Nghiên cứu biến đổi bề mặt khoáng talc bằng các hợp chất silan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ********** BÙI THỊ TRANG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI BỀ MẶT KHOÁNG TALC BẰNG CÁC HỢP CHẤT SILAN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ Môi trường Người hướng dẫn khoa học TS NGÔ KẾ THẾ HÀ NỘI – 2011 Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu LỜI CẢM ƠN Khóa luận thực Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – T.S Ngô Kế Thế Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, người tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho em suốt trình thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Việt Dũng phòng NC Vật liệu polyme compozit, người nhiệt tình, tận tâm giúp đỡ em suốt trình làm thực nghiệm hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn cán công nhân viên phòng NC Vật liệu polyme compozit bảo giúp đỡ em suốt thời gian qua Em xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội cung cấp cho em kiến thức trình học tập để em hoàn thành khóa luận Khóa luận tốt nghiệp thực thời gian ngắn nên không tránh khỏi số sai sót Vì vậy, em mong nhận góp ý, bảo thầy cô giáo bạn sinh viên Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2011 Sinh viên Bùi Thị Trang Khóa luận tốt nghiệp ii Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn thầy giáo TS Ngô Kế Thế Các số liệu, kết khoá luận trung thực Các kết không trùng với kết người khác công bố Nếu có vấn đề không xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Sinh viên: Bùi Thị Trang Khóa luận tốt nghiệp iii Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH Danh mục bảng Bảng 1.1: Tiêu chuẩn chất lượng talc theo ISO 3262 Bảng 1.2: Thống kê sử dụng bột talc số lĩnh vực khác Hoa Kỳ Bảng 1.3: Tính chất nhiệt khoáng vật chất dẻo chứa talc so với số khoáng chất khác Bảng 3.1: Thành phần hóa học khoáng talc Bảng 3.2: Kết khảo sát thời gian nghiền Danh mục hình: Hình 1.1: Sự phân bố mỏ talc giới Hình 1.2: Cấu trúc khoáng vật talc Hình 1.3: Talc kính hiển vi điện tử quét Hình 1.4: Ứng dụng talc ngành công nghiệp khác Hoa Kỳ năm 2003 Hình 1.5: Phân tử hữu (a) phân tử silan (b) Hình 1.6: Cơ chế silan hóa bề mặt chất độn Hình 1.7: Bề mặt chất độn sau biến đổi hợp chất silan Hình 1.8: Chất độn xử lý bề mặt silan phân tán dễ dàng chất polyme Hình 1.9: Cơ chế bảo vệ tái kết tụ hạt chất độn hợp chất silan Hình 1.10: Bề mặt talc biến đổi với aminsilan Khóa luận tốt nghiệp iv Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu Hình 1.11: Ảnh SEM mẫu PP chứa talc (a) talc biến đổi bề mặt (b) Hình 2.1: Thiết bị nghiền bi hành tinh Fritsch Hình 2.2: Máy phân tích nhiệt Netzsch STA 409 Hình 2.3: Máy phổ hồng ngoại FT-IR Hình 3.1: Giản đò nhiễu xạ tia X mẫu bột talc Hình 3.2: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TG mẫu talc Phú Thọ Hình 3.3: Cơ chế proton hóa phân tử silan Hình 3.4: Cơ chế silan hóa bề mặt talc với có mặt tác nhân axit Hình 3.5: Phổ FT-IR mẫu bột talc ban đầu Hình 3.6: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với aminoetylaminopropyltrietoxysilantriol Hình 3.7: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với Metacryloxypropyltrimethoxysilan Hình 3.8: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với vinyltriethoxysilan Hình 3.9: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với Vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan Hình 3.10: Độ hấp thụ dầu mẫu bột