Nghiên cứu chế tạo sơn lót chống ăn mòn chất lượng cao trên cơ sở nhựa epoxy -cacdanol và nanoclay I.30E: Ảnh hưởng của nanoclay đến cấu trúc và tính chất của nhựa epoxy-cacdanol

T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (5A), Tr. 45 - 49, 2007<br /> <br /> <br /> <br /> Nghiªn cøu chÕ t¹o s¬n lãt chèng ¨n mßn<br /> chÊt l îng cao trªn c¬ së nhùa epoxy-cacdanol<br /> vµ nanoclay I.30E<br /> III - ¶nh h ëng cña nanoclay ®Õn tÝnh chÊt ng¨n chÆn cña s¬n lãt<br /> epoxy-cacdanol<br /> <br /> §Õn Tßa so¹n 16-8-2007<br /> B¹ch Träng Phóc, § m M¹nh Tu©n<br /> Trung t©m nghiªn cøu vËt liÖu polyme, Tr0êng §¹i häc B¸ch khoa H5 Néi<br /> <br /> <br /> Summary<br /> One of the most important properties of anti-corrosive paint is barrier ones. The<br /> nanoparticles have excellent barrie properties against oxygen, nitrogen, water, chemical... For<br /> this matter, nanoclay I.30E was used in the paints based on epoxy-cardanol resin. The research<br /> on thermal, solvent and water absorption, chemical resistance... showed that nanoclay I.30E has<br /> a good barrier properties in the paints.<br /> <br /> <br /> I - ®Æt vÊn ®Ò lÖ bét kho¸ng nanoclay I.30E ®Õn c¸c tÝnh chÊt<br /> ng¨n chÆn cña m ng s¬n epoxy-cacdanol.<br /> HiÖn nay, sö dông ph ¬ng ph¸p chèng ¨n<br /> mßn b»ng m ng s¬n rÊt phæ biÕn do kh¶ n¨ng II - Thùc nghiÖm<br /> b¶o vÖ tèt còng nh tÝnh kinh tÕ v dÔ gia c«ng<br /> [1 ÷ 3]. Bªn c¹nh ®ã, nhu cÇu ng y c ng ph¸t 1. Nguyªn liÖu v hãa chÊt<br /> triÓn lo¹i s¬n øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc ®ßi - Nhùa epoxy DER 331, hHng Dow<br /> hái ph¶i c¶i tiÕn nh÷ng tÝnh chÊt kh¸c cña m ng Chemical (Mü), h m l îng nhãm epoxy 22,9%.<br /> s¬n lãt. V× vËy, trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu ®Æc<br /> tÝnh cña c¸c hÖ s¬n, bªn c¹nh viÖc kh¶o s¸t tÝnh - Nanoclay I.30E, hHng Nanocor (Mü), tû<br /> chÊt chèng ¨n mßn th«ng th êng cÇn ph¶i quan träng d = 1,7 g/cm3.<br /> t©m h¬n n÷a ®Õn c¸c tÝnh chÊt kh¸c nh chèng - ChÊt ®ãng r¾n NPV-99, s¶n phÈm xyanetyl<br /> thÈm thÊu, bÒn dung m«i, bÒn hãa chÊt... m cã hãa gi÷a DETA v acrylonitril do Trung t©m<br /> thÓ gäi chung l tÝnh chÊt ng¨n chÆn cña m ng NCVL polyme, Tr êng §¹i häc BKHN chÕ t¹o.<br /> s¬n. §Ó cã thÓ gi¶i quyÕt ® îc vÊn ®Ò ®ã ®H ®Æt - ChÊt ®ãng r¾n Eradur 125, polyamit khèi<br /> ra h íng nghiªn cøu ® a kho¸ng ®Êt sÐt ho¹t l îng ph©n tö thÊp cña hHng Dow Chemical<br /> tÝnh nanoclay I.30E v o nÒn epoxy- cacdanol (Mü).