ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Phần riêng: 1 Huỳnh Thị Ngọc CNTs đa lớp được oxi hóa bằng hỗn hợp axit HCl/HNO3, sau khi oxi hóa O-CNT tiếp tục được sử dụng để biến tính trong Urê 2 Lê Thị Thủy Đo các đặc trưng hóa l

trang này bằng Nhận xét của người hướng dẫn}

trang này bằng Nhận xét của người phản biện}

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Huỳnh Thị Ngọc 107130023 13CNVL Công nghệ vật liệu polymer

1 Tên đề tài đồ án:

Nghiên cứu biến tính CNTs bằng urê dùng làm chất gia cường cho màng sơn epoxy

Đề tài thuộc diện: ☐Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Nguyên liệu: Cacbon nanotubes (CNTs) từ nhà cung cấp Bảo Lâm Khoa, nhựa

epoxy dạng lỏng loại SWANCOR 2511-1A (Đài Loan), chất đóng rắn SWANCOR 2511-BT (Đài Loan).

Hóa chất: Axit clohidric HCl 36.5%, axit HNO3 đặc 68%, Urea, Ethanol, axeton,

3 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

Sơ đồ quá trình tổng hợp, các bảng số liệu các kết quả nghiên cứu Các đồ thị, hình ảnh chụp kết quả bằng các phương pháp phân tích vật lý và hóa học liên quan

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a Phần chung:

1 Huỳnh Thị Ngọc Khái quát lí thuyết về CNTs, epoxy, urê (tính chất,

ứng dụng), CNTs chức hóa, tổng quan lý thuyết sơn, phốt phát kẽm - xử lý bề mặt thép trước khi sơn

2 Lê Thị Thủy

b Phần riêng:

1 Huỳnh Thị Ngọc CNTs đa lớp được oxi hóa bằng hỗn hợp axit

HCl/HNO3, sau khi oxi hóa (O-CNT) tiếp tục được sử dụng để biến tính trong Urê

2 Lê Thị Thủy Đo các đặc trưng hóa lý, các tính chất cơ lý của màng

sơn CNTs chức hóa/Epoxy

5 Họ tên người hướng dẫn: Ths Phan Thị Thúy Hằng

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 17/02/2018

7 Ngày hoàn thành đồ án: 30/05/2018

Đà Nẵng, ngày 17 tháng 02 năm 2018

LỜI NÓI ĐẦU

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Với tấm lòng chân thành và sự biết ơn sâu sắc nhất, em xin được gửi lời cảm ơn đến cô giáo, Thạc sĩ Phan Thị Thúy Hằng, người đã tạo điều kiện và tận tình hướng dẫn, hỗ trợ chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Kim Sơn, cô Huỳnh Thị Thanh Thắng, người đã tạo mọi điều kiện cơ sở vật chất, tận tình giúp đỡ và đóng góp ý kiến để chúng em hoàn thiện đề tài

Cuối cùng, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả bạn bè và đặc biệt là gia đình, những người luôn kịp thời động viên, khích lệ chúng em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài này

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2018

Sinh viên Huỳnh Thị Ngọc

Lê Thị Thủy

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của riêng nhóm chúng tôi và không trùng lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác Các số liệu kết quả là trung thực, và những kết quả này là chung của nhóm nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của ThS Phan Thị Thúy Hằng – Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án đều được ghi rõ nguồn gốc

