Nghiên cứu tổng hợp polyme aluminosilicat

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ THỊ HIÊN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYME ALUMINOSILICAT Chuyên ngành : Công nghệ chất vô LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VÔ CƠ Người hướng dẫn khoa học: TS La Thế Vinh Hà Nội - 2010 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI MỞ ĐẦU Chương I TỔNG QUAN 1.1 Polyme vô 1.1.1 Giới thiệu polyme vô 1.1.2 Cấu trúc polyme vô 1.1.3 Tính chất polyme vô 1.1.3 Ứng dụng polyme vô 1.2 Polyme Aluminosilicat 1.2.1 Đặc điểm cấu trúc polyme Aluminosilicat ………………………8 1.2.2 Tính chất lý học hóa học polyme Aluminosilicat 10 1.2.3 Phương pháp tổng hợp polyme Aluminosilicat 11 1.2.4 Ứng dụng polyme Aluminosilicat 11 1.3 Đông học trình hòa tan 12 1.4 Phương pháp nghiên cứu động học trình hòa tan 15 1.4.1 Phản ứng miền khuếch tán 16 1.4.2.Phản ứng miền khuếch tán 17 1.4.3 Phản ứng miền động học 19 Chương II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp xác định thành phần hóa 20 2.1.1 Phương pháp xác định khối lượng 20 2.1.2 Phương pháp phân tích thể tích 23 2 Phương pháp xác định cấu trúc thành phần pha 26 2.2.1 Phương pháp phổ hồng ngoại(IR) 26 2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X(XRD) 27 2.2.3 Phương pháp nhiệt trọng lượng TG 28 2.2.4 Phương pháp phân tích nhiệt lượng vi sai (DSC) 28 CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM 3.1 huẩn bị nguyên liệu dụng cụ hóa chất 30 3.1.1 Nguyên liệu 30 3.1.2 Các dụng cụ hóa chất cần dùng 35 3.2 Tiến hành tổng hợp polyme Aluminosilicat 35 Chương IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1.Thành phần hóa học thành phần pha mẫu cao lanh 36 4.2.Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến khả tách nhôm 37 4.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nung cao lanh đến hiệu suất tách Al 37 4.2 2.Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian lưu đến hiệu suất tách Al 39 4.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tách Al 40 4.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian khuấy đến hiệu suất tách Al 42 4.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ khuấy đến hiệu suất tách Al 43 4.2.6.Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia đến hiệu suất tách Al 45 4.3 Nghiên cứu cấu trúc số tính chất polyme Aluminosilicat 46 4.4 Nghiên cứu ứng dụng polyme Aluminosilicat làm chất phủ bảo vệ 51 4.4.1 Kiểm tra khả bám dính màng phủ 51 4.4.2 Kiểm tra khả chịu nhiệt polyme 52 Kết luận 54 Tài liệu tham khảo 55 LỜI CAM ĐOAN Luận văn la làm Trong trình làm tìm tòi học hỏi để làm tốt luận văn Tôi không chép luận văn học viên Tôi xin cam đoan điều thật Nếu sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm HỌC VIÊN Lê Thị Hiên LỜI MỞ ĐẦU Có thể nói, đâu có mặt sống người có xuất loại vật liệu Gần gũi với người loại vật liệu sử dụng để chế tạo vật dụng sinh hoạt hàng ngày, chế tạo đồ trang trí, công cụ lao động, vật liệu sử dụng xây dựng nhà cửa, công trình giao thông, thủy lợi, phương tiện lại Trong ngành khoa học công nghệ khác, đương nhiên mặt loại vật liệu, sử dụng việc chế tạo thiết bị, máy móc, thiết bị, nhà xưởng… Với ứng dụng rộng rãi vậy, ngành công nghệ vật liệu thực nắm giữ vai trò quan trọng đời sống người Mỗi bước tiến ngành tiêu chuẩn để đánh giá mức độ phát triển khoa học kỹ thuật xã hội loài người Song song với phát triển vô mạnh mẽ khoa học công