T53 (1) 112-116. 

4. Nguyễn Công Quyền, Bùi Chương, Đoàn Thị Yến Oanh, Nguyễn Khánh Quyên 

(2015) Ảnh hưởng của nanoclay đến tính chất của vật liệu polyme compozit trên cơ sở 

nhựa epoxy DER 331 gia cường bằng sợi thuỷ tinh. Tạp chí Hóa học, T53(3), 385-398. 

5. Nguyen Cong Quyen, Doan Thi Yen Oanh, Nguyen Pham Duy Linh, Bui Chuong 

(2015) Investigation on effect of nanoclay on thermal, mechanical properties and 

liquid absorption of epoxy-clay nanocomposite. Tạp chí Hóa học, T53 (5), 564-569. 



119 







Tiếng Việt 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 

[1] Bạch Trọng Phúc, Đàm Mạnh Tuân (2007) Nghiên cứu chế tạo sơn lót chống ăn 

mòn chất lượng cao trên cơ sở nhựa epoxy-cacdanol và nanoclay 1.30E. Tạp chí Hóa 

học, T.45 (5A), Tr. 35-35, 40-44. 

[2] Bạch Trọng Phúc, Đàm Mạnh Tuân, Lê Xuân Quế (2007) Nghiên cứu chế tạo sơn 

lót chống ăn mòn chất lượng cao trên cơ sở nhựa epoxy-cacdanil và nanoclay1.3E. 

Tạp chí Hóa học, T. 45, tr.40-44. 

[3] Bùi Chương, Lê Hoài Anh, Trần Như Thọ, Hoàng Cao Huyên, Đỗ Văn Linh (2011) 

Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp phân tán nanoclay I30E trong nhựa epoxy đến 

tính chất cơ học của vật liệu.Kỷ yếu Hội nghị Khoa học và Công nghệ lần thứ 12, Phân 

ban vật liệu polyme, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. 

[4] Đỗ Quang Kháng (2013) Vật liệu Polyme, Quyển 1 vật liệu polyme cơ sở. Nhà xuất 

bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Tr. 145-150. 

[5] Đỗ Quang Kháng (2013) Vật liệu Polyme, Quyển 2 vật liệu polyme tính năng cao. 

Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Tr. 59-80. 

[6] Đỗ Quốc Mạnh, Trần Như Thọ, Hồ Ngọc Minh, Trần Ngọc Thanh (2010) Nghiên 

cứu chế tạo vật liệu compozit tiên tiến trên cơ sở nhựa nền epoxy DER 

324/MTHPA/DMP-30 gia cường sợi thuỷ tinh. Tạp chí Hóa học, T. 48 (5A), tr. 133-139. 

[7] Lê Hoài Anh (2011) Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit epoxy đóng rắn bằng 

anhydrit lỏng gia cường sợi Kevlar. Luận án tiến sỹ Hóa học, Học viện Kỹ thuật Quân sự 

Bộ Quốc phòng. 

[8] Lê Hoài Anh, Bùi Chương, Trần Như Thọ, Vũ Đình Khiêm, Đình Thị Liên (2010) 

Nghiên cứu hệ epoxy DER-331 đóng rắn bằng metyltetra hydrophtalic anhydride 

(MTHPA) để chế tạo vật liệu compozit tiên tiến: Phần 2- Ảnh hưởng của nanoclay đến sự 

đóng rắn của hệ epoxy DER-331/MTHP/DMP. Tạp chí Hóa học, T.48 (6), Tr. 774-780. 

[9] Lê Hoài Anh, Bùi Chương, Trần Như Thọ, Vũ Đình Khiêm, Trần Viết Thuyền (2011) 


Nghiên cứu ảnh hưởng của nanoclay đến một số tính chất của vật liệu compozit nền nhựa 

epoxy DER-331 gia cường vải Kevlar. Tạp chí KHCNQS, số 13, Tr. 116-120. 

[10] Lê Minh Đức, Mai Thị Phương Chi, Vũ Quốc Trung (2013) Chế tạo và khảo sát 


120 







tính chất của nanocompozit clay-epoxy. Tạp chí Hóa học, T51(1), tr. 66-70. 

