Ảnh hưởng của một số phụ gia đến tính chất của sơn từ dung dịch Aluminum Phosphate

TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 17, SỐ M1 - 2014 Ảnh hưởng số phụ gia đến tính chất sơn từ dung dịch Aluminum Phosphate • La Thị Thái Hà • Phan Quốc Phú Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày 11 tháng 08 năm 2014, nhận đăng ngày 03 tháng 09 năm 2014) TÓM TẮT Bài báo đề cập đến việc khảo sát ảnh hưởng Fe2O3, ZnO TiO2 công thức sơn với thành phần chất kết dính dung dịch aluminum phosphate Khả chống rỉ hệ sơn đánh giá qua việc đánh giá tính chất lý đồng thời khảo sát khả chịu ăn mịn điện hóa màng sơn Kết cho thấy, tính chất lý màng sơn tốt có tham gia Ti2O, hiệu chống ăn mịn vai trị ZnO quan trọng Do để có cơng thức sơn chống rỉ thỏa mãn yêu cầu đặt ta phải kết hợp đồng thời hai thành phần đơn pha chế Từ khóa: sơn chống rỉ, sunphat nhơm, ăn mịn điện hóa, phụ gia MỞ ĐẦU Việc nghiên cứu sử dụng loại sơn thân thiện môi trường (hệ nước) sở polymer hữu như: hệ acrylic, copolymer acrylic-styrene…cũng có bước phát triển mạnh lĩnh vực xây dựng Tuy nhiên, việc nghiên cứu sử dụng hệ polymer vô để làm sơn nước chưa có nhiều sản phẩm thị trường, sơn bảo vệ kim loại Lớp phủ phosphate lớp lót chủ yếu cho lớp sơn bảo vệ công nghệ chế tạo sản phẩm thép như: ô tô, xe máy, xe đạp Lớp phosphate tạo liên kết hóa học với kim loại chất vật lý tạo sở cho lớp sơn bền, Dung dịch phosphate hóa sử dụng công nghiệp thường dung dịch loãng kẽm phosphate, mangan phosphate, kẽm - sắt phosphate, kẽm - mangan phosphate, mangan sắt phosphate, kẽm - canxi phosphate Việc nghiên cứu sử dụng aluminum phosphat làm chất kết dính cho vật liệu hạt hay sợi màng phủ bảo vệ kim loại với tham gia silica [1] có kết định Bên cạnh aluminum phosphat [2] dùng làm gạch chịu lửa, gốm sứ chịu nhiệt hay số ứng dụng kỹ thuật khác công ty Cfb.Bundenheim nghiên cứu Những tổ hợp hay chất tạo màng từ aluminum phosphate với thành phần khác nghiên cứu số kim loại thông qua việc đánh giá tính chất lý, điện hóa [3] Một số nghiên cứu aluminum phosphate dùng làm sơn chịu nhiệt, chống cháy [4] công bố Tuy nhiên, việc sử dụng aluminum phosphate làm sơn chống rỉ với giá thành rẻ thân thiện Trang 33 Science & Technology Development, Vol 17, No.M1- 2014 môi trường chưa thấy đề cập Do đó, báo chúng tơi bước đầu khảo sát xây THỰC NGHIỆM Nguyên liệu Aluminum dihydrophosphate: hàm lượng chất không bay hơi: 52,7%; Độ nhớt: 50 Cp (ở 25oC), tỉ trọng: 1,488 [5] Fe2O3: 69,8÷70,1%; Xinglong Titan dioxide (TiO2): Hàm lượng: 99,0%; Xinglong (Trung Quốc) ZnO: Khối lượng riêng: 5,61 g/cm3; Xinglong (Trung Quốc) Cao lanh: Bình Thuận Bentonic: Bình Thuận Qui trình tạo mẫu sơn - Sau cho tất chất vào, khuấy ổn định 1000 vòng/phút vòng với cánh khuấy đĩa nghiền - Ủ điều kiện bình thường vòng 24 - 48 - Chuyển qua giai đoạn nghiền với mục đích tạo cho sơn có độ mịn định - Đánh giá độ mịn độ nhớt sản phẩm sau nghiền - Xử lý bề mặt mẫu thép theo tiêu chuẩn - Dùng chổi sơn lên bề mặt kim loại Các phương pháp đánh giá - Đo bề dày màng: Máy đo PCE.CT 28 Độ bền va đập: theo tiêu chuẩn TCVN 2100-1: 2007 dựng công thức sơn sở dung dịch aluminum phosphate - Độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM 1737 Thời gian khô bề mặt màng sơn: Theo tiêu chuẩn TCVN 2096 - 1993 Độ cứng màng sơn theo tiêu chuẩn ASTM D 3363 - 29 - Khả chống ăn mòn màng sơn theo lý thuyết ngoại suy Tafel: Máy đo