Luận văn thạc sĩ: Tổng hợp, đặc trưng tính chất của các vật liệu nanocomposite epoxy/clay và khả năng ứng dụng làm lớp phủ bảo vệ kim loại

Chia sẻ: Sdfas Vfdtg | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

236
lượt xem 44
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tổng hợp, đặc trưng tính chất của các vật liệu nanocomposite epoxy/clay và khả năng ứng dụng làm lớp phủ bảo vệ kim loại nhằm đánh giá khả na8g tương hợp cả nanocomposite epoxy/clay, đặc trưng vật liệu, tính chất vật liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ: Tổng hợp, đặc trưng tính chất của các vật liệu nanocomposite epoxy/clay và khả năng ứng dụng làm lớp phủ bảo vệ kim loại

1 2 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Lê Minh Đ c MAI TH PHƯƠNG CHI Ph n bi n 1: TS. Đoàn Th Thu Loan T NG H P, Đ C TRƯNG TÍNH CH T C A V T LI U NANOCOMPOSITE EPOXY/CLAY Ph n bi n 2: PGS. TS. Ph m Ng c Anh VÀ KH NĂNG NG D NG LÀM L P PH B O V KIM LO I Chuyên ngành: CÔNG NGH HÓA H C Lu n văn ñã ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t Mã s : 60 52 75 nghi p Th c sĩ K thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 29 tháng 10 năm 2011 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Có th tìm hi u thông tin t i: - Trung tâm thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng Đà N ng - Năm 2011 - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng
3 4 M Đ U - Nh a epoxy lo i thương m i EP là nh a epoxy bisphenol A 1. Lý do ch n ñ tài xu t x t Trung Qu c. Ch t ñóng r n lo i DETA (dietylen triamin) s Hi n nay, công ngh nano là m t trong nh ng lĩnh v c ñang ñư c d ng v i t l DETA/epoxy = 20/100. các nhà khoa h c quan tâm nghiên c u nhi u nh t. Trong ñó, v t li u nano - Nanoclay ñư c s n xu t t i Vi t Nam b i công ty TNHH và nanocomposite là hai lo i v t li u m i ñư c ñ c bi t quan tâm. Minh Hà, là lo i bentonit ki m d ng b t ñư c bi n tính b ng silan. S có m t c a nanoclay trong polyme composite làm tăng ñ 4. Phương pháp nghiên c u b n và mô ñun [40], [47], tăng kh năng ch ng l i tia c c tím [37], gi m * Phương pháp ch t o m u: phương pháp ñ khuôn. kh năng th m khí [31], [49], gi m ñ co ngót [25],… so v i polyme * Phương pháp phân tích và xác ñ nh các tính ch t: composite nguyên ch t. - Phương pháp kh o sát các tính ch t c a nanoclay và m c ñ Polyme ñư c s d ng ñ gia công nanocomposite r t ña d ng. phân tán vào nh a epoxy. Trong ñó, nh a epoxy thư ng ñư c bi n tính nâng cao tính ch t cơ lý - Phương pháp kh o sát các tính ch t cơ lý: ñ gia công các l p ph composite thông minh. + Đ dãn dài khi ñ t, ñ b n kéo ñ t theo tiêu chu n Hi n nay, v n ñ ăn mòn và b o v kim lo i luôn ñư c ñ t ra ISO 37:2005 trên máy th nghi m kéo Zwick c a Đ c. trong ñi u ki n khí h u nhi t ñ i Vi t Nam. Chính vì v y, vi c tri n + Đ b n u n theo tiêu chu n ISO 178 trên máy máy khai ñ tài “T ng h p, ñ c trưng tính ch t c a v t li u nanocomposite th nghi m kéo nén INSTRON 5585 c a M . epoxy/clay và kh năng ng d ng làm l p ph b o v kim lo i” là r t * Đ c trưng v t li u: c n thi t. - Nhi u x tia X (XRD). 2. M c ñích nghiên c u - Kính hi n vi ñi n t quét (SEM). - Nghiên c u ch t o v t li u nanocomposite epoxy/clay. - Phân tích nhi t vi sai (DSC). - Đánh giá kh năng tương h p c a nanoclay v i h epoxy. - Phân tích nhi t tr ng l c (TGA). - Đ c trưng v t li u. * T o màng m ng trên n n thép thư ng b ng phương pháp ph quay và - Kh o sát tính ch t c a v t li u nanocomposite epoxy/clay. ñánh giá kh năng b o v kim lo i c a màng m ng trong môi trư ng - So sánh tính ch t cơ lý c a nh a epoxy khi có và không có nư c bi n. nanoclay. 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài - Kh o sát ñ b n môi trư ng c a v t li u nanocomposite - Đưa ra ñư c quy trình ch t o v t li u nanocomposite epoxy/clay. epoxy/clay. - Đánh giá kh năng b o v kim lo i c a màng m ng epoxy khi - Đánh giá ñư c s nh hư ng c a nanoclay ñ n tính ch t c a ñư c gia cư ng b i nanoclay. composite trên n n nh a epoxy. 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u
