ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ HƯƠNG TỔNG HỢP NANO SILICA MANG ỨC CHẾ ĂN MÒN HỮU CƠ VÀ ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ EPOXY BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO THÉP CACBON LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ HƯƠNG TỔNG HỢP NANO SILICA MANG ỨC CHẾ ĂN MÒN HỮU CƠ VÀ ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ EPOXY BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO THÉP CACBON Chuyên ngành: Hoá vô cơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Tô Thị Xuân Hằng Hà Nội – Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Luận văn này được thực hiện tại Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ - Viện Kỹ thuật nhiệt đới – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã tiếp nhận và cho phép tôi được làm nghiên cứu tại Viện. Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Tô Thị Xuân Hằng đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thày cô giáo Khoa hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã trang bị kiến thức và tạo điều kiện để tôi tiếp cận với khoa học. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể cán bộ Phòng nghiên cứu sơn bảo vệ - Viện Kỹ thuật nhiệt đới – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp tôi suốt thời gian tôi thực hiện đề tài. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đã động viên khuyến khích để tôi hoàn thành bản luận văn này. Hà Nội, ngày 10 tháng 08 năm 2014 Học viên Lê Thị Hương MỤC LỤC NỘI DUNG Trang Danh sách các bảng biểu, hình vẽ Danh sách các từ viết tắt MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về ăn mòn kim loại 3 1.1.1. Ăn mòn kim loại 3 1.1.2. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 4 1.2. Lớp phủ hữu cơ bảo vệ chống ăn mòn kim loại 6 1.2.1. Khái quát về sơn 6 1.2.2. Thành phần của sơn 6 1.3. Tổng hợp và tính chất của nano silica 7 1.3.1. Tính chất chung của vật liệu nano 7 1.3.2. Cấu trúc và tính chất của nano silica 8 1.3.3. Một số phương pháp tổng hợp nano silica 10 1.4. Ứng dụng của nano silica trong lớp phủ hữu cơ 13 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 16 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 16 2.1.1. Hóa chất 16 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị 17 2.2. Tổng hợp nano silica và biến tính nano silica 17 2.2.1. Tổng hợp nano silica 17 2.2.2. Biến tính nano silica bằng polyetylenimin (PEI) 17 2.2.3. Hấp phụ ABA và BTSA lên nano silica bọc PEI 18 2.3. Chế tạo màng sơn bảo vệ bằng epoxy chứa nano silica biến tính 18 2.3.1. Chuẩn bị mẫu thép 18 2.3.2. Chế tạo màng sơn 18 2.4. Các phương pháp nghiên cứu 19 2.4.1. Phương pháp phổ hồng ngoại 19 2.4.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 20 2.4.3. Phương pháp tổng trở điện hóa 20 2.4.4. Phương pháp phân tích nhiệt 24 2.4.5. Xác định độ bám dính 24 2.4.6. Xác định độ bền va đập 24 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1. Tổng hợp và đặc trưng tính chất của nano silica mang ức chế ăn mòn hữu cơ 25 3.1.1. Tổng hợp nano silica biến tính bằng PEI 25 3.1.2. Tổng hợp nano silica biến tính bằng PEI và ABA 30 3.1.3. Tổng hợp nano silica biến tính bằng PEI và BTSA 36 3.2. Nghiên cứu chế tạo lớp phủ epoxy chứa nano silica biến tính 40 3.2.1. Cấu trúc của màng sơn 41 3.2.2. Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng sơn 44 3.2.3. Tính chất cơ lý của màng sơn 51 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ 1. Danh sách các bảng biểu Trang Bảng 3.1: Các píc đặc trưng và liên kết tương ứng của SiO 2 , PEI, SiO 2 -PEI 27 Bảng 3.2: Các píc đặc trưng và liên kết tương ứng của SiO 2 -PEI, ABA, SiO 2 -PEI-ABA 32 Bảng 3.3: Các píc đặc trưng và liên kết tương ứng của SiO 2 -PEI, BTSA, SiO 2 -PEI-BTSA 37 Bảng 3.4: Hàm lượng nano silica trong các mẫu sơn epoxy 41 Bảng 3.5: Kết quả đo độ bám dính và độ bền va đập của các màng sơn 51 2. Danh sách các hình vẽ Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi màng sơn ngăn cách hoàn toàn kim loại khỏi dung dịch điện li 22 Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi dung dịch điện li ngấm vào màng sơn nhưng chưa tiếp xúc với bề mặt kim loại 22 Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi dung dịch điện li tiếp xúc với bề mặt kim loại 23 Hình 2.7: Sơ đồ đo tổng trở màng sơn 23 Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của PEI, SiO 2 , SiO 2 -PEI 26 Hình 3.2: Ảnh kính hiển vi điện tử quét của nano SiO 2 (a), nano SiO 2 -PEI (b) 28 Hình 3.3: Giản đồ phân tích nhiệt của SiO 2 29 Hình 3.4: Giản đồ phân tích nhiệt của SiO 2 -PEI 29 Hình 3.5: Phổ hồng ngoại của SiO 2 -PEI, ABA, SiO 2 -PEI-ABA 31 Hình 3.6: Ảnh kính hiển vi điện tử quét nano SiO 2 -PEI, nano SiO 2 -PEI- ABA 34 Hình 3.7: Giản đồ phân tích nhiệt của SiO 2 -PEI-ABA 35 Hình 3.8: Phổ hồng ngoại của SiO 2 -PEI, BTSA, SiO 2 -PEI-BTSA 36 Hình 3.9: Ảnh kính hiển vi điện tử quét của nano SiO 2 -PEI và nano SiO 2 -PEI-BTSA 39 Hình 3.10: Giản đồ phân tích nhiệt của SiO 2 -PEI-BTSA 40 Hình 3.11: Phổ hồng ngoại của màng sơn: epoxy (a), epoxy-SiO 2 (b), epoxy-SiO 2 -PEI (c), epoxy-SiO 2 -PEI-ABA (d), epoxy-SiO 2 -PEI- BTSA (e) 42 Hình 3.12: Ảnh SEM của màng sơn: epoxy-SiO 2 , epoxy-SiO 2 -PEI, epoxy-SiO 2 -PEI-ABA, epoxy-SiO 2 -PEI-BTSA 43 Hình 3.13: Phổ tổng trở của các mẫu sau 7 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 44 Hình 3.14: Phổ tổng trở của các mẫu sau 35 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 45 Hình 3.15: Phổ tổng trở của các mẫu sau 84 ngày ngâm trong dung dịch 46 NaCl 3% Hình 3.16: Sự thay đổi giá trị R f của các mẫu theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% 48 Hình 3.17: Sự thay đổi giá trị Z 100mHz của các mẫu theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% 50 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT - IR: Phổ hồng ngoại. - SEM: Phương pháp kính hiển vi điện tử quét. - DD1: Dung dịch 1. - DD2: Dung dịch 2. - TEOS: Tetraetyl ortosilicat - PEI: Polyetylenimin - ABA: 4-amino-2-hydroxybenzoic axit - BTSA: 2-benzothiazolylthio-succinic axit - EPOXY: Mẫu trắng ( chứa epoxy). - Mẫu SiO 2 : Màng sơn epoxy 3% SiO 2 - Mẫu SiO 2 -PEI: Màng sơn epoxy chứa 3% SiO 2 -PEI - Mẫu SiO 2 -PEI-ABA: Màng sơn epoxy chứa 3% SiO 2 -PEI-ABA - Mẫu SiO 2 -PEI-BTSA: Màng sơn epoxy chứa 3% SiO 2 -PEI-BTSA [...]... tán tốt nên hạt nano silica được ứng dụng trong lớp phủ nanocompozit để bảo vệ chống ăn mòn [24, 25] Nano silica với diện tích bề mặt lớn được ứng dụng làm chất độn trong lớp phủ epoxy nanocompozit Nano silica được phân tán đều trong lớp phủ epoxy Với hàm lượng 5% nano silica đã làm tăng độ cứng và modul đàn hổi của lớp phủ lên 21-26% đồng thời cũng làm nhiệt độ phân hủy của màng epoxy tăng lên Zahra... những hướng đi mới là tạo ra các lớp phủ hữu cơ trên cơ sở vật liệu polyme nanocompozit 1 Vì vậy việc tổng hợp nano silica, biến tính nano silica và ứng dụng để tăng khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho lớp phủ được các nhà khoa học trên toàn thế giới đặc biệt quan tâm trong những năm gần đây 2 Nội dung nghiên cứu Trong công trình này chúng tôi tổng hợp và biến tính nanosilica bằng polyetylenimin (PEI),... suốt và bền với thời tiết của màng Nano silica biến tính bề mặt được sử dụng trong lớp phủ acrylat nanocompozit đã làm tăng khả năng chống cào xước và chịu mài mòn của lớp phủ Lớp phủ này được sử dụng trên nhiều loại bề mặt như màng polyme, giấy, kim loại, gỗ… Đặc tính xốp, dễ hấp phụ của nano silica được sử dụng để mang