nghiên cứu biến tính khoáng sericit ứng dụng làm chất độn gia cường cho vật liệu polyme

80 836 1
nghiên cứu biến tính khoáng sericit ứng dụng làm chất độn gia cường cho vật liệu polyme

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC ************** **************** Nguyễn Việt Dũng NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH KHOÁNG SERICIT ỨNG DỤNG LÀM CHẤT ĐỘN GIA CƯỜNG CHO VẬT LIỆU POLYME LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC ************** **************** Nguyễn Việt Dũng NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH KHOÁNG SERICIT ỨNG DỤNG LÀM CHẤT ĐỘN GIA CƯỜNG CHO VẬT LIỆU POLYME Chuyên ngành: Hóa học Hữu cơ Mã số: 60 44 27 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. NGÔ KẾ THẾ Hà Nội - 2012 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG i DANH MỤC CÁC HÌNH ii CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU iv MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TÔ ̉ NG QUAN 2 1.1. Chấ t độn trong công nghiệp Vật liệu Polyme 2 1.2. Khong sericit 3 1.3. Giới thiệu cc đặc tính của sericit có liên quan đến vật liệu được gia cường 5 1.3.1. Hình thái sericit và những ảnh hưởng 5 1.3.2. Tỷ lệ bề mặt và các ảnh hưởng 7 1.3.3. Màu sắc và các ảnh hưởng 8 1.3.4. Các tính chất quan trọng khác của sericit 9 1.4. Biến đổi bề mặt khong sericit 9 1.4.1. Hợp chất silan và vai trò của quá trình biến đổi bề mặt 9 1.4.2. Đặc điểm cấu trúc tinh thể khoáng sericit và quá trình biến đổi bề mặt 15 1.5. Ứng dụng khong sericit cho cc vật liệu polyme 21 1.5.1. Sericit gia cường cho các vật liệu cao su 21 1.5.2. Sericit gia cường cho chất dẻo 22 1.5.3. Sericit gia cường cho các lớp phủ bảo vệ 23 1.6. Cc nghiên cứu ứng dụng khong sericit trong lĩnh vực polyme ở Việt nam 25 Chương 2. THỰC NGHIỆM 25 2.1. Mẫu sericit và cc nguyên vật liệu 25 2.1.1. Khoáng sericit 25 2.1.2. Hợp chất silan 27 2.1.3. Cao su thiên nhiên 28 2.1.4. Chất tạo màng cho sơn trên cơ sở epoxy 28 2.1.5. Các phụ gia cho chế tạo vật liệu CSTN 28 2.1.6. Các hóa chất để chế tạo sơn trên cơ sở nhựa epoxy 29 2.2. Phương php nghiên cứu 29 2.2.1. Phương pháp biến đổi bề mặt khoáng sericit 29 2.2.2. Phương pháp chế tạo vật liệu CSTN/sericit 30 2.2.3. Phương pháp chế tạo sơn epoxy/sericit 30 2.3. Thiết bị và tiêu chuẩn nghiên cứu 30 2.3.1. Phổ hấp thụ hồng ngoại 31 2.3.2. Nghiên cứu khả năng trộn hợp của khoáng sericit với cao su 31 2.3.3. Nghiên cứu quá trình lưu hoá của cao su 31 2.3.4. Khảo sát tính chất điện của vật liệu cao su 31 2.3.5. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu 32 2.3.6. Nghiên cứu các tính chất của sơn và màng sơn 32 Chương 3. KÊ ́ T QUA ̉ VÀ THA ̉ O LUẬN 34 3.1. Nghiên cứu biến đổi bề mặt sericit 34 3.1.1. Ảnh hưởng của môi trường phản ứng đến quá trình silan hóa bề mặt sericit 34 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ silan đến phản ứng silan hóa bề mặt sericit . 36 3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình silan hóa bề mặt sericit 37 3.1.4. Ảnh hưởng của quá trình polyme hóa silan đến độ bền của lớp bề mặt biến đổi 38 3.1.5. Xác định mức độ silan hóa sericit bằng phân tích nhiệt 40 3.2. Nghiên cứu khả năng gia cường sericit biến đổi bề mặt cho vật liệu CSTN 41 3.2.1. Khả năng trộn hợp của bột khoáng sericit với CSTN 42 3.2.2. Ảnh hưởng của bột khoáng sericit đến quá trình lưu hóa CSTN 43 3.2.3. Ảnh hưởng của bột khoáng sericit đến tính chất của vật liệu CSTN 45 3.2.4. Ảnh hưởng của khoáng sericit đến độ cách điện của vật liệu cao su 47 3.2.5. Ảnh hưởng của khoáng sericit đến độ bền nhiệt của vật liệu 48 3.2.6. Ảnh hưởng của bột khoáng sericit biến đổi bề mặt đến cấu trúc hình thái của vật liệu 49 3.3. Nghiên cứu ứng dụng sericit để tăng cường khả năng bảo vệ cho hệ sơn pek- epoxy 51 3.3.1. Chế tạo sơn trên cơ sở nhựa epoxy 51 3.3.2. Khảo sát tính chất của sơn 52 3.3.3. Khảo sát tính chất cơ lý của màng sơn 53 3.3.4. Khảo sát độ bền hóa chất của màng sơn 54 3.3.5. Xác định khả năng bảo vệ màng sơn bằng