nghệ, ngành công nghệ vật liệu đứng trước yêu cầu phải tạo loại vật liệu có tính đáp ứng yêu cầu công nghệ đặt Bên cạnh đó, đời sống nhu cầu người không ngừng nâng cao Chính vật liệu ứng dụng đời sống phải đáp ứng yêu cầu Yêu cầu vật liệu phải có độ bền học, có khả chống chịu tốt trước điều kiện khắc nhiệt môi trường Đồng thời vật liệu xây dưng phải tạo nên môi trường vi khí hậu thích hợp cho người, khả chịu nhiệt, cách âm, chống nóng, lạnh, chống nấm mốc… Vì người không ngừng hoàn thiện, cải tiến tìm kiếm vật liệu Đây mục tiêu mũi nhọn khoa học công nghệ vật liệu, so với polimer hữu polyme vô có phạm vi ứng dụng hẹp Tuy nhiên với tính ưu việt polyme vô bền nhiệt, chịu hóa, có khả chống chịu điều kiện môi trường khắc nhiệt, việc nghiên cứu ứng dụng polyme vô công nghệ chế tạo vật liệu xây dựng hướng có triển vọng Trên giới, nước phát triển tiến hành nghiên cứu ứng dụng thành công loại vật liệu xây dưng sử dụng polyme vô làm nguyên liệu loại bêtông nhẹ, vật liệu cách nhiệt, chống thấm, loại gạch xây dựng … có độ bền cao, hay sử dụng polimer vô làm nguyên liệu xây dựng đường giao thông có độ chịu nén ép cao Tuy nhiên sản phẩm chưa có mặt nước ta, có mặt giá thành cao gây khó khăn cho việc đưa vào sử dụng đại trà Các nghiên cứu sử dụng polimer vô chế tạo vật liệu xây dựng, thành công đem lại lợi ích vô to lớn Trước tiên, đánh dấu phát triển khoa học vật liệu nước Quan trọng nghiên cứu thành công giúp giải yêu cầu ngày cao vật liệu xây dựng, thay cho vật liệu đương đại không đáp ứng yêu cầu kiến trúc xây dựng, tận dụng nguồn nguyên liệu dồi sẵn có nước, giảm chi phí xây dựng công trình Để có vật liệu đạt tính ưu việt phải chế tạo polimer vô có khả kết dính chịu ăn mòn… Ngày ý tưởng áp dụng nghiên cứu phát triển chất kết dính cần phải có nồng độ cao, mức độ ngưng tụ để tạo cá pha hiđrat Do chế tạo polyme vô làm xuất khả dính kết dựa sở phát triển hợp chất Như triển vọng nghiên cứu hợp chất vô có khả cho tính chất keo phải có tính chất sau: Tính quy luật xuất tính dính kết, có khả polyme hóa thủy phân hòa tan, có khả tạo polime dạng anion cách đa tụ Sự có mặt pha hyđat – hợp chất phức điều kiện cần để xuất tính dính kết Vì sở phát triển phải dựa vào khả tạo tinh thể ngậm nước hợp chất phức Bước đầu phân tích vài vấn đề làm xuất tính dính kết theo quan điểm keo CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 POLYME VÔ CƠ 1.1.1 Giới thiệu polyme vô Polyme vô thuộc loại vật liệu hay hợp chất có phân tử lượng lớn hay gọi hợp chất cao phân tử, thuộc hệ polyme nói chung, hình thành từ hợp chất hay đơn chất có phân tử bé gọi monomer phương pháp đa tụ hay trùng ngưng Polyme vô chia làm nhóm sau: - Polyme rắn có liên kết dạng ion - Các hợp chất đơn kim loại, kim loại kim loại trơ - Hợp chất có tính chất keo liên kết theo kiểu cộng hóa trị nguyên tử Loại tồn phổ biến dạng lỏng Cũng có số tác giả quan niệm khác cho polyme vô nên chia làm nhóm: - Polyme đồng hình thành từ loại nguyên tử liên kết cộng hóa trị, gọi polyme vô dù nguồn gốc nguyên tố vô cơ, kim loại hay phi kim loại - Polyme không đồng tạo thành từ hợp chất phân tử nhỏ thành hợp chất phân tử lớn Loại tồn dạng muối rắn polyme sunfat, polyphotphat hay dạng lỏng dạng dung dịch keo hydroxit kim loại, phôtphat kim loại hóa trị cao hay silicat kim loại hóa trị thấp Như vật liệu polyme vô hình thành từ nhiều nguyên tố nhóm bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleep Các