<br /> (lo¹i epoxy ®H ® îc biÕn tÝnh b»ng dÇu vá h¹t<br /> ®iÒu) øng dông l m chÊt t¹o m ng cho s¬n lãt - Bét m u Fe2O3 ®á, bét m u thô ®éng hãa<br /> cromat kÏm ZnCrO4 (Trung Quèc), bét talc m u<br /> chèng ¨n mßn[4 ÷ 9]. HÖ s¬n t¹o ra qua nghiªn<br /> tr¾ng (ViÖt Nam).<br /> cøu b»ng c¸c ph ¬ng ph¸p ®iÖn hãa ®H cho<br /> nh÷ng tÝnh chÊt chèng ¨n mßn tèt. B i b¸o n y - Dung dÞch H2SO4 25%, NaOH 10%,<br /> tr×nh bÇy kÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh h ëng cña tû toluen, n-butanol.<br /> 45<br /> 2. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu - Ph©n t¸n nanoclay v o nhùa EEC ®H chÕ<br /> - §é thÈm thÊu h¬i n íc-khèi l îng h¬i t¹o ® îc b»ng thiÕt bÞ khuÊy ®Æc biÖt. L îng<br /> n íc ®i qua 1 cm2 diÖn tÝch m ng s¬n trong 1 nanoclay trong nhùa l 5, 7, 9 pkl. S¶n phÈm<br /> giê ® îc ®o trªn dông cô chuyªn dông chøa chÊt t¹o ra ® îc kiÓm tra b»ng ph ¬ng ph¸p nhiÔu x¹<br /> hót Èm P2O5. tia X.<br /> - H m l îng phÇn gel ® îc x¸c ®Þnh theo - Dïng chÊt t¹o m ng ®H tång hîp ® îc ë<br /> ph ¬ng ph¸p trÝch ly b»ng axeton trªn dông cô trªn chÕ t¹o c¸c hÖ s¬n lãt trªn c¬ së hÖ bét<br /> Soxhlet trong thêi gian 16 giê. m u- bét ®én. Theo tÝnh to¸n th× l îng nanoclay<br /> ® a v o hÖ s¬n lÇn l ît l 1,04%, 1,43% v<br /> - Ph©n tÝch nhiÖt TGA thùc hiÖn trªn m¸y<br /> 1,81%.<br /> TGA 503- Bahr (§øc), tèc ®é t¨ng nhiÖt<br /> 10oC/phót . - Sö dông 2 lo¹i chÊt ®ãng r¾n trong nghiªn<br /> cøu hÖ s¬n l polyamin NPV-99 v polyamit<br /> - H»ng sè ®iÖn m«i x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn<br /> Eradur 125.<br /> ASTM D50-70 trªn cÇu ®o TR-100 Dielectric<br /> Loss Measuring Set (HHng Ando, NhËt B¶n).<br /> §iÖn trë x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ASTM D250- III - KÕt qu¶ v th¶o luËn<br /> 66 trªn m¸y ®o TR8401 Vibrating Reed<br /> Electrometers (HHng Takeda, NhËt B¶n). §iÖn 1. TÝnh chÊt vËt lý v c¬ lý cña m ng s¬n<br /> ¸p ®¸nh thñng x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ASTM KÕt qu¶ ®o tÝnh chÊt vËt lý cña m ng s¬n<br /> D149-64 trªn m¸y ®o A-70 Test (Nga). chèng ¨n mßn EEC v EEC/nanoclay I.30E sau<br /> 3. ChÕ t¹o s¬n lãt khi ®ãng r¾n ® îc ® a ra trong b¶ng 1 v 2.