Sinh viên thực hiện Huỳnh Thị Ngọc

Lê Thị Thủy

MỤC LỤC

TÓM TẮT 4

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 3

1.1.Ống Cacbon nanotubes (CNTs) 3

1.1.1.Giới thiệu 3

1.1.2.Cấu trúc và phân loại 3

1.1.2.1 Cacbon Nanotubes đơn lớp (SWCNT) 4

1.1.2.2 Cacbon Nanotubes đa lớp (MWCNT) 5

1.1.3.Tính chất chung của CNTs 6

1.1.4.Ứng dụng 7

1.2.Chức hóa Cacbon nanotubes (CNTs) 8

1.3.Nhựa epoxy 10

1.3.1.Khái niệm và phân loại 10

1.3.2.Tổng hợp 10

1.3.3.Ứng dụng 11

1.4 Urê 13 14 1.4.1 Tính chất vật lý 13

1.4.2 Tính chất hóa học 14

1.4.3 Ứng dụng 14

1.5 Tổng quan lý thuyết về sơn 15

1.5.1 Khái niệm về sơn 15

1.5.2 Đặc điểm của sơn 15

1.5.2.1 u điểm 15

1.5.2.2 Nhược điểm 16

1 5 3 Thành phần c a s n 16

1.5.3.1 Chất tạo màng 16

1.5.3.2 Bột màu 16

1.5.3.3 Dung môi – môi trường phân tán 17

1.5.3.4 Một số thành phần phụ 18

1.5.4 Đặc điểm sơn Epoxy 18

1.5.5 Ứng dụng của sơn epoxy 19

1.6 Vật liệu Nanocomposite 20

1.6 Đặc điểm và chế tạo 20

1.6.2 Vật liệu nanocomposite CNTs/epoxy 21

1.6.2.1 Đặc điểm 21

1.6.2.2 Chế tạo sơn trên cở sở nanocomposite CNTs/Epoxy 22

1.7Phốt Phát Kẽm - Xử Lý Bề Mặt Kim Loại Sắt Thép Trước Khi Sơn 23

1.7.1Giới thiệu chung 23

1.7.2 Mục đích 23

1.7.3 Tác dụng 24

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 25

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị 25

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 25

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị 25

2.2 Phương pháp nghiên cứu 26

2 2 1 Phư ng pháp biến tính O-CNTs trong Urê 26

2 2 2 Phư ng pháp phân tán CNTs và trong nhựa nền epoxy 26

2 2 3 Phư ng pháp xử lý bề mặt và gia công màng s n 27

2 2 4 Các phư ng pháp phân tích hóa lý 28

2 2 5 Phư ng pháp xác định tính chất c lý c a màng s n 31

2.2.6 Sơ đồ thực nghiệm 34

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1.Phương pháp đánh giá amin hóa O-CNTs bằng Urê 36

3.2.Khảo sát phân tán trong nước 37

3.3.Khảo sát các tính chất cơ lý của màng sơn 39

KẾT LUẬN 43

KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Graphene - vật liệu có cấu trúc c bản (2D) cho các vật liệu cacbon khác (0D, 1D, và 3D) 4

Hình 1.2 Cấu trúc các ống nano carbon được cuộn tròn về phía mép a), và ống nano carbon được cuộn lệch b) 4

Hình 1.3 Mô hình cách tạo ra CNT đ n lớp từ tấm grapheme 5

Hình 1.4 Các cấu trúc khác nhau c a CNTs (a) zigzag, (b) armchair, (c) chiral 5

Hình 1.5 Cấu trúc “ Russian Doll” ( trái) , “ Herringbone” ( giữa) và “ Bamboo” (phải) c a CNT đa lớp [2] 6