nguyên tố gần với nguyên tố cacbon bảng tuần hoàn như: B, H, Si, P, Ge, Se, Sb, Te,Bi… Năng lượng liên kết polyme đồng có giá trị khoảng 80kcal/mol 1.1.2 Cấu trúc polyme vô Việc tìm hiểu cấu trúc polyme vô khó khăn Một cách đơn Giản chia nhỏ thành , dạng khác dạng rắn, lỏng, thủy tinh a Polyme vô dạng rắn: Đây dạng tồn phổ biến nhất.Trong dạng này, polyme cấu trúc mạch thẳng, mạch nhánh, cấu trúc lớp cấu trúc không gian Các nguyên tố polyme có cấu trúc thường nhóm IIIB đến IVB bảng hệ thống tuần hoàn b Polyme vô dạng lỏng: Polyme vô dạng lỏng thường polimer không đồng có lẽ hợp chất quan trọng trạng thái polyme sufua halogen polysufua Cấu trúc loại có mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng, cấu trúc không gian c Polyme vô dạng thủy tinh: Các polyme loại polyphotphat, poly borat, poly silicat Chúng có khả tạo trạng thái thủy tinh làm nguội nhanh trạng thái nóng chảy chúng Cấu trúc photphat, silicat, borat trạng thái nóng chảy thủy tinh phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ hỗn hợp nguyên tố polymer Cho đến chưa có lý thuyết giải thích cặn kẽ, chi tiết cấu trúc polimer vô dạng thủy tinh 1.1.3 Tính chất polyme vô Tính chịu uốn: Các polyme mạch vòng hay mạch thẳng có nguồn gốc vô hay hữu hợp thành từ phân tử nhỏ để tạo thành phân tử lớn, mạch polyme cao độ bền uốn cao tạo tính dẻo polyme Nguyên nhân tạo tính dẻo cấu trúc phân tử lớn dài, có nhiều mối nối nguyên tử Tính giãn nở: Các polyme có đặc tính quan trọng phân tử lớn có tham gia vào chuyển động nhiệt có xác suất tạo mạng không gian cấu trúc Sự chuyển động nhiệt xảy phân tử lớn hay số phận phân tử nhỏ Sự uốn khúc phân tử lớn tạo chuyển động phần Do cấu trúc xít đặc khác vật liệu dẫn đến khác độ giãn nở polyme Độ sít đặc lớn độ giãn nở nhỏ làm cho khả dung môi bị thấm vào vật liệu Điều tạo nên độ bền nhiệt, bền hóa vật liệu Tính cuộn tròn: Trong phân tử polyme mạch nhánh chúng có xu hướng cuộn tròn nhánh lại để tạo phân tử lớn có cấu trúc không gian nhỏ gọn có trạng thái gấp khúc tồn bên Tuy nhiên tượng làm cho polyme bền, điều thể polyme có phân tử lớn có độ nhớt nhỏ Như việc hình thành polyme tinh thể hay vô định hình tùy thuộc vào điều kiện hình thành polyme như: nhiệt độ, thời gian tạo mần kết tinh, phương pháp polyme hóa Ví dụ: Polyme photpho nitrin clorit nhiệt độ phòng sau tuần có tinh thể (PNCl2)n kết tinh dần tính dẻo polyme tinh thể phân tử lớn xếp chặt chẽ giữ nguyên vị trí mạch cấu trúc nhờ lực liên kết phân tử Tính nhiệt: Đây tính chất quan trọng polyme phản ánh đặc trưng cấu trúc polyme Khi thay đổi nhiệt độ có lực tác dụng vào vật liệu gây biến dạng rõ rệt phân tử chưa thoát khỏi phân tử lớn để chuyển động tự làm cho hệ có độ giãn nở cao Nhiệt độ đủ lớn để gây biến dạng nhiệt độ giòn polyme Polyme tồn nhiệt độ cao nhiệt độ giòn có biến dạng dẻo có đặc tính uốn khúc cấu tạo polyme Khi nhiệt độ nhiệt độ thủy hóa polyme lượng chuyển động nhiệt phân tử đủ lớn làm cho tập hợp phân tử chuyển động, nhiệt độ lớn nhiệt độ thủy hóa xảy chuyển động tự phân tử nhỏ, polyme trạng thái dẻo biến dạng thuận nghịch Đây nhiệt độ giới hạn gia công polyme tạo sản phẩm Trong trạng thái biến dạng thuận nghịch, lượng nhiệt đủ lớn làm cho biến dạng dẻo toàn khối vật liệu chuyển sang trạng thái chảy lỏng polyme bị phân hủy 1.1.4 Ứng dụng polyme vô Các tính ưu việt polyme vô tính bền cơ, bền nhiệt, tính chịu ăn mòn, động lực cho phát triển loại vật liệu Với