1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HOC TỰ NHIÊN N u n T m c TỔNG HỢP NANO OXIT KẼM SỬ DỤNG CHO LỚP PHỦ NANOCOMPOZIT ZnO/CNT/POLYURETAN BỀN THỜI TIẾT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 2 ĐẠI HỌC QUỐC[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HOC TỰ NHIÊN Nu nT c m TỔNG HỢP NANO OXIT KẼM SỬ DỤNG CHO LỚP PHỦ NANOCOMPOZIT ZnO/CNT/POLYURETAN BỀN THỜI TIẾT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HOC TỰ NHIÊN Nu nT m c TỔNG HỢP NANO OXIT KẼM SỬ DỤNG CHO LỚP PHỦ NANOCOMPOZIT ZnO/CNT/POLYURETAN BỀN THỜI TIẾT Chuyên Ngành: Hóa Vơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NG ỜI H ỚNG D N KHOA HỌC: PGS TS TR NH ANH TR C MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu .10 Đối tượng nghiên cứu 10 Phương pháp nghiên cứu 11 HƢƠNG 1: TỔNG QUAN 12 1 Ăn mòn kim loại phương pháp bảo vệ chống ăn mòn .12 1 Ăn mòn kim loại .12 1.1.2 Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 14 1.2 Nano oxit kẽm 15 1.2.1 Cấu trúc nano ZnO 15 1.2.2 Tính chất nano ZnO 17 1.2.3 Ứng dụng ZnO 18 1.3 Ống nano cac bon (CNT) 20 1.3.1 Cấu trúc CNT 20 1.3.2 Tính chất CNT 21 1.3.3 Ứng dụng CNT 22 Sơn bảo vệ chống ăn mòn .23 1.4.1 Khái niệm sơn 23 1.4.2 Thành phần sơn 24 1.4.3 Những yêu cầu với màng sơn 27 4 Cơ chế hoạt động lớp sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn 27 1.4.5 Sơn bảo vệ chống ăn mòn sử dụng chất ức chế ăn mịn thân thiện với mơi trường: 29 1.5 Tình hình nghiên cứu nước 30 HƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 32 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 32 2.1.1 Hóa chất 32 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 32 2.2 Tổng hợp nanocompozit ZnO/CNT 33 2.2.1 Tổng hợp nano ZnO .33 2.2.2 Oxi hóa CNT 33 2.2.3 Tổng hợp ZnO/CNT với tỉ lệ khác 33 2.2.4 Chế tạo màng sơn bảo vệ PU chứa nano ZnO/CNT với tỉ lệ khác 33 2.3 Các phương pháp nghiên cứu đặc tính vật liệu, màng sơn 34 Phương pháp phổ hồng ngoại 34 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) .35 3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .35 Phương pháp tổng trở điện hóa 36 Xác định độ bám dính 40 Xác định độ bền va đập 40 HƢƠNG 3: ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 Tổng hợp ZnO/CNTvà khảo sát tính chất 41 3.2 Khảo sát khả bền tử ngoại lớp phủ nanocompozit ZnO/CNT/polyuretan 44 3.2.1 Khả chịu tử ngoại màng sơn 44 3.2.2 Cấu trúc màng sơn 52 3.3 Khảo sát tính chất lý màng sơn 54 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ A- Bảng biểu Bảng 3.1: Các pic đặc trưng liên kết tương ứng ZnO, ZnO/CNT CNT Bảng 3.2: Tính chất lý màng sơn B- Hình vẽ Hình 1.1: Cấu trúc mạng tinh thể lục giác kiểu Wurtzite (a), mạng tinh thể lập phương đơn giản kiểu muối ăn(b), mạng lập phương giả kẽm (c) Hình 1.2: Sai hỏng tinh thể ZnO Hình1.3: Mơ hình 3D ống nano cacbon đơn lớp đa Hình 2.1: Hiện tượng tia X nhiễu xạ mặt tinh thể chất rắn Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện phổ tổng trở màng sơn ngăn cách