Nghiên cứu chế tạo vật liệu Ormosil phủ lên bề mặt thủy tinh bằng phương pháp Sol-Ge

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VÕ THỊ THANH KIỀU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU ORMOSIL PHỦ LÊN BỀ MẶT THỦY TINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL Chuyên ngành: Công nghệ hóa học Mã số: 60.52.75 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN DŨNG Phản biện 1: PGS.TS PHẠM CẨM NAM Phản biện 2: PGS.TS PHẠM NGỌC ANH Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng 04 năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại Học Đà Nẵng Footer Page of 126 06 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Như biết, hướng phát triển số sản phẩm vật liệu xây dựng thủy tinh, gạch granite cao cấp v.v phủ lớp nhẵn, bóng lên bề mặt vật liệu giúp ngăn không cho chất bẩn, vi khuẩn hay nấm mốc bám vào Lớp phủ giúp cho sản phẩm trở nên thoải mái sử dụng, việc vệ sinh nhanh chóng dễ dàng, từ giảm việc sử dụng chất hóa học tẩy rửa có hại cho môi trường sinh thái Một lớp phủ có tác dụng chống tác động môi trường bên đến vật liệu bên trong, giúp nâng cao tính thẩm mỹ giá trị sử dụng sản phẩm lên nhiều.Người ta thường dùng lớp phủ silica silica biến tính hữu để phục vụ cho mục đích trên.Nhược điểm lớp silica có tính dòn thủy tinh không kỵ nước nên khả chống bám bẩn không phát huy tối đa Để khắc phục nhược điểm trên, hướng nghiên cứu thứ hai phủ lớp silica biến tính hữu (Organically Modified Silica, viết tắt Ormosil) lên bề mặt vật liệu Khi phủ lớp ORMOSIL lên bề mặt thủy tinh (hay bề mặt gạch ốp lát granite) làm cho sản phẩm bóng đẹp, chống bám bẩn hay kháng khuẩn Thế thị trường Việt Nam sử dụng chế phẩm Trung Quốc để mài phủ lên bề mặt gạch granite hay phủ lên thủy tinh Việc sản xuất chế phẩm nội địa đáp ứng nhu cầu công nghiệp vật liệu nước thật cần thiết Trong loại vật liệu lai Ormosil, đặc biệt lưu ý nghiên cứu vật liệu TEOS/PDMS, tức sử dụng nguyên liệu đầu TEOS (tetraethyl orthosilicate) silicone PDMS (polydimethylsiloxane) Footer Page of 126 Header Page of 126 2 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo sol PDMS/TEOS lớp phủ - Xác định yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu: loại dung môi thích hợp để tăng khả trộn lẫn cấu tử đầu; nhiệt độ trình phản ứng, sấy nung; thời gian phản ứng v.v Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Sol silica biến tính hữu (ORMOSIL), lớp phủ từ silica biến tính hữu thủy tinh 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Phòng thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu Phương pháp chế tạo mẫu: chế tạo dung dịch silica biến tính hữu phương pháp hóa học, sau phủ lớp Ormosil lên bề mặt thủy tinh theo phương pháp dip-coating Phương pháp xác định đặc trưng dung dịch keo vật liệu: - Phương pháp chụp ảnh SEM: xác định vi cấu trúc vật liệu - Phương pháp chụp ảnh TEM: đánh giá hình dạng kích thước hạt silica dung dịch - Phương pháp hồng ngoại FT-IR: đánh giá đặc trưng hóa lý dung dịch keo - Phương pháp phân tích nhiệt vi sai nhiệt trọng lượng (DTA, TGA): đánh