lớp phủ polymer fluo chứa trong nanosilica bảo vệ chống ăn mòn cho nền thép phủ hợp kim al-zn

đại học quốc gia hà nội tr-ờng đại học khoa học tự nhiên NGUYN TH THY HNG LP PH POLYMER FLUO CHA NANOSILICA BO V CHNG N MềN CHO NN THẫP PH HP KIM Al-Zn Luận văn thạc sĩ khoa học Hà nội - 2011 đại học quốc gia hà nội tr-ờng đại học khoa học tự nhiên NGUYN TH THY HNG LP PH POLYMER FLUO CHA NANOSILICA BO V CHNG N MềN CHO NN THẫP PH HP KIM Al-Zn Chuyờn ngnh: Húa du v Xỳc tỏc hu c Mó s : 604435 Luận văn thạc sĩ khoa học NGI HNG DN KHOA HC TS. Trnh Anh Trỳc Hà nội - 2011 MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ẢNH v DANH MỤC CÁC BẢNG vi MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN 4 1.1. Ăn mòn kim loại 4 1.1.1. Định nghĩa 4 1.1.2. Các phƣơng pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 5 1.2. Lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn 6 1.2.1. Lớp phủ Al-Zn 6 1.2.1.1 Giới thiệu 6 1.2.1.2. Cơ chế bảo vệ chống ăn mòn 8 1.2.2. Lớp phủ hữu cơ 8 1.2.2.1. Thành phần 9 1.2.2.2. Cơ chế hoạt động của lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn 9 1.2.3. Lớp phủ polyme fluo 12 1.2.3.1. Giới thiệu 12 1.2.3.2. Phân loại 13 1.2.4. Lớp phủ kết hợp 16 1.3. Giới thiệu về nanosilica 18 1.3.1. Định nghĩa 18 - i - 1.3.2. Tính chất 18 1.3.2.1. Tính chất của hạt silica kích thước nano 18 1.3.2.2. ng dụng cu ̉ a ha ̣ t nanosilica 20 1.3.3. Các phƣơng pháp tổng hợp nanosilica 22 1.3.3.1. Phản ứng nhiệt phân 22 1.3.3.2. Phản ứng thủy phân và phương pháp sol – gel 22 1.3.4. Biến tính nanosilica 25 1.3.4.1. Biến tính bằng tương tác hóa học 25 1.3.4.2. Biến tính bằng tương tác vật lý 27 1.4. Vật liệu silica nano compozit 27 1.4.1. Giới thiệu 27 1.4.2. Vật liệu nanosilica compozit 28 CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM 30 2.1. Nguyên liệu 30 2.1.1. Nguyên liệu dùng để tổng hợp nanosilica 30 2.1.2. Hợp chất hữu cơ dùng làm chất ức chế ăn mòn 30 2.1.3. Nền kim loại nghiên cứu 30 2.1.4. Chất tạo màng 30 2.2. Tổng hợp nanosilica và nanosilica chứa chất hữu cơ 32 2.2.1. Tổng hợp nanosilica 32 2.2.2. Biến tính nanosilica với chất hữu cơ 33 2.3. Quy trình tạo màng 33 2.3.1. Tạo lớp lót epoxy 33 2.3.2. Tạo lớp phủ bảo vệ 34 2.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu 34 - ii - 2.4.1. Phƣơng pháp phân tích cấu trúc 34 2.4.1.1 Phương pháp kính hiển vi trường điện tử quét FESEM 34 2.4.1.2 Phương pháp phân tích nhiệt TGA 35 2.4.2. Phƣơng pháp tổng trở điện hóa 36 2.4.3. Phƣơng pháp phổ tử ngoại khả kiến 40 2.4.4. Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir nghiên cứu khả năng hấp phụ của nanosilica 41 2.4.5. Phƣơng pháp đo độ bám dính 43 CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1. Tổng hợp và biến tính nanosilica 44 3.2. Nghiên cứu khả năng bảo vệ chống ăn mòn thép phủ hợp kim Al-Zn của polyme fluo và epoxy chứa nanosilica biến tính với 1H-Benzotriazole 49 3.3. Đánh giá khả năng chịu tia tử ngoại của lớp màng epoxy và lớp màng polyme fluo 55 3.4. Khảo sát khả năng bảo vệ chống tia tử ngoại và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ polyme fluo chứa nanosilica và