Hình 1.6 Mô hình sự xen giữa c a Li và hấp thụ H 2 8

Hình 1.7 Típ STM, AFM có gắn CNTs 8

Hình 1.8 Áo chống đạn siêu bền, vỏ tàu vũ trụ làm bằng CNTs 8

Hình 1.9 Transistor trường sử dụng ống nanno carbon 9

Hình 1.10 Các dạng biến tính cấu trúc SWCNT 10

Hình 1.11 Ứng dụng c a nhựa Epoxy 12

Hình 1.12 Epoxy được ứng dụng nhiều trong các bộ phận cửa oto và máy bay 13

Hình 2.1 Ảnh SEM và TEM c a CNTs 25

Hình 2.2 Thiết bị khuấy siêu âm 26

Hình 2.3 S đồ phư ng pháp đo 29

Hình 2.4 Thiết bị đo phổ hồng ngoại (FTIR) 29

Hình 2.5 Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn 30

Hình 2.6 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 31

Hình 2.7 Thiết bị thử uốn loại 2 32

Hình 2.8 Thiết bị r i tải trọng 32

Hình 2.9.Mô hình kiểm tra độ bám dính c a màng s n 33

Hình 2.10 S đồ nghiên cứu thực nghiệm 34

Hình 3.1 Kết quả đo SEM c a (a) O-CNTs và (b) O-CNTs AMH 35

Hình 3.2 Kết quả đo phổ hồng ngoại FTIR 36

Hình 3.3 Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD) 37

Hình 3.4 Hình ảnh ngay sau khi phân tán c a O-CNTs và O-CNTs AMH 37

Hình 3.5 Hình ảnh sau khi phân tán 1 giờ c a O-CNTs và O-CNTs AMH 38

Hình 3.6 Hình ảnh sau khi phân tán 1 tuần c a O-CNTs và O-CNTs AMH 38

Hình 3.7 Mẫu sau khi đo va đập c a màng s n epoxy gia cường bằng CNTs, O-CNTs

Đồ thị 1: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ bền va đập c a màng s n epoxy gia cường

bằng CNTs, O-CNTs và O-CNTs AMH 39

Đồ thị 2: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ bám dính c a màng s n epoxy gia cường

bằng CNTs, O-CNTs và O-CNTs AMH 40

Đồ thị 3: Đồ thị độ bền uốn c a màng s n epoxy gia cường bằng CNTs, O-CNTs và

O-CNTs AMH 41

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

6 O-CNTs-AMH Cacbon nanotubes amin hóa bằng urê

8 FTIR Fourier transform infrared spectroscopy

LỜI MỞ ĐẦU

Nước ta đang trong quá trình phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa việc ưu tiên và phát triển các ngành công nghiệp nặng, nhẹ là một điều không thể thiếu trong việc xây dựng và phát triển đất nước Trong đó có ngành công nghệ vật liệu đang được xem là ngành công nghiệp ưu tiên ở nước ta đang chú trọng được phát triển ngày càng cải thiện và tìm ra những loại vật liệu mới có tính chất ưu việt hơn

Một trong những vật liêu tiên tiến hiện nay đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu sử dụng trong lĩnh vực vật liệu polyme nano composite là ống nano cacbon (CNTs) có các tính chất nổi trội hơn rất nhiều vật liệu khác như: độ bền cơ học cao, dẫn điện dẫn nhiệt tốt, chịu môi trường hóa chất nên nó có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghệ nano, điện tử, quang học, y sinh và các lĩnh vực khác của khoa học vật liệu Do vậy, CNTs có thể gia cường và làm thay đổi tính chất

cơ lý của polymer, dẫn điện và quang học của polyme

CNTs cũng được coi là vật liệu tiềm năng trong các lớp phủ nanocomposite để bảo vệ chống ăn mòn, một số lớp sơn phủ như epoxy, polyuretan có chứa CNTs thì khả năng chống ăn mòn mạnh, bám dính cao, bền tử ngoại và tính chất cơ lý tốt hơn hẳn so với vật liệu polyme nền Sự gia tăng các tính chất đó được chứng minh do sự phân tán và sự tương tác của CNTs với polyme làm mạng lưới polyme composite trở nên dày đặc hơn

Tuy nhiên, do những đặc điểm về cấu trúc bề mặt ống cacbon nano, nên việc phân tán cũng như tương tác với các môi trường phân tán trong đó bao gồm dung môi hữu

cơ phân cực, nước, polyme phân cực rất hạn chế Đặc biệt là do ảnh hưởng của hiệu ứng kích thước và hiệu ứng bề mặt xảy ra với các vật liệu nano nên CNTs rất dễ xảy

ra hiện tượng kết tụ Sự kết tụ này được hỗ trợ thêm bởi liên kết Van der Walls khiến cho CNTs càng khó phân tán trong các môi trường phân cực Cũng chính hiện tượng này làm cho khả năng phân tán và liên kết của CNTs với môi trường phân tán không được tốt Bên cạnh đó dưới những tác động nhất định sẽ dễ dàng kéo CNTs ra khỏi

