Nghiên cứu ảnh hưởng của khoáng talc phú thọ đến khả năng bảo vệ lớp phủ hữu cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN THỦY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG TALC PHÚ THỌ ĐẾN KHẢ NĂNG BẢO VỆ CỦA LỚP PHỦ HỮU CƠ Chuyên ngành: Khoa học kỹ thuật Vật liệu phi kim LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGÔ KẾ THẾ PGS.TS PHAN THỊ MINH NGỌC Hà Nội - 2012 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy LỜI CAM ðOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa có cơng bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Văn Thủy Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Ngô Kế Thế PGS.TS Phan Thị Minh Ngọc hướng dẫn tận tình, đưa ý kiến quý báu tạo ñiều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme, Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giảng dạy, cung cấp kiến thức quý báu ñể tơi thực luận văn Xin trân trọng cảm ơn tập thể Phòng nghiên cứu Vật liệu Polyme & Compozit, Viện Khoa học vật liệu – Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận văn Cũng này, xin chân thành cảm ơn Viện ðào tạo Sau ðại học, Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội ñã tạo ñiều kiện thuận lợi cho thực luận văn hồn thành thủ tục hành cần thiết Hà nội, ngày 30 tháng 10 năm 2012 Tác giả Nguyễn Văn Thủy Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Rf Giá trị ñiện trở màng SEM Kính hiển vi ñiện tử quét XRD Nhiễu xạ tia X TGA Phân tích nhiệt trọng lượng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VLSV Vật liệu sơn vécni Z10mHz Modun tổng trở 10 mHz γ-MPTMS γ-metacryloxypropyltrimetoxysilan γ-APTMS γ-aminopropyltrimetoxysilan CPVC Hàm lượng chất màu tới hạn OA ðộ hấp thụ dầu (Oil Absorption) ASTM Tiêu chuẩn ño lường vật liệu Mỹ PP Polypropylen FT-IR Quang phổ hồng ngoại biến ñổi fourier Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội i Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sự phân bố mỏ talc giới Hình 1.2: Cấu trúc khống vật talc Hình 1.3: Ứng dụng talc ngành cơng nghiệp khác Hoa Kỳ năm 2003 Hình 1.4: Talc kính hiển vi điện tử qt .11 Hình 1.5: Quá trình khuyếch tán mơi trường ăn mịn qua lớp sơn bảo vệ có pigment dạng hạt (A) dạng vẩy (B) 11 Hình 1.6: Các giai đoạn xảy q trình biện đổi bề mặt chất ñộn hợp chất silan 16 Hình 1.7: Tốc độ thủy phân ngưng tụ phân tử silan phụ thuộc vào pH dung dịch .17 Hình 1.8: Các hình dạng chủ yếu pigment 20 Hình 1.9: Sự thay ñổi hướng ánh sáng ñi qua màng phủ 23 Hình 1.10: Biểu ñồ hàm lượng chất màu tới hạn 24 Hình 1.11: Tính chất màng phủ ñiểm tới hạn chất màu 24 Hình 1.12: Ảnh SEM mẫu PP chứa talc (a) talc ñược biến ñổi bề mặt (b) 26 Hình 2.1: Phân bố kích thước khống talc 30 Hình 2.2: Thiết bị ño ñộ bền va ñập màng sơn 33 Hình 2.3: Thiết bị đo độ bám dính màng sơn 33 Hình 2.4: Thiết bị đo độ cứng màng sơn 33 Hình 2.5: Sơ ñồ mạch ñiện phổ tổng trở màng sơn ngăn cách hoàn toàn kim loại khỏi dung dịch ñiện ly 37 Hình 2.6: Sơ ñồ mạch ñiện phổ tổng trở dung dịch ñiện li ngấm vào màng sơn chưa tiếp xúc với bề mặt kim loại 37 Hình 2.7: Sơ ñồ mạch ñiện phổ tổng trở dung dịch ñiện li tiếp xúc với bề mặt kim loại 38 Hình 3.1 Phổ FT-IR γ-metacryloxypropyltrimetoxysilan 40 Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội ii Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy Hình 3.2: Phổ FT-IR mẫu bột talc ban ñầu 41 Hình 3.3: Phổ FT-IR mẫu bột talc biến đổi với 1% γ- MPTMS 41 Hình 3.4: Sơ ñồ chế phản ứng biến ñổi bề mặt khống talc 43 Hình 3.5: Phổ FT-IR mẫu bột talc biến ñổi với 2% γ- MPTMS .44 Hình 3.6: Phổ FT-IR mẫu bột talc biến ñổi với 4% γ- MPTMS .45 Hình 3.7: Phổ FT-IR mẫu bột talc biến ñổi với 6% γ- MPTMS .46 Hình 3.8: Giản đồ phân tích nhiệt khống talc 47 Hình 3.9: Giản đồ phân tích nhiệt khống talc biến đổi với 1% silan 48 Hình 3.10: Giản đồ phân tích nhiệt khống talc biến đổi với 2% silan 48 Hình 3.11: Giản đồ phân tích nhiệt khống talc biến đổi với 4% silan 49 Hình 3.12: Giản đồ phân tích nhiệt khống talc biến đổi với 6% silan 49 Hình 3.13: ðộ hấp thụ dầu mẫu bột talc 51 Hình 3.14: Phổ FT-IR mẫu bột talc biến đổi bề mặt rửa giải sau q trình polyme hóa 53 Hình 3.15: Quá trình tạo liên kết bề mặt khống phân tử silan 53 Hình 3.16: Phổ FT-IR mẫu bột talc biến ñổi bề mặt rửa giải trước q trình polyme hóa 54 Hình 3.17: Giản đồ phân tích nhiệt mẫu bột talc rửa giải sau q trình polyme hóa 55 Hình 3.18: Giản đồ phân tích nhiệt mẫu bột talc rửa giải sau q trình polyme hóa 55 Hình 3.19: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với aminoetylaminopropyltrietoxysilantriol 57 Hình 3.20: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với γ-APTMS .58 Hình 3.21: Bề mặt talc ñược biến ñổi với aminsilan 59 Hình 3.22: Phổ FT-IR talc biến ñổi bề mặt với γ-MPTMS 59 Hình 3.23: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với vinyltriethoxysilan 60 Hình 3.24: Phổ FT-IR talc biến ñổi bề mặt với Vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan 61 Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội iii Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy Hình 3.25: ðộ hấp thụ dầu mẫu bột talc 62 Hình 3.26: Phổ Hồng ngoại FT-IR mẫu màng phủ epoxy có hàm lượng chất đóng rắn khác 65 Hình 3.27: ðiện trở màng mẫu sơn epoxy có bột talc biến đổi khơng biến ñổi bề mặt ngâm dung dịch NaCl 3% 67 Hình 3.28: Phổ FT-IR màng phủ epoxy có bột talc biến ñổi hợp chất silan khác .68 Hình 3.29: Phổ tổng trở màng phủ sau ngâm dung dịch NaCl 3% .70 Hình 3.30: Phổ tổng trở màng phủ sau ngày ngâm dung dịch NaCl 3% .71 Hình 3.31: Phổ tổng trở màng phủ sau ngày ngâm dung dịch NaCl 3% .71 Hình 3.32: Sự biến đổi điện trở màng mẫu theo thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% 72 Hình 3.33: Sự biến đổi giá trị Z10mHz mẫu theo thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% .73 Hình 3.34: Ảnh SEM bề mặt gẫy màng phủ M2 74 Hình 3.35: ðộ bám dính màng phủ 75 Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội iv Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tiêu chuẩn chất lượng talc theo ISO 3262 Bảng 1.2: Thống kê sử dụng bột talc số lĩnh vực khác Hoa Kỳ Bảng 1.3: Tính chất nhiệt khống vật/ chất dẻo chứa talc so với số khoáng chất khác Bảng 1.4: ðộ hấp thụ dầu talc cao .12 Bảng 2.1: Tính chất nhựa epoxy YD-011X75 .29 Bảng 2.2: Tính chất chất đóng rắn KINGMIDE 315-L 29 Bảng 2.3: Các loại bột talc biến ñổi bề mặt 30 Bảng 3.1: Lựa chọn nồng độ silan thích hợp cho kích thước hạt khác 39 Bảng 3.2: Hàm lượng silan bề mặt khoáng talc 50 Bảng 3.3: Thành phần mẫu màng phủ epoxy 64 Bảng 3.4: ðộ chuyển hóa nhóm epoxy .66 Bảng 3.5: ðộ chuyển hóa nhóm epoxy .69 Bảng 3.6: Hàm lượng bột talc mẫu lớp phủ 69 Bảng 3.7: Kết ño ñộ bám dính màng phủ 75 Bảng 3.8: Kết ño ñộ bền va ñập màng phủ .76 Bảng 3.9: Kết ño ñộ bền uốn ñộ cứng