5 6 - Đánh giá ñư c kh năng b o v kim lo i c a màng m ng ch c n gia cư ng tính ch t [42]. nanocomposite epoxy/clay trong môi trư ng nư c bi n. 1.1.3.2. Tính ch t 6. C u trúc lu n văn Lo i khoáng sét ñư c s d ng làm nanoclay ph bi n nh t là N i dung c a lu n văn chia thành 3 chương: montmorillonit. Có nhi u cách bi n tính b m t MMT và tùy vào ñ Chương 1. T ng quan: 32 trang. phân c c c a h n h p polyme s d ng mà clay ñư c bi n tính v i Chương 2. Th c nghi m: 11 trang. nh ng ch t có ñ phân c c khác nhau. Chương 3. K t qu và th o lu n: 33 trang. 1.1.3.3. Bi n tính nanoclay Nanoclay là ch t vô cơ, có tính ưa nư c. Trong khi ñó, n n Chương 1 – T NG QUAN polyme ñ ch t o v t li u nanocomposite là các ch t h u cơ và thư ng 1.1. GI I THI U CHUNG V NANOCLAY có tính k nư c. Đ tăng s tương h p gi a nanoclay và polyme thì 1.1.1. S hình thành c a clay ph i bi n tính nanoclay. Phương pháp bi n tính thông d ng nh t là trao Clay (khoáng sét) là lo i khoáng có s n trong t nhiên. Chúng là ñ i ion và tương tác lư ng c c. s n ph m phong hóa hóa h c tàn dư c a các lo i ñá g c ch a trư ng 1.2. T NG QUAN V NH A EPOXY th ch như pegmatit, granit, bazan… dư i tác ñ ng c a axit cacbonic [18]. 1.2.1. Nguyên li u ñ t ng h p nh a epoxy 1.1.2. C u trúc c a clay Thông thư ng nh a epoxy ñư c t ng h p t epyclohydrin và Clay có c u trúc d ng t m l p. Chúng ñư c c u t o t các ñơn diphenylol propan (bisphenol A/dian). v cơ s là các t m t di n và các t m bát di n. Các t m này liên k t v i 1.2.1.1. Diphenylol propan (g i t t là bisphenol A) nhau t o nên c u trúc c a l p clay, m i l p có chi u dày t m t ñ n vài 1.2.1.2. Epyclohydrin nanomet, chi u dài t vài trăm ñ n vài nghìn nanomet. Tùy thu c vào t 1.2.2. T ng h p nh a epoxy l s t m t di n trên s t m bát di n trong m i l p mà ta có các lo i 1.2.2.1. Ph n ng ña t nh a diepoxy clay khác nhau. 1.2.2.2. Nh a polyepoxy 1.1.2.1. C u trúc c a kaolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O) 1.2.2.3. Epoxy hóa các h p ch t không no 1.1.2.2. C u trúc c a smectit (Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O) 1.2.3. Quá trình ñóng r n nh a epoxy 1.1.2.3. C u trúc c a mica Nh a epoxy ñư c chuy n sang tr ng thái r n, không nóng ch y, 1.1.2.4. C u trúc c a clorit không hòa tan b ng cách thêm vào ch t ñóng r n. 1.1.3. Đ t sét kích thư c nano (nanoclay) 1.2.3.1. Đóng r n nh a epoxy b ng amin 1.1.3.1. Khái ni m 1.2.3.2. Đóng r n nh a epoxy b ng anhydrit Nanoclay là clay ñã ñư c bi n tính b m t nh m tăng tính th m 1.2.3.3. Đóng r n b ng các ch t ñóng r n khác ư t và kh năng phân tán các t m tinh th silicat c a clay vào h n h p 1.2.4. Nhi t ñ hóa th y tinh (Tg)