các chất ức chế ăn mòn A.H.Jafari và đồng nghiệp đã nghiên cứu khả năng bảo vệ đồng... tăng khả năng bảo vệ chống ăn mòn M Rostami, Z Ranjbar, M Mohseni đã nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica xử lý silan tới tính chất của lớp phủ polyuretan Sự phân tán của nano silica phụ thuộc vào lượng silan gắn trên bề mặt silica Sự có mặt của nhóm chức amin trên hạt silica đã tăng tính chất cơ học của lớp phủ Ở Việt Nam cũng có một số công trình nghiên cứu ứng dụng nano silica trong lớp phủ hữu cơ. .. đồng của nano silica mang ức chế ăn mòn Các lỗ rỗng nano có thể chứa chất ức chế ăn mòn benzotriazol và ức chế ăn mòn có thể được giải phóng trong dung dịch với sự kiểm soát [22] Fatemeh Dolatzadeh và đồng nghiệp cũng nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica biến tính đến tính chất của lớp phủ nano SiO2/polyuretan Kết quả cho thấy, các hạt nano SiO2 biến tính với silan hữu cơ có thể được phân tán tốt trong. .. thích hợp như: chống ăn mòn áp dụng cho sơn lót hoặc lớp sơn trung gian có tác dụng làm thụ động quá trình ăn mòn hay bảo vệ catôt Chất phụ gia cho lớp sơn trung gian đảm bảo tính chống thấm, tăng cường độ bền cho lớp sơn 6 Chất phụ gia cho lớp sơn phủ thường là bột, vật liệu hữu cơ, chất khoáng quyết định màu sơn, ngoài ra còn có tác dụng ngăn ánh sáng giữ cho màu sơn được bền lâu - Chất độn: tăng khả... thuật Nhiệt đới đã tổng hợp thành công nano silica và biến tính với một số chất ức chế ăn mòn, hợp chất silan hữu cơ Nano silica biến tính đã tăng khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho lớp phủ 14 15 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 2.1.1 Hóa chất - HCl , hóa chất của Trung Quốc - NaCl hóa chất của Trung Quốc - Tetraetyl ortosilicat (TEOS) hàng của MERCK có công thức sau: - Polyetylenimin... các hạt nano silica dễ bị kết tụ và khó phân tán trong màng polyme Người ta thường biến tính bề mặt nano silica với hợp chất hữu cơ nhằm tăng khả năng kị nước và tương hợp với màng polyme [18, 22] Việc sử dụng hạt nano silica nhằm tăng cường các tính năng cho lớp phủ hữu cơ ngày càng rộng rãi do nano silica không làm ảnh hưởng tới cấu trúc màng [23] Với đặc tính có độ cứng cao, bền nhiệt, chống cào... loại nano silica mang các chất hoạt động bề mặt khác nhau lên tính chất cơ học của màng phủ cho ô tô Ngoài tính năng chống ăn mòn, lớp sơn ô tô vẫn đẹp và bóng sau nhiều năm sử dụng Khi hạt nano silica được ứng dụng vào màng phủ, các tính chất cơ lý như modull đàn hồi, độ cứng của màng tăng cao [22, 24] Kết quả nghiên cứu tính chất quang của vật liệu nanocompozit trên cơ sở của hỗn hợp polyeste/nanosilica... loại lớp phủ nhưng ta có thể chia thành ba loại chính như sau:  Lớp phủ kim loại  Lớp phủ phi kim loại  Lớp phủ hữu cơ 1.2 Lớp phủ hữu cơ bảo vệ chống ăn mòn kim loại [1, 5, 6, 8, 16, 17] 1.2.1 Khái quát về sơn 5 Sơn là hệ huyền phù gồm chất tạo màng, dung môi và một số chất phụ gia khác, khi phủ lên bề mặt tạo thành lớp mỏng bám chắc, bảo vệ và trang trí vật cần sơn Hiện nay người ta chưa chế tạo . HƯƠNG TỔNG HỢP NANO SILICA MANG ỨC CHẾ ĂN MÒN HỮU CƠ VÀ ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ EPOXY BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO THÉP CACBON Chuyên ngành: Hoá vô cơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ. NHIÊN LÊ THỊ HƯƠNG TỔNG HỢP NANO SILICA MANG ỨC CHẾ ĂN MÒN HỮU CƠ VÀ ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ EPOXY BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO THÉP CACBON LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà. chất của nano silica mang ức chế ăn mòn hữu cơ 25 3.1.1. Tổng hợp nano silica biến tính bằng PEI 25 3.1.2. Tổng hợp nano silica biến tính bằng PEI và ABA 30 3.1.3. Tổng hợp nano silica biến