talc Hình 3.11: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TG mẫu talc biến đổi bề mặt aminsilan Khóa luận tốt nghiệp v Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 KHOÁNG TALC 1.1.1 Nguồn gốc hình thành 1.1.2 Thành phần cấu trúc 1.1.2.1 Thành phần hóa học thành phần khoáng vật 1.1.2.2 Cấu trúc khoáng talc 1.1.3 Phân loại 1.1.4 Tính chất khoáng talc 1.1.5 Ứng dụng khoáng talc nghành công nghiệp 10 1.1.5.1 Nông nghiệp thực phẩm 11 1.1.5.2 Gốm sứ thủy tinh 12 1.1.5.3 Giấy 13 1.1.5.4 Cao su 14 1.1.5.5 Sơn vật liệu phủ 14 1.1.5.6 Chất dẻo 15 1.1.5.7 Mỹ phẩm dược phẩm 17 1.1.5.8 Tấm lợp 18 1.1.5.9 Các ứng dụng khác 18 1.2 HỢP CHẤT SILAN VÀ QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI BỀ MẶT KHOÁNG CHẤT 19 Khóa luận tốt nghiệp vi Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu 1.2.1 Khái niệm hợp chất silan tác nhân ghép nối 19 1.2.1.1 Hợp chất silan 19 1.2.1.2 Tác nhân ghép nối silan 21 1.2.2 Các tính chất công nghệ ứng dụng 21 1.2.2.1 Tác nhân ghép nối 21 1.2.2.2 Tăng khả kết dính 22 1.2.2.3 Tác nhân phân tán chống thấm nước 22 1.2.2.4 Tác nhân khâu mạch 23 1.2.3 Ứng dụng hợp chất silan để biến đổi bề mặt khoáng chất 23 1.3 BIẾN ĐỔI BỀ MẶT KHOÁNG TALC BẰNG CÁC HỢP CHẤT SILAN 27 1.3.1 Sự cần thiết phải biến đổi bề mặt khoáng talc 27 1.3.2 Biến đổi bề mặt khoáng talc hợp chất silan 27 Chương 2: THỰC NGHIỆM 30 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 30 2.1.1 Khoáng talc 30 2.1.2 Chất biến đổi bề mặt 30 2.2 THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.2.1 Khảo sát chế độ nghiền khoáng talc 31 2.2.2.Phân tích thành phần khoáng talc 31 2.2.3 Khảo sát phân hủy nhiệt talc 32 2.2.4 Biến đổi bề mặt bột khoáng talc 32 Khóa luận tốt nghiệp vii Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu 2.2.5 Khảo sát trình biến đổi bề mặt bột talc phổ hồng ngoại 33 2.2.6 Xác định độ ngấm dầu 33 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHOÁNG TALC PHÚ THỌ 35 3.1.1 Phân tích thành phần bột talc 35 3.1.2 Phân tích nhiệt khoáng talc 36 3.1.3 Khảo sát chế độ nghiền khoáng talc 38 3.2 BIẾN ĐỔI BỀ MẶT KHOÁNG TALC 39 3.2.1 Biến đổi bề mặt khoáng talc Aminopropyltriethoxysilantriol 40 3.2.2 Biến đổi bề mặt khoáng talc Metacryloxypropyltrimethoxysilan 41 3.2.3 Biến đổi bề mặt khoáng talc Vinyltriethoxysilan 42 3.2.4 Biến đổi bề mặt khoáng talc cation Vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan 43 3.3 NGHIÊN CỨU ĐỘ HẤP THỤ DẦU CỦA KHOÁNG TALC 44 3.4 XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ SILAN HÓA KHOÁNG TALC BẰNG PHÂN TÍCH NHIỆT 46 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 Khóa luận tốt nghiệp viii Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Bột talc loại khoáng chất có tự nhiên Với tính chất quang học (độ trắng), nhiệt (chịu nhiệt, ổn định nhiệt), hóa học (độ tinh khiết, độ trơ, lực với chất hữu cơ), vật lý (kích thước hạt, độ mịn, kết cấu dạng tấm, tỷ trọng)… talc ứng dụng ngành công nghiệp khác gốm sứ, sơn, giấy, vật liệu lợp, chất dẻo, mỹ phẩm, dược phẩm Trên giới, Trung Quốc quốc gia đứng đầu sản lượng sản xuất trữ lượng talc, đồng thời nước cung cấp talc cho thị trường toàn cầu (sản lượng sản xuất năm 2008 2.200.000 tấn) Tiếp sau nước Hoa Kỳ, Ấn Độ, Phần Lan Pháp Ở Việt Nam, có nhiều doanh nghiệp khai thác quặng talc chế biến thành sản phẩm phục vụ nhu cầu nước xuất thị trường nước như: Công ty Cổ phần bột talc miền Bắc sở hữu khai thác Tà Phù, Công ty TNHH Khoáng sản Nhật Việt… Tuy