7 8 1.2.5. Tính ch t c a nh a epoxy Nanocomposite bao g m hai hay nhi u lo i v t li u tương tác - Đ b n hóa h c cao. v i nhau kích thư c nano. - Có kh năng bám dính t t v i nhi u lo i v t li u. 1.4.2.2. Gi i thi u v v t li u polyme/clay nanocomposite - Đ co ngót trong quá trình ñóng r n th p. 1.4.3. Phân lo i polyme/clay nanocomposite - Tính ch t v t lý t t. Khi cho nanoclay vào n n polyme, có th t o thành: 1.2.6. ng d ng c a nh a epoxy • V t li u polyme nanocomposite k t t S n xu t các khuôn ñúc, khuôn ñúc chân không và các khuôn • V t li u polyme nanocomposite xen l p ép, làm keo dán và màng ph và v t li u composite. • V t li u polyme nanocomposite tách l p 1.3. GI I THI U V V T LI U COMPOSITE 1.4.4. C u trúc c a nanocomposite 1.3.1. Khái ni m v t li u composite 1.4.5. Quá trình ch t o polyme/clay nanocomposite V t li u composite là v t li u ñư c ch t o t ng h p t hai hay Công ngh ch t o v t li u polyme/clay nanocomposite: nhi u thành ph n khác nhau nh m t o ra m t v t li u m i có tính năng • L a ch n khoáng sét có ch a hàm lư ng MMT cao ưu vi t hơn h n nh ng v t li u thành ph n ban ñ u [7]. • Bi n tính h u cơ hóa khoáng sét 1.3.2. Phân lo i v t li u composite • Ti n hành khu ch tán MMT - h u cơ vào trong polyme 1.3.2.1. Phân lo i theo hình d ng v t li u gia cư ng 1.4.5.1. S tương tác gi a polyme và clay bi n tính 1.3.2.2. Phân lo i theo b n ch t v t li u n n 1.4.5.2. Phương pháp tr n h p nóng ch y (melt intercalation) 1.3.3. Đ c ñi m, tính ch t c a v t li u composite 1.4.5.3. Phương pháp dung d ch (solution method) 1.3.3.1. Đ c ñi m 1.4.5.4. Phương pháp trùng h p in-situ (in situ polymerisation) 1.3.3.2. Tính ch t chung 1.4.6. Tính ch t c a polyme/clay nanocomposite 1.3.4. V t li u thành ph n c a polyme composite V t li u polyme/clay nanocomposite có nh ng tính ch t ưu vi t: 1.3.4.1. Polyme n n tính ch t cơ h c cao, kh năng ch u nhi t và ch ng cháy t t, có tính ch t 1.3.4.2. V t li u gia cư ng che ch n… 1.3.5. Các phương pháp gia công v t li u composite 1.5. ĂN MÒN VÀ B O V KIM LO I 1.4. GI I THI U V V T LI U NANOCOMPOSITE 1.5.1. Đ nh nghĩa 1.4.1. Gi i thi u v t li u nano 1.5.2. Phân lo i V t li u nano là lo i v t li u mà trong c u trúc c a các thành 1.5.3. Cơ ch ăn mòn ph n c u t o nên nó ít nh t ph i có m t chi u kích thư c nanomet. 1.5.4. Các bi n pháp ch ng ăn mòn 1.4.2. V t li u nanocomposite 1.4.2.1. Gi i thi u v t li u nanocomposite
9 10 Chương 2 – TH C NGHI M 2.2. N I DUNG NGHIÊN C U 2.1. Đ I TƯ NG NGHIÊN C U Nanoclay ñã Nh a Epoxy bi n tính 2.1.1. Nguyên li u 2.1.1.1. Nh a epoxy - Nh a epoxy thương m i EP thu c lo i nh a epoxy bisphenol Kh o sát ch ñ phân tán: Phân tán nanoclay vào nh a A xu t x t Trung Qu c. epoxy v i các t l 1, 2 và 3% - Phương pháp phân tán tr ng lư ng nanoclay - Th i gian phân tán - Ch t ñóng r n lo i DETA (dietylen triamin) s d ng v i t l DETA/epoxy = 20/100. 2.1.1.2. Nanoclay Gia công m u - Bentonit Nha Mé là lo i bentonit ki m d ng b t ñư c bi n nanocomposite tính b ng silan. 2.1.1.3. Hóa ch t Đ c trưng v t li u: - Phân tích nhi u x tia X (XRD) - Các hóa ch t thí nghi m ñư c mua trên th trư ng, có ngu n - Phân tích kính hi n vi ñi n t quét (SEM) g c t Trung Qu c. - Phân tích nhi t vi sai (DSC) - Nư c bi n ñư c l y t i khu v c bãi bi n Hòa Khánh - Qu n - Phân tích nhi t tr ng l c (TGA) Liên Chi u - Thành ph Đà N ng v i kho ng cách t b là 10 mét. 2.1.2. Thi t b thí nghi m Kh o sát tính ch t cơ lý: - Máy khu y siêu âm Ultrasonic Processor 750 Watt Model. -Đ b nu n - Đ b n kéo ñ t - Kính hi n vi quang h c Olympus ñ phóng ñ i 1000 l n. - Đ dãn dài khi ñ t - Cân ñi n t . T o màng m ng - Cân k thu t. nanocomposite trên T l epoxy/nanoclay (t i ưu) - Khuôn th y tinh. n n thép thư ng Kh o sát ñ b n trong các môi trư ng: Đánh giá kh năng b o v - Nư c máy kim lo i c a màng m ng - Nư c bi n trong môi trư ng nư c bi n K t lu n Hình 2.1. Sơ ñ nghiên c u ch t o v t li u nanocomposite epoxy/clay.
