Tổng hợp và khảo sát tính chất của xi măng sinh học trên nền poly(methyl metacrylate) gia cường đất sét biến tính

TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T6- 2016 
 Trang 221 
Tổng hợp và khảo sát tính chất của xi măng 
sinh học trên nền poly(methyl metacrylate) 
gia cường đất sét biến tính 
 Trương Thị Diễm Uyên 
 Mai Thanh Tâm 
 Hà Thúc Chí Nhân 
 Phùng Hải Thiên Ân 
 Đỗ Thị Vi Vi 
 Hà Thúc Huy 
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG–HCM 
(Nhận bài ngày 19 tháng 05 năm 2016, đăng bài ngày 21 tháng 11 năm 2016) 
TÓM TẮT 
Poly (methyl metacrylate) (PMMA) và 
nanocomposite trên nền PMMA được ứng dụng 
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau đặc biệt là 
ứng dụng trong điều chế xi măng sinh học, phục vụ 
cho việc tạo hình xương giả và khớp nhân tạo. 
Nhằm nghiên cứu cải thiện tính chất của poly 
(methyl metacrylate), khoáng sét thân hữu cơ đi từ 
 montmorillonite biến tính bằng polyethylene oxide 
(PEO) được sử dụng gia cường cho PMMA. Nhằm 
tăng tối đa khả năng tương tác giữa PMMA và 
khoáng sét, phương pháp trùng hợp nhũ tương 
đang sinh đã được sử dụng. Theo đó, 
nanocomposite ở các tỷ lệ 1 %, 3 %, 5 %, 7 % 
 khối lượng khoáng sét so với nhựa nền có tính 
chất cơ, nhiệt vượt trội hơn so với PMMA nguyên 
thủy. Điều này đã chứng minh có sự tương tác 
mạnh giữa khoáng sét và polymer nền. Ngoài ra, 
phương pháp trùng hợp nhũ tương Pickering [13] 
(trùng hợp nhũ tương sử dụng hạt rắn bảo vệ thay 
thế chất hoạt động bề mặt) cũng được khảo sát để 
đối chiếu với phương pháp trùng hợp nhũ tương 
thông thường. 
Từ khóa: xương nhân tạo, nanocomposite, PMMA, Pickering 
MỞ ĐẦU 
Poly(methyl methacrylate) là một polymer 
nhiệt dẻo có nhiệt độ thủy tinh hóa Tg=105 
0
C. 
PMMA là polymer hoàn toàn vô định hình nhưng 
có độ bền cao và độ ổn định hình dạng rất tốt do 
mạch polymer cứng, PMMA còn có độ trong rất 
cao, khả năng chịu thời tiết tốt và có độ bền va đập 
cao. Với những tính chất ấy, PMMA không chỉ có 
rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp như sơn 
nội/ngoại thất, sơn xe hơi mà PMMA còn đáp 
ứng tất cả yêu cầu cần có của một vật liệu polymer 
y sinh và là vật liệu polymer y sinh có tính tương 
thích cao với các mô trong cơ thể người, chính 
điều đó làm cho nó trở thành một vật liệu quan 
trọng, được sử dụng trong cấy ghép và làm các bộ 
phận giả. 
Bên cạnh các pha gia cường như silica [1, 7, 
11], hạt nano kim loại [14], graphene [4, 8, 10, 12] 
thì khoáng montmorillonite (MMT) là một trong 
những chất biến tính lí tưởng bởi MMT có cấu trúc 
2:1 nên các nhóm OH không nằm ngoài. Vì thế, 
giữa các lớp (2:1) với nhau không có liên kết 
hydrogen mà chỉ có liên kết Vander walls yếu, cho 
nên khoảng cách giữa hai lớp sét (hay khoang sét) 
dễ được nong rộng ra bởi các ion, nước hoặc hợp 
chất phân cực khác. Chính khả năng này đã làm 
cho khoáng montmorillonite trở nên hữu dụng hơn 
Science & Technology Development, Vol 19, No.T6-2016 
Trang 222 
các loại khác. Do có cấu trúc như thế mà MMT có 
các tính chất hóa lí như: khả năng trao đổi cation, 
tính hấp phụ, tính trương nở, tính acid 
Ngoài ra, trong nghiên cứu này polyethylene 
oxide được sử dụng như một chất biến tính 
montmorillonite, thay thế các chất biến tính truyền 
thống khác là các muối alkyl Ammonium hoặc 
alkyl phosphonium [9] với nhiều hạn chế được 
phát hiện như bị phân hủy ở nhiệt độ cao tạo thành 
xúc tác phá hủy polymer, làm cho sản phẩm có 
màu; và montmorillonite biến tính bằng PEO được 
sử dụng làm pha gia cường cho poly (methyl 
methacrylate), từ đó tạo ra vật liệu xi măng sinh 
học [2, 3, 5, 6] ứng dụng trong y sinh. 