khai thác chế biến thành sản phẩm chào bán thị trường sản phẩm bột talc sản xuất công ty nước dừng lại mức độ khai thác chọn lọc nghiền thô Do sản phẩm có chất lượng tương đối thấp không ổn định Bên cạnh đó, việc nghiên cứu ứng dụng bột talc vào lĩnh vực khác nước ta hạn chế chưa quan tâm mức Do vậy, toàn nhu cầu nguyên liệu talc cho số ngành công nghiệp nước gốm sứ, sơn, dược phẩm hóa mỹ phẩm từ nhiều năm phải nhập Theo số kết nghiên cứu cho thấy mỏ khoáng hóa talc vùng Thanh Sơn, Phú Thọ có hàm lượng khoáng vật talc tương đối cao, dao động từ 24,39 – 27,83% MgO, cá biệt có mẫu tới 30,86% Điều khẳng định nguồn nguyên liệu khoáng chất talc có giá trị có khả khai thác, chế biến để tạo sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác Khóa luận tốt nghiệp Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu Với lý tiến hành “Nghiên cứu biến đổi bề mặt khoáng talc hợp chất silan” để biến đổi bề mặt khoáng talc – Phú Thọ nhằm nâng cao khả tương tác pha với chất hữu cơ, nhằm ứng dụng vật liệu loại vật liệu polyme compozit Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu biến đổi bề mặt bột khoáng talc hợp chất silan để tăng cường khả tương hợp với polyme Nhiệm vụ nghiên cứu:  Nghiên cứu thành phần, tính chất nhiệt, kích thước hạt talc Phú Thọ  Nghiên cứu biến đổi bề mặt talc hợp chất silan khác  Xác định độ thấm dầu mẫu bột talc biến đổi  Xác định hàm lượng lớp phủ hợp chất silan bề mặt khoáng talc Khóa luận tốt nghiệp Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu mạnh, khoảng 4,32% khối lượng Sự khối lượng kèm với hiệu ứng thu nhiệt 9960C Ở khoảng nhiệt độ khối lượng giải phóng nước cấu trúc kèm với phân hủy talc Sự đề hyđroxyl hóa dẫn đến hình thành enstatite (MgSiO3) chuyển thành protoentatit silic đioxit vô định hình Mg3[(OH)2Si4O10]   3(MgO.SiO2) + SiO2 +H2O Cấu trúc tinh thể protoenstatite gần với cấu trúc talc Khi talc bị nước hai nhóm hydroxyl tạo thành phân tử nước, ion O2- lại chiếm chỗ mạng tinh thể hình thành cầu Si-O-Si Do hình thành chuỗi tứ diện [SiO4]4- chuyển cấu trúc lớp talc thành cấu trúc chuỗi protoenstatite Hình 3.2: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TG mẫu talc Phú Thọ Kết phù hợp với nghiên cứu Ewell, Avgustinik, Kronert [9] Khóa luận tốt nghiệp 37 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu nhiều nghiên cứu khác Từ kết phân tích đến kết luận, đề hyđroxyl mẫu talc nghiên cứu không khí bắt đầu khoảng 8000C phân hủy talc xảy nhanh khoảng 9000C - 10500C Từ 8000C đến 11000C talc 4,58% khối lượng, kết phù hợp với kết phân tích thành phần bột talc Từ 11000C trở lên gần không thấy khối lượng kết luận đến khoảng 11000C talc bị phân hủy gần hoàn toàn khoảng nhiệt độ xảy chuyển pha phản ứng pha rắn 3.1.3 Khảo sát chế độ nghiền khoáng talc Khoáng talc từ quặng có kích thước lớn, cần phải nghiền mịn để sử dụng vào nghiên cứu Trên thiết bị nghiền bi hành tinh, khảo sát thời gian nghiền đến kích thước hạt Bảng 3.2: Kết khảo sát thời gian nghiền Thời gian nghiền (phút) Lượng lại rây 4900 lỗ/cm2 (%) 10 15 20 30 40 50 45 35 20 7,0 6,5 Từ bảng 3.2 cho thấy tăng thời gian nghiền từ 10 đến 30 phút lượng hạt sót rây giảm đáng kể từ 45% đến 9% tăng thời gian nghiền từ 30 phút đến 50 phút, lượng hạt sót rây giảm chậm Có kết sau 30 phút nghiền xuất giảm học hạt nên giới hạn giảm kích thước hạt Kết phù hợp với nghiên cứu tác giả P.J Sanschez- Soto cộng [10] Từ kết trên, để tránh mài mòn vật liệu nhiễm bẩn phối liệu, tiết kiệm