hoàn toàn kim loại khỏi dung dịch điện ly Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện phổ tổng trở dung dịch điện li ngấm vào màng sơn chưa tiếp xúc với bề mặt kim loại Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện phổ tổng trở dung dịch điện li tiếp xúc với bề mặt kim loại Hình 2.5: Sơ đồ đo tổng trở màng sơn Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X ZnO, 0-CNT, ZnO/CNT Hình 3.2: Phổ hồng ngoại nano ZnO (a), ZnO/CNT (b) CNT (c) Hình 3.3: Ảnh kính hiển vi điện tử quét nano ZnO/CNT Hình 3.4: Phổ tổng trở màng sơn trước chiếu UV Hình 3.5: Phổ tổng trở sau chu kỳ chiếu UV màng sơn Hình 3.6: Phổ tổng trở sau chu kỳ chiếu UV màng sơn Hình 3.7: Phổ tổng trở sau chu kỳ chiếu UV màng sơn Hình 3.8: Phổ tổng trở sau 11 chu kỳ chiếu UV màng sơn Hình 3.9: Biến thiên giá trị modul tổng trở tần số Hz màng sơn không chứa phụ gia chứa phụ gia Hình3.10: Sự suy giảm độ bóng màng sơn theo thời gian chiếu UV với góc đo 60 Hình3.11: Phổ hồng ngoại (IR) màng sơn polyuretan không chứa phụ gia trước (a) sau 16 chu kỳ chiếu UV (b) Hình3.12: Phổ hồng ngoại (IR) màng sơn polyuretan chứa nano ZnO trước (a) sau 16 chu kỳ chiếu UV (b) Hình3.13: Phổ hồng ngoại (IR) màng sơn polyuretan chứa CNT trước (a) sau 16 chu kỳ chiếu UV (b) Hình3.14: Phổ hồng ngoại (IR) màng sơn polyuretan chứa nano ZnO/CNT trước (a) sau 16 chu kỳ chiếu UV (b) DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CNT Ống nano cacbon PU Polyuretan SEM Kính hiển vi điện tử quét T Chu kỳ UV Tia tử ngoại XRD Nhiễu xạ tia X LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc s khoa học thực Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ- Viện Kỹ thuật Nhiệt đới – Viện Hàn Lâm Khoa Học Cơng nghệ Việt Nam Với lịng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn PGS TS Trịnh Anh Trúc giao đề tài tận tình hướng dẫn từ kiến thức để tơi tiếp cận thực đề tài, cảm ơn Cô lo lắng giúp đỡ cho suốt thời gian học tập làm việc Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Gia Vũ, k sư Vũ Kế nh tận tình giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến q báu để tơi hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Khoa Hóa học- Trường Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội, tồn thể cán Phịng Nghiên cứu sơn bảo vệ- Viện Kỹ thuật Nhiệt đới – Viện Hàn Lâm Khoa Học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt thời gian qua Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè động viên khuyến khích để tơi hồn thành tốt cơng việc Hà Nội, ngày….tháng….năm… Học viên Nguy n Th Kim Cúc MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Trên giới vấn đề ăn mịn kim loại ln quan tâm nghiên cứu mang tính thời thiệt hại to lớn kinh tế mà gây Theo thống kê Tổ chức ăn mòn giới ( WCO) hàng năm thiệt hại ăn mòn chiếm khoảng 3,13,3% tổng thu nhập quốc dân giới, tương đương 1,8 nghìn tỉ USD (chưa kể đến ảnh hưởng môi trường, tai nạn…) Theo báo cáo NACE thiệt hại ăn mòn Mỹ năm 1998 276 tỷ USD, năm 2007 442 tỷ USD