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 
Hóa chất và dụng cụ 
Các loại hóa chất được sử dụng trong bài 
nghiên cứu này bao gồm: đất sét montmorillonite, 
MMT (N757, Merck), methyl metacrylate, 99 % 
(Merck, đã được loại chất ức chế hydroquinon), 
benzoyl peroxide, BPO (Sigma-Aldrich), N,N-
dimethyl-p-toluidine, DMPT, (Sigma-Aldrich), 
sodium sulfat (Trung Quốc), sodium hydroxide 
(Trung Quốc), methanol (Việt Nam), ethanol (Việt 
Nam), sodium dodecyl sulfate SDS (Sigma – 
Aldrich), NaHSO3 (Trung Quốc), Na2S2O8 (Trung 
Quốc), sodium chloride, NaCl (Việt Nam), 
azobisisobutyronitril, AIBN (Sigma-Aldrich), poly 
ethylene oxide, PEO-10000 (Sigma-Aldrich). Các 
loại hóa chất như đất sét N757, PEO, SDS, 
NaHSO3, Na2S2O8 và NaCl đều được lưu trữ trong 
bình hút ẩm (dessicator) để tránh tình trạng bị hút 
ẩm trước khi sử dụng. 
Các thiết bị sử dụng trong thực nghiệm và 
phân tích bao gồm: máy siêu âm (UP400S-Đức), 
máy nhiễu xạ tia X D8-ADVANCE - Viện dầu khí 
Việt Nam, máy phân tích nhiệt trọng lượng Q500 
và máy phân tích cơ lí động Q800 V20.24 Build 43 
thuộc Trung tâm Kỹ thuật Nhựa Cao su & Đào tạo 
Quản lý Năng lượng. 
Biến tính đất sét MMT bằng PEO 
Cân chính xác 10 g N757 và 3 g PEO 
(Mn=10000). Trộn hỗn hợp đất sét và PEO với các 
tỉ lệ được khảo sát giữa MMT:PEO là 10/1; 10/3 
và 10/5, dùng cối và chày nghiền hỗn hợp trong 1 
giờ để hỗn hợp đồng nhất và tăng diện tích tiếp 
xúc giữa PEO và đất sét. Sau đó hỗn hợp được ủ 
nhiệt ở 90 0C trong 24 giờ và qua nghiền rây (với 
rây có kích thước là 0,1 m). Trong giai đoạn này 
PEO chảy ra và hấp phụ vào trong các khoang 
sét và làm nong khoang. Tiếp theo, hỗn hợp được 
rửa bằng nước cất để loại phần PEO nằm ở ngoài 
khoang sét và ly tâm thu sản phẩm đã được rửa. 
Ngoài ra nhằm so sánh hiệu quả của phương pháp 
biến tính nóng chảy thì đất sét N757 cũng được biến 
tính PEO (ở tỷ lệ 10/3) bằng phương pháp dung 
dịch với quy trình được thực hiện như trong công 
bố trước đây của nhóm tác giả [16]. 
Sản phẩm sau quá trình biến tính nóng chảy 
được phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) nhằm lựa 
chọn tỉ lệ biến tính tối ưu nhất. 