lượng nghiền mà đảm bảo cấp hạt theo yêu cầu chọn thời gian nghiền 30 phút với tốc Khóa luận tốt nghiệp 38 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu độ vòng máy 200 vòng/phút tỉ lệ 400g bi/ 10 g mẫu 3.2 Biến đổi bề mặt khoáng talc Biến đổi bề mặt talc trình quan trọng Khác với số chất độn gia cường khác oxit silic, talc có đặc trưng kiềm nhẹ nước trình biến đổi bề mặt phải có mặt tác nhân có tính axit để tạo proton (hình 3.3) Khi tác nhân kết nối sử dụng, liên kết hóa học tạo bề mặt chất độn nhóm hydroxyl hay silanol nhóm alkoxy tác nhân ghép nối (hình 3.4) Hình 3.3: Cơ chế proton hóa phân tử silan Hình 3.4: Cơ chế silan hóa bề mặt bột talc với có mặt tác nhân axit Trong đề tài này, nghiên cứu biến đổi bề mặt talc loại hợp chất silan khác nhằm gia cường cho loại vật liệu polyme compozit Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) sử dụng để xác định kết phản ứng biến đổi bề mặt Hình 3.5 biểu diễn phổ hồng ngoại mẫu khoáng talc ban đầu Khóa luận tốt nghiệp 39 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu Hình 3.5 : Phổ FT-IR mẫu bột talc ban đầu Băng sóng hấp thụ 3684 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết nhóm OH không tạo liên kết hydro Nhóm hydroxyl có tinh thể khoáng talc Liên kết Si-O-Si có dao động hóa trị đặc trưng vùng 1016 cm-1 Với mẫu bột talc biến đổi bề mặt hợp chất silan, phổ hồng ngoại xuất pic hấp thụ đặc trưng cho phân tử silan, không xuất phổ đồ mẫu bột talc ban đầu 3.2.1 Biến đổi bề mặt khoáng talc Aminopropyltriethoxysilantriol Các hợp chất silan có chứa nhóm amin phân tử tác dụng tăng khả tương tác pha chất độn vô với chất hữu cơ, có khả thúc đẩy trình lưu hóa vật liệu sử dụng chất độn gia cường biến đổi bề mặt amin silan cho vật liệu cao su Hình biểu diễn phổ hồng ngoại mẫu bột talc biến đổi bề mặt aminoetylaminopropyltrietoxysilantriol Khóa luận tốt nghiệp 40 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu Hình 3.6: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với aminoetylaminopropyltrietoxysilantriol Phổ FT-IR mẫu bột talc biến đổi bề mặt amin silan xuất pic đặc trưng mới, đặc trưng cho phân tử silan Dao động hóa trị liên kết N-H nhóm amin nằm 3417 cm-1 Băng sóng hấp thụ 2925 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C-H bão hòa phân tử silan Pic hấp thụ 1385 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C-N Như vậy, phổ FT-IR xác nhận phân tử aminsilan có bề mặt bột talc sau trình biến đổi bề mặt 3.2.2 Biến đổi bề mặt khoáng talc Metacryloxypropyltrimethoxysilan Các chất độn biến đổi bề mặt hợp chất silan có chứa nhóm metacryloxy có tác dụng tốt với chất acrylic, polyeste, polyolefin,… Hình… biểu diễn phổ FT-IR mẫu bột talc biến đổi bề mặt metacrylsilan Khóa luận tốt nghiệp 41 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu Hình 3.7: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với Metacryloxypropyltrimethoxysilan Nhìn phổ đồ ta thấy xuất pic đặc trưng mới, không xuất phổ mẫu bột talc ban đầu Băng sóng hấp thụ 2952 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-H bão hòa Băng sóng hấp thụ có đỉnh nhọn 1716 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C=O phân tử silan Ngoài ta thấy băng sóng hấp thụ yếu khoảng 1650 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C=C Như vậy, phổ hồng ngoại xác nhận có mặt phân tử metacrylsilan có bề mặt bột talc 3.2.3 Biến đổi bề mặt khoáng talc Vinyltriethoxysilan Các hợp chất vinylsilan có tác dụng