giá ổn định lớp phủ với nhiệt độ - Phương pháp đo góc tiếp xúc: đánh giá khả kỵ nước lớp phủ - Phương pháp đo độ truyền qua: đánh giá độ suốt lớp phủ Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Footer Page of 126 Header Page of 126 - Nghiên cứu chế tạo thành công lớp Ormosil phủ lên bề mặt thủy tinh - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến đặc trưng lớp phủ Ý nghĩa thực tiễn: Sự thành công đề tài chắn góp phần vào trình phát triển vật liệu phủ cao cấp cho sản phẩm thủy tinh xây dựng dân dụng, đặc biệt thành phố Đà Nẵng khu vực phát triển mạnh mẽ bền vững khu vực miền Trung Tây Nguyên Cấu trúc luận văn Cấu trúc luận văn bao gồm phần sau: - Mởđầu - Chương 1: Tổngquan - Chương 2: Những nghiên cứu thực nghiệm - Chương 3: Kết thảo luận - Kết luận - Danh mục tài liệu tham khảo Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL 1.1.1 Giới thiệu Phương pháp sol – gel kỹ thuật tổng hợp hóa keo để tạo vật liệu nhiệt độ không cao Nó hình thành sở phản ứng thủy phân phản ứng ngưng tụ từ chất gốc (alkoxide precursors) 1.1.2 Các khái niệm Một hệ sol phân tán hạt rắn có kích thước khoảng 0,1 đến 1μm chất lỏng, có chuyển động Brown làm lơ lửng hạt Một hệ gel trạng thái mà chất lỏng rắn phân tán vào nhau, mạng lưới chất rắn chứa thành phần chất lỏng Precursor tiền chất ban đầu để tạo hạt keo (sol) Nó tạo thành từ thành tố kim loại hay kim, bao quanh ligand khác 1.1.3 Các bước trình tạo màng phương pháp sol – gel ảnh hưởng thông số Gồm bước: Bước 1: Chế tạo sol nhờ trình thủy phân ngưng tụ tiền chất Bước 2: Phủ sol lên bề mặt thủy tinh phương pháp quay, nhúng, phun Bước 3: Quá trình sấy để biến đổi màng gel ướt thành lớp màng Xerogel bề mặt thủy tinh Bước 4: Quá trình đốt nóng (hay nung) để thiêu kết chuyển hóa lớp màng Xerogel thành pha thủy tinh Footer Page of 126 Header Page of 126 Quá trình sol – gel hình thành với dạng phản ứng chính: phản ứng thủy phân phản ứng ngưng tụ - Phản ứng thủy tinh - Phản ứng ngưng tụ - Sự phát triển cấu trúc tinh thể trình gel hóa Sol tồn khoảng thời gian Đến thời điểm định hạt hút lẫn để trở thành phần tử lớn Sự phát triển hạt dung dịch ngưng tụ, làm tăng số liên kết kim loại - oxide - kim loại tạo thành mạng lưới khắp dung dịch 1.1.4 Sự phát triển cấu trúc tinh thể trình gel hóa 1.1.5 Ưu điểm nhược điểm trình sol – gel - Ưu điểm - Nhược điểm 1.1.6 Một số ứng dụng phương pháp sol – gel Được sử dụng rộng rãi để chế tạo nghiên cứu vật liệu oxide kim loại tinh khiết Các nhóm sản phẩm từ phương pháp sol – gel bao gồm: Màng mỏng, gel khối, gel khí, hạt nano, sợi ceramic v.v… 1.2 SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL ĐỂ CHẾ TẠO LỚP PHỦ SILICA Về chất, chế tạo sol silica thực trình thủy phân ngưng tụ từ tiền chất alkoxide silic Để chế tạo lớp phủ silica lên thủy tinh, phủ trực tiếp dung dịch alkoxide silic; hay thông qua trình thủy phân ngưng tụ alkoxide silic để tạo sol, sau phủ sol lên thủy tinh thành màng xerogel xốp Tiếp tục gia nhiệt, màng xerogel trở nên sít đặc trở thành lớp phủ hiệu Footer Page of 126 Header Page of 126 1.3 CHẾ TẠO