Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, phát triển ngành khoa học vật liệu cho nhiều loại vật liệu khác từ nhựa tổng hợp, compozit, kim loại, silicon, vật liệu phổ biến phải kể đến vật liệu compozit Vật liệu compozit vật liệu chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhằm tạo vật liệu có tính hẳn vật liệu ban đầu Người Ai Cập biết vận dụng vật liệu compozit từ khoảng 3000 năm trước Công nguyên Năm 1950, bước đột phá quan trọng ngành vật liệu compozit xuất nhựa epoxy sợi gia cường Nhờ tính chất lý đặc trưng kháng môi trường hẳn nhựa khác mà nhựa epoxy có tính tốt Một chất độn gia cường lớp phủ epoxy khoáng talc Khoáng talc có đặc tính diện tích bề mặt cao khả hấp thụ dầu cao sử dụng công nghiệp sản xuất sơn Khoáng talc vật liệu compozit có nhiều ảnh hưởng tích cực tới tính chất vật liệu Trước thực tế đó, “ Nghiên cứu gia tăng tính chất bảo vệ lớp phủ epoxy bột khoáng talc” lựa chọn để làm đề tài nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục đích đề tài nâng cao tính chất bảo vệ lớp phủ epoxy khoáng talc NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Biến tính khoáng talc hợp chất hữu phù hợp với nhựa epoxy Nguyễn Thị Huyền Lớp K35C - Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - Khảo sát tính chất lớp phủ epoxy có hàm lượng talc khác - Khảo sát khả bảo vệ lớp phủ Nguyễn Thị Huyền Lớp K35C - Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Chương 1: TỔNG QUAN TÌM HIỂU VỀ NHỰA EPOXY 1.1 Lịch sử phát triển Nhựa epoxy loại nhựa phổ biến lĩnh vực sơn chống ăn mòn, keo dán compozit Năm 1909, nhà bác học Nga tiếng Prileschajew phát phản ứng olefin peraxit benzoic để tạo thành hợp chất epoxy Năm 1934, nhà bác học Đức Schlack tổng hợp polyglyxydrylete từ Bisphenol A epyclohydrin, nhựa đóng rắn đương lượng amin, nhiên Schlack chưa thấy hết giá trị sáng chế Năm 1938, Pierre Castalc công bố sáng chế mô tả phương pháp điều chế polyglyxydrylete từ Bisphenol A epyclohydrin, đồng thời phát tính chất quý báu nhựa nhận có độ bám dính tuyệt vời với nhiều loại vật liệu sau đóng rắn anhydrit phtalic Trong 25 năm trở lại đây, sản lượng nhựa epoxy toàn giới tăng nhanh (khoảng 30000 tấn/ năm) thời gian gần đạt triệu tấn/ năm Khoảng 1/4 số lượng sử dụng để làm chất kết dính để sản xuất vật liệu polyme compozit có độ bền cao chủ yếu sản xuất màng phủ Năm 1970, sản lượng epoxy tiêu thụ toàn giới đạt khoảng 150000 tấn/năm Đầu năm 1980, sản lượng epoxy tiêu thụ giới khoảng 600000 tấn/năm (chiếm 3% nhựa nhiệt rắn giới) chủ yếu Mỹ (170000 tấn), Châu Âu (134000 tấn) Nhật Bản (≈100000 tấn) Nguyễn Thị Huyền Lớp K35C - Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đến nay, ba nhà sản xuất nhựa epoxy lớn Shell chemicals, CTBAGEIGY, Dowchemicals Cả ba công ty hợp lại chiếm khoảng 70% sản lượng giới 1.2 Nhựa epoxy Nhựa epoxy loại nhựa phổ biến lĩnh vực sơn chống ăn mòn, keo dán compozit, Trong nhựa sở diphenyl propan (Bisphenol A) epyclohydrin loại nhựa phổ biến (epoxydian); sản phẩm trùng ngưng Bisphenol A epyclohydrin thông qua phản ứng kết hợp nối tiếp luân phiên nhóm epoxy với nhóm hydroxylphenol tái tạo nhóm epoxy nhờ khử clohydro để tạo thành nhựa có công thức chung [2, 3, 7]: CH2 CH CH2 O O R O CH2 CH CH2 O R O CH2 CH CH2 O n OH CH3 R= C CH3 n = ÷ 200 tùy thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng Phản ứng tạo nhựa epoxy xảy theo giai đoạn: Giai đoạn 1: Nhóm hydroxyl diphenylol propan kết hợp với nhóm epoxy epyclohydrin môi trường kiềm CH3 OH C OH + CH2 CH CH2 Cl NaOH O CH3 CH3 ClCH2 CH CH2O C OH CH3 Nguyễn Thị Huyền O CH2 CH CH2Cl OH Lớp K35C - Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Đây phản ứng tỏa nhiệt: Q= 17,09 Kcal/ mol Giai đoạn 2: Clohydrin glycol tạo thành chứa nhóm hydroxyl vị trí thứ so với nguyên tử clo Với cách bố trí nhóm chức vậy, clohydro dễ dàng tách tạo thành nhóm epoxy theo