tốt chất polyolefin hay polyeste Quá trình biến đổi bề mặt bột tan vinyltriethoxysilane xác nhận phổ FT-IR (hình 3.8) Khóa luận tốt nghiệp 42 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu Hình 3.8: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với vinyltriethoxysilan Phổ FT-IR mẫu bột talc biến đổi bề mặt hợp chất vinyl silan có píc đặc trưng liên kết C-H không no khoảng 3040 cm-1 Dao động hóa trị liên kết C=C 1627 cm-1 3.2.4 Biến đổi bề mặt talc cation Vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan Các hợp chất biến đổi bề mặt loại vinylbenzylamin silan có khả tương tác tốt với nhiều loại hợp chất hữu khác phân tử có chứa nhiều nhóm chức khác Bên canh đó, phân tử silan loại cation, khả phản ứng với chất độn có bề mặt tích điện âm mica, talc tốt Hình biểu diễn phổ hồng ngoại mẫu bột talc biến đổi bề mặt vnylbenzylaminopropyltriethoxysilane Khóa luận tốt nghiệp 43 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu Hình 3.9: Phổ FT-IR talc biến đổi bề mặt với Vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan Trên phổ FT-IR ta thấy có sóng hấp thụ 2933 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C-H bão hòa Dao động hóa trị nhóm C=C nằm 1632 cm-1 Như vậy, phổ FT-IR xác nhận có mặt phân tử vinylbenzylamin silan có bề mặt bột talc sau trình biến đổi 3.3 Nghiên cứu độ hấp thụ dầu khoáng talc Độ ngấm dầu hay khả hấp thụ dầu phản ánh tính chất bề mặt chất độn vô Với chất có bề mặt phân cực, ưa nước không tương thích với chất hữu có độ hấp thụ dầu thấp, khả phân tán chất hữu Ngược lại, với chất có bề mặt chứa nhóm ưa hữu cơ, khả hấp thụ dầu cao, khả phân tán chất hữu cao Khóa luận tốt nghiệp 44 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu Quá trình biến đổi bề mặt hợp chất silan làm tăng khả hấp thụ dầu bột talc bề mặt phủ lớp hợp chất silan có chứa nhóm chức hữu Hình 3.10 biểu diễn đồ thị hấp thụ dầu mẫu bột talc ban đầu Độ hấp thụ dầu (ml/100g) mẫu bột talc biến đổi bề mặt hợp chất silan khác 80 70 60 56 61 62 69 70 50 40 30 20 10 Mẫu bột talc Hình 3.10: Độ hấp thụ dầu mẫu bột talc Trong đó: 1- Mẫu bột talc ban đầu 2- Bột talc biến đổi bề mặt với Amin silan 3- Bột talc biến đổi bề mặt với Metacryl silan 4- Bột talc biến đổi bề mặt với Vinyl silan 5- Bột talc biến đổi bề mặt với Vinylbenzylamin silan Nhìn vào đồ thị độ hấp thụ dầu mẫu bột talc chưa biến đổi bề mặt mẫu biến đổi bề mặt hợp chất silan khác nhau, nhận thấy có gia tăng độ hấp thụ dầu mẫu bột talc biến đổi bề mặt so với mẫu ban đầu Có thể thấy mẫu bột talc biến đổi bề mặt hợp chất có chứa nhóm vinyl cho độ hấp thụ dầu cao (mẫu 4, 5) Khóa luận tốt nghiệp 45 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu 3.4 Xác định mức độ silan hóa khoáng talc phân tích nhiệt Phân tích nhiệt kỹ thuật phân tích định lượng hàm lượng silan hấp phụ bề mặt talc sở xác định độ suy giảm khối lượng mẫu đo trình gia nhiệt Ở phần 3.1.2 phân tích kỹ giản đồ nhiệt talc khoảng nhiệt độ từ 25 ÷ 1200 ºC Từ kết nghiên cứu biến đổi bề mặt, lựa chọn mẫu bột talc biến đổi bề mặt loại amin silan để xác định mức độ silan hóa (hình 3.11) Hình 3.11: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TG mẫu talc biến đổi bề mặt aminsilan Nếu mẫu bột talc ban đầu, khoảng nhiệt độ 800ºC gần suy giảm khối lượng với mẫu bột talc biến đổi bề mặt amin silan có suy giảm 3,738% khối lượng Phần khối lượng suy giảm phần khối lượng hợp chất silan có bề mặt bột talc sau trình biến đổi Khóa luận tốt nghiệp 46 