thử nghiệm mù muối 55 3.3.6. Khảo sát tính chất che chắn của màng sơn 55 3.3.7. Khảo sát cấu trúc hình thái màng sơn 64 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên Lớp K21 - Hóa học Hữu cơ i DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Nội Dung Bảng 1.1 Cải thiện tính chất điện với tác nhân phân tán silan xử lý thạch anh gia cường cho nhựa epoxy Bảng 2.1 Thành phần hóa học của sericit nghiên cứu Bảng 2.2 Phân bố kích thước hạt sericit Bảng 3.1 Lựa chọn nồng độ silan thích hợp cho các kích thước hạt khác nhau Bảng 3.2 Khảo sát khả năng trộn hợp của CSTN với các chất gia cường khác nhau ở 50°C Bảng 3.3 Khảo sát khả năng trộn hợp khoáng sericit với CSTN ở 60°C Bảng 3.4 Khả năng lưu hoá của tổ hợp CSTN/Sericit Bảng 3.5 Tính chất cơ lý của các mẫu vật liệu CSTN/sericit Bảng 3.6 Tính chất điện của vật liệu CSTN/sericit Bảng 3.7 Thành phần sơn nghiên cứu Bảng 3.8 Tính chất của sơn Bảng 3.9 Tính chất cơ lý màng sơn Bảng 3.10 Độ bền hóa chất màng sơn Bảng 3.11 Kết quả thử nghiệm mù muối sau 480 giờ Bảng 3.12 Điện trở của màng sơn sau 56 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3,5% Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên Lớp K21 - Hóa học Hữu cơ ii DANH MỤC CÁC HÌNH Tên hình Nội Dung Hình 1.1 Ảnh SEM khoáng sericit Hình 1.2 Bột khoáng sericit Hình 1.3 Cầu nối silic các chất vô cơ với chất nền hữu cơ Hình 1.4 Chất độn được xử lý bề mặt bằng silan phân tán dễ dàng hơn trong chất nền polyme Hình 1.5 Cơ chế bảo vệ tái kết tụ các hạt chất độn của hợp chất silan Hình 1.6 Sử dụng TiO 2 xử lý bề mặt bằng silan làm giảm % momen xoắn và nồng độ chất đưa vào cao hơn Hình 1.7 Các chất silan cho độ giảm giãn nở nhiệt lớn nhất và là tác nhân phân tán tốt nhất Hình 1.8 Cấu trúc tinh thể sericit Hình 1.9 Sự bóc lớp trong tinh thể muscovit Hình 1.10 Bề mặt chất độn sau khi được biến đổi bằng hợp chất silan Hình 1.11 Cơ chế phản ứng biến đổi bề mặt Hình 1.12 Quá trình khuyếch tán môi trường ăn mòn qua lớp sơn bảo vệ có pigment đẳng hướng (A) và không đẳng hướng-mica (B) Hình 2.1 Phân bố kích thước hạt sericit nghiên cứu Hình 3.1 Phổ FT-IR của khoáng sericit biến đổi bề mặt bằng 3-APTMS 1% trong ethanol ở môi trường phản ứng (a) sericit ban đầu, (b) môi trường trung tính và (c) môi trường axit Hình 3.2 Cơ chế thủy phân của các phân tử silan trong môi trường axit Hình 3.3 Phổ FT-IR của khoáng sericit biến đổi bề mặt bằng 3-APTMS trong ethanol (a) sericit ban đầu; (b) 0,5% 3-APTMS; (c) 1% 3-APTMS và (d) 4% 3-APTMS Hình 3.4 Phổ FT-IR của khoáng sericit biến đổi bề mặt bằng 3-APTMS 1% trong ethanol với thời gian phản ứng khác nhau (a) sericit không xử lý; (b) 1 giờ; (c) 4 giờ và (d) 24 giờ Hình 3.5 Phổ FT-IR của khoáng sericit biến đổi bề mặt bằng 3-APTMS 1% trong ethanol trước và sau khi sấy ở 50°C (a) sericit ban đầu, (b) trước khi sấy, (c) sau khi sấy Hình 3.6 Giản đồ phân tích nhiệt (a) Sericit ban đầu (b) Sericit được xử lý trong 4 giờ ở dung dịch 1% silan, môi trường axít Hình 3.7 Giản đồ phân tích nhiệt của CSTN/sericit Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu CSTN có sericit ban đầu Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên Lớp K21 - Hóa học Hữu cơ iii Hình 3.9 Ảnh SEM mẫu cao su có sericit S1A4 Hình 3.10 Ảnh SEM mẫu vật liệu CSTN/sericit S1V4 Hình 3.11 Phổ tổng trở Mẫu EP trong dung dịch NaCl 3.5% sau 1 ngày thử nghiệm Hình 3.12 Phổ tổng trở Mẫu EP1 trong dung dịch NaCl 3.5% sau 1 ngày thử nghiệm Hình 3.13 Phổ tổng trở Mẫu EP3 trong dung dịch NaCl 3.5% sau 1 ngày thử nghiệm Hình 3.14 Phổ tổng trở Mẫu EP4 trong dung dịch NaCl 3.5% sau 1 ngày thử nghiệm Hình 3.15 Phổ tổng trở Mẫu EP5 trong dung dịch NaCl 3.5% sau 1 ngày thử nghiệm Hình 3.16 Phổ tổng trở Mẫu EP trong dung dịch NaCl 3.5% sau 42 ngày thử nghiệm Hình 3.17 Phổ tổng trở Mẫu EP1 trong dung dịch NaCl 3.5% sau 42 ngày thử nghiệm Hình 3.18 Phổ tổng trở Mẫu EP3 trong dung dịch NaCl 3.5% sau 42 ngày thử nghiệm Hình 3.19 Phổ tổng trở Mẫu EP4 trong dung dịch NaCl 3.5% sau 42 ngày