Solartron phòng thí nghiệm ăn mòn xử lý bề mặt Sử dụng phần mềm Cview để đọc xử lý số liệu Nội dung nghiên cứu Đánh giá tính chất lý màng sơn theo đơn khác Các mẫu khảo sát hình thành theo đơn bảng bảng theo ký hiệu mẫu sau: Fe.x-Zn.y-Ti.z: với x, y, z tỷ lệ phần trăm Fe, Zn, Ti tính theo khối lượng nhựa sử dụng Đánh giá khả chống ăn mịn điện hóa Điện cực mẫu khảo sát làm thép cacbon, sn ph kớn v t c b dy 50ữ60 àm khơ hồn tồn vòng ngày trước đo Điện cực giữ cố định epoxy ống nhựa PVC, diện tích tiếp xúc thép với dung dịch NaCl (3%) đo 1cm2 Điện cực đối phải rửa nhiều lần nước thường nước cất Bảng Khảo sát tỉ lệ Fe2O3 ZnO đến tính chất lý màng sơn Ký hiệu Mẫu Nhựa Fe2O3 ZnO Bentonic Cao lanh NaNO2 Trang 34 Fe.27-Zn.3 100 27 7,5 7,5 Fe.25-Zn.5 100 25 7,5 7,5 Fe.23- Zn.7 100 23 7,5 7,5 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 17, SỐ M1 - 2014 Bảng Khảo sát tỉ lệ Fe2O3, ZnO TiO2 đến tính chất lý màng sơn Ký hiệu Mẫu Nhựa Fe2O3 TiO2 ZnO Bentonic Cao lanh NaNO2 Fe.20-Ti.10 100 20 10 7,5 7,5 Fe.20-Zn.3-Ti.7 100 20 7,5 7,5 Fe.20-Zn.5-Ti.5 100 20 5 7,5 7,5 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Đánh giá tính chất lý màng sơn Theo tỉ lệ Fe2O3 ZnO Khi hàm lượng Fe2O3 giảm, hàm lượng ZnO tăng độ bền va đập màng sơn tăng lên, độ bền uốn, độ bám dính tăng lên lớp sơn Kết cho thấy, tính chất bền va đập bị giảm tăng hàm lượng oxit sắt Trong đó, ZnO tạo số pha: hopeite Zn3(PO4)2.4H2O, phosphophyllite FeZn2(PO4)2.4H2O Hai pha giúp cho màng sơn bám dính bề mặt kim loại tốt Khi hàm lượng Fe2+ dung dịch phosphate cao, lớp phủ xuất pha tinh thể Fe3H2(PO4)4 (Fe-hureaulite) có cấu trúc thơ xốp có độ bền làm giảm khả bảo vệ Bảng 3: Kết tính chất lý màng sơn theo thành phần Fe ZnO Ký hiệu Mẫu Fe.25-Zn.5 Fe.23-Zn.7 Fe.27-Zn.3 Độ nhớt (cp) 1050 1240 860 Bề dày trung bình(  m ) 59,85 61,94 59,37 Va đập (kg.cm) 10 15 Bền uốn (mm) 2 Bám dính (%) 100 100 98 Độ cứng bút chì 6H 6H 6H Thời gian khô bề mặt(phút) 10 10 13 Trang 35 Science & Technology Development, Vol 17, No.M1- 2014 Theo tỉ lệ Fe2O3, ZnO TiO2 Bảng cho thấy, yếu tố độ bền uốn, bám dính độ cứng bút chì tương đương Tuy nhiên, có khác biệt rõ rệt độ bền va đập Những mẫu Fe-Zn có độ bền va đập kém, mẫu có TiO2 cải thiện độ bền va đập mẫu Fe.20-Zn.3-Ti.7 đạt tính chất lý tốt Có thể lý giải khác biệt hỗn hợp sơn có mặt ZnO TiO2 giúp cho khả che phủ độ bám dính màng tăng lên nhờ xuất pha hopeite Zn3(PO4)2.4H2O, phosphophyllite FeZn2(PO4)2.4H2O tính chất trợ phủ đặc trưng TiO2 Bảng Kết tính chất lý màng sơn theo thành phần Ti ZnO Ký hiệu Mẫu Độ nhớt (cp), 25oC Bề dày trung bình(  m ) Fe.20-Zn.5-Ti.5 920 Fe.20-Zn.3-Ti.7 860 Fe.20-Zn.0-Ti.10 560 58,20 56,99 57,26 40 100 6H 12 45 100 6H 11 50 100 6H 12 Va đập (kg.cm) Bền uốn (mm) Bám dính (%) Độ cứng bút chì Thời gian khô bề mặt (phút) Đánh giá khả chống ăn mịn điện hóa - Mật độ dòng ăn mòn mẫu Fe.27-Zn.3: So sánh khả ăn mòn điện hóa mẫu khảo sát Fe.27-Zn.3; Fe.23-Zn.7; so sánh với sơn chống rỉ hệ alkyd sử dụng ngồi thị trường (kí hiệu mẫu: HC-A) icorr = (Fe.27-Zn.3) 4x10-3 (mA/cm2) Chỉ có tham gia ZnO Fe2O3 = (A/cm2) - Mật độ dòng ăn mòn mẫu Fe.23-Zn.7: = icorr (Fe.23-Zn.7) 6x10-3 (mA/cm2) = Hình Kết đo điện hóa mẫu Fe.27-Zn.3 Fe.23-Zn.7 Trang 36 4x10-6 6x10-6 (A/cm2) TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 17, SỐ M1 - 2014 Có tham gia ZnO TiO2 với Fe2O3 - Mật độ dòng ăn mòn Fe.20-Zn.3-Ti.7: -6 mẫu = 8x10-3 (mA/cm2) = 4x10 (mA/cm ) - Mật độ dòng ăn mòn Fe.20-Zn.5-Ti.5: - Mật độ dòng ăn mòn mẫu HC-A: icorr (HC-A) = 8x10-6 (A/cm2) icorr(Fe.20-Zn.3-Ti.7) = 4x10 (A/cm ) -3 = 8x10-3 (mA/cm2) - Mật độ dòng ăn mòn mẫu trắng mẫu icorr (mẫu trắng) = 3x10-5 (A/cm2) = 3x10-2 (mA/cm2) icorr (Fe.20-Zn.5-Ti.5) = 8x10-6 (A/cm2) Hình 2.Kết đo điện hóa mẫu Fe.20-Zn.3-Ti.7 Fe.20-Zn.5-Ti.5 Hình Kết đo điện hóa mẫu HC-A mẫu trắng Trang 37 Science & Technology Development, Vol 17, No.M1- 2014 So sánh kết ăn mòn mẫu khảo sát Ta có cơng thức tính tốc độ ăn mòn: Suy tốc độ ăn mòn theo thứ tự sau: Vcorr (mẫu trắng) > Vcorr (Fe.20-Zn.5-Ti.5) = Vcorr (HC-A) > Vcorr (Fe.23-Zn.7) > Vcorr (Fe.27-Zn.3) = Vcorr (Fe.20-Zn.3-Ti.7) Do tốc độ ăn mòn hai mẫu Fe.20-Zn.3-Ti.7 Fe.27-Zn.3 nhỏ khả chống ăn mòn hai mẫu tốt Khả chống ăn mòn mẫu Fe-Zn tốt mẫu Fe-Ti, qua cho thấy tác dụng hàm lượng ZnO có dung dịch sơn làm tăng khả chống ăn mòn giúp cho màng sơn bảo vệ thép lâu Vì ZnO phản ứng với bề mặt thép để làm khơ màng sơn, lúc tạo pha hopeite giúp tăng khả cách điện màng sơn làm cho khả chống ăn mòn màng sơn tăng lên Có ba mẫu sơn hệ aluminumdihydro phosphate cho tính chất chống ăn mòn tốt sơn hữu hệ alkyd KẾT LUẬN Thành phần phụ gia Fe2O3, ZnO TiO2 công thức sơn chống rỉ ảnh hưởng nhiều đến tính chất màng sơn Thông qua việc khảo sát chống ăn mòn điện hóa phương pháp ngoại suy Tafell, ta thấy khả chống ăn mòn hệ sơn có 27% Fe2O3 3% ZnO với hệ 20% Fe2O3, 3% ZnO 7%TiO2 đồng thời cao hẳn so với hệ sơn chống rỉ alkyd thị trường làm đối chứng Tuy nhiên, độ bền va đập mẫu Fe.20- Trang 38 Zn.3-Ti.7 lớn Fe.27-Zn.3 Do đó, cần phải lưu ý đến tương tác thành phần đơn pha chế với tỉ lệ định để có cơng thức sơn tốt ACKNOWLEDGEMENT Nghiên cứu tài trợ Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) khn khổ đề tài mã số C2014-20a-01 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 17, SỐ M1 - 2014 Effect of some additives to the properties of paint from aluminum phosphate solution • La Thi Thai Ha • Phan Quoc Phu University of Technology, VNU–HCM ABSTRACT This paper describes the effects of Fe2O3, ZnO and TiO2 in paint formulations with a binder component is aluminum phosphate solution Through the evaluation of the mechanical properties as well as investigation on ability to resist electrochemical corrosion of the base film, we could asses the ability of anti-corrosion coating system The results showed that the mechanical properties of the coating were better with the participation of Ti2O In term of the effectiveness of corrosion resistance, the role of ZnO is very important Key word: anti-corrosion coating, aluminium phosphate, electrochemical corrosion, additive TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D.D.L.Chung, Review acid aluminium phosphate for binding and coating of materials, Journal of materials science, 38, 2785-2791, (2003) [2] Ralf.Giskow, JorgLind, Erwin Schmidt, The variety of phosphates for refractory anh technical applications by the example of aluminium phosphates, Chemische Fabrik, Budeheim KG, D-55257 Budeheim [3] Uniter states patent; Aluminium phosphate compounds, coating, related composites and applications; US 8,021,758B2; Sep.20.2011 [4] La Thế Vinh, Nguyễn Thị Hồng Phượng, Nguyễn Thế Dương, Trần Thị Thịnh, Khả chịu nhiệt chống cháy sơn vô sở polyme phốt phát nhơm, Tạp chí Hóa Học, T49(2ABC), Tr.809-814, (2011) Trang 39