[11] Phạm Thị Hà Thanh, Ngô Kế Thế (2011) Khảo sát khả năng gia cường của sét 

hữu cơ điều chế Bentonite đến một số tính chất của màng phủ epoxy. Tạp chí Hóa học, 

T.49(2A), Tr. 613-618. 

[12] Tô Xuân Hằng, Phạm Gia Vũ, Trịnh Anh Trúc (2009) Biến tính Clay bằng ức chế 

ăn mòn gốc Benzothiol và chế tạo lớp phủ bảo vệ epoxy clay nanocompozit. Tạp chí 

Hóa học, T47(4A), Tr. 507-511. 

[13] Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Thị Thủy, Trần Kim Dung, Đàm Hoàng Anh (2007) 

Ảnh hưởng của vật liệu nanoplyme compozit trên cơ sở vinyleste epoxy dian. Tạp chí 

hóa học, T.45(5A), Tr 29-32. 

[14] Trần Vĩnh Diệu, Phan Thị Minh Ngọc, Nguyễn Văn Huynh, Vũ Xuân Bắc (2007) 

Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy mạch vòng no và 

nanoclay cloisite 20A. Tạp chí Hóa học, 45(5A), 1-6. 

[15] Trần Vĩnh Diệu, Phan Thị Minh Ngọc, Nguyễn Văn Huynh, Vũ Xuân Bắc (2007) 

Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy mạch vòng no và 

nanoclay cloisite 20A. Tạp chí Hóa học, 45(5A), 7 - 11. 

[16] Thái Hoàng, Nguyễn Thu Hà (2012) Vật liệu nanocompozit khoáng sét nhựa nhiệt 

dẻo. Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tr. 85-121. 

[17] Vũ Minh Hoàng (2009) Nghiên cứu phản ứng khâu mạch của một số hệ đóng rắn 

biến tính trên cơ sở nhựa epoxy biến tính dầu thực vật. Luận án tiến sỹ Hóa học, 

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 

Tiếng Anh 

[18] Adriana N. Mauri, Carmen C. Riccardi, Roberto J. J. Williams (2001) Epoxy 

networks based on solutions of silsesquioxanes functionalized with 3-glycidoxypropyl 

groups in diglycidylether of Bisphenol A (DGEBA). Polymer Bulletin, 45, pp. 523-530. 

[19] Aidah Jumahata, Costas Soutisb, Jamaluddin Mahmuda, Nurulnatisya Ahmad 

(2012) Compressive properties of nanoclay/epoxy nanocomposites. Procedia 


Engineering, 41, pp.1607 – 1613. 

[20] Alexandre Michael, Dubois Philippe (2000) Polymer-layered silicate 

nanocomposites: 


121 







preparation, properties and uses of a new class of materials. Materials Science and 

Engineering, 28, pp. 1-63. 

[21] Alyssa Downing - Perrault (2005) Polymer Nanocomposites are the future. 

University of Wisconsin – Stout. 

[22] Asif Abdul Azeez, Kyong Yop Rhee, Soo Jin Park, David Hui (2012) Epoxy clay 

nanocomposites – processing, properties and applications: A review. Composites: Part B. 

[23] B. Akbari, R. Bagheri (2007) Deformation mechanism of epoxy/clay nanocomposite. 

Macromolecular Nanotechnology, European Polymer Journal, 43, pp. 782–788. 

[24] H. Alamri, I.M. Low (2013) Effect of water absorption on the mechanical 

properties of nanoclay filled 

nanocomposites. Composites: Part A, 44, pp. 23–31. 

recycled cellulose fibre reinforced epoxy hybrid 

[25] B. Alexandre, D. Langevin, P. Médéric, T. Aubry, H. Couderc, Q.T. Nguyen, A. 

Saiter a, S. Marais (2009) Water barrier properties of polyamide 12/montmorillonite 

nanocomposite membranes: Structure and volume fraction effects. Journal of 

Membrane Science, 328, pp. 186–204. 

[26] Cevdet Kaynak, G. Ipek Nakas, Nihat Ali Isitman(2009) Mechanical properties, 

flammability and char morphology of epoxy resin/montmorillonite nanocomposites. 

Applied Clay Science, 46, pp. 319–324. 