LỚP PHỦ SILICA BIẾN TÍNH HỮU CƠ (ORMOSIL) BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL 1.3.1 Giới thiệu silica biến tính hữu Silica biến tính hữu (Ormosil) đặc trưng xâm nhập lẫn mạng lưới chất hữu vô có kích thước nano Công nghệ sol-gel xem quy trình quan trọng chế tạo loại vật liệu 1.3.2 Phân loại vật liệu lai silica biến tính hữu Có loại: Loại A, loại B, loại C 1.3.3 Chế tạo lớp phủ Ormosil (TEOS/PDMS) phương pháp sol – gel Để chế tạo Ormosil loại TEOS/PDMS thường sử dụng nguyên liệu đầu TEOS (tetraethyl orthosilicate) PDMS (polydimethylsiloxane) tận có nhóm hydroxyl Cơ chế trình phản ứng bao gồm phản ứng thủy phân ngưng tụ TEOS PDMS để tạo thành mạng lưới chung lớp phủ - Phản ứng thủy phân: - Phản ứng ngưng tụ: Theo hai phản ứng số lượng liên kết Si-O-Si biểu thị cho mức độ lai hóa Sự lai hóa TEOS PDMS thể qua phản ứng đa ngưng tụ nhóm silanol vị trí kết thúc Footer Page of 126 Header Page of 126 phân tử PDMS nhóm -OH TEOS qua trình thủy phân 1.4 TƯƠNG TÁC GIỮA HẠT SILICA VÀ LỚP PHỦ ORMOSIL VỚI NƯỚC 1.4.1 Tương tác hạt silica với nước Thông thường bề mặt hạt silica hai nguyên tử silic có nhóm silanol Si-OH Nhờ chứa nhóm silanol trình bày nên hạt silica có khả hấp phụ vật lý nước lên bề mặt Các phân tử nước nhóm silanol tách khỏi bề mặt hạt silica hình thành liên kết siloxane gia nhiệt từ 1200C-2000C áp suất thường 1.4.2 Tương tác lớp phủ Ormosil với nước Nhờ có thành phần hữu vật liệu Ormosil, nên bề mặt lớp phủ Ormosil có tính kỵ nước 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO LỚP PHỦ Có phương pháp 1.5.1 Phủ nhúng (dip-coating) 1.5.2 Phủ quay (spin-coating) 1.5.3 Phủ phun (spray-coating) 1.5.4 Phủ dòng chảy (flow-coating) 1.5.5 Phủ hóa học (chemical-coating) Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 CHƯƠNG 2: NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1.1 Nguyên liệu Để chế tạo dung dịch keo silica biến tính hữu sử dụng: - TEOS (Tetraethyl orthosilicate, Si(OC2H5)4), Merck, Đức - PDMS (Polydimethylsiloxane tận nhóm hydroxyl, (HO-[Si(CH3)2O]n-H)), Merck, Đức; trọng lượng phân tử 1700 g/mol - iPrOH (Isopropanol, (CH3)2CHOH), Merck, Đức - THF (Tetrahydrofuran), Merck, Đức - Axit HCl tinh khiết, Merck, Đức a Poly dimethylsiloxane (PDMS) PDMS với cấu trúc - [(CH3)2Si-O-]n, có khả kỵ nước, chống lại tia cực tím, chống xóc ma sát tốt Trong đề tài sử dụng loại Polydimethylsiloxane (PDMS) có nhóm kết thúc mạch polymer nhóm OH hãng Sigma Aldrich b Tetraethyl orthosilicate (TEOS) TEOS dùng để cung cấp thành phần vô cho vật liệu ORMOSIL.Tetraethyl orthosilicate hợp chất với công thức Si(OC2H5)4 c Vai trò nguyên liệu - PDMS sử dụng nguyên liệu cung cấp thành phần hữu cụ thể gốc alkyl CH3 mạng lưới tinh thể vật liệu ORMOSIL Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 10 2.3 QUY TRÌNH TỔNG HỢP VÀ PHỦ LỚP ORMOSIL TRÊN BỀ MẶT THỦY TINH Trong đề tài thực nội dung nghiên cứu theo sơ đồ sau: Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 11 2.3.1.Chuẩn bị sol silica sol silica biến tính hữu Đầu tiên khuấy trộn dung dịch A gồm isopropanol (4 mol), THF (1 mol), PDMS (với lượng phù hợp cho bảng 2.4) Dung dịch cho vào bình cầu ba cổ Khuấy trộn dung dịch B gồm H2O (3 mol), HCl (0,1 mol) Cho từ từ dung dịch B vào dung dịch A khuấy đồng thời, sau đốt nóng đến 80oC Phản ứng thủy phân ngưng tụ TEOS PDMS cho diễn 30 phút (hình 2.10).Hình 2.10.Hệ thống thí nghiệm chế tạo sol silica sol silica biến tính hữu Tỷ lệ mol chất đầu cho bảng 2.4 Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 12 2.3.2 Phủ sol lên bề mặt thủy tinh gia nhiệt mẫu Sử lý mẫu thủy tinh nước tẩy rửa thông thường, rửa lại nước cất, rửa etanol, aceton, tiếp tục rửa lại nước cất, sấy nhiệt độ 105 độ C 10 phút Mẫu sấy khô làm nguội bình hút ẩm sau đem phủ sol phương pháp dip-coating Mẫu sau sấy 85oC 18-21 giờ, tiếp tục gia nhiệt 200oC 30 để lớp phủ chuyển hóa hoàn toàn thành pha thủy tinh sít đặc bề mặt mẫu Để xác định số đặc trưng lớp phủ, vật liệu Ormosil chế tạo theo quy trình phủ lên đĩa Petri có Teflon, sau bóc lớp phủ khỏi đĩa Petri đem nghiền Vật liệu thu đem thí nghiệm để xác định đặc trưng 2.4 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CÁC TÍNH CHẤT 2.4.1 Khảo sát thiết bị phân tích hồng ngoại (FT-IR) - Nguyên lý ứng dụng máy phân tích hồng ngoại (FT-IR) - Sử dụng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (FT-IR) để xác định đặc trưng hóa lý dung dịch keo lớp phủ Ormosil TEOS/PDMS Đầu tiên chế tạo dung dịch keo silica nano dung dịch keo silica biến tính hữu Sau đem phủ lên đĩa Petri phủ Teflon, để bay tự nhiên dung môi, sản phẩm bị gel hóa Gel sấy tủ sấy nhiệt độ 80 độ C 24 Sản phẩm nghiền mịn phân tích hồng ngoại máy FT-IR Nicolet 6700 hãng Thermo, USA Trung tâm phân tích phân loại hàng hóa xuất nhập Chi nhánh Đà Nẵng Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 13 2.4.2 Khảo sát thiết bị phân tích nhiệt vi sai nhiệt trọng lượng (DTA TGA) - Nguyên lý ứng dụng phương pháp phân tính nhiệt (DTA TGA) - Sử dụng phương pháp phân tích nhiệt vi sai nhiệt trọng lượng (DTA TGA) để xác định đặc trưng nhiệt biến đổi trọng lượng vật liệu Ormosil Quy trình chuẩn bị mẫu sau: Chúng chế tạo vật liệu ORMOSIL theo quy trình tương tự với tỷ lệ khối lượng TEOS/PDMS tương ứng 70/30 phủ lên đĩa Petri có phủ Teflon, sau để bay tự nhiên sản phẩm bị gel hóa Gel sấy đem nghiền vật liệu thu xác định đặc trưng nhiệt phương pháp nhiệt vi sai nhiệt trọng lượng thiết bị hãng NETZSCH Thermo Thụy Điển Viện Nghiên cứu Công nghệ gốm sứ - Tập đoàn Prime - Vĩnh Phúc 2.4.3 Khảo sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Nguyên lý ứng dụng phương pháp - Sử dụng phương pháp chụp ảnh SEM để xác định vi cấu trúc vật liệu Ormosil Để đánh giá cấu trúc lớp phủ bề mặt thủy tinh, thủy tinh có lớp phủ Ormosil với tỷ lệ khối lượng TEOS/PDMS khác đem xác định hình thái bề mặt máy hiển vi điện tử quét Nova Nano SEM 450 hãng FEI Phòng thí nghiệm Khoa vật lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội 2.4.4 Khảo sát kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) - Nguyên lý ứng dụng phương pháp Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 14 - Sử dụng phương