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu KẾT LUẬN Talc loại khoáng tự nhiên có trữ lượng lớn nước ta, tập trung vùng Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (2.714.555 tấn) Sản lượng sản phẩm bột talc dự kiến khai thác, chế biến đến năm 2015 70.000 tăng lên 150.000 vào sau năm 2016, mỏ tỉnh Phú Thọ 100.000 Talc có nhiều tính chất quí, sử dụng nhiều lĩnh vực, chủ yếu công nghiệp gốm sứ giấy Trong lĩnh vực y tế dược phẩm, bột talc dùng không nhiều song lại quan trọng, thiếu bào chế thuốc viên Ngày bột talc nghiên cứu ứng dụng nhiều công nghiệp sản xuất cao su chất dẻo để giảm giá thành để gia tăng độ bền kết cấu vật liệu Trong lĩnh vực chất dẻo, biến đổi bề mặt bột talc cần thiết để tăng khả tương hợp pha vật liệu Kết phân tích thành phần phân tích nhiệt cho thấy bột talc Phú Thọ có tính chất tốt, thích hợp cho công nghệ gốm sứ Bước đầu biến đổi bề mặt bột talc có kết hợp chất silan để sử dụng làm chất độn gia cường cho vật liệu polyme Bột talc biên đổi bề mặt hợp chất silan có độ thấm dầu cải thiện rõ rệt Trong loại silan nghiên cứu, Vinylbenzylaminsilan giúp cho khoáng talc biến đổi bề mặt có độ thấm dầu cao Hàm lượng tác nhân ghép nối Aminoethylaminopropylsilantriol hấp phụ bề mặt bột talc xác định 3,738% Khóa luận tốt nghiệp 47 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu TÀI LIỆU THAM KHẢO Mondo Minerals http://www.mondominerals.com Nguyễn Văn Nhân (2004) Các mỏ khoáng NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 197p Deer W.A., Howie R.A., Zussman J (2009) Rock-forming minerals Volume 3B-Layered Silicates Excluding Micas and Clay Minerals 2nd edition The Geological Society Wikipedia (2010) The Free Encyclopedia URL: http://en.wikipedia.org/ Phan Văn Tường, Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB ĐHQGHN, (2007) G.D Stucky, D.E.Morse, P.K.Hansma; Materials science end Engineering 7,37(1999) Ciullo P.A (ed.) (1996) Industrial minerals and their uses: a handbook and formulary Noyes Publications, New Jersey 640p Đỗ Quang Minh, Kỹ thuật xản suất vật liệu gốm, NXB ĐHQG TPHCM, 255-256 ( 2006) Marek Wesolowski, (1984), “Thermal decomposition of talc”, Thermochimica Acta, 78, pp 395 – 421 10 P.J.Sasnchez – Soto, A, Wewiora, M.A.Aviles, A Justo, L.A Perez – Maqueda 11 Agnello V.N (2005) Bentonite, pyrophyllite and tan in the Republic of South Africa 2004 Report R46 / 2005 http://www.dme.gov.za/publications Khóa luận tốt nghiệp 48 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu 12 Bandford, A W., Aktas, Z., and Woodburn, E T (1998) Powder Technology, vol 98, pp 61-73 13 McCarthy E.F (2000) Tan Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 14 Mindat.org (1993-2009) Tan In: Mindat.org - the mineral and locality database URL: http://www.mindat.org/min-3875.html 15 Mineral Data Publishing, 2001 Tan - Mineral Data Publishing, version 1.2 16 Bùi Hữu Lạc, Nguyễn Văn Thắng, Hoàng Nga Đính (1989) Tìm kiếm Tan 1:50.000 vùng Ngọc Lập - Tà Phù, Thanh Sơn, Phú Thọ Báo cáo St.9 Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam 17 Sarquis P.E & Gonzalez M (1998) Technical note limits of the use of industrial tan-the cacbonate effect Minerals Engineering, 11 (7), pp 657-660 18 Tomaino G.P (2005) Tan and Pyrophyllite Mining Enginerring, 57(6):57 19 Trần Văn Trị & Vũ Khúc (chủ biên) (2009) Địa chất Tài nguyên Việt Nam NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ 589p 20 Trần Văn Trị (chủ biên) (2000) Tài