11 12 2.3. QUY TRÌNH CH T O M U NANOCOMPOSITE - Khu y cơ h c trong th i gian 1 gi . Bư c 1: Chu n b - Khu y siêu âm trong các kho ng th i gian khác nhau 0.5; 1 o - Clay ñã bi n tính ñư c s y 105 C trong 2 gi . và 1.5 gi . - Cân 80.05 g nh a epoxy r i cho vào c c th y tinh. M u ñư c quan sát và ch p nh b ng kính hi n vi quang h c - Cân nanoclay l n lư t v i các hàm lư ng 1%, 2%, 3% theo Olympus v i ñ phóng ñ i 1000 l n. tr ng lư ng so v i nh a epoxy (sai s 0.01 g). 2.4.2. Kh o sát s phân tán nanoclay trong nh a epoxy b ng nhi u - Chu n b ch t ñóng r n v i hàm lư ng 20% tr ng lư ng so x tia X (XRD) v i nh a epoxy. Đ ng nh t siêu âm h n h p nanoclay và nh a v i hàm lư ng - L n lư t cho t ng lư ng nanoclay trên vào các c c th y tinh nanoclay là: 1, 2 và 3% tr ng lư ng th i gian t i ưu. Sau ñó t o m u ch a nh a r i ti n hành khu y siêu âm trong th i gian 1 gi v i biên ñ v i kích thư c 10 × 10 × 0.2 (cm ) theo quy trình trên. Các m u ñư c ño 3 40% trên máy siêu âm lo i Ultrasonic Processor 750 Watt Model ñ ñ t XRD theo tiêu chu n ISO 10360. ñư c s phân tán t t. 2.4.3. Kh o sát b m t c a m u nanocomposite epoxy/clay b ng - Ti p theo, cho 16.01 g (20% tr ng lư ng so v i nh a epoxy) kính hi n vi ñi n t quét (SEM) ch t ñóng r n vào t ng c c. Gia công t o màng m ng nanocomposite epoxy/clay kích c - H n h p ti p t c ñư c khu y b ng ñũa th y tinh cho ñ n khi 1× 1 (cm2) trên ñ th y tinh b ng phương pháp ph quay v i t c ñ h n h p có màu vàng trong su t, ñ ng nh t. quay 1000 vòng/phút trong 60 giây. Sau khi màng ñư c ph ñ u, m u - Làm s ch b m t khuôn, ph l p ch ng dính parafin lên ñư c ñ ñóng r n nhi t ñ phòng trong th i gian 24 gi và ch p dư i khuôn. kính hi n vi ñi n t quét HITACHI S4800. Bư c 2: Gia công m u nanocomposite epoxy/clay 2.4.4. Kh o sát các tính ch t c a nanocomposite epoxy/clay b ng Đ h n h p trong c c th y tinh vào khuôn, ñ y kín b ng t m phương pháp phân tích nhi t vi sai (DSC) th y tinh. Gi m u nhi t ñ phòng trong 24 gi cho m u ñóng r n, r i Gia công t o m u nanocomposite theo quy trình trên, v i các o s y 70 C trong 5 gi ñ m u ñóng r n hoàn toàn. hàm lư ng nanoclay khác nhau (1, 2 và 3% tr ng lư ng) và g i phân Bư c 3: Tháo khuôn tích DSC. Phép ño ñư c th c hi n trong môi trư ng không khí v i t c ñ Sau khi s y xong, m u ñư c ñ ngu i nhi t ñ phòng r i tháo tăng nhi t là 10oC/phút. s n ph m ra kh i khuôn. 2.4.5. Kh o sát các tính ch t c a nanocomposite epoxy/clay b ng 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U phương pháp phân tích nhi t tr ng l c (TGA) 2.4.1. Kh o sát nh hư ng c a ch ñ khu y ñ n s phân tán c a Gia công t o m u nanocomposite theo quy trình trên, v i các nanoclay trong nh a hàm lư ng nanoclay khác nhau (1, 2 và 3% tr ng lư ng) và g i phân Phân tán nanoclay vào nh a epoxy b ng 2 phương pháp:
