luận văn thạc sĩ nghiên cứu gia tăng khả năng bảo vệ của sét hữu cơ cho lớp phủ polymer 60 44 25

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - *** - NGUYỄN THẾ MINH NGHIÊN CỨU GIA TĂNG KHẢ NĂNG BẢO VỆ CỦA SÉT HỮU CƠ CHO LỚP PHỦ POLYMER LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2011 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - *** - NGUYỄN THẾ MINH NGHIÊN CỨU GIA TĂNG KHẢ NĂNG BẢO VỆ CỦA SÉT HỮU CƠ CHO LỚP PHỦ POLYMER Chun ngành: Hóa vơ Mã số : 60 44 25 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGÔ KẾ THẾ Hà Nội – Năm 2011 z LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn chân thành nhất, em xin chân thành cám ơn PGS.TS Ngô Kế Thế phòng nghiên cứu vật liệu polyme compozit – Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, người giao đề tài, tận tình giúp đỡ em suốt trình làm luận văn Em xin chân thành cám ơn thầy Khoa Hóa ln động viên em suốt trình học tập Em xin chân thành cám ơn NCS Phạm Thị Hà Thanh Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên tồn anh, chị em phịng vật liệu vô giúp đỡ suốt trình làm luận văn Cuối em xin chân thành cám ơn Trường THPT Cao Bá Quát – Quốc Oai gia đình tạo điều kiện thời gian, vật chất, tinh thần để em có điều kiện tốt hoàn thành luận văn Em xin chân thành cám ơn z MỤC LỤC MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… Mục tiêu đề tài……………………………………………………………… Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Bentonit 1.1.1 Giới thiệu bentonit ……………………………………………… 1.1.2 Thành phần hóa học bentonit…………………………………… 1.1.3 Cấu trúc montmorilonit……………………………… ………… 1.1.4 Tính chất bentonit…………………………………… ………… 1.1.5 Ứng dụng bentonit…………………………………… ………… 1.2 Sét hữu cơ…………………………………………………… ……… 1.2.1 Giới thiệu sét hữu cơ…………………………………….……… 1.2.2 Cấu tạo sét hữu cơ……….……….……….……….……….…… 1.2.3 Tính chất sét hữu cơ………………………………….………… 1.2.4 Ứng dụng sét hữu cơ…………………………………………… 1.2.5 Các phƣơng pháp điều chế sét hữu ……….……….……….…… 1.2.5.1 Phƣơng pháp ƣớt……….……….……….……….……….……… 1.2.3.2 Phƣơng pháp khô……….……….……….……….……….……… 1.3 Alkyd……….……….……….……….……….……….……….…… 1.3.1 Giới thiệu sơn alkyd……….……….……….……….……….……… 1.3.2 Nguyên liệu sản xuất sơn alkyd……….……….……….…………… 1.3.3 Tính chất nhựa alkyd…….……….……….…………………… 1.3.4 Ứng dụng nhựa alkyd…….……….……….……………………… 1.4 Vật liệu polyme – clay nanocompozit…….……….……….………… 1.4.1 Các loại vật liệu polyme - clay nanocompozit…….……….…… 1.4.2 Công nghệ chế tạo vật liệu polyme clay nanocompozit…………… 1.4.3 Tính chất polyme - clay nanocompozit………………………… Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 2.1 Dụng cụ, thiết bị hóa chất…….……….……….………………… 2.1.1 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu…….……….……….…………… 2.1.2 Hóa chất …….……….……….………………….……….……… 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu…….……….……….…………………… 2.2.1 Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) …….……….………… 2.2.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) …….……….……….………… 2.2.3 Phƣơng pháp phân tích nhiệt 2.2.4 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) …….……….……… 2.2.5 Phƣơng pháp đo điện hóa…….……….……….…………………… 2.2.6 Các phƣơng pháp xác định tính chất lý màng sơn…….……….… 2.3 Phƣơng pháp chế tạo mẫu…….……….……….……………………… z Trang 3 3 10 10 11 14 15 16 16 17 18 18 19 20 20 21 22 23 25 27 27 27 28 29 29 30 31 32 32 37 43 2.3.1 Phƣơng pháp điều chế sét hữu …….……….……….………… 2.3.2.Phƣơng pháp chế tạo màng sơn phủ alkyd/sét hữu cơ.