hệ phân tán dẫn đến hiện tượng lắng tụ [9] Chính vì vậy, để giúp cho khả năng phân tán và ổn định trạng thái phân tán của CNTs vào các môi trường phân tán phân cực

tốt, người ta thường phải biến tính hóa học CNTs nhằm gắn các nhóm chức có khả năng liên kết tốt với các phân tử môi trường phân tán tương ứng [4] Trong đó đáng chú ý là các quá trình nhằm biến đổi từ cấu hình C lai hóa sp2 sang C sp3, việc này cho phép thay đổi các tính chất điện tử của CNTs cũng như có thể điều chỉnh các tính chất bề mặt của chúng, nhờ đó các tính năng mới có thể xuất hiện mà CNTs nguyên bản không thể có được [15]

Đó là lý do chúng em chọn đề tài“Nghiên cứu chức hóa ống nanocacbon (CNTs) bằng urea dùng làm chất gia cường cho màng s n Epoxy”

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2018

Nhóm sinh viên Huỳnh Thị Ngọc

Lê Thị Thủy

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1 Ống Cacbon nanotubes (CNTs)

1.1.1 Giới thiệu

Trong nhiều năm, các nhà khoa học giả định rằng Sumio Iijima của NEC đã phát hiện ra các ống nano carbon vào năm 1991 Ông đã viết bài báo của mình về sự phát hiện đó, điều này đã tạo cảm hứng cho nhiều nhà khoa học đang nghiên cứu về các ứng dụng của ống nano carbon lúc ấy Mặc dù cấu trúc dạng chuỗi của CNTs được tìm thấy bởi Tiến sĩ Sumio Iijima vào năm 1991, nhưng CNTs đã được biết đến trước đó khoảng 40 năm [1]

Sau báo cáo của tiến sĩ Sumio Iijima năm 1991, CNTs đã thu hút sự quan tâm của khoa học Với các tính chất ưu việt và tuyệt vời của mình, cacbon nanotube đang được nghiên cứu và ứng dụng vào thực tiễn như là một loại vật liệu của tương lai [1]

1.1.2 Cấu trúc và phân loại

Cấu trúc của CNTs xem như một tấm graphene được cuộn tròn lại thành hình trụ với đường kính cỡ nanomet, vì vậy để hiểu rỏ hơn về CNTs chúng ta nên tìm hiểu đôi

nét về graphene

Graphene là một mặt phẳng đơn lớp của những nguyên tử cacbon được sắp xếp chặt chẽ trong mạng tinh thể hình tổ ong 2 chiều (2D) Trong đó, mỗi nguyên tử carbon liên kết với ba nguyên tử carbon gần nhất bằng liên kết  tạo thành bởi sự xen phủ của các vân đạo lai s-p, tương ứng với trạng thái lai hoá sp2 Khoảng cách giữa các nguyên tử carbon gần nhất là a = 0,142 nm Graphene được cuộn lại sẽ tạo nên dạng thù hình fullerene 0D, được quấn lại sẽ tạo nên dạng thù hình cacbon nanotube 1D, hoặc được xếp chồng lên nhau sẽ tạo nên dạng thù hình graphite 3D

Hình 1.1 Graphene - vật liệu có cấu trúc c bản (2D) cho các vật liệu cacbon khác

(0D, 1D, và 3D)

Ống nano carbon (Carbon Nanotube – CNT) là một dạng thù hình của carbon với cấu trúc như hình 2, tỷ lệ chiều dài trên bán kính của ống là rất lớn, vào năm 2010 thì chiều dài của ống được công bố là 18mm trong khi đường kính chỉ vài nanomet (xấp xỉ 1/50.000 bề dày sợi tóc của con người)

Hình 1.2 Cấu trúc các ống nano carbon được cuộn tròn về phía mép a), và ống nano

carbon được cuộn lệch b)