chế nucleofin halogen ion alcogolat CH3 ClCH2 CH CH2O C O CH2 CH CH2Cl OH CH3 NaOH OH CH3 CH2 CH CH2O O C CH3 O CH2 CH CH2 O Phản ứng thu nhiệt: Q= -28,09 Kcal/mol Glyxydylete Bisphenol A nhờ có nhóm epoxy phản ứng tiếp với nhóm hydroxyl diphenylol propan: CH2 CH CH2 O NaOH O CH2 O R O CH2 CH CH2 O CH2 CH CH2 O O CH2 O R O CH2 + HO R OH CH CH2 O R OH OH CH3 R= C CH3 Hợp chất trung gian tiếp tục phản ứng với để tạo thành nhựa epoxy có công thức tổng quát Khối lượng phân tử nhựa epoxy dao động khoảng 300÷18000 tùy thuộc vào tỉ lệ mol epyclohydrin diphenylol propan, nhiệt độ, thời gian phản ứng nồng độ NaOH sử dụng 1.3 Đóng rắn amin Nguyễn Thị Huyền Lớp K35C - Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Nhựa epoxy đóng rắn nhiều cách khác đóng rắn phản ứng trùng hợp hay phản ứng cộng hợp với hợp chất amin axit Tuy nhiên với hệ sơn epoxy không dung môi, chất đóng rắn cần có độ nhớt thấp có khả đóng rắn nhiệt độ thường Vì vậy, chất đóng rắn thường sử dụng để đóng rắn cho hệ sơn epoxy không dung môi hợp chất amin [5, 1] Bao gồm hợp chất chứa nhóm amin Các chất amin đóng rắn tất loại nhựa epoxy ngoại trừ epoxy este nhóm epoxy Nhóm epoxy nhựa epoxy mạch vòng no có khả phản ứng yếu với nhóm amin Chất đóng rắn amin ứng dụng khoảng nhiệt độ rộng từ 0÷1500C Mặc dù có hoạt tính cao song số chất đóng rắn amin đóng rắn nhiệt độ thấp (0÷200C) thường phải bổ sung số chất xúc tác như: rượu, phenol, axit cacboxilic ▲ Amin mạch thẳng Etylendiamin (EA) H2N(CH2)NH2 Dietylen triamin (DETA) H2N(CH2)NH(CH2)NH2 Trietylen tetramin (TETA) H2N(CH2)NH(CH2)NH(CH2)NH2 Polyetylen polyamin H2N(CH2CH2NH)nCH2CH2NH2 Amin mạch thẳng có ưu điểm dễ đóng rắn nhiệt độ thường, giá hợp lý, nhiên có nhược điểm dễ hút ẩm, bốc mùi mạnh, độc, làm cho bề mặt nhựa sau đóng rắn đục, tạo ứng suất làm giảm chất lượng màng sơn Trong môi trường không khí ẩm, amin phản ứng với CO2 tạo thành cacbamat không hòa tan làm ảnh hưởng đến tỉ lệ chất đóng rắn đưa vào tính mỹ thuật sản phẩm H2O Nguyễn Thị Huyền + CO2 H2CO3 Lớp K35C - Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp H2CO3 + ~NH2 ~NHCOOH + H2O Axit cacbamic ~NHCOOH + ~NH2 ~NH3OCON~ Cacbamat (trắng) Để khắc phục nhược điểm sử dụng nhiều cách biến tính nhiều loại dẫn xuất khác cấu trúc hoạt tính hóa học [4, 10] Quan trọng phương pháp sau: • Tạo adduct: Adduct tổ hợp nhận cho lượng dư amin phản ứng với nhựa epoxy Nói cách khác thực phản ứng đóng rắn sơ làm giảm lượng amin bậc NH2(CH2)2NH(CH2)2NH2 NH2(CH2)2NH(CH2)2 + CH2 CH CH2O R O CH2 CH CH2 O O NH CH2 CH CH2O R OCH2 CH CH2 NH(CH2)2NH(CH2)2NH2 OH OH CH3 R= C CH3 • Xyanetyl hóa (adduct DETA với acrylonitryl) NH2(CH2)2NH(CH2)2NH2 + CH2 CH H2N(CH2)2NH(CH2)2NH CH2 CH2 CN CN Ưu điểm: Tốc độ đóng rắn vừa phải, độ nhớt thấp nên sử dụng cho nhiều mục đích (sơn, keo dán, compozit) ▲ Amin thơm NH2 H2N CH2 NH2 NH2 Nguyễn Thị Huyền Lớp K35C - Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội m-phenylen diamin Khóa luận tốt nghiệp 4,4’-diamino diphenyl metan (DDM) O H2N S NH2 O 4,4’-diamino diphenyl (DDS) Amin thơm có khả phản ứng thấp amin mạch thẳng Nhiệt độ đóng rắn cao (120÷1500C) Tuy nhiên sản phẩm nhận có tính chất lý, tính cách điện, chống ăn mòn tốt đóng rắn amin mạch thẳng 1.4 Bột độn Bột độn (filler) sản phẩm trơ, màu trắng không màu, có số khúc xạ không 1,6 Bột độn đưa vào sơn với mục đích chủ yếu để hạ giá thành phần tăng cường tính lý màng sơn Ở hình thái học chất độn quan trọng (tuy nhiên cần lưu ý trình nghiền sơn hình thái ban đầu chúng bị thay đổi) Ví dụ bột talc nhờ cấu trúc dạng làm tăng độ đặc khít độ bền thời tiết màng sơn, sử dụng chúng thay phần chất phụ gia làm dầy sơn chất không dễ sử dụng Bột talc mềm trơ hóa học, có khả làm tăng độ bền ẩm, bền nhiệt độ bền hóa học Bột talc thường sử dụng làm chất độn cho hệ sơn dung môi Bột talc có đặc điểm kỹ thuật sau: Khối lượng riêng 