13 14 tích TGA. Phép ño ñư c th c hi n trong môi trư ng không khí v i t c ñ M u cũng ñư c ngâm trong môi trư ng nư c bi n ñ quan sát o tăng nhi t là 10 C/phút. hi n tư ng ăn mòn trên b m t. Dùng dao s c, nh n c t hai ñư ng chéo 2.4.6. Kh o sát tính ch t cơ lý c a v t li u trên b m t m u ñ t o v trí kh i ñ u cho quá trình ăn mòn. Gia công t o m u nanocomposite epoxy v i kích thư c 3 Chương 3 – K T QU VÀ TH O LU N 20 ×10 × 0.4 (cm ) theo quy trình trên, v i các hàm lư ng nanoclay khác nhau (1, 2 và 3% tr ng lư ng). Các m u ñư c ño ñ b n kéo ñ t, ñ 3.1. NH HƯ NG C A CH Đ KHU Y Đ N S PHÂN TÁN dãn dài khi ñ t, ñ b n u n. C A NANOCLAY TRONG NH A EPOXY 2.4.6.1. Xác ñ nh ñ b n kéo ñ t H n h p nh a epoxy và nanoclay sau khi phân tán b ng 2 2.4.6.2. Xác ñ nh ñ b n u n phương pháp cơ h c và siêu âm ñư c t o màng m ng trên kính và quan 2.4.7. Kh o sát ñ b n trong các môi trư ng sát dư i kính hi n vi quang h c. K t qu thu ñư c th hi n hình 3.1. R a s ch b ng axeton và s y khô hoàn toàn các m u composite ñ n tr ng lư ng không ñ i, kích thư c m u như tiêu chu n ño ñ b n cơ lý. Xác ñ nh tr ng lư ng ban ñ u c a m u (chính xác ñ n 10-4g) sau ñó ngâm m u trong nư c máy và nư c bi n trong 30 ngày nhi t ñ phòng. Sau m i 2 ngày ngâm, m u ñư c ñưa ra kh i môi trư ng nư c, lau khô nư c b m t và ti n hành cân (chính xác ñ n 10-4g) ñ (a) (b) xác ñ nh s thay ñ i tr ng lư ng c a m u. Sau th i gian ngâm 30 ngày, m u ñư c ñem ñi ño ñ b n kéo và ñ b n u n. 2.4.8. Kh o sát ăn mòn c a màng nanocomposite epoxy/clay Gia công t o màng m ng epoxy và màng m ng nanocomposite epoxy/clay (v i hàm lư ng t i ưu) trên n n thép C thư ng v i kích thư c 3 x 4 (cm2) b ng máy ph quay v i t c ñ 1000 vòng/phút trong 60 giây. M u ñư c ñ ñóng r n nhi t ñ phòng trong vòng 24 gi . (c) (d) Kh năng b o v ăn mòn c a màng ñư c kh o sát trong dung Hình 3.1. H n h p nh a epoxy và 2% tr ng lư ng nanoclay sau khi: d ch NaCl 3% b ng phương pháp phân c c ñi n hóa trên máy ñi n hóa (a) Khu y cơ h c 1 gi , (b) Khu y siêu âm 0.5 gi . ña năng PGS-HH10. (c) Khu y siêu âm 1 gi , (d) Khu y siêu âm 1.5 gi .
15 16 Quan sát trên hình 3.1 cho th y: khu y siêu âm là phương pháp bi n tính b ng silan là 42.37A và 21.54Ao. Đi u này là do các phân t o hi u qu ñ phá v các k t t trong h epoxy/nanoclay, th i gian siêu silan ñã xen vào gi a các l p clay làm tăng kho ng cách cơ b n gi a âm thích h p là 1 gi . các l p clay. 3.2. KH O SÁT S PHÂN TÁN NANOCLAY TRONG NH A 3.3. KH O SÁT B M T C A M U NANOCOMPOSITE EPOXY B NG NHI U X TIA X (XRD) EPOXY/CLAY B NG KÍNH HI N VI ĐI N T QUÉT (SEM) K t qu ño XRD c a m u nanoclay và m u nanocomposite K t qu ch p SEM b m t c a các m u nanocomposite ñư c epoxy/clay ñư c th hi n hình 3.2. th hi n hình 3.3. (a) (b) (a) (b) Hình 3.3. K t qu SEM c a các m u nanocomposite epoxy/clay v i các hàm lư ng nanoclay khác nhau: (a) 1% tr ng lư ng nanoclay. (b) 2% tr ng lư ng nanoclay. (c) 3% tr ng lư ng nanoclay. (c) nh SEM cho th y v i m u nanocomposite epoxy ch a 2% (c) (d) tr ng lư ng nanoclay h u như không xu t hi n các k t t (hình 3.3b). Hình 3.2. Ph nhi u x tia X c a: (a) B t nanoclay. Quan sát th y các k t t trong m u nanocomposite epoxy v i 1% và 3% (b) Nanocomposite epoxy và 1% tr ng lư ng nanoclay. tr ng lư ng nanoclay (hình 3.3a và 3.3c). Kích thư c các k t t trong (c) Nanocomposite epoxy và 2% tr ng lư ng nanoclay. m u nanocomposite v i 1% tr ng lư ng nanoclay bé hơn và s lư ng (d) Nanocomposite epoxy và 3% tr ng lư ng nanoclay. các k t t cũng ít hơn so v i m u nanocomposite ch a 3% tr ng lư ng Hình 3.2a cho th y có 2 píc ñ c trưng xu t hi n t i góc 2θ là nanoclay. 3.1o và 6.3o tương ng v i kho ng cách gi a các l p clay d001 sau khi