đặc tính bền nhiệt, kị nước khả chống bám dính, cách nhiệt, cách điện tốt polimer silicon ứng dụng rộng rãi công nghệ bán dẫn, làm chất cách điện nhiệt độ cao, làm vòng đệm động phản lực…loại vật liệu dạng lỏng, chất dẻo nhựa Polyme chứa kim loại điển hình chứa liên kết Al – N có độ cứng cao, dẫn nhiệt cách điện tố, độ bền nhiệt, bền hóa cao, ứng dụng rộng rãi công nghệ chịu nhiệt cao như: - Làm vật liệu phủ bảo vệ chi tiết tiếp xúc với nhiệt độ cao như: Nồi nấu thép, nồi nấu thủy tinh - Vật liệu phủ bề mặt chi tiết tiếp xúc với môi trường ăn mòn mạnh - Làm chất cách điện nhiệt độ cao - Làm thiết bị trao đổi nhiệt, thoát nhiệt - Làm phụ gia để tăng độ bền nhiệt, tính đàn hồi cảu loại hợp kim Một loại polyme polyphotpho nitrin clorit ứng dụng nhiều thực tế: - Làm chất kết dính để gắn vật liệu kim loại phi kim loại - Tạo lớp sơn phủ chịu nhiệt độ cao - Làm phụ gia cho mỡ bôi trơn giúp mỡ không bị phân hủy nhiệt độ cao Nhìn chung, polyme vô có tiềm năng, việc nghiên cứu ứng dụng chúng vào công nghệ chế tạo vật liệu đem lại hiệu to lớn Bên cạnh tính chất ưu việt vật liệu có yếu điểm giòn, khó gia công chế tạo, chịu va đập Nhiệm vụ khoa học vật liệu phải khắc phục nhược điểm để nâng cao chất lượng vật liệu Một xu hướng nghiên cứu tổng hợp polyme co nguồn gốc hữu vô tạo vật liệu tổ hợp nhiều ưu điểm hạn chế nhược điểm Tên mẫu SiO2(%) Al2O3( %) Na2O(%) H2O tạp chất (%) Mẫu 3-1 65,26 0,9 16,02 17,79 Mẫu 3- 64,32 1,02 15,88 18,78 Mẫu 3- 65,65 2,25 15,31 16,79 Mẫu 3- 65,63 2,19 16,01 16,17 Bảng Thành phần hóa học mẫu với nhiệt độ phản ứng khác Nhìn vào bảng thành phần hóa mẫu thấy mẫu 3-3 ứng với nhiệt độ phản ứng 60oC cho hiệu suất tách nhôm cao Từ bảng ta có đồ thị biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ phản ứng hàm lượng Al2O3 thu (hình 7) Quan hệ nhiệt độ phản ứng đến khả tách Al Hàm lượng Al dung dịch [%] 2.5 1.5 0.5 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 o Nhiệt độ phản ứng [ C] Hình 7: Mối quan hệ nhiệt độ phản ứng khả tách Al Nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng đến độ nhớt pha lỏng chuyển động cấu tử hoạt động pha lỏng thông thường nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng tăng Khả tách Al khỏi cao lanh đánh giá thông qua phân tích thành phần Al có dung dịch (quy đổi dạng Al2O3), điều liên quan đến hiệu suất trình Quá trình nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất trình cho thấy ban đầu tăng nhiệt độ phản ứng từ 40oC đến 50oC hiệu suất trình không đổi, nhiệt độ tăng 50oC hiệu suất trình tăng điều nhiệt độ thích hợp hoạt tính pha lỏng đạt giá trị lớn nhất, khả tương tác pha lỏng với pha rắn tốt hiệu 41 suất trình thu cao Ở giá trị nhiệt độ nhỏ lớn giá trị nhiệt độ thích hợp hoạt tính pha lỏng giảm hiệu suất trình nhỏ 4.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian phản ứng đến khả tách nhôm Thời gian phản ứng có ảnh hưởng đến khả tách Al hay không? Với mẫu cao lanh nung 710oC nhiệt độ phản ứng 60oC thời gian phản ứng thích hợp? Để khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả tách Al khảo sát phản ứng khoảng thời gian từ đến Trong trình khuấy phải đảm bảo thể tích dung dịch không thay đổi Các mẫu ký hiệu mẫu 4-1, mẫu 4-2, mẫu 4-3, mẫu 4-4 Kết nhận cho bảng Tên mẫu SiO2(%) Al2O3( %) Na2O(%) H2O tạp chất (%) Mẫu 4- 64,88 0,72 15,88 18,52 Mẫu 4-2 65,22 0,82 16,22 17,74 Mẫu 4-3 64,76 2,22 14,22 18,80 Mẫu 4-4 65,88 2,2 16,12 15,80 Bảng Thành phần hoá học mẫu thu với thời gian phản ứng khác Nhìn vào bảng thành phần hóa học thấy mẫu 4-3, ứng với thời gian khuấy cho hiệu suất tách nhôm cao Khuấy với thời gian lớn hiệu suất tách nhôm không đổi Từ bảng ta có đồ thị biêủ diễn mối quan hệ thời gian khuấy hàm lượng Al2O3 (hình 8) 42 Quan hệ thời gian phản ứng khả tách Al Hàm lượng Al dung dịch [%] 2.5 1.