Trùng hợp nhũ tương PMMA trắng và 
composite PMMA/MMT-PEO 
Polymer PMMA và nanocomposite 
PMMA/MMT-PEO được tổng hợp theo quy trình 
sau: cân 2 g chất hoạt động bề mặt SDS, khuấy 
trong 200 g nước cất cho đến khi SDS tan hoàn 
toàn. Trong trường hợp tạo nanocomposite thì 
MMT-PEO (chiếm 1 %, 3 %, 5 %, 7 % wt theo 
PMMA nền) được phân tán vào trong hệ dung dịch 
này cho đến khi tạo hệ huyền phù đồng nhất. Cho 
hỗn hợp trên vào bình cầu được làm lạnh và thêm 5 
g monomer MMA (đã được chưng cất để loại chất 
ức chế) vào hệ và khuấy đều. Kế tiếp, thêm 0,05 g 
chất khơi mào Na2S2O8 (1 % so với khối lượng 
monomer) và 0,005 g NaHSO3 (0,1 % so với khối 
lượng monomer). Khuấy đều hỗn hợp trên ở 80 0C 
bằng hệ khuấy cơ trong vòng 8 giờ. 
Sau khi kết thúc phản ứng, sản phẩm được 
đông tụ bằng methanol. Phần kết tủa cho vào phễu 
lọc rửa bằng nước ấm nhằm mục đích loại chất 
hoạt động bề mặt còn dư. Và sau cùng, sản phẩm 
đi sấy khô hoàn toàn ở 70 0C. 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T6- 2016 
 Trang 223 
PMMA và composite PMMA/MMT-PEO sấy 
khô dạng bột sau được phân tích phổ hồng ngoại 
IR và sắc ký gel GPC. 
Trùng hợp nhũ tương Pickering PMMA/MMT-
PEO 
Với các tỉ lệ MMT-PEO/MMA từ phương 
pháp trùng hợp nhũ tương cổ điển, sau khi khảo sát 
mức độ phân tán trong nước, chọn ra tỉ lệ 5 % 
MMT-PEO/MMA để tiến hành trùng hợp nhũ 
tương Pickering. 
Cân lần lượt 5 g MMA, 0,25 g N757-PEO và 
180 mL H2O cho hỗn hợp vào đánh siêu âm trong 
1,5 giờ, đồng thời làm lạnh. Cho hỗn hợp vào bình 
cầu 3 cổ và sau đó thêm vào chất khơi mào AIBN. 
Sửng dụng hệ khuấy cơ thực hiện phản ứng trong 8 
giờ ở 80 0C. Hệ nhũ Pickering sau phản ứng được 
đông tụ và sấy khô đến khối lượng không đổi. 
Sản phẩm thu được chụp ảnh TEM để kiểm tra 
mức độ phân tán cũng như mức độ tạo hạt nhũ 
giữa polymer và sự phân tán của các mảnh sét. 
Tổng hợp xi măng sinh học 
Bột PMMA trắng (cũng như các mẫu 
composite tỉ lệ khác nhau và mẫu Pickering) được 
sấy khô để loại nước hoàn toàn. Cân 2,7550 g 
PMMA; 4,8002 mL MMA; 0,0949 g BPO và 
0,0600 g DMPT. Trộn bột PMMA và BPO, DMPT 
với pha lỏng MMA. Hỗn hợp trên được khuấy đều 
đến khi ở dạng keo sệt và sản phẩm được đóng rắn 
sau 20 phút. 
Quá trình trên được áp dụng tương tự cho các 
mẫu composite ở các tỉ lệ 1 %, 3 %, 5 %, 7 % và 
mẫu Pickering. 
Các mẫu sau khi ép được đo cơ lí động trên 
máy DMA. 
Các phương pháp phân tích 
Các mẫu đất sét biến tính được phân tích cấu 
trúc bằng XRD trên máy D8–Advance, điện áp 40 
KV, cường độ dòng 40 mA, bức xạ Cu–Kα (dùng 
tấm lọc Ni), tốc độ quét 0,03o/giây từ góc 2θ = 30o 
với khối lượng mẫu bột phân tích khoảng 1,0 g/ 1 
lần. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) nhằm xác 
định khối lượng mẫu vật liệu mất đi (hay tăng lên) 
theo nhiệt độ. Các mẫu PMMA trắng, mẫu 
composite PMMA/MMT-PEO ở các tỉ lệ và mẫu 
Pickering PMMA/5 % MMT-PEO được phân tích 
TGA bằng máy Q500 (trung tâm kỹ thuật nhựa-
cao su & đào tạo quản lý năng lượng) trong môi 
trường khí trơ (nitrogen), với tốc độ gia nhiệt 10 oC 
/phút, từ 30oC đến 800 0C. 