2,65-2,85 Chỉ số khúc xạ 1,59- 1,64 Độ hấp thụ dầu 25- 35 pH thể huyền phù nước 9,0 – 9,5 KHOÁNG TALC ĐƯỢC SỬ DỤNG NHƯ CHẤT ĐỘN GIA CƯỜNG 2.1 Tìm hiểu khoáng talc Nguyễn Thị Huyền Lớp K35C - Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 2.1.1 Thành phần, cấu trúc 2.1.1.1 Thành phần Thành phần hóa học Bột talc loại khoáng chất có sẵn tự nhiên Bột talc có tên gọi hóa học hydrous magnesium silicate có công thức hóa học Mg3Si4O10(OH)2 với tỷ lệ MgO: 31,9%; SiO2: 63,4% H2O: 4,7% Trong tự nhiên quặng talc thường chứa tạp chất như: FeO, Al2O3, Na2O, K2O, CaO, hàm lượng tạp chất thường chứa vài phần trăm Thành phần khoáng vật Do nguồn gốc talc hình thành từ trình biến đổi nhiệt dịch đá giàu magie, đá silicat trầm tích, đá cacbonat magie nên talc Mg3[Si4O10(OH)2] có khoáng như: dolomit Mg.Ca(CO3)2; manhezit MgCO3; serpentin 4MgO.2SiO2.2H2O; manhetit Fe3O4; actinolit Ca2Fe5[Si4O11]2.(OH)2; hêmantit Fe2O3,… 2.1.1.2 Cấu trúc Khoáng chất talc có cấu trúc tinh thể có cấu trúc lớp Cấu trúc lớp talc tạo thành từ lớp bát diện Mg-O2/hyđroxyl nằm kẹp lớp tứ diện SiO2 Talc có cấu trúc tinh thể hệ mặt nghiêng, dạng đối xứng 2/m (L2PC) Mỗi ô mạng cấu trúc chứa phân tử Cấu trúc talc tạo nên từ tập ba lớp với mối liên kết phân tử tập [11, 13, 6] Lớp bát giác (hình mặt) Mg(OH)2O4 phân bố hai lớp tứ diện [Si4O10] Giữa tập hay phiến talc liên kết với lực Van Der Waals, mà chúng dễ tách khỏi Trong talc, vị trí khoang bát diện magie chiếm, thay chỗ nhôm chỗ trống (ba bát diện thay cho hai bát diện) Nguyễn Thị Huyền Lớp K35C - Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Khi lớp TOT chồng lên vòng sáu tứ diện chúng không đối trực diện, mà lệch khoảng 1/3 cạnh  ô sở Mặt khác, vòng sáu cạnh tứ diện không đối xứng sáu phương, mà ba phương kép tứ diện tự xoay góc quanh trục đứng Vậy, talc có cấu trúc loại cấu trúc 1Tc (một lớp ba nghiêng), 2M (hai lớp nghiêng) 2O (hai lớp trực thoi) thể hình 1.1 [8, 9] Hình 1.1: Cấu trúc khoáng vật talc Nguyễn Thị Huyền Hóa 10 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Các hợp chất vinylsilan có tác dụng tốt chất polyolefin hay polyeste Quá trình biến đổi bề mặt bột talc vinyltriethoxysilane xác nhận phổ FT-IR (Hình 3.4) Hình 3.4: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với vinyltriethoxysilan Phổ FT-IR mẫu bột talc biến đổi bề mặt hợp chất vinyl silan có píc đặc trưng liên kết C-H không no khoảng 3040 cm-1 Dao động hóa trị liên kết C=C 1627 cm-1 3.1.1.4.Biến đổi bề mặt bột talc cation Vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan Các hợp chất biến đổi bề mặt loại vinylbenzylamin silan có khả tương tác tốt với nhiều loại hợp chất hữu khác phân tử có chứa nhiều nhóm chức khác Bên cạnh đó, phân tử silan loại cation, khả phản ứng với chất độn có bề mặt tích điện âm mica, talc tốt Hình 3.5 biểu diễn phổ hồng ngoại mẫu bột talc biến đổi bề mặt vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan Nguyễn Thị Huyền Hóa 35 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.5: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với Vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan Trên phổ FT-IR ta thấy có băng sóng hấp thụ 2933 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C-H bão hòa Dao động hóa trị nhóm C=C nằm 1632 cm-1 Như vậy, phổ FT-IR xác nhận có mặt phân tử vinylbenzylamin silan có bề mặt bột talc sau trình biến đổi 3.1.2 Khảo sát độ hấp thụ dầu mẫu bột talc biến đổi bề mặt Quá trình biến đổi bề mặt hợp chất silan làm tăng khả hấp thụ dầu bột talc bề mặt phủ lớp hợp chất silan có chứa nhóm chức hữu Hình 3.6 biểu diễn đồ thị hấp thụ dầu mẫu bột talc ban đầu mẫu bột talc biến đổi bề mặt hợp chất silan khác Nguyễn Thị Huyền Hóa 36 Lớp K35C - Độ hấp thụ dầu (ml/100g) Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 80 70 56 60 61 62 69 70 50 40 30 20 10 Mẫu bột talc Hình 3.6: Độ hấp thụ dầu mẫu bột talc Trong đó: 1- Mẫu bột talc ban đầu 2- Bột talc biến đổi bề mặt với Amin silan 3- Bột talc biến đổi bề mặt với Metacryl silan 4- Bột talc biến đổi bề mặt với Vinyl silan 5- Bột talc biến đổi bề mặt với Vinylbenzylamin silan Nhìn vào đồ thị độ hấp thụ dầu mẫu bột talc chưa biến đổi bề mặt mẫu biến đổi bề mặt hợp chất silan khác nhau, nhận thấy có gia tăng độ hấp thụ dầu mẫu bột talc biến đổi bề mặt so với mẫu ban đầu Có thể thấy mẫu bột talc biến đổi bề mặt hợp chất có chứa nhóm vinyl cho độ hấp thụ dầu cao (mẫu 4, 5) →Đề tài tiến hành nghiên cứu biến đổi bề mặt bột talc loại hợp chất silan khác Bằng phương pháp chụp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) xác định hợp chất silan có bề mặt bột talc biến đổi bề mặt Các mẫu bột talc biến đổi bề mặt có khả Nguyễn Thị Huyền Hóa 37 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp ứng dụng vật liệu polyme khác với khả tương tác pha cao nâng cao số tính chất vật liệu →Bột talc biến đổi bề mặt hợp chất silan có độ thấm dầu cải thiện rõ rệt Trong loại silan nghiên cứu, vinylbenzylaminsilan giúp cho khoáng talc biến đổi bề mặt có độ thấm dầu cao với 70ml/100g, tăng 25% so với mẫu bột talc chưa biến đổi bề mặt 3.2 Xác định tỷ lệ hàm lượng chất đóng rắn/epoxy phổ FT-IR Quá trình đóng rắn hoàn toàn hệ epoxy có đóng góp phản ứng, biểu diễn sơ đồ sau: H H H N H H O N + H R OH N N H (1) R OH O R2 + NH R1 R R1 N R2 (2) R O R1 N R2 R + R1 R R2 OH O R R NR R + R O N (3) HO O CH3 O NR CH R (4) Tuy nhiên, phản ứng theo sơ đồ (3) (4) xảy nhiệt độ cao (trên 2000C) Ở điều kiện nhiệt độ này, trình đóng rắn thường xảy theo sơ đồ (1) (2), nhóm epoxy NH2 phản ứng với sinh nhóm OH Do vậy, độ chuyển hóa α tiêu thụ nhóm epoxy, (3) phụ thuộc chủ yếu vào ba yếu tố, tỷ lệ hàm lượng chất đóng rắn nhựa epoxy; hai nhiệt độ; ba thời gian phản ứng Nguyễn Thị Huyền Hóa 38 Lớp K35C (4) Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Nhiệt độ đóng rắn thời gian đóng rắn tất mẫu màng phủ giống nhau, nhiệt độ phòng thời gian ngày Ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn đến độ chuyến hóa α khảo sát phổ FT-IR, dựa vào biến thiên cường độ pic nhóm epoxy 913 cm-1 Tỷ lệ hàm lượng chất đóng rắn nhựa epoxy xác định bảng sau Bảng 3.1: Thành phần mẫu màng phủ epoxy Hàm lượng (g) Thành phần M-0 M-I M-II M-III M-IV M-V Epoxy YD-011X75 100 100 100 100 100 100 KINGMIDE 315-L 10 15 20 25 30 Phổ hồng ngoại FT-IR mẫu epoxy trắng M-0 màng phủ M-I đến M-V thể hình 3.7 BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/17/2012 BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: Epoxy Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/17/2012 1.100 0.95 1508 1.00 1183 0.90 2965 0.95 1038 826 828 0.85 0.90 1508 2930 1607 0.85 1235 0.80 1296 1459 0.75 0.80 0.75 2872 0.65 1107 3435 1181 0.70 1012 0.70 1037 0.60 0.65 1582 0.60 A Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: Mau I 1.000 1236 1.05 1362 561 1383 0.55 574 3036 0.55 1413 915 0.50 A 772 0.50 0.45 0.45 0.40 953 1011 0.40 0.35 1607 0.35 1459 1295 0.30 0.30 1106 693 2925 0.25 0.25 1085 2962 0.20 0.20 0.15 0.15 0.10 0.10 0.05 0.05 0.000 0.010 400.0 4000.0 2870 1582 770 1361 1383 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 CM- M-0 Nguyễn Thị Huyền Hóa 693 3031 915 620 3600 3200 2800 2400 2000 1800 cm- 1600 1400 1200 1000 M-I 39 735 949 3380 Lớp K35C - 800 600.0 Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/17/2012 Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: Mau II Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/17/2012 826 Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: Mau III 1.000 1.000 0.95 0.95 1235 0.90 0.90 1508 0.85 826 0.80 0.85 1181 0.75 1038 0.80 1241 0.70 1508 0.65 1181 0.75 0.60 1038 0.55 0.70 A 0.50 A 0.65 0.45 0.40 0.60 1607 1459 0.35 1295 1011 1106 0.55 2924 0.30 1085 1458 1606 