<br /> <br /> B¶ng 1: TÝnh chÊt vËt lý cña m ng s¬n ®ãng r¾n b»ng NPV-99<br /> TÝnh chÊt<br /> kh« kh« ho n §é thÈm thÊu H m l îng<br /> §é phñ,<br /> Lo¹i s¬n khái bôi, to n, h¬i n íc, phÇn gel,<br /> g/m2<br /> h h .10-3 g/cm2.h %<br /> <br /> 0% nanoclay 57,6 2 24 0,2191 95,1<br /> 1,04% nanoclay 60,2 2 24 0,1965 95,2<br /> 1,43% nanoclay 69,7 2 24 0,1454 95,4<br /> 1,81% nanoclay 91,5 2 24 0,1049 95,8<br /> <br /> B¶ng 2: TÝnh chÊt vËt lý cña m ng s¬n ®ãng r¾n b»ng Eradur 125<br /> TÝnh chÊt kh« kh« ho n §é thÈm thÊu H m l îng<br /> §é phñ,<br /> khái bôi, to n, h¬i n íc, phÇn gel,<br /> g/m2<br /> Lo¹i s¬n h h 10-3 g/cm2.h %<br /> 0% nanoclay 65,7 4 24 0,5632 95,3<br /> 1,04% nanoclay 71,2 4 24 0,1064 94,4<br /> 1,43% nanoclay 77,7 4 24 0,1210 95,8<br /> 1,81% nanoclay 80,4 4 24 0,0807 94,7<br /> <br /> Qua b¶ng 1 v 2, nhËn thÊy thêi gian ®ãng cña NPV-99. TÊt c¶ c¸c m ng s¬n ®Òu cho møc<br /> r¾n cña eradur 125 l©u h¬n thêi gian ®ãng r¾n ®é ®ãng r¾n kh¸ cao (> 94%).<br /> <br /> 46<br />  §Æc biÖt, qua viÖc x¸c ®Þnh ®é thÈm thÊu h¬i nanoclay (víi c¶ hai lo¹i chÊt ®ãng r¾n). VÝ dô<br /> n íc, m ng s¬n EEC cã bæ sung nanoclay (tuy nh cïng ë 500oC mÉu nano 9.1 (mÉu cã 9 PKL<br /> víi mét l îng rÊt nhá) ®H l m t¨ng ®¸ng kÓ kh¶ nanoclay so víi nhùa EEC) cã tæn hao khèi<br /> n¨ng che ch¾n v ng¨n chÆn cña m ng s¬n. Khi l îng l 36% trong khi mÉu EEC.1 (mÉu kh«ng<br /> so s¸nh gi÷a mÉu kh«ng cã nanoclay v mÉu chøa nanoclay) l 51%. §iÒu ®ã ® îc gi¶i thÝch<br /> chøa 1,81% nanoclay th× víi ®ãng r¾n NPV-99 l do khi ph©n t¸n v o s¬n, nanoclay ®H t¹o ra<br /> møc ®é thÈm thÊu h¬i n íc cña m ng s¬n gi¶m mét “bé khung” v« c¬ bÒn nhiÖt che chë cho<br /> ®i h¬n 2 lÇn (0,2191.10-3 g/cm3.h v 0,1099.10-3 polyme kÐm bÒn nhiÖt h¬n. Víi c¸c tû lÖ<br /> g/cm3.h) cßn øng víi ®ãng r¾n Eradur 125 th× nanoclay kh¸c còng nhËn thÊy ®é bÒn nhiÖt cña<br /> gi¶m ®i 7 lÇn (0,5632.10-3 g/cm3.h v 0,0807.10- m ng s¬n khi thªm nanoclay t¨ng m¹nh h¬n so<br /> 3<br /> g/cm3.h). §©y l mét tÝnh chÊt quan träng cña víi chÊt t¹o m ng EEC.<br /> vËt liÖu khi cã phô gia nanoclay.<br /> 3. TÝnh chÊt ®iÖn cña m ng s¬n lãt EEC v<br /> 2. Ph©n tÝch nhiÖt khèi l îng TGA cña m ng EEC/nanoclay I.30E<br /> s¬n [11]<br /> §H tiÕn h nh ®o c¸c tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn cña<br /> KÕt qu¶ ph©n tÝch ®é bÒn nhiÖt cña m ng m ng s¬n chèng ¨n mßn sau khi ®ãng r¾n b»ng<br /> s¬n sau khi ®ãng r¾n b»ng NPV-99 v Eradur NPV-99 v Eradur 125. KÕt qu¶ ® îc tr×nh b y<br /> 125 ® îc tr×nh b y trªn h×nh 1 v 2. trªn b¶ng 3 v 4.<br /> KÕt qu¶ cho thÊy kh¶ n¨ng bÒn nhiÖt cña MÉu I, II, III, IV lÇn l ît øng víi tû lÖ 0,<br /> m ng s¬n ®Òu t¨ng lªn khi thªm l îng nhá 1,04%, 1,43%, 1,81% nanoclay trong l îng s¬n.