màng phủ 76 Bảng 3.10: Quan sát bề mặt màng phủ epoxy sau 48 thử nghiệm .77 Bảng 3.11: ðánh giá bề mặt màng phủ ankyt sơn sau 48 thử nghiệm .77 Bảng 3.12: Thành phần loại sơn lót có chứa bột talc .79 Bảng 3.13: ðộ mịn mẫu sơn theo thời gian nghiền .80 Bảng 3.14: Tính chất dung dịch sơn lót epoxy 80 Bảng 3.15: Thời gian khô màng sơn lót epoxy 81 Bảng 3.16: Tính chất màng sơn epoxy .82 Bảng 3.17: Thành phần sơn màng sơn lót epoxy 82 Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội v Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy MỞ ðẦU Bột talc loại khống chất có sẵn tự nhiên có tên gọi hóa học hydrous magnesium silicate có cơng thức hóa học Mg3Si4O16(OH)2 với tỷ lệ MgO: 31,9% , SiO2: 63,4% H2O: 4,7% Trong tự nhiên quặng talc thường chứa tạp chất FeO, Al2O3, Na2O, K2O, CaO hàm lượng tạp chất thường chứa vài phần trăm Khống chất talc có cấu trúc tinh thể có cấu trúc lớp Cấu trúc lớp talc ñược tạo thành từ lớp bát diện Mg-O2/hyñroxyl nằm kẹp lớp tứ diện SiO2 Hình thái dẹt độc đáo có nhiều lợi ñược sử dụng làm chất ñột cho vật liệu polyme Talc tăng cường ñộ bền uốn vật liệu sở polypropylen, tăng khả chống xâm thực loại sơn bảo vệ Talc góp phần làm ổn định huyền phù, kiểm sốt ñộ phẳng, tăng ñộ bền hóa học, phủ lấp ñể tạo mặt phẳng, hoàn thiện màng phim gia tăng khả chịu tác ñộng thời tiết màng phủ Talc thường tự lơ lửng sơn hỗ trợ chất tạo màu khác lơ lửng, lắng xảy thường tự động trở lại trạng thái lơ lửng nhẹ Mặc dù talc chất kị nước lại phân tán dễ dàng hầu hết loại sơn, bao gồm môi trường dung dịch nước Hiện nghiên cứu ứng dụng bột talc lĩnh vực khác nước ta hạn chế, phần cơng tác nghiên cứu chế biến khống chất talc nước cịn tình trạng lạc hậu Trên sở tài nguyên nước, Bộ Công thương ñã tiến hành lập quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến sử dụng nhóm khống chất cơng nghiệp talc đến năm 2015, định hướng đến năm 2025 Bột talc sử dụng ñề tài sản phẩm nghiên cứu tuyển tách ñề tài nghiên cứu trọng điểm cấp Bộ Cơng Thương Viện Khoa học Vật liệu chủ trì giai đoạn 2010 - 2011 Việc nghiên cứu ứng dụng bột khoáng Talc ngành cơng nghiệp nói chung lĩnh vực sơn nói riêng mục tiêu quan trọng cần hướng ñến ñể nâng cao chất lượng sản phẩm khoáng Talc Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội vi Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy ðể giải vấn ñề này, luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng khoáng talc Phú Thọ ñến khả bảo vệ lớp phủ hữu cơ” nghiên cứu vật liệu màng phủ epoxy có chứa bột talc với nội dung sau - Nghiên cứu biến ñổi bề mặt bột talc hợp chất silan - Nghiên cứu ñộ thấm dầu bột talc hợp chất silan khác - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ khống tan đến tính chất lớp phủ Các nghiên cứu ñề tài nhằm mục đích tìm nồng độ hợp chất silan thích hợp ñể biến ñổi bề mặt bột talc, loại silan thích hợp ñể biến ñổi bề mặt bột talc, hàm lượng bột talc tối ưu màng phủ epoxy ñể ñạt ñược tính chất tốt Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội vii Nguyễn Văn Thủy Phần ảo (Ω.cm2) Luận văn thạc sĩ Phần thực (Ω.cm2) Phần ảo (Ω.cm2) Hình 3.30: Phổ tổng trở màng phủ sau ngày ngâm dung dịch NaCl 3% Phần thực (Ω.cm2) Hình 3.31: Phổ tổng trở màng phủ sau ngày ngâm dung dịch NaCl 3% Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 72 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy Khi thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% tăng lên ngày giá trị tổng trở mẫu ñều giảm Giá trị tổng trở mẫu M2 cao mẫu lại Sau ngày ngâm dung dịch NaCl %, dạng phổ tổng trở mẫu M0, M1 M3 giống có cung Phổ tổng trở mẫu M2 có cung tần số cao Như thấy mẫu M2 có khả che chắn bảo vệ cao mẫu lại Từ phổ tổng trở, giá trị ñiện trở màng Rf modun tổng trở 10 mHz, Z10mHz ñược xác ñịnh theo dõi theo thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% Hình 3.32 hình 3.33 trình bày thay ñổi giá trị Rf Z10mHz theo thời gian Rf (Ω.cm2) ngâm dung dịch NaCl 3% Thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% (ngày) Hình 3.32: Sự biến ñổi ñiện trở màng mẫu theo thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 73 Nguyễn Văn Thủy Z10mHz (Ω.cm2) Luận văn thạc sĩ Thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% (ngày) Hình 3.33: Sự biến đổi giá trị Z10mHz mẫu theo thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% Quan sát hình 3.32 ta thấy, giá trị ñiện trở màng ban ñầu mẫu khác So với mẫu M0, epoxy trắng không chứa bột talc, giá trị ñiện trở màng mẫu M1 chứa 10 % bột talc mẫu M2 chứa 20 % bột cao hơn, mẫu M3 chứa 30 % bột talc có điện trở màng thấp mẫu trắng Khi thời gian ngâm dung dịch NaCl % tăng lên ngày, giá trị ñiện trở màng Rf giảm, sau giá trị điện trở màng thay đổi không nhiều Sau 14 ngày ngâm dung dịch NaCl % giá trị ñiện trở mang mẫu M2 cao hẳn mẫu lại So với mẫu trắng M0, M1 có Rf cao M0 M3 có Rf thấp M0 khơng nhiều Kết cho thấy hàm lượng bột talc ảnh hưởng ñến khả che chắn màng phủ Khi bột talc với nồng độ thấp 10 % có tác dụng tăng nhẹ khả che chắn màng phủ, nồng ñộ bột talc tăng lên 20 % khả che chắn màng phủ tăng ñáng kế, tiếp tục tăng nồng độ bột talc lên 30 % khả che chắn màng phủ lại giảm Nồng ñộ 20 % bột talc cho màng phủ có khả che chắn cao ðiều giải thích nồng độ bột talc ảnh hưởng đến ñộ ñặc sít màng phủ Khi nồng ñộ bột talc thấp, bột talc phân tán epoxy, Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 74 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy ngăn cản thấm dung dịch ñiện li, nồng ñộ bột talc cao, ảnh hưởng ñến liên kết màng epoxy, giảm khả che chắn màng phủ Sự thay ñổi giá trị Z10mHz tương tự giá trị Rf, mẫu M2 có giá trị điện trở màng cao nhất, cao hẳn mẫu trắng M0 mẫu M1 chứa 10 % bột talc mẫu M3 chứa 30 % bột talc Các kết cho thấy tác dụng bột talc phụ thuộc vào nồng ñộ bột talc, khoảng nồng ñộ bột talc khảo sát, nồng ñộ 20% cho tác dụng tăng khả bảo vệ cao Cấu trúc hình thái màng phủ phân tích kính hiển vi điện tử qt Ảnh SEM màng epoxy chứa bột talc trình bày hình 3.34 Hình 3.34-a cho thấy bột talc phân tán ñều màng epoxy Tương tác pha bột talc nhựa tốt (hình 3.34-b) Chính mà bột talc ñã tăng khả che chắn bảo vệ chống ăn mòn màng epoxy a b Hình 3.34: Ảnh SEM bề mặt gẫy màng phủ M2 3.2.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng bột talc đến tính chất lý màng phủ epoxy + ðộ bám dính màng phủ epoxy chứa bột talc ðộ bám dính màng phủ xác định trình bày bảng 3.7 hình 3.35 Kết đo bám dính cho thấy độ bám dính màng phủ epoxy tăng nhẹ có mặt 10 % ðộ bám dính tăng từ 2,7 lên 3,2 N/mm2 nồng ñộ bột talc tăng Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 75 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy 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 3.7: Kết đo độ bám dính màng phủ Mẫu ðộ bám dính dính (N/mm2) M0 