729 0.50 1382 1106 2924 1085 0.20 1361 1581 3409 1295 0.25 770 946 2855 0.15 1581 769 1382 947 694 3366 0.10 0.40 729 1361 694 0.45 0.05 0.370 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 cm- 1600 1400 1200 1000 0.000 600.0 4000.0 800 3600 3200 2800 2400 M-II 1800 cm- 1600 1400 1200 1000 800 600.0 M-III BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/17/2012 2000 Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: Mau IV BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN 1.000 Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/17/2012 0.95 Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: Mau V 1.000 0.90 0.95 0.85 0.90 826 0.80 0.85 0.75 0.70 826 0.80 1243 1508 0.75 0.65 1239 1508 0.70 0.60 1181 1038 0.65 1181 0.55 1038 0.60 A 0.50 A 0.45 0.55 0.50 0.40 0.45 1011 0.35 1606 1458 0.40 2855 1606 0.35 1581 1645 3285 0.20 1294 729 1361 2852 0.30 767 1382 946 1644 1085 1361 0.25 880 0.15 1119 1581 696 728 1382 3285 767 948 0.20 694 876 0.10 0.15 0.050 4000.0 1011 2923 1107 1121 0.25 1107 1457 1294 2926 0.30 0.100 3600 3200 2800 2400 2000 1800 cm-1 1600 1400 1200 1000 800 600.0 4000.0 M-IV 3600 3200 2800 2400 2000 1800 cm-1 1600 1400 1200 1000 800 M-V Hình 3.7: Phổ FT-IR mẫu epoxy có hàm lượng chất đóng rắn khác Độ chuyển hóa nhóm epoxy thể bảng 3.2 Bảng 3.2: Độ chuyển hóa nhóm epoxy mẫu màng phủ epoxy Hàm lượng đóng rắn Độ chuyển hóa (g/100g epoxy) (%) M-I 10 77 M-II 15 86 M-III 20 100 M-IV 25 100 Tên mẫu Nguyễn Thị Huyền Hóa 40 Lớp K35C - 600.0 Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội M-V Khóa luận tốt nghiệp 30 100 Ở nhận thấy rằng, Mẫu M-I M-II phản ứng đóng rắn nhựa epoxy chưa hoàn toàn, độ chuyển hóa đạt 77% 86% tương ứng Các mẫu M-III, M-IV M-V có độ chuyển hóa nhóm epoxy 100% Từ mẫu M-III phản ứng đóng rắn epoxy xảy hoàn toàn Tỷ lệ chất đóng rắn 20/100 so với hàm lượng epoxy mẫu M-III lựa chọn để chế tạo mẫu màng phủ nội dung nghiên cứu đề tài 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng chất biến đổi bề mặt đến trình đóng rắn Để khảo sát ảnh hưởng tác nhân biến đổi bề mặt đến trình đóng rắn nhựa epoxy, đề tài sử dụng loại bột talc biến tính APTMS -MPTMS kết hợp với bột talc không biến tính Các hợp chất APTMS -MPTMS loại tác nhân kết nối silan đặc trưng, có giá thành hợp lý Màng phủ epoxy ký hiệu epoxy-TA, epoxy-TMt epoxy-T0, có thành phần bột talc biến đổi bề mặt -APTMS -MPTMS không biến đổi bề mặt tương ứng, với hàm lượng 30% Nguyễn Thị Huyền Hóa 41 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Phổ hồng ngoại mẫu màng phủ epoxy có chứa khoáng talc biến đổi tác nhân kết nối silan khác thể hình BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/17/2012 Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/17/2012 Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: T2Mt-30 Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: T2A-30 1.000 1.100 0.95 2965 1.05 0.95 0.90 1505 2931 1.00 0.85 1246 2872 1607 0.90 1182 1463 0.85 0.80 1018 1296 1362 2931 0.65 829 1607 669 3036 0.65 2872 1413 1296 0.60 1384 1459 1106 670 0.55 916 0.60 1015 1183 1582 0.70 0.50 0.55 A 1244 2965 0.70 829 0.75 1509 0.75 3445 0.80 465 A 1708 3442 0.45 0.50 0.45 573 0.40 1383 916 1413 573 772 3676 0.30 735 0.30 1708 3036 0.35 0.35 1362 1582 0.40 468 0.25 0.25 734 772 0.20 0.20 3676 0.15 0.15 0.10 0.10 0.05 0.05 0.000 -0.020 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 cm- cm- epoxy-TA epoxy-TMt BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/17/2012 Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: Talc-30 1.000 0.95 2964 0.90 2931 0.85 2872 0.80 1508 0.75 3440 1607 1244 1462 0.70 1182 1296 1014 0.65 1582 3036 1362 0.60 828 1383 0.55 1413 1708 670 916 0.50 A 0.45 0.40 3676 Hình 3.8: Phổ FT-IR màng phủ 0.35 573 0.30 463 734 772 0.25 epoxy có bột talc biến đổi 0.20 0.15 0.10 0.05 hợp chất