thử nghiệm Hình 3.20 Phổ tổng trở Mẫu EP5 trong dung dịch NaCl 3.5% sau 42 ngày thử nghiệm Hình 3.21 Phổ tổng trở Mẫu EP sau 56 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3,5% Hình 3.22 Phổ tổng trở Mẫu EP1 sau 56 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3,5% Hình 3.23 Phổ tổng trở Mẫu EP3 sau 56 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3,5% Hình 3.24 Phổ tổng trở Mẫu EP4 sau 56 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3,5% Hình 3.25 Phổ tổng trở Mẫu EP5 sau 56 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3,5% Hình 3.26 Ảnh SEM mẫu sơn có sericit chưa biến đổi bề mặt a: 10 % sericit; b: 20 % sericit Hình 3.27 Ảnh SEM mẫu sơn có 20 % sericit đã biến đổi bề mặt Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên Lớp K21 - Hóa học Hữu cơ iv CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU CSTN : Cao su thiên nhiên 3-APTMS : 3 – Aminopropyltrimetoxysilan VTMS : Vinyltrimetoxysilan HDPE : polyetylen tỷ trọng cao M min : momen xoắn cực tiểu M min : momen xoắn cực đại TC90 : Thời gian lưu hóa ở 90% ASTM : Tiêu chuẩn đo lường vật liệu Hoa Kỳ TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam SEM : Kính hiển vi điện tử quét TGA : phân tích nhiệt trọng lượng pkl : Phần khối lượng  kđ : Độ bền kéo đứt  dãn dài : Độ dãn dài  dư : Độ dãn dài dư  v : Điện trở khối  s : Điện trở bề mặt E đt : Điện áp đánh thủng Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên Lớp K21 - Hóa học Hữu cơ 1 MỞ ĐẦU Sericit được biết đến là một khoáng chất công nghiệp có những tính năng đặc biệt, nên đã trở thành một mặt hàng thương mại có giá trị kinh tế cao trên thế giới từ hàng trăm năm nay. Tuy vậy ở Việt Nam, mặc dù có trữ lượng khá lớn nhưng nó mới chỉ được quan tâm dưới dạng tiềm năng khai thác, các nghiên cứu ứng dụng khoáng sericit trong các lĩnh vực khác nhau còn rất hạn chế. Vừa qua, Viện Khoa học Vật liệu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã chủ trì một đề tài cấp nhà nước về nghiên cứu công nghệ chế biến khoáng sản sericit tại mỏ Sơn Bình, Hà Tĩnh. Việc nghiên cứu ứng dụng khoáng vật sericit là sản phẩm của đề tài này trong các loại vật liệu polyme là một vấn đề hết sức mới mẻ ở Việt Nam nhưng vô cùng cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và tính ứng dụng thực tiễn cao. Xuất phát từ những quan điểm nêu trên, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu biến tính khoáng sericit ứng dụng làm chất độn gia cường cho vật liệu polyme” để thực hiện luận văn thạc sĩ khoa học của mình. Trong khuân khổ của một luận văn thạc sĩ, em đã đề ra những mục tiêu nghiên cứu cho đề tài như sau:  Xác định được cơ chế của phản ứng biến đổi bề mặt khoáng sericit bằng hợp chất silan  Xác định khả năng gia cường cho vật liệu polyme trên cơ sở cao su thiên nhiên và sơn epoxy. Luận văn là một phần kết quả nghiên cứu của đề tài cấp nhà nước KC.02.24/06-10 do Viện Khoa học Vật liệu chủ trì. Quá trình nghiên cứu được thực hiện chủ yếu tại phòng nghiên cứu Vật liệu Polyme & Compozit, Viện Khoa học Vật liệu. Các kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ góp phần khẳng định cũng như nâng cao giá trị sử dụng của khoáng sericit. [...]... polyme nóng chảy làm tăng độ chảy nhớt của chất hỗn hợp Độ nhớt tăng phụ thuộc vào nhiều thông số như: Độ nhớt của polyme nóng chảy Nồng độ chất độn Khả năng kết dính giữa polyme và chất độn Phân bố kích thước hạt chất độn Xử lý các hạt chất độn với silan làm cho khả năng của chất độn với polyme tốt hơn, giúp cho các chất độn phân tán tốt hơn và làm cho hỗn hợp có độ nhớt thấp hơn so với chất độn không được... sử dụng để mô tả các vật liệu không chỉ để giảm giá thành mà còn cải thiện nhiều tính chất của chất nền, nên còn được gọi là các chất gia cường Muội than là chất độn gia cường được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp polyme, nhờ các đặc trưng lý-hóa cũng như khả năng ứng dụng mà nó mang lại cho cao su lưu hóa [10] Tuy nhiên, tính không ổn định của giá dầu