nguyên khoáng sản Việt Nam Cục Địa chất Khoáng sản Việt Nam 214p 21 U.S Geological Survey (2006) U.S Geological Survey Minerals Yearbook - 2005: Tan and Pyrophyllite U.S Geological Survey 22 U.S Geological Survey (2007) U.S Geological Survey Minerals Yearbook - 2006: Tan and Pyrophyllite U.S Geological Survey Khóa luận tốt nghiệp 49 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu 23 U.S Geological Survey (2007) Tan and Pyrophyllite - Mineral Commodity Summaries, 2007 U.S Geological Survey 24 U.S Geological Survey (2009a) U.S Geological Survey Minerals Yearbook - 2008: Tan and Pyrophyllite U.S Geological Survey 25 U.S Geological Survey (2009b) Tan and Pyrophyllite statistics, in Kelly, T.D., and Matos, G.R., comps., Historical statistics for mineral and material commodities in the United States: U.S Geological Survey Data Series 140, http://pubs.usgs.gov/ds/2005/140/ (Accessed 8/2010) 26 U.S Geological Survey (2010) Tan and Pyrophyllite - Mineral Commodity Summaries, 2010 U.S Geological Survey 27 Luzenac Group, http://www.luzenac.com 28 Bandford A.W., Aktas Z., Woodburn E.T (1998) Powder Technology, vol 98, pp 61-73 29 Beattie D.A., Huynh L., Kaggwwa B.N., and Ralston J (2005) Minerals engneering, vol 19, pp 598-608 30 Feng D., and Aldrich C (2004) Idustrial engneering chemistry research, vol 43, pp 4422-4427 31 Kusaka E., Amano N., and Nakahiro Y (1997) International journal of mineral processing, vol 50, pp 243-253 32 Velaphi M.N (2007) Thesis of Masters of Science Pretoria University South Africa 33 Power Chemical Corporation Limited (2009) Silane Coupling Agents Guide SiSiB® SILANES http: //www.PCC.asia www.SiSiB.com Khóa luận tốt nghiệp 50 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội Viện Khoa học Vật liệu 34 Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Thị Thanh Huyền (2004) Một số kết thí nghiệm thăm dò sơ khả tuyển mẫu tan vùng Phú Thọ Viện Khoa học Vật liệu - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam 35 Công ty Cổ phần bột Tan Miền Bắc http://tanvietnam.com.vn 36 Công ty TNHH Khoáng sản Nhật Việt http://www.javichem.com Khóa luận tốt nghiệp 51 Bùi Thị Trang [...]... Biến đổi bề mặt khoáng talc bằng các hợp chất silan là một phương pháp đang được sử dụng phổ biến hiện nay để đạt được mục đích trên 1.3.2 Biến đổi bề mặt khoáng talc bằng các hợp chất silan Trong vai trò là chất độn hay chất gia cường trong lĩnh vực vật liệu polyme, talc phải được biến đổi bề mặt Xử lý bột talc bằng các hợp chất silan có thể nâng cao khả năng phân tán cũng như tính chất của vật liệu polyme... dính 1.2.3 Ứng dụng các hợp chất silan để biến đổi bề mặt khoáng chất Phương pháp biến đổi bề mặt các chất độn nói chung bằng các hợp chất silan ngày càng trở nên phổ biến do có được nhiều ưu điểm, đặc biệt là trong khả năng tăng cường tính chất của vật liệu Quá trình biến đổi bề mặt bột khoáng thường diễn ra như sau:  Đầu tiên 3 nhóm alkoxy bị thuỷ phân tạo ra các thành phần chứa silanol,  Tiếp đó... độ bền Các phiến trong các hạt talc riêng lẻ là kị nước nhưng ở các cạnh của các phiến này lại ưa nước do sự có mặt của các nhóm hydroxyl A Krysztafkiewicz và đồng nghiệp (1985) đã thực hiện quá trình biến đổi bề mặt của talc bằng ba loại hợp chất silan khác nhau và sử dụng bột talc đã biến đổi gia cường cho cao su Kết quả chỉ ra rằng, trong tất cả các trường hợp chất độn được biến đổi bề mặt, tính chất. .. cao tính chất điện Để biến đổi bề mặt khoáng bằng các hợp chất silan, có ba phương pháp thông dụng đươc mô tả chung như sau : Phương pháp ướt: Được thực hiện bằng cách trộn hỗn hợp ướt các chất độn vô cơ với một dung dịch loãng của hợp chất silan Phương pháp này có thể biến đổi bề mặt của các chất độn vô cơ với một độ đồng đều cao Phương pháp khô: Cần một máy trộn có tốc độ cao để phân tán các tác nhân... polyme Việc xử lý chất độn bằng các hợp chất silan cũng tạo ra các lớp bảo vệ Khóa luận tốt nghiệp 25 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Viện Khoa học Vật liệu để ngăn cản quá trình tái kết tụ của các hạt (hình 1.9): Hình 1.9 Cơ chế bảo vệ tái kết tụ các hạt chất độn của hợp chất silan Trong các lĩnh vực vật liệu cao su, sơn, nhựa,…việc biến đổi bề mặt chất độn bằng các hợp chất silan sẽ có những... mica, các oxit kim loại talc thường tương tác bề mặt kém với các vật liệu polyme Khi sử dụng talc làm chất gia cường cho các loại vật liệu thì cần phải nâng cao độ tương tác giữa các pha để sản phẩm đạt được các tính năng cơ lý hoá cao Tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng mà bột khoáng talc cần được biến tính bề mặt để tạo ra sự tương tác thích hợp của talc với các vật liệu nền lựa chọn Biến đổi bề mặt khoáng. .. trình sử dụng các chất gia cường như sợi thủy tinh hay các chất độn khoáng để đưa vào trong các chất dẻo và cao su Chúng cũng được sử dụng cả với các hệ nhiệt rắn và nhiệt dẻo Các chất độn khoáng như silica, talc, wollastonit, sét và các loại chất độn khác được biến đổi với hợp chất silan hoặc có thể được xử lý trực tiếp trong quá trình tạo mẫu vật liệu Với việc ứng dụng các hợp chất silan chứa nhóm... khi được biến đổi bề mặt, trên bề mặt bột khoáng sẽ xuất hiện các Khóa luận tốt nghiệp 24 Bùi Thị Trang Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 Viện Khoa học Vật liệu nhóm chức của phân tử silan (hình 1.7): Hình 1.7 Bề mặt chất độn sau khi được biến đổi bằng hợp chất silan Hợp chất silan trước hết được biết đến như là tác nhân làm cho quá trình gia công chế tạo các vật liệu polyme có chứa các chất độn rắn vô... hỗn hợp chất độn, các loại vỏ và cáp điện bằng EPDM độn khoáng sét,… 1.2.2.2 Tăng khả năng kết dính Các tác nhân ghép nối silan làm tăng khả năng kết dính khi sử dụng chúng làm chất phụ gia trong sơn, mực, lớp phủ, keo dính,… Khi được sử dụng như một phụ gia, chúng đi vào bề mặt phân cách giữa chất nền và chất gia cường thêm vào để hoạt hóa Khi được sử dụng như một chất biến đổi bề mặt, các hợp chất silan. .. và khác nhau về tính chất vật lý và hóa học giữa hợp chất của cacbon và hợp chất của silic Các hợp chất mà cấu trúc của nó có chứa ít nhất một liên kết C-Si được gọi là các hợp chất silan hữu cơ Liên kết C-Si rất bền vững, rất không phân cực và năng lượng bề mặt tăng chậm Các hợp chất của cacbon cũng có ảnh hưởng tương tự mặc dù những ảnh hưởng này kém hơn so với các hợp chất silan Cấu trúc hydrit ... dụng hợp chất silan để biến đổi bề mặt khoáng chất 23 1.3 BIẾN ĐỔI BỀ MẶT KHOÁNG TALC BẰNG CÁC HỢP CHẤT SILAN 27 1.3.1 Sự cần thiết phải biến đổi bề mặt khoáng talc 27 1.3.2 Biến. .. đích nghiên cứu: Nghiên cứu biến đổi bề mặt bột khoáng talc hợp chất silan để tăng cường khả tương hợp với polyme Nhiệm vụ nghiên cứu:  Nghiên cứu thành phần, tính chất nhiệt, kích thước hạt talc. .. hạt talc Phú Thọ  Nghiên cứu biến đổi bề mặt talc hợp chất silan khác  Xác định độ thấm dầu mẫu bột talc biến đổi  Xác định hàm lượng lớp phủ hợp chất silan bề mặt khoáng talc Khóa luận tốt