Trong đó các phân tử C sắp xếp với nhau thành dạng hình 6 cạnh trong các ống

có kích thước rất nhỏ Chúng có đường kính các vòng từ vài Å đến trên 10nm và chiều dài cỡ vài mm CNTs đa lớp có dạng hình trụ gồm nhiều lớp graphane bọc xung quanh lõi CNTs đơn lớp và 2 đầu ống được bọc bởi các bán cầu fullerene

1.1.2.1 Cacbon Nanotubes đơn lớp (SWCNT)

Để tưởng tượng đơn giản, CNTs đơn lớp giống như một tấm graphene được cuộn lại thành hình ống, sau đó hai đầu được đóng kín bằng hai đầu chóp Đầu chóp này là một nửa phân tử fullerene với đường kính thích hợp

Hình 1.3 Mô hình cách tạo ra CNT đ n lớp từ tấm graphene

Về hình học, không có sự hạn chế về đường kính ống nhưng các tính toán chỉ ra rằng sự biến đổi ống CNTs đơn lớp thành dải phẳng hai lớp có xu hương dễ xảy ra khi giá trị đường kính vượt qua 2,5 nm Và cũng không có hạn chế về độ dài của CNTs, nó chỉ bị giới hạn bởi phương pháp tổng hợp và từng điều kiện cụ thể được sử dụng trong

quá trình tổng hợp Hai kết quả quan trọng thu được từ cấu trúc SWCNT là: 1- Tất cả nguyên tử cacbon bị cuốn lại trong các vòng thơm 6 cạnh và ở các vị trí cân bằng 2-

Mặc dù các nguyên tử cacbon được cuốn lại trong vòng aromatic nhưng các góc liên kết C=C không phẳng như lý tưởng Điều này nghĩa là sự lai hóa của các nguyên tử cacbon không đơn thuần chỉ có sp2 mà có khoảng vài phần trăm sp3, khi tăng bán kính ống thì sự uốn cong CNT giảm [2]

Có nhiều cách để cuộn một tấm graphene thành CNTs đơn lớp, do đó cũng hình thành các loại CNTs đơn lớp khác nhau Trong đó tồn tại 3 loại CNTs chính là zigzag, armchair và chiral Đặc trưng cho từng loại là vector chiral ( n,m ) [2]

Hình 1.4 Các cấu trúc khác nhau c a CNTs (a) zigzag, (b) armchair, (c) chiral

1.1.2.2 Cacbon Nanotubes đa lớp (MWCNT)

Loại CNTs đa lớp sớm nhất được hình dung là loại đồng tâm, trong đó các CNT đơn lớp với đường kính tăng dần được sắp xếp đồng trục với nhau theo mô hình búp

bê Nga (Russian Doll) thành nanotube đa lớp Các nanotube được hình thành bằng phương pháp hồ quang điện (không có xúc tác) hoặc cracking các khí hydrocacbon có xúc tác Một cấu trúc thường thấy khác là cấu trúc “herringbone” (h-MWCNT) trong

đó các tấm graphene tạo một góc với trục của nanotube Các góc này biến đổi theo điều kiện quá trình tổng hợp như hình thái xúc tác, thành phần môi trường khí từ 0 tới

900C Ngoài ra còn một cấu trúc cũng khá phổ biến là “bamboo” hay “đốt tre” Trong cấu trúc này, một số tấm graphene định hướng vuông góc với trục của nanotube tạo nên hình dạng các “ đốt tre” Tính chất của cacbon nanotube chủ yếu phụ thuộc vào độ hoàn hảo và sự định hướng của các tấm graphene hơn là các yếu tố khác [2].