mỏ đã làm gia tăng các quan tâm đến các khoáng. .. hoạt động ở bề mặt phân cách pha giữa chất độn vô cơ (như thủy tinh, kim loại hay khoáng chất) và vật liệu hữu cơ (như polyme hữu cơ, lớp phủ hay chất kết dính) để liên kết hay ghép nối hai loại vật liệu ít tương thích này [4] Hình 1.3: Cầu nối silic các chất vô cơ với chất nền hữu cơ Hợp chất silan trước hết được biết đến như là tác nhân làm cho quá trình tạo mẫu các vật liệu polyme có chứa các chất độn. .. này có sự tham gia của Viện khoa học Vật liệu Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên 4 Lớp K21 - Hóa học Hữu cơ Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng 1.3 Giới thiệu các đặc tính của sericit có liên quan đến vật liệu được gia cường [19] 1.3.1 Hình thái sericit và những ảnh hưởng Các đặc trưng của khoáng chất - những tính chất sẽ có những ảnh hưởng đến khả năng gia cường trong vật liệu của chất độn bao gồm các... chất độn cho cao su styren butadien Các tác giả đã chỉ ra rằng, các tác nhân ghép silan đã tăng cường tương tác giữa chất độn với cao su từ đó nâng cao một số tính chất của vật liệu Để sử dụng các phiến sericit gia cường cho HDPE, Tariq M Malik đã tiến hành xử lý bề mặt của chất độn bằng α-aminopropyltriethoxysilan và alkoxy trimethacryl titanat Kết quả cho thấy với các chất độn đã được xử lý bề mặt, tính. .. thường được sử dụng để làm các tấm cách điện và cách nhiệt Những năm gần đây, bột sericit đã được nghiên cứu đưa vào sử dụng để gia cường cho các nhựa nhiệt dẻo và nhiệt rắn tạo thành các vật liệu compozit để nâng cao các tính chất của polyme nền Sericit có cấu trúc vẩy nên đã được nghiên cứu sử dụng trong các lớp phủ bảo vệ cần sự che chắn tốt sericit thương mại CD-3200 muscovite của hãng Georgia Industrials,... sử dụng 1,5% PVTOSI , của PP gia tăng từ 18,77 dến 21,79 MPa khi sử dụng 1,5% (PVTOSI) [34] Dipak Baral đã nghiên cứu ảnh hưởng của sericit đến khả năng chịu nhiệt của vật liệu polyuretan (PU) bằng phương pháp phân tích nhiệt DSC Kết luận cho thấy, sericit đã có tác dụng cản trở quá trình lão hóa của PU và độ bền nhiệt của vật liệu tăng lên nhờ có bột sericit gia cường [11] 1.5.3 Sericit gia cường cho. .. mặt chất độn sau khi được biến đổi bằng hợp chất silan Các nhóm chức hữu cơ Y bao gồm các nhóm như amino, epoxy hay vinyl Khi gia cường cho các vật liệu polyme hay cao su, sericit có thể tạo liên kết hoá học hay vật lý với các pha nền trên mô tả trong 2 trường hợp dưới đây [4]: - Tham gia phản ứng lưu hoá cao su - Tạo liên kết vật lý với polyme: Như vậy tuỳ từng loại polyme hay cao su được gia cường. .. sử dụng cho các ứng dụng chống săn mòn Sericit cho khả năng chống trầy xước tốt hơn so với các khoáng khác Khả năng cải thiện chống trầy xước là đặc biệt có ích cho các ứng dụng bên trong các máy móc tự động nơi mà khả năng chống trầy xước là một vấn đề với polyolefin độn talc Sericit là chất cách điện rất tốt (tính điện môi cao) và cung cấp cả hai tính chất cách nhiệt và cách âm Khi sử dụng các polyme. .. mica nói chung và của sericit nói riêng Ở nước ta sericit thường được nhắc tới trong các tài liệu địa chất như những khoáng vật tạo đá khác trong các thành tạo biến chất như đá phiến sét – sericit, đá phiến thạch anh – sericit v.v Thời gian vừa qua Liên đoàn bản đồ địa chất miền Bắc đã tiến hành nghiên cứu và hoàn thành đề tài “Xác định chất lượng, đặc tính công nghệ khoáng chất sericit vùng Sơn Định, . trình biến đổi bề mặt 15 1.5. Ứng dụng khong sericit cho cc vật liệu polyme 21 1.5.1. Sericit gia cường cho các vật liệu cao su 21 1.5.2. Sericit gia cường cho chất dẻo 22 1.5.3. Sericit gia. khoa học và tính ứng dụng thực tiễn cao. Xuất phát từ những quan điểm nêu trên, em đã lựa chọn đề tài Nghiên cứu biến tính khoáng sericit ứng dụng làm chất độn gia cường cho vật liệu polyme . **************** Nguyễn Việt Dũng NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH KHOÁNG SERICIT ỨNG DỤNG LÀM CHẤT ĐỘN GIA CƯỜNG CHO VẬT LIỆU POLYME Chuyên ngành: Hóa học Hữu cơ Mã số: 60