Phân tích cơ lý động (DMA) là phương pháp 
dùng để nghiên cứu tính chất cơ–nhiệt của vật liệu 
polymer. Sử dụng máy DMA Q800 V20.24 Build 
43, phép đo được tiến hành trong môi trường khí 
N2, nâng nhiệt từ 40–150 
0
C (Trung tâm Kỹ thuật 
Nhựa-cao su và Đào tạo quản lý năng lượng). 
Phương pháp được thực hiện bằng cách cho mẫu 
chịu tác dụng lực dao động với tần số và biên độ cố 
định đồng thời thay đổi nhiệt độ. Kết quả thu được 
các giá trị modul tích G’ modul thoát G” và G* = 
G’ + iG” là modul phức. Ngoài ra, tanδ = G’’/ G’ là 
thước đo tỷ số của độ tản năng lượng dưới dạng 
nhiệt chia cho năng lượng cực đại tích trong vật 
liệu trong một chu kì dao động. Quan trọng nhất 
phương pháp DMA còn là phương pháp nghiên 
cứu nhiệt độ thủy tinh hóa Tg và các sự chuyển pha 
thứ cấp trong polyme. Trong nghiên cứu này các 
mẫu xi măng sinh học từ PMMA trắng, các mẫu 
composite và mẫu Pickering được sử dụng để phân 
tích cơ lí động. 
Ngoài ra, các mẫu đất sét biến tính sau khi 
đánh siêu âm và mẫu Pickering được chụp ảnh 
TEM trên máy JEM-1400, 100kV để khảo sát mức 
độ tách bóc của MMT. 
Science & Technology Development, Vol 19, No.T6-2016 
Trang 224 
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Kết quả biến tính MMT bằng PEO 
Cấu trúc của MMT trước khi biến tính bằng phương pháp nghiền ủ được khảo sát bằng giản đồ XRD ở 
Hình 1. 
Hình 1. Giản đồ XRD của N757 chưa biến tính 
Một mũi đặc trưng của đất sét N757 có d001= 
11,129 Å tại 2θ = 7–90. N757 sau khi được biến 
tính theo phương pháp nghiền ủ với PEO theo các 
tỉ lệ là 10/1, 10/3 và 10/5 cũng được phân tích bằng 
giản đồ XRD. Kết quả cho thấy cấu trúc khoang 
sét có sự thay đổi. 
Hình 2. Giản đồ XRD của N757 biến tính bằng PEO Hình 3. Giản đồ XRD của N757 biến tính bằng PEO 
bằng phương pháp nghiền ủ bằng phương pháp dung dịch 
Sau khi được biến tính bằng PEO với các tỉ lệ 
10/1, 10/3, 10/5 khoang sét được nong rộng lên 
đến các giá trị d001 lần lượt là 14,03; 17,58 và 17,81 
theo thứ tự như trong Hình 2A, 2B, 2C. Kết quả 
cho thấy tỉ lệ giữa MMT/PEO tăng từ 10/3 lên 10/5 
thì khả năng nong rộng khoang tăng không đáng 
kể, có nghĩa là tỉ lệ 10/3 đã đạt đến giá trị bão hòa 
của PEO chui vào khoang sét, điều này phù hợp 
với kết quả nghiên cứu của Zhiqi Shen[15]. Sau 
khi khảo sát và so sánh giữa 2 phương pháp nghiền 
ủ và dung dịch ở cùng tỉ lệ 10/3, kết quả cho thấy 
biến tính bằng phương pháp nghiền ủ (Hình 3B, 
d001=17,58 Å) là tối ưu hơn so với phương pháp 
dung dịch (Hình 3A, d001=17,37Å). 
Tổng hợp PMMA trắng và composite 
PMMA/MMT-PEO bằng phương pháp trùng 
hợp nhũ tương cổ điển 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T6- 2016 
 Trang 225 
Kết quả phân tích IR mẫu PMMA trắng 
Hình 4. Phổ IR mẫu PMMA trắng 
Mũi xuất hiện ở số sóng 1731 cm-1 tương ứng 
với dao động co dãn của liên kết –C=O. Ngoài ra, 
các dãy este trong vùng 1300–1150 là một mũi đôi 
của một mũi đôi đặc trưng cho PMMA, chẳng hạn 
mũi 1191 cm-1 tương ứng với dao động co dãn của 
nhóm –C-O-. Mũi xuất hiện ở số sóng 2998, 2953, 
2844, 1480, 1444, 1389 là các mũi đặc trưng cho 
liên kết C-H. Đặc biệt, sự vắng mặt của mũi tại số 
sóng 1640 cm
-1
 đặc trưng cho liên kết C=C cho 
thấy đã có sự chuyển hóa MMA thành PMMA 
(Hình 4). 
Kết quả đo GPC được trình bày ở Hình 5 và 6. 
Hình 5. Kết quả đo GPC mẫu PMMA trắng Hình 6. Kết quả đo GPC mẫu composite PMMA/MMT-PEO 
Bảng 1. Kết quả GPC mẫu PMMA trắng và composite PMMA/3 % MMT-PEO 
Mẫu Mn(g/mol) Mw(g/mol) D 
PMMA trắng 138,400 1,107,600 8,0026 
PMMA/MMT-PEO 860,450 3,830,800 4,4520 
Science & Technology Development, Vol 19, No.T6-2016 
Trang 226 
Sản phẩm composite PMMA-N757/PEO có 
phân tử lượng trung bình số và phân tử lượng trung 
bình khối cao do được trùng hợp bằng phương 
pháp nhũ tương. Trong quá trình trùng hợp, có thể 
chất gia cường N757/PEO đã giúp polymer hạn chế 
tắt mạch và truyền mạch ngẫu nhiên, do đó, sản 
phẩm composite thu được có độ đa phân tán thấp 
hơn so với mẫu trắng (Bảng 1). 
Trùng hợp nhũ tương Pickering PMMA/5 % 
MMT-PEO 
Giản đồ XRD mẫu đất sét biến tính PEO tỉ lệ 
10/3 sau khi đánh siêu âm (Hình 7) 
Hình 7. Kết quả XRD mẫu MMT-PEO sau khi đánh siêu âm 
Ảnh TEM ( Hình 8) mẫu MMT-PEO sau khi đánh siêu âm, kết hợp với kết quả phân tích XRD, ảnh TEM giúp xác định 
các lớp sét đã được tách bóc thành những mảnh đơn (mỗi mảnh khoảng 1 nm) hay tập hợp các lớp (4–5 lớp), còn gọi là 
tập hợp tactoid. 
Kết quả cho thấy mũi đặc trưng của đất sét sau khi được PEO nong rộng khoang có d001 = 17,58 Å 
không còn xuất hiện. Điều đó cho thấy các lớp đất sét đã bị tách bóc và cấu trúc khoang không còn ổn định 
nữa nên không cho tín hiệu XRD. Tuy nhiên, để biết rõ ràng các lớp sét có tách bóc thật sự hay không có 
thể khảo sát bằng cách chụp ảnh TEM mẫu đất sét trên. 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T6- 2016 
 Trang 227 
Hình 8. Kết quả TEM mẫu MMT-PEO sau khi đánh siêu âm 
Đồng thời thông qua ảnh TEM mẫu PMMA/5 %MMT-PEO sau khi trùng hợp nhũ tương Pickering cũng xác định các 
lớp sét đã được tách bóc (Hình 9). 
Hình 9. Ảnh TEM mẫu Pickering PMMA/5 %MMT-PEO 
Mảnh sét 
Tập hợp tactoic 
Trạng thái exfoliation 
Trạng thái intercalated 
Trạng thái tập hợp 
Science & Technology Development, Vol 19, No.T6-2016 
Trang 228 
Kết quả ảnh TEM cho thấy các mảnh sét đã 
bao bọc quanh bên ngoài lõi poly (methyl 
methacrylate) hình thành nên các hạt nhũ. Ngoài 
ra, mẫu Pickering tồn tại 2 trạng thái chính: đan 
xen (intercalated) và tách bóc (exfoliation) bên 
cạnh đó vẫn còn trạng thái tập hợp. Tuy nhiên, dù 
ở dạng đan xen thì các lớp sét cũng không ổn định 
mà hơi nghiên khoang, lệch cấu trúc (do polymer 
chui vào). Cho nên, trên giản đồ XRD, ta không 
thấy mũi nào xuất hiện. Nhìn chung, đã chế tạo 
thành công nanocomposite có cấu trúc “semi-
exfoliation” (bán exfoliation). 