pháp chụp ảnh TEM để đánh giá kích thước hạt silica dung dịch Để đánh giá hình dạng kích thước hạt silica dung dịch, sol chế tạo pha loãng 100 lần etanol Sol pha loãng phân tán máy siêu âm 20 phút tạo giọt ô lưới Tiến hành trình sấy khô thực phân tích kính JEM1010-JEOL tích hợp CCD camera Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương, Hà Nội 2.4.5 Phương pháp xác định độ truyền qua - Giới thiệu chung máy UV-VIS spectrophotometer - Sử dụng máy UV-VIS để đánh giá độ truyền qua lớp phủ Sau phủ lớp Ormosil lên thủy tinh thương mại, gửi phân tích độ truyền qua thủy tinh so với thủy tinh thông thường máy UV-VIS UVS2700 hãng LABOMED Mỹ Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia – Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh 2.4.6 Phương pháp xác định trị số góc thấm ướt - Mục đích nguyên lý phương pháp Mục đích - Xác định khả thấm ướt bề mặt vật liệu - Xác định độ bề mặt vật liệu - Xác định lượng tự bề mặt chất rắn thành phần Nguyên lý Nhỏ giọt nước lên bề mặt vật liệu cần xác định, phận ghi hình thu hình ảnh ảnh quan sát hình máy tính Khi góc tiếp xúc xác định công thức: Trong đó: b chiều cao giọt nước Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 15 r bán kính giọt nước góc tiếp xúc - Sử dụng phương pháp đo góc tiếp xúc để xác định độ truyền qua cho vât liệu ORMOSIL Sau phủ lớp Ormosil lên vật liệu thủy tinh phương pháp phủ nhúng dip - coating Chúng gửi đo góc tiếp xúc máy OCA20 hãng Dataphysics – Đức Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia – Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 16 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 TỶ LỆ MOL VÀ THỨ TỰ PHỐI TRỘN CÁC CẤU TỬ Sau nhiều lần cấp phối, xác định quy trình thích hợp để chế tạo sol suốt sau: Đầu tiên lấy 6,2 ml dung môi iPrOH cho vào bình cầu cổ Sau cho từ từ 1,62 ml THF vào bình cầu khuấy liên tục máy khuấy từ Tiếp theo cho từ từ V ml PDMS vào hỗn hợp dung môi khuấy liên tục PDMS hòa tan hoàn toàn thu dung dịch suốt Nếu cho ngược lại PDMS không tan mà bị vón cục sol đục tŕnh chế tạo Vẫn tŕ tŕnh khuấy, ta cho 4,4ml TEOS vào dung dịch trên, khuấy thu dung dịch A Cho 0,9 ml nước cất lần vào cốc thủy tinh, tiếp tục cho 0,16ml HCl khuấy thu dung dịch B Cho từ từ dung dịch B vào dung dịch A khuấy Tiến hành lắp ống sinh hàn (Hình 2.10) gia nhiệt hỗn hợp đến nhiệt độ 800C thời gian 30 phút thu sol suốt Tất cấp phối bảng 2.4 thu sol silica sol silica biến tính hữu có độ suốt cao không bị gel hóa thời gian dài cất giữ ống nghiệm nhiệt độ thấp 3.2 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HỒNG NGOẠI (FT-IR) Chúng tiến hành xác định đặc trưng hồng ngoại (FT-IR) lớp phủ silica hay lớp phủ Ormosil vật liệu lấy từ đĩa Petri có kết hình 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6) Đối với lớp phủ silica từ TEOS (hình 3.2) pic hấp thụ số sóng 951,1 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-OH Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 17 Đối với lớp phủ Ormosil với tỷ lệ TEOS/PDMS = 90/10 (hình 2.3) pic hấp thụ đặc trưng cho liên kết Si-OH (tại số sóng 950,3 cm-1) yếu xuất thêm pic hấp thụ số sóng 1269,3 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-CH3 Khi tăng hàm lượng PDMS cấp phối (tỉ lệ TEOS/PDMS giảm xuống từ 90/10 xuống 80/20, 70/30 60/40), ta thấy pic hấp thụ tương ứng với Si-CH3 mạnh lên, pic hấp thụ 950,3 cm-1 ứng với liên kết Si-OH yếu biến tỉ lệ TEOS/PDMS đạt 70/30 60/40 Pic hấp thụ số sóng 808,4 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị, 1067,0 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng liên kết SiO-Si [9] Khi hàm lượng PDMS cấp phối tăng lên pic hấp thụ tương ứng với dao động hóa trị Si-O-Si mạnh lên, pic hấp thụ tương ứng với dao động biến dạng Si-O-Si dịch chuyển số sóng cao hơn, từ 1067,0 đến 1089,7; 1092,4 1102,3 cm-1 Kết chứng tỏ phản ứng ngưng tụ loại nước để tạo nên cấu trúc vật liệu bao gồm hạt silica kết nối với qua “PDMS cầu nối” diễn tốt đạt tỉ lệ TEOS/PDMS 70/30 trở xuống Hình 3.2 Phổ hồng ngoại màng silica từ TEOS Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 Hình 3.3 Phổ FT-IR vật liệu Ormosil tỉ lệ TEOS/PDMS 90/10 Hình 3.4 Phổ FT-IR vật liệu Ormosil tỉ lệ TEOS/PDMS 80/20 Hình 3.5 Phổ FT-IR vật liệu Ormosil tỉ lệ TEOS/PDMS 70/30 Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 19 Hình 3.6 Phổ FT-IR vật liệu Ormosil tỉ lệ TEOS/PDMS 60/40 3.3 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH THÁI BỀ MẶT LỚP PHỦ BẰNG SEM Đối với lớp phủ Ormosil, đề tài chế tạo thành công sol bền với tỉ lệ TEOS/PDMS khác nhau; sau phủ sol, sấy nung 200oC vật liệu thủy tinh hóa thành lớp màng sít đặc, suốt bám dính tốt vào thủy tinh Sol tương ứng với tỉ lệ TEOS/PDMS 70/30 dễ chế tạo nhất, mặt trực quan, lớp phủ tương ứng với tỉ lệ TEOS/PDMS 70/30 suốt bám dính tốt vào bề mặt thủy tinh Hình 3.7 Cấu trúclớp phủ TEOS/PDMS theo tỉ lệ 80/20 Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 20 Hình 3.8 Cấu trúclớp phủ TEOS/PDMS theo tỉ lệ 70/30 Đặc trưng vi cấu trúc lớp phủ Ormosil TEOS/PDMS xác định nhờ kính hiển vi điện tử quét SEM Nhận thấy rằng, tăng tỉ lệ PDMS cấp phối (tức giảm tỉ lệ TEOS/PDMS từ 80/20 xuống 70/30 60/40) mức độ ngưng tụ loại nước tăng, cấu trúc hạt SiO2 lớn phân tử PDMS bao quanh theo mô hình cấu trúc Mackenzie Xem hình 3.7, 3.8, 3.9 3.4 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG NHIỆT DTA Thực phân tích DTA TGA mẫu vật liệu Ormosil với tỉ lệ TEOS/PDMS 70/30 (sau sấy 85oC) môi trường N2 Kết Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 thể hình Đường cong TGA cho thấy trọng lượng 12,94% gia nhiệt từ nhiệt độ 115-750oC Sự trọng lượng kết trình nước hấp thụ phân hủy SiCH3 Trên nhiệt đồ DTA có pic thu nhiệt nhiệt độ 400oC tương ứng với trình phân hủy nhóm -CH3 Kết hoàn toàn tương thích với kết phân tích hồng ngoại FT-IR Hình 3.10 Nhiệt đồ DTA TGA vật liệu TEOS/PDMS theo tỉ lệ 70/30 3.5 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HẠT BẰNG TEM Kết phân tích TEM vật liệu lai với tỷ lệ TEOS/PDMS = 70/30 thể hình 3.11 Nhìn vào kết phân tích TEM cho thấy kích thước hạt SiO2 sau biến tính có kích thước nano mét (khoảng 100 – 150 nm) Hình 