Ngày đăng: 08/01/2015, 08:35

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • MỤC LỤC

  • DANH MỤC CÁC BẢNG

  • DANH MỤC CÁC HÌNH

  • CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU

  • MỞ ĐẦU

  • Chương 1. TỔNG QUAN

  • 1.1. Chất độn trong công nghiệp Vật liệu Polyme

  • 1.2. Không sericit

  • 1.3. Giới thiệu các đặc tính của sericit có liên quan đến vật liệu được gia cường

  • 1.3.1. Hình thái sericit và những ảnh hưởng

  • 1.3.2. Tỷ lệ bề mặt và các ảnh hưởng

  • 1.3.3. Màu sắc và các ảnh hưởng

  • 1.3.4. Các tính chất quan trọng khác của sericit

  • 1.4. Biến đổi bề mặt khóng sericit

  • 1.4.1. Hợp chất silan và vai trò của quá trình biến đổi bề mặt

  • 1.4.2. Đặc điểm cấu trúc tinh thể khoáng sericit và quá trình biến đổi bề mặt

  • 1.5. Ứng dụng không sericit cho các vật liệu polyme

  • 1.5.1. Sericit gia cường cho các vật liệu cao su

  • 1.5.2. Sericit gia cường cho chất dẻo

  • 1.5.3. Sericit gia cường cho các lớp phủ bảo vệ

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan