Tổng hợp phụ gia ức chế ăn mòn trên cơ sở Hydrotalcite và ứng dụng trong lớp phủ Epoxy hệ nước bảo vệ chống ăn mòn kim loại thân thiện môi trường

Đại học Khoa học tự nhiên Khoa hóa học Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Trang I HC QUC GIA HÀ NI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THU TRANG TỔNG HỢP PHỤ GIA ỨC CHẾ ĂN MÒN TRÊN CƠ SỞ HYDROTALCITE VÀ ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ EPOXY HỆ NƢỚC BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI THÂN THIỆN MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành Hóa Môi trường Mã số:60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Hà Ni  2013 Đại học Khoa học tự nhiên Khoa hóa học Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Trang Lời cảm ơn Bản luận văn này được thực hiện và hoàn thành tại phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ- Viện Kỹ thuật nhiệt đới- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã tiếp nhận và cho phép tôi được làm nghiên cứu tại Viện. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Tô Thị Xuân Hằng, người đã tin tưởng giao đề tài nghiên cứu, hướng dẫn và chỉ đạo tận tình, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian triển khai và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Môi trường – khoa Hóa học – trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã trang bị kiến thức và tạo điều kiện để tôi tiếp cận với các đề tài khoa học. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các cô chú, anh chị làm việc và nghiên cứu tại phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ - Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã giúp đỡ, chỉ bảo và tạo cho tôi một không khí làm việc thuận lợi trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè là nguồn động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm đề tài và hoàn thành luận văn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà N Tác gi Nguyn Th Thu Trang Đại học Khoa học tự nhiên Khoa hóa học Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Trang MỤC LỤC PHN M U 1 NG QUAN 4 i vo v 4 1.1.1. Ăn mòn kim loại 4 1.1.2. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 6 1.1.3. Lớp phủ hữu cơ bảo vệ chống ăn mòn 8 1.1.3.1 Khái quát v  8 1.1.3.2. Thành phn c 8 1.1.3.3. Nhng yêu cu v 9 1. 2. Hydrotalcite 9 1.2.1. Khái niệm 9 1.2.2. Đặc điểm cấu trúc và tính chất 11 1.2m cu trú 11 1.2.2.2. Tính cht 12 1.2u ch hydrotalcite (HTC) 13 1.2.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước 15 1.2.3.1. Tình hình nghiên cu trên th gii 15 1.2.3.2. Tình hình nghiên cc 17 C NGHIM 19 2.1. Dụng cụ và hóa chất. 19 2.1.1 Dụng cụ. 19 Đại học Khoa học tự nhiên Khoa hóa học Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Trang 2.1.2. Nguyên liệu, hóa chất. 19 2.2. Tng hp hydrotalcite 19 2.2.1. Tổng hợp hydrotalcite 19 2.2.2. Tổng hợp hydrotalcite mang molypdat 20 2.2.3. Tổng hợp hydrotalcite mang molypdat biến tính bằng silan 22 2.2.3. Chế tạo màng epoxy chứa HTM và HTM-Silan 23 2.3. u 23 2.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại 23 2.3.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 24 2.3.3. Phương pháp tổng trở điện hóa 25 2.3.4. Phương pháp đo đường cong phân cực 28 2.3.5. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 29 2.3.6. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS 30 2.3.7. Xác định độ bám dính. 31 2.3.8. Xác định độ bền va đập 31 2.3.9. Thử nghiệm mù muối 31 T QU VÀ THO LUN 32 3.1. Ch to hydrotalcite mang molypdat và bin tính bng silan 32 3.1.1. Xác định hàm lượng molipdat trong HTM 32 3.1.2. Phổ hồng ngoại 33 3.1.2. Phổ nhiễu xạ tia X 36 Đại học Khoa học tự nhiên Khoa hóa học Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Trang 3.1.3. Ảnh kính hiển vi điện tử quét 37 3.1.4. Khả năng ức chế ăn mòn của HTM và HTMS 39 3.2. Nghiên cu ch to lp ph epoxy cha HTM và HTMS 42 3.2.1. Cấu trúc màng sơn 42 3.2.2. Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng sơn 46 3.2.3. Tính chất cơ lý của màng sơn 54 3.2.3. Thử nghiệm mù muối 54 KT LUN 57 TÀI LIU THAM KHO 58 Đại học Khoa học tự nhiên Khoa hóa học Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Trang MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1: Mô hình cấu trúc dạng vật liệu hydrotalcite 10 Hình 1.2: Cấu trúc của HTC – [CO 3 ] 2- 11 Hình 2.1: Sơ đồ tổng hợp hydrotalcite Zn/Al 20 Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp hydrotalcite Zn/Al chứa molipdat (HTM) 21 Hình 2.3: Sơ đồ tổng hợp hydrotalcite mang molypdat biến tính silan (HTMS). 22 Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi màng sơn ngăn cách hoàn toàn kim loại khỏi dung dịch điện ly 26 Hình 2.5 : Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi dung dịch điện li ngấm vào màng sơn nhưng chưa tiếp xúc với bề mặt kim loại 26 Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi dung dịch điện li tiếp xúc với bề mặt kim loại 27 Hình 2.7: Sơ đồ đo tổng trở màng sơn 27 Hình 3.1: Phô ̉ hồng ngoa ̣ i cu ̉ a natri molipdat (a), HT (b), và HTM(c) 34 Hình 3.2: Phô ̉ hồng ngoa ̣ i cu ̉ a silan(a), HTM (b), và HTMS (c) 35 Hình 3.3: Phô ̉ nhiê ̃ u xa ̣ tia X cu ̉ a HT (a), HTM (b) và HTMS (c) 37 Hình 3.4: Ảnh kính hiển vi điện tử quét của HT (a), HTM (b) và HTMS (c) 38 Hình 3.5: Đường cong phân cực của điện cực thép sau 120 phút ngâm trong dung dịch NaCl 0,1M (●), dung dịch NaCl 0,1M chứa 3g/l HTM (□),dung dịch NaCl 0,1M chứa 3g/l HTMS% (◊) 40 Đại học Khoa học tự nhiên Khoa hóa học Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Trang Hình 3.6: Phổ tổng trở của điện cực thép sau 120 phút ngâm trong dung dịch NaCl 0,1M(a), dung dịch NaCl 0,1M chứa 3g/l HTM (b), dung dịch NaCl 0,1M chứa 3g HTMS (c) 42 Hình 3.7: Phổ hồng ngoại của màng epoxy không chứa hydrotalcite (a), màng epoxy chứa HTM (b) và màng epoxy chứa HTMS (c) 44 Hình 3.8: Phổ XRD của màng epoxy không chứa hydrotalcite (a), màng epoxy chứa HTM (b) và màng epoxy chứa HTMS (c) 46 Hình 3.9 : Phổ tổng trở của các mẫu sau 1 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 48 Hình 3.10 : Phổ tổng trở của mẫu sau 5 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 49 Hình 3.11: Phổ tổng trở của mẫu sau 35 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 50 Hình 3.12: Sự thay đổi giá trị R f của các mẫu theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% 52 Hình 3.13: Sự thay đổi giá trị Z 10mHz của các mẫu theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% 53 Hình 3.14: Ảnh bề mặt các mẫu sau 96 giờ thử nghiệm trong tủ mù muối 56 Đại học Khoa học tự nhiên Khoa hóa học Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Trang MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bng 3.1: Kt qu ng Zn, Al, Mo và molipdat trong HTM 32 Bng 33 Bng 3.3: ng ca 36 Bng 3.4: Giá tr tr Rp và hiu sut c ch a các dung dch 41 Bng 3.5: Thành phn các mu 43 Bng 3.6: Kt qu   bp c 54 Đại học Khoa học tự nhiên Khoa hóa học Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Trang CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT HT Hydrotalcite HTM Hydrotalcite mang molipdat HTMS Hydrotalcite mang molipdat c bin tính bng silan APTS N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl trimethoxysilan. EP0 Màng epoxy EP- HTM Màng epoxy cha hydrotalcite mang molipdat EP- HTMS Màng epoxy cha hydrotalcite mang molipdat bin tính silan SEM Kính hin t quét Đại học Khoa học tự nhiên Khoa hóa học Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Trang PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vit Nam là mc có khí hu nhii nóng m cùng vi s bii khí hu rt nghiêm trng trên toàn cu hin nay. Các công trình thit b kim lou b ng nh m ci làm bii mng ln các sn phm thành sn phng hu qu nng n i tính cht ca các kim loi, ng ti quá trình sn xut, gây thit hi v kinh t, mt an toàn lao n Liên hp qu kim loi làm tn tht khá ln nn kinh t quc dân và chim ti 3% tng sn phm quc gia (GNP) . Do vy vic bo v chi là mt v cn thit c v kinh t .  là mo v chi rt hiu qu nâng cao kh o v c có mt ca các cht c ch rt quan tr i ta s dng các hp cht crômat làm cht c ch t có hiu qu. Song các hp cht crômat có tính chc hi n ng sng nên ngày càng b hn ch s dng. Vì vy vic tìm ra các cht c ch c h thay th cho các hp cht Crômat là mt vic rc nhiu nhà khoa hc quan tâm. Trong nhhydrotalcite (HTc nghiên cu dùng làm cht ph gia, cht xúc tác, cht mang xúc tác ph gia cho polyme s dng trong sn xu thân thin vng.  c ta hiu công trình công b s dng hydrotalcite (HT) làm cht ph gia trong ch t lp ph ho v bo v chy em thc hi tài “Tổng hợp phụ gia ức chế ăn mòn trên cơ sở hydrotalcite và ứng dụng trong lớp phủ epoxy hệ nước bảo vệ chống ăn mòn kim loại thân thiện môi trường” nhm thay th các hp chc hi, to ra lo thin vng. [...]... dụng bảo vệ chống ăn mòn của hydrotalcite Anion ức chế ăn mòn đƣợc xen vào hydrotalcite nhằm mục đích đó Hơn thế nữa, hợp chất trao đổi anion này có thể đƣợc sử dụng để chế tạo chất ức chế ăn mòn không độc hại, thân thiện với môi trƣờng nhằm dự trữ và nhả chậm anion ức chế ăn mòn trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn Silan đƣợc sử dụng để biến tính hydrotalcite nhằm làm tăng khả năng phân tán của hydrotalcite. .. cách kim loại khỏi môi trƣờng xâm thực bằng lớp phủ bám dính tốt, không thấm và kín khít, độ cứng cao và điện trở thấp, không bị ăn mòn hoặc bị ăn mòn với tốc độ yếu hơn tốc độ ăn mòn của kim loại cần đƣợc bảo vệ, có độ bền cao Có nhiều loại lớp phủ nhƣng ta có thể chia thành ba loại chính nhƣ sau:  Lớp phủ kim loại  Lớp phủ phi kim loại  Lớp phủ hữu cơ Bản chất của lớp phủ bảo vệ là ở chỗ cô lập kim. .. dung dịch NaCl và có tác dụng bảo vệ chống ăn mòn kim loại Các ức chế ăn mòn vô cơ chủ yếu đƣợc nghiên cứu là vanadat và molybdat và tungstat Ức chế ăn mòn hữu cơ chứa nhóm cacboxylat cũng đƣợc nghiên cứu, nhƣng không nhiều Hai loại hydrotalcite chủ yếu đƣợc nghiên cứu sử dụng mang ức chế ăn mòn là hydrotalcite Mg/Al và Zn/Al Một số lớp phủ hữu cơ chứa pigment hydrotalcite mang ức chế ăn mòn vanadat đã... thực, công nghệ vật liệu… Tùy theo cơ chế phá hủy kim loại mà ngƣời ta phân loại ăn mòn thành: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa Ăn mòn hoá học là sự ăn mòn xảy ra nhƣ một phản ứng hoá học giữa kim loại và môi trƣờng tác dụng lên kim loại theo cơ chế phản ứng hoá học dị thể, nghĩa là phản ứng chuyển kim loại thành ion xảy ra ở cùng một giai đoạn Ăn mòn điện hoá xảy ra do tác dụng của môi trƣờng xung... trung vào các chất ức chế ăn mòn để thay cromat trong bảo vệ chống ăn mòn [6, 7], [18] Năm 2006 Nguyễn Thị Lê Hiền và đồng nghiệp (Viện Kĩ thuật Nhiệt đới, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã tổng hợp oxit nano sắt γ-Fe2O3, và đƣa vào polypyrrole, dùng nhƣ pigment trong lớp phủ epoxy bảo vệ chống ăn mòn cho bề mặt thép Kết quả cho thấy khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ chứa PPy--Fe2O3 tăng... hóa học Gần đây, Tô Thị Xuân Hằng và Trịnh Anh Trúc đã nghiên cứu biến tính clay bằng ức chế ăn mòn hữu cơ và ứng dụng trong lớp phủ epoxy [19], [34] Các công trình đã nghiên cứu nhƣ ứng dụng ức chế ăn mòn gốc benzothiazol trong màng sơn lót bảo vệ chống ăn mòn cho thép [14] Kết quả cho thấy các tính chất che chắn và khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ epoxy tăng đáng kể khi chứa clay biến tính... nữa, lớp phủ chứa bột màu hydrotalcit – MoO42- trên hợp kim Mg đã có tính bảo vệ ăn mòn cao hơn rõ rệt hơn so với bột màu stronti cromat đƣợc xác định bằng các phƣơng pháp tổng trở điện hóa Cơ chế bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ chứa bột màu HT – MoO42- trên hợp kim Mg đƣợc đề xuất là do sự trao đổi ion dẫn đến việc giải phóng chất ức chế molybdat và Zn2+ Bên cạnh các ức chế ăn mòn vô cơ, một số ức chế. .. pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại [13] Vấn đề bảo vệ chống ăn mòn kim loại phải đƣợc thực hiện đồng thời với việc sử dụng kim loại, dựa trên sự hiểu biết các nguyên nhân và cơ chế của quá trình ăn mòn ngƣời ta chia làm ba phƣơng pháp chính nhƣ sau: + Thay đổi tính chất môi trƣờng xâm thực + Thay đổi tính chất của kim loại + Tách kim loại khỏi môi trƣờng xâm thực a ) Thay đổi tính chất của môi trường. .. ứng cục bộ anôt của kim loại cần bảo vệ không thể xảy ra Bảo vệ bằng dòng ngoài có nghĩa là một dòng điện đƣợc áp vào pin tạo thành bởi kim loại cần bảo vệ, đóng vai trò catôt và một anôt trơ Mật độ dòng áp vào phải đảm bảo để phản ứng cục bộ anôt của kim loại cần bảo vệ không xảy ra c)Tách kim loại khỏi môi trường xâm thực: phƣơng pháp bảo vệ kim loại đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp là ngăn... Nhƣ vậy, khi kim loại bị ăn mòn sẽ xuất hiện vùng catôt và vùng anôt Ngoài ra còn phân loại theo sự phá huỷ bề mặt kim loại Tuỳ theo sự ăn mòn xảy ra trên toàn bề mặt kim loại (ăn mòn liền khối) hay từng khu vực (ăn mòn cục bộ) Sự ăn mòn kim loại gây ra các hậu quả nghiêm trọng và làm hao tổn kim loại Vì ăn mòn kim loại làm biến đổi một lƣợng lớn các sản phẩm kim loại thành sản phẩm ăn mòn, làm biến đổi . SỞ HYDROTALCITE VÀ ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ EPOXY HỆ NƢỚC BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI THÂN THIỆN MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành Hóa Môi trường Mã số:60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA. hợp phụ gia ức chế ăn mòn trên cơ sở hydrotalcite và ứng dụng trong lớp phủ epoxy hệ nước bảo vệ chống ăn mòn kim loại thân thiện môi trường nhm thay th các hp chc hi, to. hydrotalcite (HT) làm cht ph gia trong ch t lp ph ho v bo v chy em thc hi tài Tổng hợp phụ gia ức chế ăn mòn trên cơ sở hydrotalcite và