[27] Bharadwaj, R. K. Mehrabi, A. R. Hamilton, C. Trujillo, C. Murga, M.F and 

Chavira. A (2002) Structure - property relationships in cross-linked polyester - clay 

nanocomposites. Polymer, 43, pp. 3699-3705. 

[28] K .A. Carrado, L. Q. Xu (1998) In-situ synthesis of polymer/clay nanocomposites 

from silicate gels. Chemistry Materials,10, pp. 1440-1445. 

[29] Chun-ki Lam, Kin-tak Lau, Hoi-yan Cheung, Hang-yin Ling(2005) Effect of 

ultrasound sonication in nanoclay clusters of nanoclay/epoxy composites. Materials 

Letters, 59 (1), pp. 369–1372. 

[30] Chun-Ki Lama, Hoi-yan Cheunga, Kin-tak Laua, Li-min Zhoua, Man-wai Hob, 

David Hui (2005) Cluster size effect in hardness of nanoclay/epoxy composites. 

Composites: Part B, 36, pp. 263–269. 



122 







[31] Chenggang Chen, Alexander B. Morgan (2009) Mild processing and 

characterization of silica epoxy hybrid nanocomposite. Polymer, 50, pp. 6265–6273. 

[32] Chung-Feng Dai, Pei-Ru Li, Jui-Ming Yeh(2008) Comparative studies for the 

effect of intercalating agent on the physical properties of epoxy resin-clay based 

nanocomposite materials. European Polymer Journal, 44, pp. 2439–2447. 

[33] Chian Wei and Timm Delmar C (2004) Kinetic Reaction Analysis of an 

Anhydride-Cured Thermoplastic Epoxy:PGE/NMA/BDMA. Macromolecules, 37, pp. 

8091-8097. 

[34] Chowdhury, F. H. Hosur, M.V. Jeelani, S (2006) Studies on the flexural and 

thermomechanical properties of woven carbon/nanoclay-epoxy laminates.Material 

Science and Engineering A, 421 (2), pp. 298-306. 

[35] Dai Feng, Xu Yahong, Zheng Yaping, YI XiaoSu (2005) Study on Morphology 

and Mechanical Properties of Highfunctional Epoxy Based Clay Nanocomposites. 

Chinese Journal of Aeronautics,18 (3), pp.933- 936. 

[36] J.A.M. Ferreira, L.P. Borrego, J.D.M. Costa, C. Capela (2013) Fatigue behavior 

of nanoclay reinforced epoxy resin composites. Composites: Part B, 52,pp. 286-291 

[37] Gautam Das, Niranjan Karak(2010) Thermostable and flame retardant Mesua 

ferrea L. seed oil based on-halogenated epoxy resin/clay nanocomposite. Progress in 

Organic Coatings, 69, pp. 495–503. 

[38] Gautam Das, Niranjan Karak (2009) Vegetable oil-based flame retardant 

epoxy/clay nanocomposites. Polymer Degradation and Stability, 94, pp. 1948–1954. 

[39] Ghaemy M and RiahyM.H (1996) Kinetics of Anhydride and Polyaminde Curing 

of Bisphenol A - Based Diglycidyl Ether Using DSC. Euro Polymer Journal, 32 (10), 

pp. 1207-1212. 

[40] Goldstein. A, Hirai. K (1994) Soliddispersioncuringagentsforepoxies. Adhesive, 

37 (11), pp. 50-54. 

[41] Kolar Frantisek and Svitilova Jaroslava (2007) Kinetics and Mechanism of Curing 


Epoxy/Anhydride Systems, Acta Geodyn. Geomater, Vol. 4 (3), pp. 85-92. 

[42] Fatma Djouani, Frederic Herbst, Mohamed M. Chehimi, Karim 

Benzarti(2011) Synthesis, characterization and reinforcing properties of novel, 


123 







reactive clay/poly(glycidyl methacrylate) nanocomposites. Construction and 

Building Materials,25, pp. 424–431. 

[43] Han Xiaozu, LiShaoyingand Zhang Qingyu (1990) Study on the epoxy resin 

toughenedby hydroxy-terminated butadiene acrylonitrile copolymer. Chinese Journal 

of Polymer Science, 8 (4), pp. 335-341. 