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 Thời gian phản ứng [giờ] Hình 8: Mối quan hệ thời gian phản ứng khả tách Al Thời gian khuấy tăng khả tách nhôm tăng tốc độ phản ứng phụ thuộc nhiều vào thời gian tiếp xúc hai pha Ở thời gian đầu khả tách nhôm tăng theo thời gian phản ứng chưa đạt đến cân Càng khuấy màng sản phẩm phản ứng bao bọc quanh hạt cao lanh tan tạo điều kiện cho pha lỏng lại tiếp xúc trục tiếp với hạt cao lanh sản phẩm tạo thành Cứ phản ứng đạt cân khả tách nhôm không không tăng 4.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ khuấy đến khả tách nhôm Để nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ khuấy đến khả tách Al, thí nghiệm lấy cao lanh nung 7000C lưu 6h cho vào dung dịch thủy tinh lỏng khuấy nhiệt độ (60 – 70)0C với tốc độ khuấy khác từ 400 vòng/phút đến 800 vòng/phút Để lắng cặn dung dich ta gạn lấy phần dung dịch cho vào chai nhựa đậy kín, sau đem phân tích thành phần chất có dung dịch Các mẫu ký hiệu theo thứ tự mẫu 5-1, mẫu 5-2, mẫu 5-3, mẫu 5- 4, mẫu 5-5 Kết phân tích dung dịch cho bảng 43 Tên mẫu SiO2(%) Al2O3( %) Na2O(%) H2O tạp chất (%) Mẫu 5-1 64,88 1.72 15,88 17,52 Mẫu 5-2 65,22 1,82 16,22 17,42 Mẫu 5-3 64,76 2,22 14,22 18,80 Mẫu 5-4 65,88 2,21 16,12 15,79 Mẫu 5-5 65,55 2,22 15,76 16,47 Bảng Thành phần chất dung dịch thu thực phản ứng tốc độ khuấy khác Từ bảng ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ tốc độ khuấy hàm lượng Al2O3 sau (hình 9) Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tốc độ khuấy khả tách Al hàm lượng Al2O3(%) 2.3 2.2 2.1 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 Tốc độ khuấy (Vòng/phút) Hình 9: Mối quan hệ tốc độ khuấy hàm lượng Al2O3 Từ đồ thị ta thấy tăng tốc độ khuấy khả tách nhôm tăng phản ứng xảy tạo màng sản phẩm bao bọc hạt cao lanh ngăn không cho phản ứng xảy khuấy màng bị phá vỡ, khuấy nhanh màng sản phẩm bị phá vỡ nhanh tăng khả tiếp xúc pha lỏng pha rắn Ngoài khuấy trộn làm cho hạt cao lanh không bị lắng xuống đáy bình phản ứng tạo thành tập hợp 44 hạt, giảm khả tiếp xúc với pha lỏng khuấy trộn tăng tăng khả phản ứng Tuy nhiên tốc độ khuấy đủ để phá vỡ màng sản phẩm tạo cho hạt cao lanh phân tán toàn khối dung dịch mà ta tiếp tục tăng tốc độ khuấy lúc tốc độ khuấy không làm tăng thêm khả tách Al 4.2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia đến khả tách nhôm * Dùng phụ gia Al2O3 kỹ thuật Lấy 10g cao lanh nung nhiệt độ 7100C lưu nhiệt độ cho vào dung dịch thủy tinh lỏng khuấy nhiệt độ (60 – 70)0C, sau cho thêm khoảng 2g Al2O3 kỹ thuật vào khuấy với tốc độ khuấy 600 vòng/phút Trong trình khuấy phải đảm bảo thể tích dung dịch không thay đổi Gạn lấy phần dung dịch đem phân tích thành phần chất có dung dịch Mẫu ký hiệu 6-1 Sau đem mẫu phân tích thành phầnh hóa có sau: SiO2=65,74%; Al2O3=3,92%; Na2O = 15,32%; H2O tạp chất = 15,02% Nhìn vào thành phần hóa học thấy cho phụ gia vào hiệu suất tách nhôm có tăng không đáng kể ta sử dụng điều kiện tối ưu để tổng hợp polyme phản ứng gần đạt đến trạng thái cân nên cho thêm Al2O3 vào phản ứng xảy đạt