17 18 3.4. KH O SÁT CÁC TÍNH CH T C A NANOCOMPOSITE K t qu phân tích nhi t tr ng l c c a m u nanocomposite B NG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHI T VI SAI (DSC) epoxy/clay ñư c th hi n trên hình 3.5a. K t qu phân tích nhi t vi sai (DSC) c a m u nanocomposite v i các hàm lư ng nanoclay khác nhau ñư c th hi n trên hình 3.4. Hình 3.5a. Đư ng cong TGA c a các m u nanocomposite epoxy/clay T các d li u thu ñư c sau khi phân tích TGA ñã xác ñ nh ñư c các k t qu hình 3.5b và 3.5c. (a) (b) 100 90 85.26 86.29 85.67 80 70 % kh i lư ng 60 Nư c t do 50 Ph n t h u cơ bi n tính clay 40 Liên k t ph c t p 30 20 10.13 9.36 9.77 10 4.54 4.49 3.94 0 1 2 3 Hàm lư ng nanoclay (%) (c) (d) Hình 3.4. Đư ng cong DSC c a các m u nanocomposite epoxy/clay Hình 3.5b. nh hư ng c a hàm Hình 3.5c. % tr ng lư ng các ch t có v i các hàm lư ng nanoclay khác nhau: lư ng nanoclay ñ n Td50% và Td5% trong m u nanocomposite epoxy v i o (a) 0% tr ng lư ng nanoclay, (b) 1% tr ng lư ng nanoclay. ( C) c a các m u nanocomposite. các hàm lư ng nanoclay khác nhau. (c) 2% tr ng lư ng nanoclay, (d) 3% tr ng lư ng nanoclay. T gi n ñ TGA và k t qu thu ñư c hình 3.5b cho th y: ñ M u epoxy nguyên ch t có nhi t ñ chuy n hóa th y tinh cao n ñ nh nhi t gi m d n t m u nanocomposite epoxy v i 2% tr ng nh t. Khi gia cư ng nanoclay vào m u nh a epoxy thì Tg c a h gi m. lư ng nanoclay ñ n m u nanocomposite epoxy v i 3% tr ng lư ng Tăng hàm lư ng nanoclay (t 1% lên 2% và 3% tr ng lư ng) thì Tg nanoclay và cu i cùng là m u nanocomposite epoxy v i 1% tr ng ti p t c gi m. Nguyên nhân là do hi n tư ng gi m m c ñ khâu m ch lư ng nanoclay. khi có m t nanoclay trong v t li u. 3.6. KH O SÁT TÍNH CH T CƠ LÝ C A V T LI U 3.5. KH O SÁT TÍNH CH T C A NANOCOMPOSITE B NG K t qu kh o sát tính ch t cơ lý th hi n ñ th hình 3.6. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHI T TR NG L C (TGA)
19 20 140 116.3 120 100 108.9 103.3 100.4 Hình 3.6a. Đ th bi u di n nh hư ng c a hàm lư ng nanoclay ñ n Đ b n (MPa) 80 62.8 57.6 Đ b n kéo 60 54.1 40 50.8 Đ b nu n ñ b n kéo ñ t và ñ b n u n c a 20 các m u nanocomposite epoxy/clay. 0 0 1 2 3 4 Hàm lư ng nanoclay (%) 18 15 13.6 14.4 Hình 3.6b. Đ th bi u di n nh Đ dãn dài (%) 12 9.6 9.6 hư ng c a hàm lư ng nanoclay 9 6 ñ n ñ dãn dài khi ñ t c a các 3 m u nanocomposite epoxy/clay. 0 0 1 2 3 4 Hàm lư ng nanoclay (%) D a vào hình 3.6 ta th y r ng: m u composite epoxy nguyên ch t có ñ b n kéo ñ t và ñ dãn dài khi ñ t bé. Khi ñư c gia cư ng b ng nanoclay, m u có ñ b n kéo ñ t và ñ dãn dài khi ñ t l n hơn so v i nh a n n epoxy. Khi ñó, ñ b n kéo ñ t và ñ dãn dài khi ñ t c a m u nanocomposite ñ t c c ñ i hàm lư ng nanoclay t i ưu là 2% tr ng lư ng. Tuy nhiên, n u tăng hàm lư ng nanoclay lên 3% tr ng lư ng thì ñ b n kéo ñ t và ñ dãn dài khi ñ t c a m u nanocomposite epoxy/clay l i gi m xu ng. T k t qu trên hình 3.6a ta th y: m u composite epoxy nguyên ch t có ñ b n u n cao. Khi ti n hành gia cư ng cho m u composite epoxy b ng nanoclay thì s làm gi m ñ b n u n c a m u. Tăng hàm lư ng nanoclay thì ñ b n u n c a m u nanocomposite epoxy/clay ti p t c gi m. 3.7. KH O SÁT Đ B N TRONG CÁC MÔI TRƯ NG 3.7.1. S thay ñ i tr ng lư ng K t qu s thay ñ i tr ng lư ng c a các m u nanocomposite sau khi ngâm 30 ngày trong các môi trư ng nư c máy và nư c bi n.