[44] H. Alamri, I.M. Low (2012) Effect of water absorption on the mechanical 

properties of nano-filler reinforced epoxy nanocomposites. Materials and Design, 

42, pp. 214–222 

[45] D.Z. Chen, P.S. He, L.J. Pan (2003) Cure kinetics of epoxy-based nanocomposites 

analyzed by Avrami theory of phase change. Polymer Testing, 22, pp. 689–697. 

[46] Ke Wang, Ling Chen, Jingshen Wu, Mei Ling Toh, Chaobi He, Albert F.Yee 

(2005) Epoxy nanocomposites with highly exfoliated clay. Mechanical properties and 

Fracture Mechanism, Macromolecules, 38, pp.788-800. 

[47] Kung-Chin Chang, Shih-Ting Chen, Hui-Fen Lin, Chang-Yu Lin, 

Hsin-Hua Huang, Jui-Ming Yeh, Yuan-Hsiang Yu (2008) Effect of clay on the 

corrosion protection efficiency of PMMA/Na + -MMT clay nanocomposite coatings 

evaluated by electrochemical measurements.Macromolecular Nanotechnology, 

European Polymer Journal, 44, pp.13–23. 

[48] Kung-Chin Chang, Guang-Way Jang, Chih-Wei Peng, Chang-Yu Lin, 

Jen-Chyuan Shieh, Jui-Ming Yeh, Jen-Chang Yang, Wen-Tyng Li (2007) Comparatively 

electrochemical studies at different operational temperatures for the effect of nanoclay 

platelets on the anticorrosion efficiency of DBSA-doped polyaniline/Na + –MMT clay 

nanocomposite coatings. Electrochimica Acta, 52,pp. 5191–5200. 

[49] Kornmann Xavier (2000) Synthesis and Characterisation of Thermoset - Clay 

Nanocomposites. Internet site of Lulea University Sweden, Division of Polymer 

Engineering. 

[50] Kwa Teik Lim (2006) Novel on-line True Stress-Strain - Electrical 

Conductivity,Uniaxial tensile stretching system and its Utility on Electrically 

Conductive Polylactic Acid (PLA) Nanocomposites. The Degree Master of Science. 



124 







[51] N. Sheng, M.C. Boyce, D.M. Parks, G.C. Rutledege, J.I. Abes, R.E. Cohen (2004) 

Multiscale micromechanical modeling of polymer/clay nanocompocites and the 

effective clay particle. Polymer, 45, pp. 487-506. 

[52] Iqbal Kosar, Khan Shafi-Ullah, Munir Arshad and Kim Jang-Kyo (2009) Impactdamage 

resistance of CFRP with nanoclay-filled epoxy matrix. Composites Scienceand Technology, 69, 

pp. 1949-1957. 

[53] Lu Hai-jun, Liang Guo-Zheng, Ma Xiao-yan, Zhang Bao-yan and Chen Xiang-bao 

(2004) Epoxy/clay nanocomposites: further exfoliation of newly modified clay induced 

by shearing force of ball milling. Polymer International, 53 (10),pp. 1545-1553. 

[54] Jang-Kyo Kim, Chugang Hu, Ricky S.C. Woo, Man-Lung Sham (2005) Moisture 

barrier characteristics of organoclay–epoxy nanocomposites. Composites Science and 

Technology, 65, pp. 805–813. 

[55] Jinwei Wang, Shuchao Qin (2007) Study on the thermal and mechanical 

properties of epoxy–nanoclay composites: The effect of ultrasonic stirring time. 

Materials Letters, 61, pp. 4222–4224. 

[56] Jong Hyun Park, Sadhan C. Jana (2003) The relationship between nano- and 

micro-structures and mechanical properties in PMMA–epoxy–nanoclay composites. 

Polymer, 44, pp. 2091–2100. 

[57] Jyi-Jiin Luo, Isaac M. Daniel (2003) Characterization and modeling of mechanical 

behaviorof polymer/clay nanocomposites. Compos Sci Technol, 63, pp.1607-16. 

[58] Lee S.R, Park H.M, Lim H.L, Kang T, Li X, Cho W.J, and Ha C.S. (2002) 

Microstructure, tensile properties, and biodegradability of aliphatic polyester/clay 

nanocomposites,Polymer,43,pp. 2495-2500. 