2,6 M1 2,7 M2 3,0 M3 3,2 ðộ bám dính màng sơn (N/mm2) 3.5 2.5 1.5 0.5 M0 M1 M2 M3 Hình 3.35: ðộ bám dính màng phủ + ðộ bền va ñập màng phủ epoxy chứa bột talc ðộ bền va ñập mẫu phủ ñược xác ñịnh trình bày bảng 3.8 Mẫu phủ chứa 10 % bột talc có độ bền va đập tương ñương mẫu epoxy trắng 200 kg.cm, tăng nồng ñộ bột talc lên 20 %, ñộ bền va ñập mẫu phủ tăng ñạt 200 kg.cm, nồng ñộ bột talc tăng lên 30% bột talc, ñộ bền va ñập màng phủ giảm, thấp ñộ bền va ñập mẫu trắng Như bột talc ảnh Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 76 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy hưởng ñến ñộ bền va ñập màng phủ, nồng ñộ bột talc 20 % có tác dụng tăng độ bền va đập màng epoxy Bảng 3.8: Kết ño ñộ bền va ñập màng phủ Mẫu ðộ bền va ñập (kg.cm) M0 200 M1 200 M2 >200 M3 190 + ðộ cứng ñộ bền uốn màng phủ epoxy chứa bột talc ðộ cứng ñộ bền uốn màng phủ lót epoxy chứa bột talc xác ñịnh trình bày bảng 3.9 Ta thấy màng epoxy chứa hay khơng chứa bột talc có bền uốn cao đạt mm Màng epoxy trắng khơng 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, ñộ cứng màng phủ tăng Với nồng ñộ bột talc 30 %, ñộ cứng tăng 20 % Như có mặt bột talc làm tăng ñộ cứng màng phủ epoxy Bảng 3.9: Kết ño ñộ bền uốn ñộ cứng màng phủ Mẫu ðộ bền uốn (mm) ðộ cứng tương ñối M0 0,26 M1 0,27 M2 0,29 M3 0,32 3.2.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng bột talc đến độ bền hóa chất màng phủ epoxy ðộ bền hóa chất màng phủ xác định mơi trường dung dịch NaOH % H2SO4 % Bề mặt mẫu phủ ñược ngâm dung dịch hóa chất 48 quan sát bề mặt Kết thử nghiệm ñộ bền hóa chất Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 77 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy màng phủ trình bày bảng 3.10 Các mẫu phủ bền mơi trường NaOH %, cao Trong mơi trường H2SO4 5%, độ bền mẫu có khác Kết ñánh giá bảng 3.10 cho thấy, tất mẫu bền mơi trương hóa chất nghiên cứu Sự có mặt bột talc chưa thể mức độ ảnh hưởng đến độ bền hóa chất màng phủ epoxy Như bột talc sử dụng làm bột ñộn ñể chế tạo màng phủ epoxy bảo vệ chống ăn mịn, bền hóa chất Bảng 3.10: Quan sát bề mặt màng phủ epoxy sau 48 thử nghiệm Môi trường M0 M1 M2 M3 NaOH % Không rộp Không rộp Không rộp Không rộp H2SO4 5% Không rộp Không rộp Không rộp Không rộp Bản chất nhựa epoxy có độ bền kiềm axit cao, thời gian ngâm mẫu 48 theo tiêu chuẩn khẳng định mức độ bền hóa chất khoáng talc Một nghiên cứu khác với nhựa ankyt (một loại nhựa bền hóa chất) thể rõ ràng khả gia tăng độ bền hóa chất cho màng phủ khoáng talc Bảng 3.11: ðánh giá bề mặt màng phủ ankyt sau 48 thử nghiệm Môi trường NaOH 5% H2SO4 5% AK0 AK1 AK2 Bị rộp sau Bị rộp sau Bị rộp sau 24 24 48 Không rộp Không rộp Không rộp AK3 Không rộp Không rộp Các màng phủ có 10, 20, 30% bột talc (các mẫu AK1, AK2, AK3) bền mơi trường H2SO4 5%, cao Trong mơi trường NaOH %, độ bền mẫu có khác nhau, mẫu AK3 có ñộ bền cao nhất, sau ñó ñến mẫu AK2, mẫu AK1 AK0 không bền môi trường NaOH % Sự có mặt bột talc ảnh hưởng đến ñộ bền môi trường NaOH % màng sơn Bột talc nồng độ 30 % có tác dụng tăng độ bền hóa chất màng sơn ankyt lên cao Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 78 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy Nhận xét + ðã nghiên cứu chế tạo ñánh giá khả bảo vệ chống ăn mịn, đánh giá tính chất lý độ bền hóa chất màng phủ epoxy chứa bột talc nồng ñộ khác Kết thu ñược cho thấy nồng ñộ bột talc khoảng 