Hình 1.5 Cấu trúc “ Russian Doll” ( trái) , “ Herringbone” ( giữa) và “ Bamboo”(

Tính chất cơ học và đặc tính điện của CNTs chỉ phụ thuộc vào cấu trúc hình học và cấu trúc không gian của nó CNTs có hệ số module rất cao và có thể là vật liệu nhẹ và bền nhất so với các loại vật liệu trước đây

Tính chất cơ học: Cho đến hiện nay, người ta cho rằng cơ tính của CNTs được thể hiện là do sự tương đồng với graphite vì CNTs có độ bền và độ cứng khá cao Do tính chất của các liên kết C-C; graphite có module khoảng 1,06 TPa; độ bền kéo khoảng 130 Gpa; độ bền uốn khoảng 20 Gpa

Đối với CNTs, tùy thuộc vào đường kính và kiểu ống, module đàn hồi trên 1Tpa tương đương kim cương, độ bền kéo khoảng 200 Gpa CNTs có khả năng uốn gập cao nhất do liên kết cộng hóa trị C-C và cấu trúc hình 6 cạnh Tỷ lệ giữa độ bền và khối lượng lớn hơn nhôm, thép và titan đến vài trăm lần

Tính chất nhiệt: Do ống nano có khả năng dẫn photon rất tốt nên người ta cho rằng CNTs có thể có tính dẫn nhiệt tốt, độ dẫn nhiệt của nó khoảng 3000 W/m.K theo hướng trục với sự thay đổi đường kính rất nhỏ

Tính chất điện: Một tấm graphene có thể được cuộn lại theo nhiều cách khác nhau để tạo thành ống CNTs đơn lớp, quá trình cuộn lại làm mất tính đối xứng của hệ thống phẳng và tạo ra phương riêng theo trục với cấu trúc các mắt lưới lục giác

Bởi vì các đặc tính riêng biệt của MWCNTs mà nhiều nghiên cứu đã khai thác những đặc tính ngạc nhiên đó để hội tụ trong nhiều ứng dụng k thuật, như là polymer nanocomposite, bộ phát xạ, các thiết bị điện nano, cảm biến hoá học và vật liệu sinh học Đối với nanocomposite polymer/MWCNT, việc thêm MWCNT vào sẽ làm thay đổi một cách rộng rãi các tính chất cơ, nhiệt, điện của polymer nền, điều đó sẽ làm kéo dài rõ rệt các miền ứng dụng của chúng

Tuy nhiên, một vài báo cáo chỉ ra rằng các cải thiện về tính chất cơ học của composite polymer/CNTs bị giới hạn bởi sự phân chia pha giữa polymer nền và CNTs Cho đến nay, sự phân phối đều của CNTs trong polymer nền vẫn là vấn đề rất quan trọng

Hình 1.6 Mô hình sự xen giữa c a Li và hấp thụ H 2

* Đầu dò nano và sensơ

Do tính dẻo dai nên CNT được ứng dụng trong đầu dò quét của các thiết bị kính hiển vi điện tử AFM và STM

Hình 1.7 Típ STM, AFM có gắn CNTs

* Ống nano carbon tạo ra các vật liệu siêu bền, siêu nhẹ

Theo các chuyên gia, ứng dụng quan trọng của sợi carbon mới này là sản xuất

áo chống đạn , vỏ tầu vì CNTs là vật liệu siêu bền và siêu nhẹ

Hình 1.8 Áo chống đạn siêu bền, vỏ tàu vũ trụ làm bằng CNTs

* Ống nano carbon tạo ra các linh kiện điện tử nano

Hiện nay với sự xuất hiện của ống nano carbon, cùng với khả năng chế tạo ra các ống carbon có tính chất như là bán dẫn loại p hay loại n

Hình 1.9 Transistor trường sử dụng ống nanno carbon

1.2 Chức hóa Cacbon nanotubes (CNTs)

Đối với vật liệu nanocomposite, sự phân tán vật liệu gia cường vào trong chất nền là rất quan trọng Nó quyết định đến độ bền cũng như tính ổn định của vật liệu, tránh hiện tượng chất độn tập hợp lại với nhau tách ra khỏi vật liệu nền Điều này rất

khó kiểm soát trong trường hợp chất độn ở dạng sợi nano như CNTs (do diện tích bề mặt rất lớn) Để giải quyết vấn đề này, người ta thường khuấy trộn cơ học trong quá trình chế tạo nanocomposte để giúp phân tán CNTs và trong vật liệu nền Tuy nhiên, cách phân tán hiệu của nhất là chức hóa bề mặt của CNTs, giúp ổn định sự phân tán, vì

nó có thể ngăn ngừa sự tái tập hợp của các ống nano và cũng làm tăng liên kết của CNTs với nền polymer Liên kết giữa CNTs và polymer quyết định đến hiệu quả truyền ứng suất từ nền trong vật liệu sang CNTs, quyết định đến độ bền của vật liệu composite.[8]