trạng thái cân Vì khả tách Al2O3 có tăng không đáng kể * Dùng phụ gia Al(OH)3 nung 6600C 2,5 Lấy 10g cao lanh nung nhiệt độ 7000C lưu nhiệt độ cho vào dung dịch thủy tinh lỏng khuây với tốc độ khuấy 600 vòng/ phút nhiệt độ (60 -70)0C, sau cho thêm khoảng 2,5g Al(OH)3 nung 6600C 2,5h vào khuấy Trong trình khuấy phải đảm bảo thể tích dung dịch không thay đổi Mẫu ký hiệu 7-1 Sau đem mẫu phân tích thành phần hóa có sau: 45 SiO2=65,83%; Al2O3=3,52%; Na2O = 15,72%; H2O tạp chất = 14,93 Nhìn vào thành phần hóa học thấy cho phụ gia vào hiệu suất tách nhôm có tăng không đáng kể Cũng ta cho thêm phụ gia Al2O3, cho thêm Al(OH)3 vào phản ứng xảy đạt cân Do khả tách nhôm tăng không đáng kể 4.3 Nghiên cứu cấu trúc số tính chất polyme Aluminosilicat - Đem hai mẫu 2-3 (mẫu polyme tổng hợp từ dung dịch Na2SiO3 cao lanh nung 710oC giờ) mẫu 6-1 (mẫu 6-1 giống mẫu 2-3 có bổ sung thêm phụ gia Al2O3) đem phân tích nhiệt lượng vi sai TG, DSC phòng thí nghiệm Hóa dầu vật liệu xúc tác hấp phụ- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội môi trường không khí tốc độ nân nhiệt 50C/phút từ nhiệt độ thường đến 9000C Kết phân tích cho hình 10 hình 12 46 TG /% DSC /(mW/mg) ↑ exo 1.5 Peak: 742.099 100 Area: -98.41 J/g [1] Area: 348.1 J/g Mass Change: -10.17 % 95 1.0 Peak: 830.025 90 0.5 85 Mass Change: -19.37 % 80 Area: -180.4 J/g Area: -195.2 J/g 75 -0.5 70 Peak: 76.3854 Mass Change: -6.32 % [1] 65 Peak: 124.836 -1.0 Peak: 130.74 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Admin 26-10-2010 14:56 Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG 177-2010 Mau 5-1.ssv 102010 10/20/2010 4:31:14 PM PCM N.H.Hanh-T.D.Duc Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens Files: Range: Sample Car./TC: 177/2010 Mau 5-1, 52.900 mg Al2O3,0.000 mg Calib new 27 01 07.tsv / Calib nhay 27107.esv 26/5.00(K/min)/900 DSC(/TG) HIGH RG / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DSC-TG / Sample 1/1 DSC/TG pan Al2O3 O2/30 / N2/0 000/30000 mg 000/5000 µV Hình 10: Phổ TG – DSC mẫu 2-3 Nhìn vào giản đồ thấy rằng: Khi tăng nhiệt độ từ nhiệt độ thường tới khoảng 1100C khối lượng mẫu giảm 10,17% nhiệt độ polymer bị nước vật lý đồng thời xuất pic thu nhiệt, nhiệt lượng thu vào khoảng 180.4 J/g để làm bay nước lý học Nhiệt độ tăng lên khoảng 2200C khối lượng mẫu giảm mạnh (19,37%) khoảng nhiệt độ nước hóa học mẫu bị mất, xuất pic nhọn nước hóa học bay mạnh nên mẫu cần hấp thụ lượng nhiệt tương đối lớn (270,1 J/g) để làm bay nước Nước vật lý nước hấp phụ bề mặt nước kết tinh nước tham gia vào thành phần cấu trúc tinh thể (hình 11) 47 Hình 11: Hình ảnh phân tử nước kết tinh mạng tinh thể polyme aluminosilicat Nhiệt độ từ 2200C đến khoảng 500oC khối lượng mẫu giảm từ từ, điều trình phân huỷ, bay số tạp chất chứa mẫu, lượng tạp chất chiếm khoảng 5% Từ 500oC đến 9000C khối lượng mẫu gần không đổi Ở nhiệt độ khoảng 7000C xuất pic toả nhiệt khoảng 850oC lại xuất píc thu nhiệt điều xảy trình chuyển pha, trình chuyển pha thu nhiệt trình chuyển pha toả nhiệt khối lượng mẫu không thay đổi Từ kết thu bảng ta tính hàm lượng nước tạp chất có mẫu -3 là: 100 – 65,68 – 2,3 – 15,81= 16,21(%) Ta thấy từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ 2200C khối lượng mẫu 29,54% Khối lượng mẫu nhiều khối lượng nước tạp chất Khối lượng bay nước tạp chất có phân huỷ số thành phần khác mẫu làm thay đổi khối lượng mẫu 48 Đối với mẫu 6-1, kết thu từ phổ TG, DSC gần