<br /> <br /> %<br /> 0,0 %<br /> 0,0<br /> 10,0<br /> 3<br /> 20,0 4 20,0<br /> 1: EC 1.1 1: EC 1.2<br /> 30,0 2: Nano 5.1 1 2: Nano 5.2<br /> 3: Nano 7.1 2 40,0 3: Nano 7.2 4<br /> 40,0 4: Nano 9.1 4: Nano 9.2 3<br /> 2<br /> 50,0 60,0 1<br /> <br /> 60,0 80,0<br /> 0 100 200 300 400 500 600 0C 0 100 200 300 400 500 600 0C<br /> <br /> H×nh 1: Gi¶n ®å TGA cña m ng s¬n ®ãng r¾n H×nh 2: Gi¶n ®å TGA cña m ng s¬n ®ãng r¾n<br /> b»ng NPV-99 b»ng Eradur125<br /> <br /> B¶ng 3: TÝnh chÊt ®iÖn cña m ng s¬n ®ãng r¾n b»ng NPV-99<br /> §iÖn ¸p ®¸nh<br /> H»ng sè ®iÖn Tang gãc tæn hao §iÖn trë suÊt §iÖn trë suÊt<br /> thñng E,<br /> Lo¹i s¬n m«i ®iÖn m«i Tg thÓ tÝch, bÒ mÆt, .cm<br /> KV/mm<br /> I1 22,8 3,528 0,154 3,93.1014 5,71.1014<br /> II1 24 2,563 0,063 2,86.1013 6,73.1014<br /> III1 28 2,287 0,036 1,40.1013 5,89.1014<br /> IV1 32 1,990 0,036 1,25.1013 3,43.1014<br /> <br /> 47<br />  B¶ng 4: TÝnh chÊt ®iÖn cña m ng s¬n ®ãng r¾n b»ng Eradur 125<br /> §iÖn ¸p ®¸nh<br /> H»ng sè ®iÖn Tang gãc tæn hao §iÖn trë suÊt §iÖn trë suÊt<br /> Lo¹i s¬n thñng E,<br /> m«i ®iÖn m«i Tg thÓ tÝch, bÒ mÆt, .cm<br /> KV/mm<br /> I2 21 2,217 0,39 8,79.1014 5,0.1011<br /> II2 23,9 1,856 0,36 3,93.1014 4,4.1012<br /> III2 28,1 1,724 0,36 0,94.1014 3,0.1011<br /> IV2 34 1,665 0,35 0,21.1014 3,3.1013<br /> <br /> Tõ kÕt qu¶, dÔ d ng nhËn thÊy khi thªm c¸c §é bÒn m«i tr êng hãa chÊt v dung m«i<br /> tû lÖ rÊt nhá nanoclay v o m ng s¬n (1,04% ÷ cña m ng s¬n EEC v EEC/nanoclay I30-E<br /> 1,81%) ®H l m t¨ng ®¸ng kÓ tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn ®ãng r¾n b»ng NPV-99 v Eradur 125 x¸c ®Þnh<br /> cña m ng s¬n. §iÒu ®ã thÓ hiÖn rÊt râ ë sù t¨ng qua sù thay ®æi khèi l îng mÉu ng©m theo thêi<br /> ®iÖn ¸p ®¸nh thñng (21 ®Õn 32 ÷ 34 KV/mm), gian ® îc tr×nh b y trªn b¶ng 5.<br /> sù gi¶m h»ng sè ®iÖn m«i (~3 ®Õn 1,6) v tang Tõ b¶ng 5 nhËn thÊy ®é bÒn m«i tr êng hãa<br /> gãc tæn hao ®iÖn m«i (0,1 ®Õn 0,036). Tõ sè liÖu chÊt v dung m«i cña m ng s¬n lãt EEC t¨ng<br /> nghiªn cøu n y mét lÇn n÷a chøng tá khi ® a lªn khi ® a phô gia nanoclay I.30E v o s¬n. §Æc<br /> nanoclay v o s¬n ®H l m t¨ng ®Æc tÝnh ng¨n biÖt trong m«i tr êng ¨n mßn m¹nh nh dung<br /> chÆn cña m ng phñ. dÞch axit H2SO4 25% ë nhiÖt ®é cao (50oC) hay<br /> m«i tr êng dung m«i m¹nh nh toluen th× khi<br /> 4. §é bÒn m«i tr êng hãa chÊt v dung m«i ® a nanoclay v o ®H l m t¨ng kh¶ n¨ng ng¨n<br /> cña m ng s¬n chÆn cña m ng s¬n.