Các phương pháp chức hóa CNTs bao gồm:

- Chức hóa ống CNTs trong môi trường acid mạnh có chứa nguyên tử oxy

- Chức hóa ống CNTs bằng các hợp chất chứa nhóm chức amin ( amino) mạch

thẳng hay vòng thơm

- Chức hóa ống nano carbon bằng các hợp chất chứa nhóm chức sulfur

- Chức hóa ống nano carbon bằng các hợp chất chứa nhóm alkyl hoặc vòng

Khi môi trường phân tán là polymer thì phương pháp biến tính nhóm cacboxyl bằng hỗn hợp axit có chứa oxi được sử dụng phổ biến nhất, do cách tiến hành đơn giản nhưng đạt hiệu quả cao [10]

1.3 Nhựa epoxy

1.3.1 Khái niệm và phân loại

Epoxy là một trong những loại nhựa nhiệt rắn được sử dụng làm vật liệu nền phổ biến trong vật liệu composite cao cấp cho độ cứng, tính chất cơ lý tốt, khả năng ổn định kích thước và kháng hóa chất tuyệt vời Hạn chế chính của nhựa epoxy là độ giòn vốn có của nó Hiện này, nhiều công trình nghiên cứu tập trung và cải thiện khả năng gia cường cho nền epoxy nhờ vào carbon nanotubes (CNTs) Epoxy hiện nay được sản xuất với ba loại chính

- Nhựa Diepoxy: loại này có hai nhóm epoxy ở hai đầu mạch phân tử Được điều chế bằng phản ứng đa tụ giữa epyclohydrin và bis-phenol A (tên gọi thương mại là dian) với NaOH làm chất xúc tác Nhựa Diepoxy trên cơ sở epyclohydrin và bis-phenol A có thể là chất lỏng nhớt hay là sản phẩm dạng rắn (ở dạng cục hoặc hạt)

- Nhựa polyepoxy: là loại nhựa chứa nhiều nhóm epoxy (≥ 3) trong mạch phân

tử, ví dụ như điều chế từ nhựa phenol formandehit đa tụ với epyclohydrin Loại nhựa này có độ nhớt không cao lắm và có khả năng đóng rắn cao nhưng do có nhóm -OH trong mạch đại phân tử nên ngay trong trạng thái đóng rắn cũng không chịu được nhiệt

và nước tốt Do vậy nên người ta thường dùng để phối trộn với nhựa epoxy thông thường Có thể sử dụng nhựa polyepoxy làm keo dán rất tốt do trong mạch có chứa nhiều nhóm -OH nên có khả năng bám dính rất cao

- Loại thứ ba: là nhựa thu được bằng phương pháp epoxy hoá các hợp chất không

no có chứa nhóm epoxy ở trong mạch chính.[3]

1.3.2 Tổng hợp

Nhựa diepoxy là sản phẩm ngưng tụ từ hợp chất có chứa nhóm epoxy với một rượu đa chức hay một phenol đa chức trong môi trường kiềm ở nhiệt độ khoảng 700

C, thường sử dụng epiclohydrin và dian (D) Khi tổng hợp nhựa diepoxy, thường hoà tan dian vào một lượng thừa epyclohydrin rồi thêm dần dần dung dịch kiềm và khống chế nhiệt độ ở khoảng từ 60 - 700C Phản ứng thu được ete diglixit dioxi difenyl propan.[3]