3.11 Kết chụp TEM mẫu ORMOSIL với tỷ lệ TEOS/PDMS = 70/30 Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 22 3.6 XÁC ĐỊNH TRỊ SỐ GÓC THẤM ƯỚT Sau chế tạo sol theo tỷ lệ TEOS/PDMS 90%/10%; 80%/20%; 70%/30%; 60%/40%, phủlên thủy tinh thương mại phương pháp nhúng dip - coating Sau gửi đo góc thấm ướt máy O-CA20 hãng DATAPHYSICS – Đức Phòng thí nghiệm trọng điểm Polimer composit – Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Chúng thu kết bảng 3.1 Nhìn vào kết phân tích, tăng hàm lượng PDMS từ đến 30%, trị số góc tiếp xúc tăng từ 49,1 độ lên 99,5 độ Bởi tăng hàm lượng PDMS lượng bề mặt giảm nhóm hydroxyl PDMS phản ứng với nhóm hydroxyl sản phẩm tŕnh thủy phân TEOS Si(OH)4 làm cho bề mặt xuất nhiều nhóm CH3, nhóm OH dần Điều thể rõ kết phân tích hồng ngoại hình 3.2 Tuy nhiên tiếp tục tăng hàm lượng PDMS trị số góc tiếp xúc giảm hàm lượng PDMS nhiều khó trộn lẫn khó hòa tan nên tính chất vật liệu giảm xuống 3.7 XÁC ĐỊNH ĐỘ TRUYỀN QUA Dựa vào bề mặt ngoại quan lớp phủ ormosil thủy tinh kết đo góc tiếp xúc mục 3.6, chúng Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 nhận thấy mẫu thủy tinh có phủ lớp Ormosil với hàm lượng TEOS/PDMS = 70/30 mẫu thủy tinh có kết tốt Chúng lấy mẫu với mẫu thủy tinh chưa phủ lớp Ormosil gửi phân tích độ truyền qua để so sánh kết Chúng có kết độ truyền qua theo bước sóng hình 3.14 Nhìn vào kết độ truyền qua hình 3.14 bảng 3.2, kết luận độ truyền qua thủy tinh phủ lớp ormosil thay đổi không đáng kể Lớp phủ ứng dụng để phủ loại thủy tinh để tăng khả chống bám bụi bẩn tự làm mà không làm thay đổi khả nhìn xuyên qua thủy tinh Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài chế tạo thành công sol Ormosil bền với tỉ lệ TEOS/PDMS khác nhau; sau phủ sol, sấy nung có lớp phủ suốt, bám dính tốt vào bề mặt thủy tinh Sol tương ứng với tỉ lệ TEOS/PDMS 70/30 dễ chế tạo mặt trực quan, lớp phủ tương ứng với tỉ lệ TEOS/PDMS 70/30 suốt bám dính tốt vào bề mặt thủy tinh Vi cấu trúc lớp phủ TEOS/PDMS phù hợp với mô hình Mackenzie đề nghị, bao gồm hạt silica nằm tách rời liên kết “PDMS cầu nối” Kiến nghị Trong tương lai tiếp tục nghiên cứu cấu trúc, độ dày, độ xốp, độ bền nhiệt, bền hóa, cường độ lớp phủ; nghiên cứu thời gian phản ứng tạo sol (lựa chọn thời gian hợp lý cho giai đoạn, tính toán thời gian để trình thủy phân, ngưng tụ polymer hóa diễn với mức độ đầy đủ) Các yếu tố quan trọng để triển khai đề tài với quy mô sản xuất Footer Page 26 of 126 ... pháp chế tạo mẫu: chế tạo dung dịch silica biến tính hữu phương pháp hóa học, sau phủ lớp Ormosil lên bề mặt thủy tinh theo phương pháp dip-coating Phương pháp xác định đặc trưng dung dịch keo vật. .. nguyên lý phương pháp Mục đích - Xác định khả thấm ướt bề mặt vật liệu - Xác định độ bề mặt vật liệu - Xác định lượng tự bề mặt chất rắn thành phần Nguyên lý Nhỏ giọt nước lên bề mặt vật liệu cần... phần hữu vật liệu Ormosil, nên bề mặt lớp phủ Ormosil có tính kỵ nước 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO LỚP PHỦ Có phương pháp 1.5.1 Phủ nhúng (dip-coating) 1.5.2 Phủ quay (spin-coating) 1.5.3 Phủ phun