chiếm khoảng 3,4% GDP, cao thu nhập từ nông nghiệp Do việc nghiên cứu bảo vệ chống ăn mòn kim loại mang ý ngh a to lớn, đặc biệt giai đoạn mà khoa học kỹ thuật phát triển, ngành công nghệ vũ trụ, tên lửa, k thuật hạt nhân, cơng nghiệp hóa học, hóa dầu… ngày địi hỏi cao tính bảo vệ chống ăn mịn vật liệu Việc phát triển lớp phủ hữu bảo vệ chống ăn mòn kim loại vấn đề cấp thiết Các lớp phủ hữu có ưu giá thành dễ dàng thi công điều kiện khác Để tăng thời gian bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ hữu cơ, người ta phải đưa vào chất ức chế ăn mịn từ hợp chất crơmat VI, có hiệu tạo thành phức chất khó tan bề mặt kim loại, làm tăng độ bám dính bề mặt kim loại với lớp sơn phủ, đồng thời tăng khả bảo vệ chống ăn mòn Tuy nhiên hợp chất cromat VI có tính chất độc hại ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sức khỏe người nên ngày bị hạn chế sử dụng Vì việc nâng cao tuổi thọ lớp phủ hữu tìm kiếm chất ức chế khơng độc hại để thay cho hợp chất cromat VI việc có ý ngh a nhiều nhà khoa học quan tâm Trong năm gần cơng nghệ nano tạo nên sóng thực làm khuấy động hầu hết ngành khoa học với ứng dụng tuyệt vời Viện nghiên cứu công nghệ tiêu chuẩn Hoa Kỳ gọi công nghệ nano “cuộc cách mạng tạo nên sáng tạo sản phẩm công nghệ dịch vụ” Trong đó, vật liệu polyme nanocompozit ý quan tâm nhà khoa học nước giới chúng có nhiều tính chất trội so với vật liệu polyme compozit thơng thường Ống nano cacbon có tính chất lý tốt, tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt tính chất quang học đặc biệt Trong thời gian gần đây, lớp phủ polyme nanocompozit gia cường ống nano cac bon (CNT) đặc biệt quan tâm CNT có tác dụng tăng đáng kể tính chất lý, tính dẫn điện, dẫn nhiệt, hấp thụ quang bảo vệ chống ăn mòn vật liệu Nano oxit kẽm lớp phủ bảo vệ chống ăn mịn thép độc hại, có khả chống ăn mịn cao, tạo độ bám dính tốt độ bền UV lớp phủ polyme compozit Ở nước ta giới việc nghiên cứu ứng dụng CNT l nh vực vật liệu polyme nanocompozit mẻ Đặc biệt, l nh vực ứng dụng CNT cho việc chế tạo vật liệu polyme nanocompozit để bảo vệ chống ăn mòn l nh vực mới, chưa nghiên cứu cách hệ thống Việc nghiên cứu mở hướng khoa học vật liệu, ứng dụng vào việc bảo vệ chống ăn mịn cho cơng trình làm kim loại Vì tơi thực đề tài “Tổng hợp nano oxit kẽm sử dụng cho lớp phủ nanocompozit ZnO/CNT/polyuretan bền thời tiết” nhằm thay hợp chất crômat độc hại, tạo loại sơn thân thiện với mơi trường Mục đíc n ên cứu Tơi thực đề tài với mục đích chế tạo vật liệu sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn chịu thời tiết, đặc biệt xạ tử ngoại không độc hại thân thiện với môi trường, bao gồm hai nội dung sau: - Tổng hợp nano ZnO/CNT - Chế tạo đánh giá tính chất chịu xạ tử ngoại, tính chất lý lớp phủ polyuretan nanocompozit chứa ZnO/CNT để bảo vệ chống ăn mòn cho thép cacbon Đố tƣợng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu chế tạo ứng dụng ZnO/CNT chế tạo lớp phủ polyuretan nanocompozit bảo vệ chống ăn mòn cho thép cacbon