Như vậy, MMT biến tính bằng PEO theo 
phương pháp trùng hợp nhũ tương Pickering hoàn 
toàn có thể ứng dụng được trong lĩnh vực 
nanocomposite và mở ra hướng mới đầy triển vọng 
cho lĩnh vực chế tạo xi măng sinh học. 
Kết quả đo độ bền nhiệt TGA 
Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng của các 
mẫu PMMA trắng, composite PMMA/MMT-PEO 
và mẫu Pickering (Hình 10) cho thấy nhiệt độ bắt 
đầu phân hủy của mẫu composite ở các tỉ lệ đều 
tăng so với mẫu trắng (tăng 31 0C) và mẫu 
Pickering cũng tăng đáng kể so với mẫu trắng 
(tăng 45 0C). Đồng thời độ sụt giảm khối lượng của 
các mẫu có mặt pha gia cường có độ sụt giảm khối 
lượng thấp hơn so với mẫu chỉ có polymer nền 
(Bảng 2). 
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0
20
40
60
80
100
W
ei
gh
t (
%
)
Temperature (°C)
PMMA trang
PMMA/1MT-PEO
PMMA/3MT-PEO
PMMA/5MT-PEO
PMMA/7MT-PEO
 Pickering PMMA/5% MMT-PEO
Hình 10. Giản đồ TGA mẫu PMMA trắng, các mẫu PMMA/MMT-PEO và Pickerin 
Bảng 2. Kết quả phân tích TGA mẫu PMMA, các mẫu composite PMMA/MMT-PEO và Pickering 
Mẫu Nhiệt độ bắt đầu 
phân hủy (0C) 
Độ sụt giảm 
 khối lượng 
(%) 
Nhiệt độ bắt đầu 
 phân hủy 
(%) 
PMMA trắng 167,13 99,783 398,72 
PMMA-1 %N757-PEO 198,82 98,897 427,72 
PMMA-3 %N757-PEO 200,31 97,201 427,72 
PMMA-5 %N757-PEO 199,77 95,057 420,89 
PMMA-7 %N757-PEO 213,44 94,511 428,48 
Pickering 212,47 95,173 411,01 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T6- 2016 
 Trang 229 
Tổng hợp xi măng sinh học 
Tính chất cơ nhiệt của các mẫu xi măng sinh 
học từ các mẫu PMMA, PMMA/MMT-PEO và 
mẫu Pickering được thể hiện rõ nét thông qua phân 
tích DMA (Hình 11). Các mẫu composite gia 
cường MMT biến tính PEO đều cho modul tích 
cao hơn PMMA trước nhiệt độ Tg. Thí dụ ở tại 
nhiệt độ 40 0C, modul tích của mẫu PMMA là 
4500 MPa, modul tích của các mẫu composite và 
Pickering tăng cao hơn và có giá trị từ 4600-5700 
MPa. Điều này đã xác định hiệu quả khả năng gia 
cường của MMT-PEO trên nền PMMA. Khi hàm 
lượng MMT-PEO càng tăng thì modul tích càng 
tăng và cao nhất tại 7 % MMT-PEO. 
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
S
to
ra
ge
 M
od
ul
us
 (M
P
a)
Temperature (°C)
PMMA
PMMA/1MT-PEO 
PMMA/3MT-PEO
PMMA/5MT-PEO
PMMA/7MT-PEO
Pickering
Hình 11. Giản đồ modul tích theo nhiệt độ của PMMA, composite với hàm lượng MMT-PEO khác nhau và mẫu 
Pickering 
Ngoài ra phân tích DMA còn cho thấy nhiệt 
độ thủy tinh hóa thông qua 2 cách tính : theo đỉnh 
modul thoát và đỉnh của tanδ cho ở Bảng 3. Nhìn 
chung giá trị Tg các mẫu PMMA/MMT-PEO và 
mẫu Pickering cao hơn PMMA (82,51 và 117,15 
0
C) và cao nhất là PMMA/5 %MMT-PEO (87,87 
VÀ 118,40 
0
C). Giá trị Tg tính theo tanδ thông 
thường lớn hơn theo modul thoát và lớn bao nhiêu 
thì tùy vào cấu trúc của từng loại polymer. 