silan khác 0.000 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 cm-1 epoxy-T0 Độ chuyển hóa nhóm epoxy thể bảng 3.3 Bảng 3.3: Độ chuyển hóa nhóm epoxy lớp phủ có bột talc khác Nguyễn Thị Huyền Hóa Mẫu Độ chuyển hóa (%) Epoxy-talc 42 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Epoxy-2A 4.8 Epoxy-2Mt 2.1 Kết cho thấy rằng, bột talc ảnh hưởng đến phản ứng đóng rắn epoxy Bột talc biến đổi bề mặt hợp chất silan có ảnh hưởng tới trình đóng rắn epoxy Trong amin silan làm cho hàm lượng nhóm epoxy giảm thiểu tới 4,8% Có thể khẳng định nhóm amin silan bề mặt bột talc tham gia phản ứng với nhóm epoxy Metacryl silan bề mặt khoáng talc có làm suy giảm hàm lượng epoxy song không nhiều 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng khoáng talc đến tính chất lớp phủ epoxy 3.4.1 Ảnh hưởng khoáng talc đến tính chất lý màng phủ epoxy Để nghiên cứu chế tạo màng phủ chứa bột talc, tiến hành chế tạo mẫu chứa hàm lượng bột talc khác Mẫu trắng ký hiệu M0, mẫu có chứa 10, 20, 30% bột khoáng talc T2A ký hiệu M1, M2, M3 tương ứng Bảng 3.4: Hàm lượng bột talc mẫu lớp phủ Mẫu % Bột talc M0 M1 10 M2 20 M3 30 + Độ bám dính màng phủ epoxy chứa bột talc Độ bám dính màng phủ xác định trình bày bảng 3.5 hình 3.9 Kết đo bám dính cho thấy độ bám dính màng phủ epoxy tăng nhẹ có mặt 10% Độ bám dính tăng từ 2,7 lên 3,2 N/mm2 nồng độ Nguyễn Thị Huyền Hóa 43 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp bột talc tăng từ 10% lên 30% Như có mặt bột talc có tác dụng tăng độ bám dính màng phủ epoxy Sự tăng độ bám dính giải thích tác dụng silan sử dụng để biến tính bột talc Bảng 3.5: Kết đo độ bám dính màng phủ Mẫu Độ bám dính (N/mm2) M0 2,6 M1 2,7 M2 3,0 M3 3,2 Độ bám dính màng sơn (N/mm2) 3.5 2.5 1.5 0.5 M0 M1 M2 M3 Hình 3.9: Độ bám dính màng phủ + Độ bền va đập màng phủ epoxy chứa bột talc Độ bền va đập mẫu phủ xác định trình bày bảng 3.6 Mẫu phủ chứa 10% bột talc có độ bền va đập tương đương mẫu epoxy trắng 200 kg.cm, tăng nồng độ bột talc lên 20%, độ bền va đập Nguyễn Thị Huyền Hóa 44 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp mẫu phủ tăng đạt 200 kg.cm, nồng độ bột talc tăng lên 30% bột talc, độ bền va đập màng phủ giảm, thấp độ bền va đập mẫu trắng Như vậy, bột talc ảnh hưởng đến độ bền va đập màng phủ, nồng độ bột talc 20% có tác dụng tăng độ bền va đập màng epoxy Bảng 3.6: Kết đo độ bền va đập màng phủ Mẫu Độ bền va đập (kg.cm) M0 200 M1 200 M2 >200 M3 190 + Độ cứng độ bền uốn màng phủ epoxy chứa bột talc Độ cứng độ bền uốn màng phủ lót epoxy chứa bột talc xác định trình bày bảng 3.7 Ta thấy màng epoxy chứa hay không chứa bột talc có bền uốn cao đạt mm Màng epoxy trắng không chứa bột talc có độ cứng tương đối 0,26; màng epoxy chứa 10% bột talc có độ cứng cao màng phủ epoxy trắng Khi hàm lượng bột talc màng phủ epoxy tăng, độ cứng màng phủ tăng Với nồng độ bột talc 30%, độ cứng tăng 20% Như có mặt bột talc làm tăng độ cứng màng phủ epoxy Bảng 3.7: Kết đo độ bền uốn độ cứng màng phủ Mẫu Độ bền uốn (mm) Độ cứng tương đối M0 0,26 M1 0,27 M2 0,29 Nguyễn Thị Huyền Hóa 45 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội M3 Khóa luận tốt nghiệp 0,32 3.4.2 Ảnh hưởng bột talc đến độ bền hóa chất màng sơn lót epoxy Độ bền hóa chất màng sơn xác định môi trường dung dịch NaOH 5% H2SO4 5% Bề mặt mẫu sơn ngâm dung dịch hóa chất 48 quan sát bề mặt Kết thử nghiệm độ bền hóa chất màng sơn trình bày bảng 3.8 Các mẫu sơn bền môi trường NaOH 5%, cao Trong môi trường H2SO4 5%, độ bền mẫu có khác Kết đánh giá bảng 3.8 cho thấy, tất mẫu bền môi trường hóa chất nghiên cứu Sự có mặt bột talc không ảnh hưởng đến độ bền hóa chất màng sơn epoxy Như bột talc sử dụng làm bột độn để chế tạo màng sơn epoxy bảo vệ chống ăn mòn, bền hóa chất Bảng 3.8: Kết quan sát bề mặt mẫu sau 48 thử nghiệm Môi trường M0 M1 M2 M3 NaOH 5% Không rộp Không rộp Không rộp Không rộp H2SO4 