giống với mẫu 2-3 (hình 12) TG /% Peak: 749.952 Peak: 843.888 100 DSC /(mW/mg) ↑ exo Mass Change: -6.15 % [1] 2.0 Area: 507.8 J/g 95 Area: 192.8 J/g 1.5 90 1.0 85 Mass Change: -23.16 % 0.5 80 Area: -270.1 J/g Area: -103.4 J/g 75 -0.5 70 Peak: 68.4366 Mass Change: -6.05 % -1.0 [1] 65 Peak: 123.129 100 Admin 200 300 400 500 600 700 800 900 26-10-2010 15:00 Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG 177-2010 Mau3 5_2.ss 102010 10/26/2010 10:10:38 AM PCM N.H.Hanh-T.D.Duc Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens Files: Range: Sample Car./TC: 177/2010 Mau3 5_2, 37.000 mg Al2O3,0.000 mg Calib new 27 01 07.tsv / Calib nhay 27107.esv 28/5.00(K/min)/900 DSC(/TG) HIGH RG / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DSC-TG / Sample 1/1 DSC/TG pan Al2O3 O2/30 / N2/0 000/30000 mg 000/5000 µV Hình 12: Phổ TG, DSC mẫu 6-1 Khi tăng nhiệt độ từ nhiệt độ thường tới khoảng 1100C khối lượng mẫu giảm 6,15% phổ TG nhiệt độ polymer bị nước vật lý đồng thời xuất pic phổ DSC, pic xuất mẫu thu khoảng nhiệt lượng 103.4 J/g để làm bay nước vật lý Nhiệt độ tăng lên khoảng 2200C khối lượng mẫu giảm mạnh (23,16% ,trên phổ TG) khoảng nhiệt độ nước hóa học mẫu bị mất, xuất pic nhọn phổ DSC, lý để cắt đứt mối liên kết hoá học phân tử nước với thành phần cấu trúc polyme cần lượng lớn cắt đứt liên kết hấp phụ vật lý Tổng lượng nhiệt cần thiết để cắt đứt liên kết phân tử nước cấu trúc polyme làm bay chúng 270,1 J/g 49 Nhiệt độ từ 2200C đến 9000C khối lượng mẫu có giảm không đáng kể (6.05%) lúc mẫu tiếp tục bay nước hóa học phân hủy số chất, polymer bị đứt liên kết cấu trúc Đến nhiệt độ khoảng 7000C đến 9000C thấy xuất pic toả nhiệt giản đồ DSC, điều trình chuyển pha cấu trúc vật liệu Sự thay đổi tỏa lượng nhiệt lượng tương đối lớn (507,8 J/g khoảng 700oC 192.8 J/g khoảng 850oC) Hàm lượng nước tạp chất có mẫu -1 là: 100 – 65,74 – 3,92 – 15,32= 15,02(%) Ta thấy từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ 2200C khối lượng mẫu 29,31% Khối lượng mẫu nhiều khối lượng nước tạp chất Khối lượng nhiệt độ bay nước có tạp chất polyme xảy phản ứng làm thay đổi khối lượng mẫu Để thấy liên kết đặc trưng polyme từ mô tả cấu trúc mạch polyme, chọn mẫu 2-3 chụp phổ hồng ngoại Phổ hồng ngoại mẫu polyme 2-3 cho hình 13 Phổ hồng ngoại thu mẫu polyme 2-3 cho hình 13 Nhìn vào kết chụp phổ hồng ngoại mẫu polyme ta thấy dải hấp phụ từ 3403 cm-1 đến 1657 cm-1 ứng với phổ dao động nhóm O-H, số sóng 3403 cm-1 ứng với phân tử H2O tự số sóng 1657 cm-1 ứng với phân tử H2O liên kết mạch polyme Píc ứng với giá trị 1012 cm-1 đặc trưng cho dao động nhóm (Al-O-Si) thành phần quan trọng polyme Ngoài píc ra, kết chụp phổ cho thấy vai ứng với nhóm dao động Al-O, Al-OH Si-O 50 Si-O O-H (H2O liên kết) Al-OH O-H (H2O tự do) Al-O Al-O-Si Na(+)-(Si-O-Al(-)-O-)n Hình 13: Phổ hồng ngoại mẫu polyme 2-3 4.4 Nghiên cứu ứng dụng polyme Aluminosilicat làm vật liệu màng phủ 4.4.1 Kiểm tra khả bám dính màng phủ Lấy mẫu 2-3 đem kiểm tra khả bám dính màng phủ ta có nhận xét sau: - Kiểm tra khả uốn cong phủ polyme vật liệu thép CT3 xử lý bề mặt Tiến hành uốn cong với góc từ 0o, 30o, 60o, 90o, 120o, 150o, 180o thu kết góc khối lượng mẫu không bị giảm đi: Trước phủ sấy khô m1 (gam) 5,5256 ∆ Sau phủ sấy khô m2 (gam) 5,7382 ∆m = 0,2126 Sau phủ uốn cong m3 (gam) 5,7382 ∆m1=0 51 Từ ta thấy khả bám dính polyme tốt chịu tác động ngoại lực uốn cong Kiểm tra khả cào xước phủ polyme vật liệu thép CT3 xử lý bề mặt Sử dụng phương pháp cào xước trình bày để xác định nhận thấy sau cào xước chỗ bị bong ra, điều chứng tỏ khả bám dính tốt Kiểm tra khả bám dính chịu tác dụng lực kéo Tiến hành thực nghiệm với bề mặt dính 0,5cm2, sử dụng lực kế kg để thực kéo, không bị bật ra, điều khẳng định polyme sử dụng có khả bám dính tốt 4.4.2 Kiểm tra khả chịu nhiệt polyme Lấy mẫu 2-3 phủ lên mẫu thép xử lý bề mặt, để mẫu khô tự nhiên điều kiện phòng thí nghiệm Tiến hành với mẫu thử: Mẫu 1: Tiến hành sấy 1000C Mẫu 2: Tiến hành sấy 1500C Mẫu 3: Tiến hành sấy 2000C Mấu 4: Tiến hành sấy 2500C Tất mẫu sấy tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ xác, sấy 2h Mấu 1, 2, Mẫu Hình 14 Ảnh chụp lớp màng phủ polyme nhiệt độ sấy khác 52 Quan sát bề mặt mẫu phủ (hình 14) ta nhận thấy có thay đổi lớn, toàn bề mặt phủ polyme xuất vết bong, xốp Điều chứng tỏ 250oC nhiệt độ ảnh hưởng tới hệ polyme Sự xuất vết bong giải thích bay nước hóa học bề mặt polyme Quá trình bay nước làm phá hủy cấu trúc polyme 53 KẾT LUẬN Đã đánh giá ảnh hưởng yếu tố: Nhiệt độ nung cao lanh, thời gian lưu cao lanh, thời gian khuấy, tốc độ khuấy, phụ gia đến khả tách nhôm Để đạt khả tách nhôm cao phải nung cao lanh 7000C tiến hành tổng hợp polyme phải khuấy tốc độ khuấy 600 vòng/ phút, thời gian khuấy nhiệt độ khuấy từ 60 – 700C Đã khảo sát sốt tính chất polyme tìm đặc trưng liên kết mạch polyme, từ giải thích số tính chất hệ polyme tổng hợp Đã khảo sát khả bám dính polyme cho thấy kết bám dính tốt Đã khảo sát khả chịu nhiệt polyme, kết cho thấy polyme chịu nhiệt độ tương đối cao 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] La Văn Bình (2000), Khoa học công nghệ vật liệu, trường đại học Bách khoa Hà Nội [2] Bùi Long Biên (2001), Hóa học phân tích định lượng, nhà xuất Khoa học kỹ thuật [3] La Văn Bình, La Thế Vinh(2007), chế tạo biến tính hệ polymer vô làm chất phủ bảo vệ, tạp chí khoa học công nghệ (59), tr.19-21 [4] Bùi Long Biên(2001), hóa học phân tích định lượng, nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Trần Văn Phú (1983), Nghiên cứu silicat trang trí công trình xây dựng sơn Silicat chịu nhiệt [6] IU.V.Kariakin, I.I.Angelov (1990), Hóa chất tinh khiết, nhà xuất Khoa học kỹ thuật dịch [7] D.N.Hunter (1963), Inorganic polymer, Plack scientific publications Oxford [8] F.G.R Gimblett (1963), Inorganic polymer chemistry, London Butter Worths [9] F.G.A.Stone, W.A.G.Graham (1962), Inorganic polymer, Academic Press [10] J.A.Brydson ( 1989), Plastics materials, London butter Worths [11] M.F.Lapperrt, G.J Leigh (1962), Developmens in inorganic polymer Chemistry, Elsevier – Publishing company [ 12] Valeria F.F Barbosa, Kenneth J.D Mackenzie (2003), Thermal Behaviour of inorganic geopolymers and composites derived from Sodium polysialate Materials Research bulletin 55 ... điểm cấu trúc polyme Aluminosilicat ………………………8 1.2.2 Tính chất lý học hóa học polyme Aluminosilicat 10 1.2.3 Phương pháp tổng hợp polyme Aluminosilicat 11 1.2.4 Ứng dụng polyme Aluminosilicat. .. liệu Một xu hướng nghiên cứu tổng hợp polyme co nguồn gốc hữu vô tạo vật liệu tổ hợp nhiều ưu điểm hạn chế nhược điểm 1.2 POLYME ALUMINOSILICAT 1.2.1 Đặc điểm cấu trúc polyme aluminosilicat Trong... cứu ảnh hưởng phụ gia đến hiệu suất tách Al 45 4.3 Nghiên cứu cấu trúc số tính chất polyme Aluminosilicat 46 4.4 Nghiên cứu ứng dụng polyme Aluminosilicat làm chất phủ bảo vệ 51 4.4.1 Kiểm tra