[59] Lei Wang, Ke Wang, Ling Chen, Yongwei Zhang, Chaobin He (2006) 

Preparation, morphology and thermal/mechanical properties of epoxy/nanoclay 

composite. Composites: Part A, 37,pp. 1890–1896. 


[60] Hwan-Man Park (2003) Mechanism of exfoliation of nanoclay particles in epoxyclay 

nanocomposites, Macromolecules, 36 (8), pp. 2758-2768. 

[61] T. P. Mohan, M. Ramesh Kumar, R. Velmurugan (2006) Thermal, mechanical and 

vibration characteristics of epoxy-clay nanocomposites. J. Mater Sci, 41, pp. 5915–5925. 


125 







[62] T.P. Mohan, K. Kanny (2011) Water barrier properties of nanoclay filled sisal 

fibre reinforced epoxy composites. Composites: Part A, 42, pp. 385–393. 

[63] Kosar Iqbal, Shafi-Ullah Khan, Arshad Munir, Jang-Kyo Kim (2009) 

Impactdamage resistance of CFRP with nanoclay-filled epoxy matrix. Composites 

Science and Technology, 69, pp. 1949–1957. 

[64] Mo-lin Chan, Kin-tak Lau, Tsun-tat Wong, Mei-po Ho, David Hui (2011) 

Mechanism of reinforcement in a nanoclay/polymer composite. Composites: Part B, 42, 

pp. 1708–1712. 

[65] J.A.M. Ferreira, L.P. Borrego, J.D.M. Costa, C. Capela (2013) Fatigue behaviour 

of nanoclay reinforced epoxy resin composites. Composites:Part B, 52, pp. 286–291. 

[66] T. Glaskova, A. Aniskevich (2009) Moisture absorption by epoxy/montmorillonite 

nanocomposite. Composites Science and Technology, 69, pp. 2711–2715. 

[67] S.R. Ha a, S.H. Ryu b, S.J. Park c, K.Y. Rhee (2007) Effect of clay surface 

modification and concentration on the tensile performance of clay/epoxy 

nanocomposites. Materials Science and Engineering A, 448, pp. 264–268. 

[68] Oh Jin-Kyoung (2009) Synthesis and Adhesion Performance of Polyacrylate-clay 

Pressure-sensitive Adhesive as nanocomposite by in-situ polymerization. A Thesis for 

the Degree of Master. 

[69] M. Nematollahi, M. Heidarian, M. Peikari , S.M. Kassiriha, N. Arianpouya, M. 

Esmaeilpour (2010) Comparison between the effect of nanoglass flake and 

montmorillonite organoclay on corrosion performance of epoxy coating. Corrosion 

Science, 52,pp. 1809–1817. 

[70] M.R. Bagherzadeh, F. Mahdavi (2007) Preparation of epoxy–clay nanocomposite 

and investigation on its anti-corrosive behavior in epoxy coating. Progress in Organic 

Coatings, 60, pp. 117–120. 

[71] M.Somaiah Chowdary and M.S.R Niranjan Kumar (2015) Effect of Nanoclay on 

the Mechanical properties of Polyester andS-Glass Fiber (Al). International Journal of 


Advanced Science and Technology, 74, pp.35-42 

[72] Nanocor, Inc. Technical Data Sheets. 

[73] Marks Maurice. J, Pham Ha. Q. (2005) Epoxy Resins. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co 


126 







[74] Manfredi LB, De Santis H, Vázquez A (2008) Influence of the addition of 

montmorillonite to the matrix of unidirectional glass fibre/epoxy composites 

on their mechanical and water absorption properties. Compos Part A: Appl Sci 

Manuf, 39(11), pp.1726–31. 

[75] M. S. Bhatnagar (1996) Epoxy resins Overview.The Polymeric Materials 

Encyclopedia © CRC Press, Inc. 

[76] Louis A. Pilato, Michael. J. Michno (1994) Advanced composites materials. 

Springer - Verlag Berlin Heidelberg. 

[77] May. C.A. (1988) Epoxy resins - Chemistry and Technology. Marcel Dekker, Inc, USA. 

[78] MontserratS, AndreuG. Cortes, P. CalventusY. ColomerP, HutchinsonJ. M, and Maiek J 

(1996) Addition of a reactive diluent to a catalyzed epoxy-Anhydride system. 1. Influence on 

the Cure Kinetics. Journal of Applied Polymer Science,61, pp. 1663-1674. 

[79] Man-Wai Ho, Chun-Ki Lam, Kin-tak Lau, Dickon H.L. Ng, David Hui (2006) 

Mechanical properties of epoxy-based composites using nanoclays, Composite 

Structures, 75, pp. 415–421 

[80] Nikhil Gupta, Tien Chi Lin, Michael Shapiro (2007) Clay-epoxy nanocomposites - 

Processing and Properties. JOM,3, pp. 61-65. 

[81] Paul S (1986) Surface coatings - Science and Technology. John Willey and Son, 

Ltd, pp. 248-259. 

[82] Park Hwan-Man, Li Xiucuo, Jin Chang-Zhu, Park Chan-Young, Cho Won-Jei, Ha 

Chang-Sik (2002) Preparation and Properties of Biodegradable Thermoplastic 

Starch/Clay Hybrids. Macromol. Mater. Eng, 287, pp. 553-558. 

[83] Potter W.G (1970) Epoxide resins. London Iliffe books. 

[84] Peters S.T (1998) Handbook of composites. Chapman &Hall, Second edition. 

[85] Piggott M.R (1991) Interfaces in composites. Elsevier Applied science, London 

and NewYork. 

[86] Park W.H, Lee J.K (1998) A Study on Isothermal Cure behavior of an Epoxy – 

rich/Anhydride, System by Differential Scanning Callorimetry. J. Appl. Polym. Sci., 67 

(6),pp. 1101-1108. 



127 







[87] Park W.H, Lee J.K, Won K.J (1996) Cure behavior of an Epoxy - anhydride - 

imidazole System. Polymer Journal, 28 (5), pp. 407- 441. 

[88] Punchaipetch Prakaipetch (2000), Epoxy + Liquid Crystalline Epoxy Coreacted 

Networks. The Degree of Doctor of Philosophy. 

[89] Quang T. Nguyen, Donald G.Baird (2006) Preparation of polymer-clay 

nanocomposites and their properties. Advances in Polym.Technology,25 (4)pp. 270-285. 

[90] Shafi Ullah Khan, Arshad Murir, Rizwan Hussain, Jang-Kyo Kim (2010) Fatigue 

damage behavior of Carbon 

nanoclay,Composites Sci. and Technology,7, pp. 2077-2085. 

fiber reinforced epoxy composites containing 

[91] Dr.P.K. Palani, M.Nanda kumar (2013) Analysis of mechanical properties of 

choppedstrand mat Eglass fiber epoxy resin nanoclay composites. The International 

Journal of Engineering and Science (Ijes), 2, Issue 2, pp. 185-189. 

[92] Sung Rok Ha, Kyong Yop Rhee, Hee Cheul Kim, Jeong Tai Kim (2008) Fracture 

performance of clay/epoxy nanocomposites with clay surface-modified using 3- 

aminopropyltriethoxysilane. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 

313–314, pp. 112–115. 

[93] Http://vi.wikipedia.org/wiki/Nanoclay. 

[94] M.V. Hosur, A.A. Mohammed, S. Zainuddin, S.Jeelani (2008) Processing of 

nanoclay filled sandwich composites and their response to low-velocity impact loading. 

Compos Struct, 82, pp.101-16. 

[95] Rocks Jens (2004)Characterization of Novel Co - Anhydride cured Epoxy Resins. The 

degree of Doctor of Philosophy in the Queensland University of Technology (QUT). 

[96] Roberta Peila, J. C. Seferis, T. Karaki and G. Parker(2009) effects of nanoclay on the 

thermal and rheolgical properties of a vartm (vacuum assisted resin transfer molding) 

epoxy resin. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 96 (2), pp. 587–592. 

[97] T. Sakthivel and S. Balasivanandha Prabu (2008) Influence of Addition of nanoclay 

on the mechanical Behavior of polymer nanocomposite, 61(2-3), pp. 73-76 


[98] Tang Yong, Hu Yuan, Wang Shaofeng, Gui Zhou, Chen Zuyao and Fan Weicheng 

(2003) Preparation of polypropylene/layered nanocomposite by melt intercalation from 

pris-tine montmorillonite. Polymer for Advanced Technologies,10 (14), pp. 733-737. 