nanosilica biến tính trên nền thép phủ hợp kim Al-Zn 58 KẾT LUẬN CHUNG 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 - iii - DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Trang Bảng 3.1. Kết quả đo hấp phụ của nanosilica trong dung dịch 1H-Benzotriazole theo thời gian 47 Bảng 3.2. Độ bám dính của màng epoxy và màng polyme fluo 54 - v - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ẢNH Trang Hình 1.1. Các dạng khuyếch tán trong màng sơn 10 Hình 2.1. Kính hiển vi trường điện tử quét 34 Hình 2.2. Giản đồ Nyquist dạng tổng quát 37 Hình 2.3. Sơ đồ mạch điện tương đương của kim loại phủ màng sơn 38 Hình 2.4. Giản đồ Bode về sự biến đổi của modul tổng trở theo tần số và sự biến đổi của góc pha theo tần số 38 Hình 2.5. Sơ đồ bình đo điện hóa 39 Hình2.6. Đường đẳng nhiệt Langmuir và đồ thị xác định cân bằng trong phương trình Langmuir 43 Hình 3.1. Ảnh FESEM của hạt nanosilica tổng hợp 44 Hình 3.2. Phổ UV-VIS của dung dịch 1H - Benzotriazole 45 Hình 3.3. Phổ UV-VIS của dung dịch 1H - Benzotriazole ở các nồng độ khác nhau 45 Hình 3.4. Đồ thị đường chuẩn của dung dịch 1H - Benzotriazole 46 Hình 3.5. Biến thiên của lượng hấp phụ 1H - Benzotriazole trên nanosilica theo thời gian 47 Hình 3.6. Giản đồ phân tích nhiệt của nanosilica, nanosilica biến tính silan và nanosilica biến tính 1H – Benzotriazole 48 Hình 3.7. Phổ tổng trở của mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng epoxy (o) và epoxy chứa 3% SiO 2 -HBT (•) sau 7 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3% 50 Hình 3.8. Phổ tổng trở của mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng epoxy (o) và epoxy chứa 3% SiO 2 -HBT (•) sau 77 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3% 50 - vi - Hình 3.9. Phổ tổng trở của mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng polyme fluo (o) và HBT polyme fluo (•) sau 7 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3% 52 Hình 3.10. Phổ tổng trở của mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng polyme fluo (o) và HBT – polyme fluo (•) sau 77 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3% 52 Hình 3.11. Sự biến thiên modul tổng trở tại tần số 100 mHz của các màng epoxy (o) và 1HBT - epoxy (•) theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% 53 Hình 3.12. Sự biến thiên modul tổng trở tại tần số 100 mHz của màng polyme fluo (o) và polyme fluochứa nano SiO 2 - HBT (•) theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% 53 Hình 3.13. Sự biến thiên modul tổng trở tại tần số 100 mHz của mẫu thép phủ hợp kim Al-Zn và phủ epoxy (o), polyme fluo (•) theo thời gian chiếu UV 55 Hình 3.14. Phổ tổng trở của mẫu polyme fluo, polyme fluo chứa nano SiO 2 (MS4), polyme fluo chứa nano SiO 2 biến tính silan (MS6) sau 2 giờ chiếu UV 59 Hình 3.15. Phổ tổng trở của mẫu polyme fluo, polyme fluo chứa nanosilica (MS4), polyme fluo chứa nanosilca biến tính silan (MS6) sau 2 ngày chiếu UV 60 Hình 3.16. Phổ tổng trở của mẫu polyme fluo, polyme fluo chứa nano SiO 2 (MS4), polyme fluo chứa nano SiO 2 biến tính silan (MS6) sau 4 ngày chiếu UV 61 Hình 3.17. Sự biến thiên modul tổng trở tại