5% Không rộp Không rộp Không rộp Không rộp Nguyễn Thị Huyền Hóa 46 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Nhựa epoxy loại vật liệu compozit Trong thành phần nhựa epoxy, thành phần hóa học người ta sử dụng thêm chất phụ gia hay chất độn để tăng cường tính chất lý vật liệu Talc loại khoáng có cấu trúc tinh thể cấu trúc lớp, loại bột mềm có độ cao Talc sử dụng công nghiệp sơn có đặc tính diện tích bề mặt cao khả hấp thụ dầu cao Đề tài tiến hành nghiên cứu biến đổi bề mặt bột talc loại hợp chất silan khác Các mẫu bột talc biến đổi bề mặt có khả ứng dụng vật liệu polyme khác với khả tương tác pha cao nâng cao số tính chất vật liệu Bột talc biến đổi bề mặt hợp chất silan có độ thấm dầu cải thiện rõ rệt Để khảo sát ảnh hưởng tác nhân biến đổi bề mặt đến trình đóng rắn nhựa epoxy, đề tài sử dụng loại bột talc biến tính APTMS -MPTMS kết hợp với bột talc không biến tính để nghiên cứu gia tăng tính chất bảo vệ cho lớp phủ epoxy Kết cho thấy, hàm lượng bột talc 20% cho màng phủ epoxy có khả bảo vệ chống ăn mòn cao Sự có mặt bột talc không ảnh hưởng đến trình đóng rắn màng epoxy Bột talc biến đổi bề mặt -APTMS tham gia phản ứng với epoxy, gia tăng tính chất lớp phủ Nguyễn Thị Huyền Hóa 47 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Bột talc có tác dụng tăng độ bám dính màng epoxy, ảnh hưởng đến độ bền va đập màng phủ Các màng sơn epoxy chứa bột talc bền môi trường NaOH 5% H2SO4 5% Bột talc biến đổi tác nhân ghép nối silan có khả ứng dụng tốt để chế tạo sơn phủ có khả bảo vệ, bền học bền môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO Arthur A.traction, Coatings Materials and Surface Coatings, Taylor and Fancis Group 2006 Arthur A.Tracton, Coatings Technology Fundamentals, Testing and Processing Techniques, Taylor and Fancis Group 2006 Rose A.Runtz, Philip V.Yaneff, Coatings of Polymer and Plastics, Mmarcel Dekker Inc, USA 2003 Dieter Stoye, Werner Freitag, Pains, Coatings and Solvents, Willey-VCH, 1998 Dwight G Weldon, Failure Analysis of Pains and Coatings, John Willey and Sons Ltd., 2009 G.D Stucky, D.E.Morse, P.K.Hansma; Materials science end Engineering 7,37(1999) Hans-Joanchim streitberger, Edmud Urbano, Richard Laible, Bernd D.Meyer, Engin Bagda, Michel Philips, Frederick A Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA Nguyễn Thị Huyền Hóa 48 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Ciullo P.A (ed ) (1996) Industrial minerals and their uses: a handbook and formulary Noyes Publications, New Jersey 640p Mondo Minerals http://www.mondominerals.com 10 Zeno W, Wicks J.R, S.Peter Pappas, Frank N, Jones, Organic Coatings: Science and Technology, Wiley-Interscience, NewYork, 1999 11 Wikipedia (2010) The Free Encyclopedia URL: http://en.wikipedia.org/ 12 Đỗ Quang Minh, Kỹ thuật xản suất vật liệu gốm, NXB ĐHQG TPHCM, 255-256 ( 2006) 13 Phan Văn Tường, Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB ĐHQGHN, (2007) Nguyễn Thị Huyền Hóa 49 Lớp K35C - [...]... dàng hơn trong chất nền polime Việc xử lý chất độn bằng các hợp chất silan cũng tạo ra các lớp bảo vệ để ngăn cản quá trình tái kết tụ của các hạt: Nguyễn Thị Huyền Hóa 18 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Hình 1.7: Cơ chế bảo vệ tái kết tụ các hạt chất độn của hợp chất silan 2.2.2 Các phương pháp biến đổi bề mặt bột talc Để biến đổi bề mặt khoáng bằng các hợp chất silan,... trò là chất độn hay chất gia cường trong lĩnh vực vật liệu polyme, talc phải được biến đổi bề mặt Việc sử dụng hợp chất silan xử lý talc Nguyễn Thị Huyền Hóa 19 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp có thể nâng cao khả năng phân tán cũng như phẩm chất của vật liệu nhựa được gia cường bột talc Lợi thế của bột talc được xử lý bằng hợp chất silan: - Lợi thế cho quá trình gia công... của liên kết C-H bão hòa Dao động hóa trị của nhóm C=C nằm ở 1632 cm-1 