<br /> <br /> B¶ng 5: Sù thay ®æi khèi l îng cña m ng s¬n sau 21 ng y ng©m trong m«i tr êng hãa chÊt<br /> v dung m«i<br /> H2SO4 25% NaOH 10% Toluen n- Butanol<br /> MÉu o o o o o o o<br /> 25 C 50 C 25 C 50 C 25 C 50 C 25 C 50oC<br /> I1 1,00 -1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00<br /> II1 0,90 - 0,80 0,99 0,90 0,90 0,89 0,95 0,90<br /> III1 0,85 - 0,75 0,95 0,86 0,84 0,67 0,93 0,89<br /> IV1 0,82 - 0,76 0,91 0,85 0,75 0,67 0,80 0,85<br /> I2 1,00 -1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00<br /> II2 0,95 - 0,90 0,89 0,95 0,62 0,96 0,75 0,95<br /> III2 0,93 - 0,85 0,86 0,90 0,75 0,94 0,56 0,93<br /> IV2 0,92 - 0,77 0,87 0,82 0,70 0,93 0,60 0,89<br /> <br /> IV - KÕt luËn s¬n th× tÝnh chÊt cña m ng phñ ® îc c¶i thiÖn<br /> ®¸ng kÓ. §Æc biÖt l ®é thÈm thÊu h¬i n íc qua<br /> 1. LÇn ®Çu tiªn ®H tiÕn h nh nghiªn cøu, chÕ m ng phñ khi cã 1,81% nanoclay ®H gi¶m 2 lÇn<br /> t¹o 4 hÖ s¬n lãt chèng ¨n mßn víi tû lÖ nanoclay so víi m ng phñ ch a cã nanoclay (víi ®ãng r¾n<br /> I.30E trong s¬n l : 0%, 1,04%, 1,43% v 1,81%. NPV-99) v gi¶m 7 lÇn (víi ®ãng r¾n Eradur<br /> 125).<br /> 2. Khi t¨ng dÇn tû lÖ nanoclay I.30E trong<br /> 48<br />  3. §H tiÕn h nh nghiªn cøu tÝnh chÊt ®iÖn v (2001).<br /> kh¶ n¨ng chÞu m«i tr êng hãa chÊt-dung m«i 4. B¹ch Träng Phóc. LuËn ¸n Phã TiÕn sÜ KH-<br /> cña m ng phñ EEC v EEC/nanoclay I.30E. KT, §¹i häc BKHN (1996).<br /> TÝnh c¸ch ®iÖn cña m ng phñ khi cã nanoclay<br /> tèt h¬n nhiÒu so víi m ng phñ kh«ng cã 5. TrÇn VÜnh DiÖu, B¹ch Träng Phóc, H<br /> nanoclay, ®Æc biÖt tèt nhÊt víi m ng phñ cã TuyÕt Nhung. T¹p chÝ Hãa häc, T. 40, No.<br /> h m l îng 1,81% nanoclay I.30E. 3A, Tr. 71 - 76 (2002).<br /> 6. Wang Zhong Lin. Characterisation of<br /> T I liÖu tham kh¶o Nanophase Materials, Weinheim, Wiley-<br /> VCH (2000).<br /> 1. W. M. Morgans. Outlines of Paint 7. Syed Qutubuddin and Xiaoan Fu, Case<br /> Technology, Adward Arnold, London Western Reserve University, Cleveland,<br /> (1990). Ohio, P. 653 - 673 (2000).<br /> 2. K. Barton, Protection against Atmospheric 8. Xavier Kormann. Lulea University of<br /> Corrosion, John Willey and Sons, New York Technology, Sweden, P. 1 - 30 (2000).<br /> (1976). 9. Swavaj Paul. Surface Coatings: Science and<br /> 3. G. Carbajal at al. Anti- Corrosion Methods Technology, John Wiley and Sons, New<br /> and Materials, Vol. 48, No. 4, P. 241 - 244 York (1996).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 49<br />