……………… Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…….……….……….………… 3.1 Nghiên cứu phản ứng hữu hóa bentonit…….……….……….…… 3.1.1 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ phản ứng…….……….……….… 3.1.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng tác nhân hữu hóa…….……….…… 3.1.3 Ảnh hƣởng pH môi trƣờng phản ứng…….……….……….… 3.1.4 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian phản ứng…….……….……….… 3.2 So sánh sét hữu đƣợc điều chế từ Bent–B với Bent–P…………… 3.2.1 Nghiên cứu cấu trúc phổ hấp thụ hồng ngoại ( FT – IR )…… 3.2.2 Nghiên cứu khoảng cách phổ nhiễu xạ tia X………… 3.2.3 Nghiên cứu hàm lƣợng cation hữu xâm nhập phân tích nhiệt… 3.2.4 Khảo sát cấu trúc hình thái kính hiển vi điện tử quét (SEM )… 3.3 Nghiên cứu tác dụng gia cƣờng khả bảo vệ màng sơn alkyd sét hữu Bent-B…….……….……….…………………………… 3.3.1 Khảo sát khả bảo vệ màng sơn alkyd…….……….……… 3.3.2 Khảo sát khả bảo vệ màng sơn alkyd đƣợc gia cƣờng 0,5% sét hữu cơ…….……….……….…………………………………… 3.3.3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng sét hữu đến khả bảo vệ màng sơn alkyd…….……….……….…………………………………… 3.4 So sánh hiệu ứng gia tăng tính chất màng sơn alkyd sét hữu đƣợc điều chế từ Bent-B với Bent-P…….……….……….……………… 3.4.1 Ảnh hƣởng loại sét hữu đến khả bảo vệ màng sơn…… 3.4.2 Ảnh hƣởng loại sét hữu đến tính chất lý màng sơn… KẾT LUẬN…….……….……….………………….……….……….…… TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… z 43 44 45 45 45 48 50 53 55 55 57 58 63 64 64 69 70 72 72 76 78 80 luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25 MỞ ĐẦU Thế kỉ XX kỉ khoa học công nghệ với hàng loạt thành tựu to lớn ứng dụng rộng rãi công nghiệp, giao thông vận tải, kinh tế đời sống…Một thành tựu đời phát triển vật liệu polyme Polyme loại vật liệu có phạm vi ứng dụng rộng rãi liñ h vực sản xuấ t giày , điê ̣n – điê ̣n tử, làm mắt kính may quầ n áo , … Tuy nhiên, vật liệu có tính chất hạn chế như: độ bền nhiệt kém, độ cứng, chịu mài mịn, khả chịu đựng hóa chất… khơng cao Do đó, việc nghiên cứu cải thiện nhược điểm loại vật liệu vấn đề cấp thiết nhà khoa học Vật liệu compozit vật liệu chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhằm mục đích tạo vật liệu có tính ưu việt hẳn vật liệu ban đầu Vật liệu compozit cấu tạo từ thành phần cốt nhằm đảm bảo cho compozit có đặc tính học cần thiết vật liệu đảm bảo cho thành phần Compozit liên kết, làm việc hài hoà với Vật liệu compozit xuất từ lâu sống Khoảng 5.000 năm trước Công nguyên người cổ đại biết vận dụng vật liệu compozit vào sống (ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo dãn nở trình nung đồ gốm) Người Ai Cập biết vận dụng vật liệu compozit từ khoảng 3.000 năm trước Cơng ngun, sản phẩm điển hình vỏ thuyền làm lau, sậy tẩm pitum sau thuyền đan tre chát mùn cưa nhựa thông hay vách tường đan tre chát bùn với rơm, sản phẩm Compozit áp dụng rộng rãi đời sống xã hội Ngày , vâ ̣t liê ̣u compozit đã trở nên phổ biế n đời số ng bởi những tính tuyê ̣t vời của chúng Viê ̣c nghiên cứu ứng du ̣ng công nghê ̣ nano và vâ ̣t liê ̣u compozit đã và là mô ̣t vấ n đề đươ ̣c nhiề u nhà khoa ho ̣c , luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25 nhiề u quố c gia quan tâm và phát triể n Vâ ̣t liê ̣u nanocompozit sở sét hữu hướng nghiên cứu Đưa những ̣t sét hữu vào mạng polyme kích thước nano , nhiề u tiń h chấ t của polyme đã đươ ̣c cải thiê ̣n đáng kể Thêm vào đó , bentonit loại khoáng sét phổ biế n, trình tinh chế, biế n tính đơn giản, đó khả ứng du ̣ng cao