tần số 100 mHz của các màng polyme fluo, polyme fluo chứa nanosilica và polyme fluo chứa nanosilica biến tính silan theo thời gian chiếu UV 62 Hình 3.18. Ảnh FESEM mặt cắt của polyme fluo, polyme fluo chứa nano SiO 2 - HBT, polyme fluo chứa nanosilca và polyme fluo chứa nanosilica biến tính silan 64 - vii - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT FESEM Phương pháp kính hiển vi trường điện tử quét HBT 1H – Benzotriazole MS4 Polyme fluo chứa nano silica MS6 Polyme fluo chứa nano silica biến tính silan PA66 Polyamit SiO 2 - HBT Polyme fluo chứa nano silica biến tính HBT TEOS Tetraethoxysiliane TGA Phương pháp phân tích nhiệt UV – VIS Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến - iv - Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Vit Nam nm  ng b bin, mi rng lt ti rt t  ng bi gii, mt u kin thun li cho vin nn kinh t quMng bin Vit Nam vi s c cu nhi trung  m ln, thi gian  c mnh cc bia ion clo (Cl - n cho nhiu  ng  c bit b v hay b bin vi kt cu phc tp ph  u s       t cng ca ion Cl - y ra nhanh, mnh m  bin nht hi li s  chu cu bo v chu kin s  o v ch ph vc s dng r do hiu qu cao vi h. Nhng m gp sn xut vt lin rng; vic  o v chi cao c rt nhi  p ph k  c bi   t lp ph b   ti vi nhng khc nghiy tri n, vic b p ph hc nhiu  cm bm m  [...]... trình anot hy sinh lại tăng hơn nữa khả năng che chắn Do vậy lớp phủ giả hợp kim Al-Zn được đánh giá tốt hơn so với lớp phủ hợp kim Al-Zn truyền thống hoặc lớp phủ riêng rẽ nhôm kẽm Ngoài ra đối với lớp phủ giả hợp kim Al-Zn, hàm lượng nhôm có thể đưa vào tùy ý trong khi hàm lượng nhôm tối đa trong lớp phủ bằng dây hợp kim Al-Zn chỉ đến 15% Trong số các lớp phủ hợp kim Al-Zn, hợp kim thương mại Galvalume... luận văn Mục đích chính của luận văn là nghiên cứu chế tạo lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn mới, có khả năng bảo vệ chống ăn mòn cao và thân thiện với môi trường Trong đó lớp phủ Al-Zn kết hợp với lớp phủ polyme fluo chứa nanosilica, sử dụng như một chất gia cường Bản luận văn tập trung nghiên cứu các vấn đề chính sau: 1/ Tổng hợp nanosilica và biến tính với chất ức chế ăn mòn gốc hữu cơ Hóa dầu và Xúc tác... rộng rãi đó là ngăn cách kim loại ra khỏi môi trường xâm thực bằng lớp phủ bám dính tốt, không thấm và kín khít, không bị ăn mòn hoặc bị ăn mòn với tốc độ yếu hơn tốc độ ăn mòn cần được bảo vệ và có độ bền cao Ta có thể chia lớp phủ thành ba loại chính như sau: - Lớp phủ kim loại - Lớp phủ phi kim loại - Lớp phủ hữu cơ 1.2.1 Lớp phủ Al-Zn 1.2.1.1 Giới thiệu Trong phương pháp phủ kim loại, phủ kẽm là phương... thể kết hợp ưu điểm của các thành phần trên Bản luận văn với tiêu đề Lớp phủ polymer fluo chứa nanosilica bảo vệ chống ăn mòn cho nền thép phủ hợp kim Al-Zn bước đầu khảo sát hệ lớp phủ kết hợp Al-Zn và polyme nanocompozit sử dụng nanosilica với hy vọng góp phần nghiên cứu để ứng dụng thực tiễn cho các công trình, các kết cấu kim loại trong môi trường biển 2 Mục đích nghiên cứu của luận văn Mục đích... Hồng Luận văn 2/ Bước đầu nghiên cứu khả năng hấp phụ của nanosilica đối với dung dịch chất ức chế 1H – Benzotriazole 3/ Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn của chất hữu cơ 1H –Benzotriazole trên các màng epoxy và polyme fluo trong việc bảo vệ chống ăn mòn của các lớp phủ 4/ Đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp màng epoxy và lớp màng polyme fluo cùng khả năng bám dính để lựa chọn lớp lót trong hệ... sự phát triển của lớp phủ kim loại linh hoạt hơn mà chủ yếu dựa trên các hợp kim Al-Zn Đối với việc sử dụng làm lớp phủ bảo vệ trong môi trường biển thì kim loại được chủ yếu sử dụng là Zn, Al và hợp kim của chúng Phun phủ nhiệt Al-Zn là phương pháp bảo vệ chống ăn mòn đã được ghi nhận từ 30 năm nay Ngoài cơ chế bảo vệ catot, các sản phẩm ăn mòn thường bịt kín các lỗ xốp ức chế ăn mòn So với phương... hệ thống lớp phủ 5/ Nghiên cứu khả năng chịu tia tử ngoại của các lớp phủ epoxy, polyme fluo, polyme fluo chứa nanosilica và polyme fluo chứa nanosilica biến tính để lựa chọn lớp phủ bảo vệ ngoài của hệ thống lớp phủ Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 3 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1 Ăn mòn kim loại 1.1.1 Định nghĩa Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại do tương tác của kim loại... có chứa chủ yếu là 55%, 5% và 30% Al tương ứng, ngoài việc bổ sung hợp kim khác để tạo thành lớp phủ Tất cả các lớp phủ có khả năng chống ăn mòn tốt như Galfan có độ bền ăn mòn khoảng 2 – 3 lần so với thép mạ kẽm trong công nghiệp và trong môi trường biển [41] Tương tự, Galvalume chống ăn mòn tốt hơn so với thép mạ kẽm khoảng 3 – 6 lần trong các môi trường đó [12] 1.2.2 Lớp phủ hữu cơ Lớp phủ bảo vệ. .. dịch chuyển trong dung dịch Như vậy, khi kim loại bị ăn mòn sẽ xuất hiện vùng catot và vùng anot 1.1.2 Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại Ngày nay, để bảo vệ kim loại không bị ăn mòn người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau; chủ yếu là 4 nhóm sau: - Lựa chọn vật liệu kim loại thích hợp, bền với môi trường xâm thực - Sử dụng các lớp phủ bảo vệ (phủ kim loại, phủ sơn) để ngăn cách kim loại... biến tính bề mặt kim loại (cromat hóa, photphat hóa) - Sử dụng ức chế chống ăn mòn - Sử dụng dòng điện (catot hoặc anot) Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 5 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn Trong thực tế, có thể kết hợp nhiều biện pháp bảo vệ chống ăn mòn để đạt được những kết quả tối ưu, ví dụ đưa chất ức chế vào lớp phủ 1.2 Lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn Trong công nghiệp, phương pháp bảo vệ kim loại được . 55 3.4. Khảo sát khả năng bảo vệ chống tia tử ngoại và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ polyme fluo chứa nanosilica và nanosilica biến tính trên nền thép phủ hợp kim Al-Zn 58 KẾT LUẬN CHUNG. - TỔNG QUAN 4 1.1. Ăn mòn kim loại 4 1.1.1. Định nghĩa 4 1.1.2. Các phƣơng pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 5 1.2. Lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn 6 1.2.1. Lớp phủ Al-Zn 6 1.2.1.1 Giới. 1.2.1.2. Cơ chế bảo vệ chống ăn mòn 8 1.2.2. Lớp phủ hữu cơ 8 1.2.2.1. Thành phần 9 1.2.2.2. Cơ chế hoạt động của lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn 9 1.2.3. Lớp phủ polyme fluo 12 1.2.3.1.