10-20% có tác dụng tăng khả che chắn bảo vệ chống ăn mòn màng epoxy Nồng độ bột talc 20 % cho màng phủ có khả bảo vệ chống ăn mòn cao + Sự có mặt bột talc khơng ảnh hưởng đến q trình đóng rắn màng epoxy + Bột talc có tác dụng tăng độ bám dính màng epoxy Bột talc ảnh hưởng đến độ bền va đập màng phủ + Các màng phủ epoxy chứa bột talc ñều bền môi trường NaOH % H2SO4 % + Phân tích cấu trúc hình thái cho thấy bột talc có cấu trúc dạng tấm, phân tán ñều màng epoxy + Các kết nghiên cứu mở triển vọng ứng dụng bột talc lớp phủ bảo vệ chống ăn mịn kim loại, bền hóa chất 3.3 Nghiên cứu thành phần công nghệ chế tạo lớp phủ bảo vệ 3.3.1 Nghiên cứu thành phần sơn Thành phần hệ sơn có chứa bột talc nghiên cứu chế tạo dựa công thức loại sơn epoxy màu ghi Cơng ty CP sơn tổng hợp sản xuất Ngoài chất tạo màng nhựa epoxy, thành phần sơn cịn có chất dàn ñều, chất chống lắng pigment Oxit titan vừa pigment màu trắng vừa đóng vai trị làm tăng độ phủ, BaSO4 có tác dụng ức chế q trình ăn mịn ðề tài thay dần loại pigment bột talc T2A khảo sát tính chất màng sơn Thành phần loại sơn EPT-1 ñến EPT-4 ñược trình bày bảng 3.12 Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 79 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy Bảng 3.12: Thành phần loại sơn epoxy có chứa bột talc TT EPT-1 EPT-2 EPT-3 EPT-4 (g) (g) (g) (g) Hóa chất Epoxy YD011x75 210,0 210,0 210,0 210,0 Pigment màu trắng TiO2 87,5 62,5 87,5 Pigment màu ñen muội than 0,6 0,6 0,6 0,6 BaSO4 50,0 25,0 50,0 Talc 50,0 87,5 50,0 Chất dàn ñều 1,0 1,0 1,0 1,0 Dung dịch Chống lắng 10% 10,0 10,0 10,0 10,0 Dung môi T3EP 45,0 45,0 45,0 45,0 404,1 404,1 404,1 404,1 Tổng 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian nghiền ñến ñộ mịn sơn Nghiền sơn q trình phân tán thành phần sơn dung mơi Mặt khác, q trình nghiền tập hợp hạt pigment chất ñộn bột talc bị phá vỡ, làm tăng ñộ mịn sơn Kết kiểm tra ñộ mịn mẫu sơn ñược thể bảng 3.13 Trong loại sơn, EPT-3 có độ mịn thô Ở tất thời gian nghiền, độ mịn EPT-3 ln ln có giá trị cao Talc loại khống có độ cứng thấp nhất, có cấu trúc hình vẩy mềm Tính chất làm cho talc khó nghiền mịn, phân bố kích thước hạt talc thường rộng Sơn EPT-3 có hàm lượng talc nhiều nên ñã ảnh hưởng tới ñộ mịn sơn, sau thời gian nghiền EPT-3 có độ mịn lớn mẫu sơn khác Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 80 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy Bảng 3.13: ðộ mịn mẫu sơn theo thời gian nghiền ðộ mịn (µm) Thời gian nghiền (giờ) EPT-1 EPT-2 EPT-3 EPT-4 > 50 > 50 > 50 > 50 > 50 > 50 > 50 > 50 45 45 50 45 10 25 30 35 30 18 20 25 30 25 24 20 25 30 25 Mẫu sơn EPT-1 có độ mịn thấp nhất, mẫu sơn khơng có bột talc ðộ mịn sơn giảm dần theo thời gian nghiền Sau nghiền tất mẫu sơn có độ mịn < 50 µm Với sơn lót, độ mịn 50 µm đạt u cầu ðộ mịn tiếp tục giảm xuống 25 đến 35 µm, đạt u cầu sơn phủ Khi tiếp tục tăng thời gian nghiền ñến 24 giờ, ñộ mịn sơn có giảm song khơng nhiều Như kết luận thời gian nghiền sơn lót epoxy sử dụng làm sơn phủ thời gian nghiền cần 10 3.3.3 Tính chất màng sơn phủ epoxy a) Tính chất dung dịch sơn Bảng 3.14: Tính chất dung dịch sơn epoxy Mẫu sơn ðộ nhớt (giây) Tỷ trọng (kg/l) EPT-1 60 1,20 EPT-2 62 1,22 EPT-3 60 1,21 EPT-4 58 1,19 Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 81 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy Tính chất dung dịch sơn ñược thể bảng 3.14 Sơn có độ nhớt