21 22 T k t qu thu ñư c b ng 3.2. và 3.4 ta th y: trong giai ño n ñ u (kho ng 10 ngày), tr ng lư ng m u tăng m nh ch y u do s thâm nh p nhanh c a các thành ph n th p phân t t môi trư ng ngâm vào v t li u. Sau ñó, tr ng lư ng thay ñ i không ñáng k . S thay ñ i tr ng lư ng trong môi trư ng nư c bi n l n hơn trong môi trư ng nư c máy. 3.7.2. Đ ng h c quá trình h p th nư c c a các m u nanocomposite V ñ th bi u di n s thay ñ i tr ng lư ng c a m u sau khi ngâm 30 ngày trong các môi trư ng Mt% theo căn b c hai c a th i gian ngâm t1/2 ta thu ñư c k t qu hình 3.7. (a) (b) Hình 3.7. S thay ñ i tr ng lư ng các m u nanocomposite khi ngâm trong các môi trư ng: (a) Nư c máy, (b) Nư c bi n. T hình 3.7 ta th y r ng: trong giai ño n ñ u, ph n trăm thay ñ i tr ng lư ng tuy n tính v i t½. H s khu ch tán có th ñư c tính toán t ñ d c c a vùng tuy n tính trên ñư ng cong h p th theo phương trình sau: 4 D m= L π (3.3) V i m là ñ d c c a ñư ng cong ng v i vùng tuy n tính
23 24 T d ng ñư ng cong h p th hình 3.7 và k t qu tính h s v i các m u trư c khi ngâm. Đ b n c a m u nanocomposite sau khi khu ch tán b ng 3.6, 3.7 ta th y r ng ñ d c c a các ñư ng cong h p ngâm trong nư c máy l n hơn trong nư c bi n. th nư c gi m d n t m u epoxy nguyên ch t, epoxy+1% tr ng lư ng 3.8. KH O SÁT ĂN MÒN C A MÀNG NANOCOMPOSITE nanoclay, epoxy+3% tr ng lư ng nanoclay và sau cùng là epoxy+2% EPOXY/CLAY Hình 3.12. Đư ng cong Tafel c a m u tr ng lư ng nanoclay. thép thư ng và m u thép thư ng ñư c 1 3.7.3. Đ b n môi trư ng 10 ph màng trong môi trư ng dung d ch 2 Các m u nanocomposite trư c và sau khi ngâm 30 ngày trong NaCl 3%, t c ñ quét 1mV/s. Logi (mA/cm2) 1 3 các môi trư ng nư c máy và nư c bi n cho k t qu ño ñ b n kéo và ñ 1. Đư ng cong Tafel c a m u thép 0.1 b n u n trên hình 3.11. thư ng. 0.01 2. Đư ng cong Tafel c a m u thép 1E-3 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 thư ng có ph màng epoxy. ThÕ ®iÖn cùc (V/ Ag/AgCl) 3. Đư ng cong Tafel c a m u thép thư ng có ph màng nanocomposite epoxy/clay. Th ăn mòn c a các m u composite ñ u dương hơn th ăn mòn Hình 3.11a. Đ b n kéo và ñ b n u n c a các m u nanocomposite c a thép C thư ng. Th ăn mòn c a thép C thư ng trong môi trư ng trư c và sau khi ngâm 30 ngày trong môi trư ng nư c máy. dung d ch NaCl 3% kho ng -0.75 (V), c a thép thư ng ph màng epoxy vào kho ng -0.14 (V) và khi ph màng nanocomposite epoxy/clay vào kho ng -0.037 (V). V i s có m t c a nanoclay trong composite, kh năng kháng ăn mòn c a v t li u ñã ñư c c i thi n. Hình 3.11b. Đ b n kéo và ñ b n u n c a các m u nanocomposite trư c và sau khi ngâm 30 ngày trong môi trư ng nư c bi n. Các k t qu ño ñ b n c a các m u nanocomposite th hi n hình 3.11 cho th y m u nanocomposite sau khi ngâm trong môi trư ng (a) M u nanocomposite epoxy/clay, (b) M u epoxy nguyên ch t nư c máy và nư c bi n ñ u có ñ b n u n và ñ b n kéo th p hơn so Hình 3.13. Hình nh b m t m u sau khi ngâm 25 ngày trong môi trư ng nư c bi n.