Như vậy, phổ FT-IR cũng đã xác nhận sự có mặt của các phân tử vinylbenzylamin silan có trên bề mặt bột talc sau quá trình biến đổi 3.1.2 Khảo sát độ hấp thụ dầu của các mẫu bột talc biến đổi bề mặt Quá trình biến đổi bề mặt bằng các hợp chất silan sẽ làm tăng khả năng hấp thụ dầu của bột talc khi bề mặt của nó được phủ lớp hợp chất. .. và tạo lớp da khô tốt hơn so với talc dạng tấm Nó cũng tạo độ bền tốt hơn khi ứng dụng trong sản xuất sơn ngoài trời và sơn giao thông 2.2 Biến đổi bề mặt bột talc bằng hợp chất silan Trong các lĩnh vực cao su, sơn, vật liệu phủ và đặc biệt là trong lĩnh vực chất dẻo (PP, PE,…) talc là một chất gia cường có hiệu quả Không chỉ làm cho quá trình gia công trở nên dễ dàng hơn, việc sử dụng bột talc còn... chất dàn đều, chất chống Nguyễn Thị Huyền 23 Lớp K35C Hóa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp tạo bọt được cung cấp bởi Công ty sơn Tổng hợp Hà Nội 2.1.2 Chế tạo sơn chứa bột talc Hỗn hợp gồm nhựa epoxy, bột talc biến tính bằng silan dung môi và các phụ gia được nghiền bằng cối nghiền bi trong 48 giờ Bổ sung các thành phần còn lại ta thu được sơn epoxy chứa bột talc Chất đóng rắn được... động biến dạng của liên kết C=C của vòng thơm, là pic không tham gia phản ứng được chọn làm pic so sánh 2.2.9 Khảo sát quá trình biến đổi bề mặt bột talc bằng độ hấp thụ dầu Độ hấp thụ dầu của bột talc được tính là số ml dầu lanh vừa đủ thấm ướt hoàn toàn 100g bột sang dạng past, đơn vị tính là ml/100g Số ml dầu lanh sử dụng Độ hấp thụ dầu = x 100 Số gam bột talc Nguyễn Thị Huyền Hóa 31 Lớp K35C - Trường... Khi sử dụng talc, sẽ không có một lượng lớn khí sinh ra như sử dụng các khoáng chất cacbonat Điều này giúp cho nhiệt độ tăng nhanh hơn trong giai đoạn đầu của quá trình nung và cho phép thời gian nung rút ngắn hơn cũng như giảm các hư hỏng đi kèm như các lỗ nhỏ lưu khí trong lớp men • Giấy Talc có thể được sử dụng với ba vai trò: chất độn, chất phủ bề mặt, và chất hấp phụ hắc ín Ưu điểm của talc như một... xác định độ cứng của màng phủ Phương pháp xác định độ cứng của màng phủ dựa trên cơ sở xác định tỷ số giữa thời gian dao động của con lắc đặt trên bề mặt màng phủ với thời gian dao động của chính con lắc đó trên tấm kính ảnh (không có màng phủ) , xác định theo TCVN 2098-1993 Độ cứng của màng phủ được đo trên máy Sheen 707P tại Viện Khoa học Vật liệu * Dụng cụ xác định độ cứng của màng phủ (Hình 2.3) Nguyễn... tương tác thích hợp của talc với các vật liệu nền lựa chọn Biến đổi bề mặt khoáng talc bằng các hợp chất silan là một phương pháp đang được sử dụng phổ biến hiện nay 2.2.1 Hợp chất silan Các hợp chất silan là các hợp chất hóa học của nguyên tử silic với hợp chất hóa học đơn giản nhất là SiH4 (silan) Trong các hợp chất silan, nếu có chứa ít nhất 1 liên kết Si-C được gọi là các hợp chất silan hữu cơ Tác... và như một chất tăng cường trong chất phủ màng mỏng, chất bôi trơn cho cao su • Tấm lợp Talc có màu kém, giá thành thấp được sử dụng trong tấm lợp nhằm tăng trọng lượng nhưng hạ giá thành tính theo diện tích, tăng khả năng chống tia cực tím, ngăn sự thấm dầu và di chuyển, và tăng khả năng chống cháy • Các ứng dụng khác Talc còn được sử dụng làm chất ngăn ngừa tạo bấc trong sơn lót ô tô, chất đóng đường ... với bột talc không biến tính để nghiên cứu gia tăng tính chất bảo vệ cho lớp phủ epoxy Kết cho thấy, hàm lượng bột talc 20% cho màng phủ epoxy có khả bảo vệ chống ăn mòn cao Sự có mặt bột talc. .. không nhiều 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng khoáng talc đến tính chất lớp phủ epoxy 3.4.1 Ảnh hưởng khoáng talc đến tính chất lý màng phủ epoxy Để nghiên cứu chế tạo màng phủ chứa bột talc, tiến hành... chứa bột talc có độ cứng tương đối 0,26; màng epoxy chứa 10% bột talc có độ cứng cao màng phủ epoxy trắng Khi hàm lượng bột talc màng phủ epoxy tăng, độ cứng màng phủ tăng Với nồng độ bột talc