khoảng 60 giây tỷ trọng giá trị 1,2 kg/l Ở ñây thấy bột talc khơng làm thay đổi nhiều tính chất dung dịch sơn Thời gian khô máng sơn ñược xác ñịnh theo TCVN 2096 – 1993 Trên bảng 3.15 thấy màng sơn EPT-3 có thời gian khơ hồn tồn thấp (15 giờ) mẫu EPT-1 có thời gian khô lớn (24 giờ) ðộ ngấm dầu talc ảnh hưởng nhiều đến thời gian khơ màng sơn Mẫu EPT-3 có hàm lượng bột talc nhiều nhất, mẫu EPT-1 khơng có chứa bột talc Thời gian khô hai mẫu EPT-2 EPT-4 có thời gian khơ trung bình 20 giờ, phù hợp với điều kiện thi cơng Bảng 3.15: Thời gian khô màng sơn epoxy Thời gian khô Mẫu sơn Khơng bắt bụi (giờ) Khơ hồn tồn (giờ) EPT-1 24 EPT-2 20 EPT-3 15 EPT-4 20 b) Tính chất màng sơn Màng sơn gia cơng mẫu chuẩn đánh giá tính chất lý sau khơ hồn tồn Màng sơn đánh giá sau khơ hồn tồn ngày Tính chất lý màng sơn thể bảng 3.16 Trước hết thấy màng sơn EPT-3 có độ phủ kém, khơng đạt u cầu Màng sơn EPT-3 có hàm lượng bột talc lớn nhất, thay hoàn toàn oxit titan Chúng ta biết oxit titan loại pigment màu trắng có ñộ phủ cao, ñược dùng tất loại sơn với hàm lượng ñịnh thay loại sơn có màu trắng Với mục đích kinh tế, chúng tơi thay tồn hàm lượng oxit titan bột talc mẫu sơn EPT-3 Tuy nhiên Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 82 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy độ phủ mẫu sơn khơng ñạt yêu cầu Mẫu sơn EPT-4 có bột talc thay tồn hàm lượng BaSO4 Tính chất mẫu sơn EPT-4 khơng khác tính chất mẫu EPT-1 khơng có bột talc Nhận định với mẫu sơn EPT-2, có bột talc thay phần BaSO4 oxit titan Như khống talc thay phần oxit titan mà tính chất màng sơn khơng thay đổi Bảng 3.16: Tính chất màng sơn epoxy Mẫu sơn ðộ bền va ñập (kg.cm) ðộ bám dính (điểm) ðộ bền uốn (mm) ðộ bóng (%) ðộ mịn (µm) EPT-1 50 1 86 ≤ 40 EPT-2 50 1 88 ≤ 50 ðộ phủ EPT-3 EPT-4 Ghi 50 1 86 ≤ 50 Qua nghiên cứu tính chất sơn lót sở chất tạo màng nhựa epoxy có chứa bột talc hàm lượng khác nhau, ñề tài ñã xác ñịnh loại sơn ñạt tiêu chuẩn ký hiệu EPT-2 EPT-4 Thành phần tính chất sản phẩm ñược thể ñây (bảng 3.17): Bảng 3.17: Thành phần màng sơn epoxy TT Nguyên liệu EPT-2 (g) EPT-4 (g) Epoxy YD011x75 210,0 210,0 Pigment màu trắng TiO2 62,5 87,5 Pigment màu ñen muội than 0,6 0,6 BaSO4 25,0 Talc 50,0 50,0 Chất dàn ñều 1,0 1,0 Dung dịch Chống lắng 10% 10,0 10,0 Dung môi T3EP 45,0 45,0 404,1 404,1 Tổng Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 83 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy KẾT LUẬN Khảo sát q trình biến đổi bề mặt talc γ-MPTMS thấy rằng, ñiều kiện phản ứng tối ưu xảy dung dịch 2% γ-MPTMS/cồn nước ñược ñiều chỉnh pH=5, nhiệt ñộ 40°C, thời gian kéo dài Polyme hóa để có lớp phủ silan bền vững hiệt độ phịng 12 giờ, sau sấy nhiệt ñộ 50-60°C 12 Hàm lượng γ-MPTMS ñược hấp phụ bề mặt talc ñạt giá trị 1,132 % Vinylbenzylaminsilan giúp cho khống talc biến đổi bề mặt có độ thấm dầu cao với 70ml/100g Các loại talc biến tính ứng dụng mục đích khác với khả tương tác pha cao hơn, gia tăng số tính chất vật liệu Hàm lượng bột talc 20 % cho màng phủ epoxy có khả bảo vệ chống ăn mịn cao Sự có mặt bột talc khơng ảnh hưởng đến q trình đóng rắn màng epoxy Bột talc biến ñổi bề mặt γ-APTMS tham gia phản ứng với epoxy, gia tăng tính chất lớp phủ, ñặc biệt khả bảo vệ thơng qua giá trị điện trở màng Bột talc có tác dụng tăng độ bám dính màng epoxy, ảnh hưởng ñến ñộ bền va ñập màng phủ Các màng phủ epoxy chứa bột talc ñều bền