25 26 Trên hình 3.13 là hình nh m u sau khi ngâm 25 ngày trong - Kh năng b o v ăn mòn kim lo i c a màng nanocomposite nư c bi n. Quan sát b m t m u có th th y: màng m ng epoxy/clay ñư c c i thi n ñáng k so v i màng epoxy nguyên ch t. nanocomposite epoxy/clay có kh năng làm ch m quá trình ăn mòn trên - Hàm lư ng nanoclay t i ưu c a quá trình nghiên c u là 2% n n thép. tr ng lư ng so v i nh a n n epoxy. Tóm l i, s có m t c a nanoclay trong n n nh a epoxy ñã góp K T LU N VÀ KI N NGH ph n c i thi n ñáng k ñ b n kéo ñ t, ñ dãn dài khi ñ t, tăng kh 1. K T LU N năng ch u môi trư ng và kh năng b o v ăn mòn kim lo i c a v t li u composite. Qua quá trình nghiên c u ñ tài, chúng tôi ñã thu ñư c m t s k t qu sau: 2. KI N NGH Khu y siêu âm là phương pháp hi u qu ñ phá v các k t t Ngày nay, khi mà nhu c u s d ng kim lo i trong công nghi p trong h epoxy/nanoclay. V i th i gian siêu âm thích h p là 1 gi s cũng như trong cu c s ng ngày càng gia tăng thì v n ñ ăn mòn và b o hình thành v t li u nanocomposite epoxy/clay d ng tách l p. v kim lo i càng ñư c chú tr ng, ñ c bi t là nh ng nư c khí h u nhi t ñ i như nư c ta. V t li u nanocomposite nói chung và nanocomposite Khi ti n hành gia cư ng nanoclay vào m u nh a epoxy thì: epoxy/clay nói riêng có kh năng b o v ăn mòn t t hơn so v i v t li u - Nhi t ñ hóa th y tinh (Tg) c a h s gi m. Tăng hàm lư ng composite truy n th ng. Vì v y, vi c nghiên c u ng d ng v t li u này nanoclay thì Tg ti p t c gi m do hi n tư ng gi m m c ñ khâu m ch s d ng trong môi trư ng bi n thư ng xuyên là m t v n ñ có ý nghĩa khi có m t nanoclay. v m t khoa h c k thu t cũng như kinh t . - Đ b n kéo ñ t và ñ dãn dài khi ñ t c a các m u Bên c nh kh năng ch ng ăn mòn, vi c nghiên c u tìm ra lo i nanocomposite epoxy/clay ñư c c i thi n so v i m u epoxy nguyên nh a n n m i cũng như lo i v t li u nano m i nh m c i thi n và nâng ch t. Trong khi ñó, ñ b n u n c a các m u nanocomposite epoxy/clay cao hơn n a ñ b n cơ lý và ñ b n môi trư ng c a v t li u l i gi m xu ng. nanocomposite nh m ph c v trong các lĩnh v c c a ñ i s ng và khoa - S có m t c a nanoclay trong c u trúc ñã góp ph n ñáng k ñ h c cũng ñang ñư c ñ t ra c p thi t. b n môi trư ng c a các m u nanocomposite epoxy/clay so v i m u Hi n nay, bi n tính nanoclay ñ c i thi n tính ch t l p ph h u epoxy nguyên ch t. cơ ñang là hư ng ti p c n m i ñư c nhi u ngư i quan tâm. Đây là cơ s Đ b n môi trư ng c a các m u nanocomposite gi m d n theo ñ hình thành các “l p ph thông minh”. th i gian ngâm và ñ b n trong môi trư ng nư c máy cao hơn trong môi trư ng nư c bi n. S thay ñ i tr ng lư ng trong môi trư ng nư c máy cũng th p hơn trong môi trư ng nư c bi n.