Bảng 3. Kết quả Tg tính thông qua giản đồ DMA 
Loại Mẫu Tg theo Modul thoát (
o
C) Tg theo Tg δ (
o
C) 
PMMA 82,51 117,15 
PMMA/1 %MMT-PEO 78,60 118,47 
PMMA/3 %MMT-PEO 87,72 117,19 
PMMA/5 %MMT-PEO 87,87 118,40 
PMMA/7 %MMT-PEO 
Pickering 
87,62 
86,29 
116,81 
117,81 
Science & Technology Development, Vol 19, No.T6-2016 
Trang 230 
KẾT LUẬN 
Chúng tôi đã tổng hợp được composite 
PMMA-N757-PEO bằng phương pháp trùng hợp 
nhũ tương truyền thống với các tỉ lệ chất gia cường 
khác nhau. Qua phân tích độ bền nhiệt TGA cho 
thấy tính chất vượt trội của các mẫu composite so 
với mẫu trắng (nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng lên 
khoảng 33 0C). Dưới tác dụng của siêu âm, sau khi 
các mẫu đất sét bị tách bóc và khi tiến hành trùng 
hợp nhũ tương Pickering thì nhiệt độ bắt đầu phân 
hủy của mẫu Pickering tăng lên đáng kể so với 
mẫu trắng (45 0C). Thông qua phân tích DMA, cho 
thấy tính chất các mẫu composite và mẫu Pickering 
vượt trội hơn mẫu trắng trong việc chế tạo xi măng 
sinh học ứng dụng vào ngành chấn thương chỉnh 
hình nói riêng và ngành y học nói chung. 
Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin chân thành cảm 
ơn đến sự hỗ trợ về kinh phí thực hiên của Đại 
học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh và sự hỗ trợ 
về thiết bị thí nghiệm của Khoa Khoa học Vật liệu, 
Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, ĐHQG-
HCM. Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại học 
Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh trong khuôn khổ 
đề tài mã số C2014-18-13. 
Synthesis and properties of bone cement 
based on poly(methyl methacrylate) 
reinforced by organo-clay 
 Trương Thi Diem Uyen 
 Mai Thanh Tam 
 Hà Thuc Chi Nhan 
 Phung Hai Thien An 
 Do Thi Vi Vi 
 Ha Thuc Huy 
University of Science, VNU–HCM 
ABSTRACT 
Poly(methyl methacrylate) (PMMA) and 
nanocomposites PMMA/nano-clay were widely 
applied in many different fields. Bone cement is 
one of the important application which makes 
artificial bones and joints. The purpose of our 
study is the improvement of properties of PMMA. 
Therefore, organo-clay modified by polyethylene 
oxide (PEO) was used to reinforce the PMMA 
resin. In order to increase the interaction between 
PMMA and organo-clay, the in-situ emulsion 
polymerization has been used to synthesize 
nanocomposites. Accordingly, nanocomposites 
with the weight percentage of organo-clay of 1 %, 
3 %, 5 %, 7 % increase the thermal and 
mechanical properties compared to PMMA. These 
were evidence of the good interaction between 
PMMA and organo-clay. In addition, PMMA/5 % 
MMT-PEO nanocomposite is also synthesized by 
in-situ Pickering emulsion polymerization [3] to 
compare with the method of emulsion 
polymerization. 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T6- 2016 
 Trang 231 
Keywords: montmorillonite, polyethylene oxide, poly(methyl methacrylate), organo-clay, artificial 
bone, nanocomposite, PMMA, Pickering 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. O. Bera, B. Pilić, J. Pavličević, M. Jovičić, B. 
Holló, K.M. Szécsényi, M. Špirkova 
Preparation and thermal properties of 
polystyrene/silica nanocomposites, 
Thermochimica Acta, 515, 1–5 (2011). 