môi trường NaOH % H2SO4 % Bột talc biến ñổi tác nhân ghép nối silan có khả ứng dụng tốt để chế tạo sơn phủ có khả bảo vệ, bền học bền môi trường Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 84 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Ngơ Duy Cường (1995), Hố học phương pháp chế tạo sơn, NXB ðại học Tổng Hợp Hà Nội ðỗ Quang Minh (2006), Kỹ thuật xản suất vật liệu gốm, NXB ðHQG TPHCM, 255-256 Bùi Hữu Lạc, Nguyễn Văn Thắng, Hoàng Nga ðính (1989), Tìm kiếm Talc 1:50.000 vùng Ngọc Lập - Tà Phù, Thanh Sơn, Phú Thọ, Báo cáo St.9, Cục ðịa chất Khoáng sản Việt Nam Nguyễn Văn Tuế (1993), Giáo trình ăn mịn kim loại, NXB ðại học Tổng hợp Hà Nội Phan Văn Tường(2007), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB ðHQGHN Trần Văn Trị (chủ biên) (2000), Tài nguyên khoáng sản Việt Nam, Cục ðịa chất Khoáng sản Việt Nam 214p Tiếng nước Agnello V.N (2005), Bentonite, pyrophyllite and tan in the Republic of South Africa 2004 Report R46 / 2005 http://www.dme.gov.za/publications Agnello V.N (2005) Bentonite, pyrophyllite and talc in the Republic of South Africa 2004, Report R46 / 2005 http://www.dme.gov.za/publications Bandford A W., Aktas Z., and Woodburn E T (1998), Powder Technology, vol 98, pp 61-73 10 Ciullo P.A (ed.) (1996) Industrial minerals and their uses: a handbook and formulary, Noyes Publications, New Jersey 640p 11 Diez-Gutierrez S., Rodriguez-Perez M.A., De Saja J.A., Velasco J.I., (1999a), Dynamic mechanical analysis of injection-moulded discs of Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 85 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy polypropylene and untreated and silanetreated talc-filled polypropylene composites Polymer 40, 5345-5353 12 Diez-Gutierrez, S., Rodriguez-Perez, M.A., De Saja, J.A., Velasco, J.I., (1999b), Heterogeneity and anisotropy of injection-molded discs of polypropylene and polypropylene composites J Appl Pol Sci 77, 12751283 13 Krysztafkiewicz L.D and Wieczorek W (1985), Colloid and Polymer Science, Vol 263, No 10, 804-811 14 McCarthy E.F (2000), Talc, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 15 Mindat.org (1993-2009) Talc In: Mindat.org - the mineral and locality database URL: http://www.mindat.org/min-3875.html 16 Mineral Data Publishing (2001), Talc - Mineral Data Publishing, version 1.2 17 Mineral Data Publishing (2001), Tan – Mineral Data Publishing, version 1.2 18 Tomaino G.P (2005), Tan and Pyrophyllite Mining Enginerring, 57(6),57 19 Wikipedia (2010), The Free Encyclopedia, URL: http://en.wikipedia.org/ 20 Xigorin V.G., Lakokrasochnie materialy (1971) No 1, 45-46 Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội 86 ... luận văn ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng khống talc Phú Thọ đến khả bảo vệ lớp phủ hữu cơ? ?? nghiên cứu vật liệu màng phủ epoxy có chứa bột talc với nội dung sau - Nghiên cứu biến ñổi bề mặt bột talc hợp... bề mặt bột talc hợp chất silan - Nghiên cứu ñộ thấm dầu bột talc hợp chất silan khác - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ khống tan đến tính chất lớp phủ Các nghiên cứu đề tài nhằm mục đích tìm nồng... 25 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Thủy màng phủ 1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng khoáng talc chế tạo lớp phủ bảo vệ 1.4.1 Nghiên cứu biến đổi bề mặt khống talc Q trình biến đổi bề mặt thực theo nhiều