128 







[99] S.R. Ha, S.H. Ryu, D.J. Park, K.Y. Rhee (2007) Effect of clay surface 

modification anh concentration on the tensile performance of clay/epoxy 

nanocomposites. Materials Science anh Engineering A, 448, pp. 264-268. 

[100] Tanrattanakul Varapom and Tiaw Kaew Sae (2005) Comparision or microwave 

and thermal cure of epoxy - anhydride resins: Mechanical properties and dynamic 

characteristics.Journal of Applied Polymer Science, 97, pp. 1442-1461. 

[101] Tanaka et al (2010) Epoxy resin curing agent produced by heating anhydride and 

polyester in presence of hydrogen and hydrogenation catalyst. US Patent 7790812 B2. 

[102] Xidas Panagiotis. I and Triantafyllidis Kostas. S (2010) Effect of the type of 

alkylammonium ion clay modifier on the structure and thermal/mechanical properties 

of glassy and rubbery epoxy - clay nanocomposites. European Polymer Journal,46 (3), 

pp. 404-417. 

[103] Tetto J.A., Steeves D.M., Welsh E.A., Powell BE (1999) Biodegradable poly(1- 

caprolactone)/clay nanocomposites. ANTEC, 99,pp. 1628-1632. 

[104] Zou S.W.Hua, Shen Jian (2008) Polymer/silica nanocomposites: Preparation, 

characterization, properties, and applications. Chem. Rev,108,pp. 3893-3957. 

[105] Zeng Q.H, Yu A.B, Lu G.Q. (Max), Paul D.R (2005) Clay-based Polymer 

Nanocomposites: Reseach and Commerical Development. Journal of Nanoscience and 

Nanotechnology, 5,pp. 1574-1592. 

[106] Yasmin.A, Luo. J.J, Abot. J.L, Danied. I.M (2006)Mechanical and thermal 

behavior of clay/epoxy nanocomposites. Composites Science and Technology,66,pp. 

2415-2422. 

[107] Wang Jinwei and Qin Shuchao (2007) Study on the thermal and mechanical 

properties of epoxy-nanoclay composites: The effect of ultrasonic stirring time. 

Materials Letters,61 (19), pp. 4222-4224. 

[108] Ying-Nan Chan, Tzong-Yuan Juang, Yi-Lin Liao, Shenghong A. Dai, Jiang-Jen 

Lin (2008) Preparation of clay/epoxy nanocomposites by layered-double-hydroxide 


initiated self-polymerization. Polymer, 49,pp. 4796–4801. 

[109] Stone. F.W, Stratta. J.J, Mark. H.F, Gaylord. N.G. and Bikales. N.M (1966) 

Ecyclopedia of Polymer Science and Technology. Interscience, New York,6,pp. 103-145. 


129 







[110] Wang. H, Hoa. S.V, Adams. P.M.Wood (2006) New method for the synthesis of 

clay/epoxy nanocomposites. Journal of Applied Polymer Science100 (6), pp. 4286-4296. 

[111] Porter. D, Metcalfe. E, Thomas. M.J.K (2000) Nanocomposite Fire Retardants - 

A review, Fire Mater24, pp. 45-52. 

[112] W. S. Chow (2007) Water absorption of epoxy/glassfiber/organomontmorillonite 

nanocomposites, Express Polymer Letters, 1 (2), pp. 104–108. 

[113] Shivraj Puggal, Sumit Mahajan, Novepreet Dhall(2014)A study on glass fieber 

reinforced polymer-clay nanocomposites with sandwich structure, International Journal 

of Research in Engineering and Technology, 3, pp. 194-198. 

[114] A.Thiagarajan, K.Kaviarasan, R. Vigneshwaran, K.M. Venkatraman (2014)The 

nano clay influence on mechanical properties of mixed glass fibre polymer 

composites.Int.J. Chem Tech Res, 6(3), pp 1840-1843. 

[115] Standard test method formoisture absorption properties and 

equilibriumconditioning of polymer matrix composite materials. Designation: D 

5229/D 5229M – 92 (2004).ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box 

C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States 



130

Nghiên cứu, chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh và nanoclay

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?