[2]. B.V.S.D.W. Bonfield, Optimization of benzoyl 
peroxide concentration in an experimental bone 
cement based on poly(methyl methacrylate), 
Materials in Medicine, UK, 8, 455–460 (1997). 
[3]. C.I. Vallo, P.E.M., T.R. Cuadrado, Effect of 
residual monomer content on some properties of 
a poly (methyl metacrylate)-based bone cement, 
Applied Polymer Science, Argentina, 69, 1367–
1383 (1998). 
[4]. H. Hu, X. Wang, J. Wang, L. Wan, F. Liu, H. 
Zheng, R. Chen, C. Xu, Preparation and 
properties of graphene nanosheets–polystyrene 
nanocomposites via in situ emulsion 
polymerization, Chemical Physics Letters, 484, 
4–6, 247–253 (2010). 
[5]. J.M. Hasenwinkel, E.P. Lautenschlager, R.L. 
Wixson, J.L. Gilbert1, A novel high-viscosity, 
two-solution acrylic bone cement: Effect of 
chemical composition on properties, Biomedical 
Materials, 47, 60611-3008 (1999). 
[6]. G.Kapusetti, et al., Bone cement/layered double 
hydroxide nanocomposites as potential 
biomaterials for joint implant, Society for 
Biomaterials, 100, 73–3363 (2012). 
[7]. P. Liu, Z. Su, Thermal stabilities of 
polystyrene/silica hybrid nanocomposites via 
microwave-assisted in situ polymerization, 
Materials Chemistry and Physics, 94, 2–3, 
412–416 (2005). 
[8]. Y.T. Liu, J.M. Yang, X.M. Xie, X.Y. Ye 
Polystyrene-grafted graphene with improved 
solubility in organic solvents and its 
compatibility with polymers, Materials 
Chemistry and Physics, 130, 1-2, 794–799. 
(2011). 
[9]. L.B. de Paiva, A.R. Morales, P.R. Valenzuela 
Díaz, Organoclay: Properties, Preparation and 
applications, Applied Clay Science, 42, 8–24 
(2008). 
[10]. A.S. Patole, S.P. Patole, S.Y. Jung, J.B. Yoo, 
J.H. An, T.H. Kim, Self assembled 
graphene/carbon nanotube/polystyrene hybrid 
nanocomposite by in situ microemulsion 
polymerization, European Polymer Journal, 48, 
2, 252–259 (2012). 
[11]. M.Rahimi, I. Iriarte-Carretero, A. Ghanbari, 
M.C. Böhm, F. Müller-Plath, Mechanical 
behavior and interphase structure in a silica–
polystyrene nanocomposite under uniaxial 
deformation, Nanotechnology, 23, 30, 305702. 
(2012), 
[12]. Q.X. Yong, D.Y., Z. Jiang, Y.K. Cao, Z.Z. Yu, 
F. Yavari, N. Koratkar, Enhanced Electrical 
conductivity in polystyrene nanocomposites at 
ultra-low graphene content, ACS Appl. Mater. 
Interfaces, 3, 3130–3133 (2011). 
[13]. Y. Chevalier, MA. Bolzinger, Emulsions 
stabilized with solid nanoparticles: Pickering 
emulsions, Article in Press, Colloids Surf. A: 
Physicochem. Eng. Aspects, France (2013). 
[14]. H. Yougen, Z. Tao, Z. Pengli, S. Rong, 
Preparation of monodisperse polystyrene/silver 
composite microspheres and their catalytic 
properties, Colloid and Polymer Science, 290, 5, 
401–409 (2011). 
[15]. Z. Shen, G. P. Simon, Y. B. Cheng, Saturation 
ratio of Poly (ethylene oxide) to silicate in melt 
intercalated nanocomposites, European Polymer 
Journal, Australia, 39, 1917–1924 (2003). 
[16]. C.N.H. Thuc, H.T. Cao, M.D. Nguyen, M.A. 
Tran, L. Duclaux, Anne-Cecile Grillet, H.H 
Thuc; Preparation and characterization of 
polyurethane nanocomposites using vietnamese 
montmorillonite modified by polyol surfactants, 
Journal of Nanomaterials, Article ID 302735, 
11 (2014).