Với mong muốn tạo vật liệu polyme có tính chất ưu việt dựa hướng nghiên cứu này , chúng chọn đề tài : Nghiên cứu gia tăng khả bảo vệ sét hữu cho lớp phủ polyme Mục tiêu đề tài: - Điề u chế sét hữu t ng̀ n: bentonit – Bình Thuận (Viê ̣t Nam) bentonit - Prolabo (Pháp) - Ứng dụng sét hữu vào màng phủ alkyd luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Bentonit 1.1.1 Giới thiệu bentonit Bentonit có nguồn gốc từ tro núi lửa là mô ̣t loa ̣i khoán g sét có tiń h hóa keo cao, tên của nó đươ ̣c viế t theo tên của người phát hiê ̣n nó đầ u tiên – ông Fort Benton, người Mỹ Với các thuộc tính bentonit (thủy hóa, nở, độ hút nước , độ nhớt , tính xúc biến ) làm cho trở thành sản phẩm ứng dụng nhiề u ngành cơng nghiệp khác Bentonit có sẵn tự nhiên gồ m hai loa ̣i - sodium bentonit (có độ nở , khả tạo gel cao ) calcium bentonit (thường có sẵn giới với khả nở it́ hơn) Sản phẩm đươ ̣c sử d ụng rộng rãi nhiều ng ành khuôn đúc , luyê ̣n kim, xây dựng dân dụng, công nghiê ̣p khoan, điạ kỹ thuâ ̣t, cải thiện môi trường, nông nghiệp, mỹ phẩm và y tế [1,4] 1.1.2 Thành phần hóa học bentonit Bentonit loại khoáng sét tự nhiên thành phần chính montmorillonit (MMT) Công thức đơn giản MMT là: Al2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc Trong trường hợp lý tưởng công thức MMT Si8Al4O20(OH)4 ứng với đơn vị cấu trúc Tuy nhiên thành phần MMT khác với thành phần biểu diễn lý thuyết có thay đồng hình ion kim loại Al3+, Fe3+, Fe2+, Mg2+ với ion Si4+ tứ diện SiO4 Al3+ bát diện AlO6 Như thành phần hóa học MMT ngồi có mặt Si Al cịn thấy nguyên tố khác như: Fe, Mg, Zn, Na, K tỉ lệ Al2O3:SiO2 từ 1:2 đến 1:4 [4,6] luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25 Hình 1.1: Cấu trúc tứ diện SiO4 bát diện MeO6 1.1.3 Cấu trúc montmorillonit Cấu trúc MMT giới thiệu Hình 1.2 Khi phân li nước MMT dễ dàng trương nở phân tán thành hạt nhỏ cỡ μm dừng lại trạng thái lỏng lẻo với lực hút Van der Waals Trong trường hợp lý tưởng cấu trúc MMT nguyên tử Si nằm tâm mạng tứ diện, nguyên tử Al nằm tâm mạng bát diện Do MMT có cấu trúc 2:1 dạng điocta nên cấu trúc lớp MMT hình thành từ mạng tứ diện liên kết với mạng bát diện tạo nên lớp aluminosilicat Giữa lớp aluminosilicat cation có khả trao đổi bị hiđrat hóa Chiều dày cấu trúc MMT 9,6Å, bị thay đổi nhiều hay ít tùy thuộc vào số lượng chất cation trao đổi lượng nước bị hấp phụ thường, lên đến 15Å Sơ đồ cấu trúc không gian mạng lưới MMT cấu trúc trung hòa điện Nếu Si4+ tứ diện hay Al3+ bát diện bị thay đồng hình cation dương thấp phân mạng tích điện âm Điện tích âm mạng bù trừ cation mang điện tích dương Na +, K+, Ca2+, Fe2+, Mg2+ khoảng không gian lớp Các cation chuyển động tự mặt phẳng tích điện âm, đồng thời có khả trao đổi với cation kim loại khác để biến tính MMT Lượng trao đổi ion MMT dao động khoảng 70-150 mgdl/100g Quá trình trương nở luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25 trình xâm nhập cation khác vào khoảng xen mạng làm thay đổi khoảng cách chúng biểu diễn hình 1.3 sau [3] Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể 2:1 MMT Hình 1.3: Quá trình xâm nhập cation vào trao đổi cation Na+ khoảng hai lớp MMT 1.1.4 Tính chất bentonit [3, 6, 15] * Tính hấp thụ hấp phụ Tính chất hấp phụ bentonit định đặc tính bề mặt cấu trúc lớp chúng Với kích thước hạt nhỏ 2μm có cấu trúc luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25luan.van.thac.si.nghien.cuu.gia.tang.kha.nang.bao.ve.cua.set.huu.co.cho.lop.phu.polymer.60.44.25 z