Hình 1.11 Ứng dụng c a nhựa Epoxy

Nhựa epoxy là loại nhựa có nhiều ưu điểm tốt như độ bám dính cao trên bề mặt kim loại, có tính ổn định hóa học, bền hóa chất Việc sử dụng nhựa epoxy trên nền cốt sợi thủy tinh làm tăng tính bền cơ lên đáng kể và rất thích hợp để chế tạo lớp bọc lót

bảo vệ thiết bị chống ăn mòn hóa chất

Composite sợi cacbon nổi tiếng vì nhẹ và bền, ít tác dụng hóa học nếu thay sợi cacbon thành ống nanocacbon chắc chắn sẽ làm vật liệu nhẹ hơn nhiều, được sử dụng

trên các phương tiện cần giảm trọng lượng như máy bay

Hiện nay, sợi cacbon và các bó ống cacbon đa lớp được dùng gia cường cho epoxy để điều khiển và nâng cao tính dẫn, dùng làm bao bì chống tĩnh điện hay làm vật liệu cấy vào cơ thể vì cacbon dễ tương hợp với xương, mô , làm các màng lọc cũng như linh kiện phi tuyến

Polyme đặc biệt là epoxy gia cường bởi đất sét được ứng dụng khá nhiều như dùng trong bộ phận hãm xe hơi Ngoài ra có thể sử dụng hạt cacbon đen có kích thước 10÷100nm để gia cường cho vỏ xe hơi

Các hạt nano được sử dụng trong sơn epoxy có thể cải thiện tính chất như làm cho lớp sơn mỏng hơn, nhẹ hơn, sử dụng trong máy bay nhằm giảm trọng lượng máy bay

Ngoài đất sét ra thì trong vật liệu nano compoisite polyme còn sử dụng các hạt

ở kích thước nanomet như hạt CuS, CdS, CdSe được sử dụng như những vật liệu cảm quan trong phim, giấy ảnh, mực in,bột photocopy, mực in màu

Nhìn chung vật liệu nanocompoisite có tính chất tốt hơn composite thông thường nên có nhiều ứng dụng đặc biệt và hiệu quả hơn Đây sẽ là vật liệu mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới và mở ra nhiều tính năng ứng dụng cao

Một ví dụ khác cũng rất rõ ràng, đó chính là trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không Đa số các bộ phận vỏ, bao bọc, của các loại phương tiện này đều sử dụng

composite của epoxy với gia cường thích hợp Nhờ đó tạo được hình dạng phức tạp và thỏa mãn các yêu cầu cần thiết về tính

năng, tuổi thọ và ngoại quan (hình 1.18).[3]

Hình 1.12 Epoxy được ứng dụng nhiều trong các bộ phận cửa ôto và máy bay

1.4 Urê

1.4.1 Tính chất vật lý

Urê có công thức phân tử là CON2H4 hoặc (NH2)2CO

Urê ở dạng tinh thể, không mùi, dể hút ẩm, thường có màu trắng, dễ hòa tan trong nước, ở trạng thái tinh khiết nhất urê không mùi mặc dù hầu hết các mẫu urê có

độ tinh khiết cao đều có mùi khai

1.4.2 Tính chất hóa học

Urê là chất tinh thể, có tính bazơ yếu (do nhóm NH2), dễ dàng tạo muối với axit Urê bị phân huỷ khi có tác dụng của các vi sinh vật trong đất

1.4.3 Ứng dụng

Urê được dùng làm phân bón, điều chế chất dẻo urefomanđehit ( HN  CO  NH

 CH2 )n Trong công nghiệp, urê được điều chế bằng phản ứng

1.5 Tổng quan lý thuyết về sơn

1.5.1 Khái niệm về sơn

Trước đây một số nhà nghiên cứu đã đưa ra một vài khái niệm như sau:

- Sơn là huyền phù của bột màu, chất độn trong dung dịch chất tạo màng với dung môi tương ứng (Liên Xô)

- Sơn là tổ hợp lỏng chứa bột màu, khi phủ lên nền thành lớp mỏng sẽ tạo thành màng phủ không trong suốt (M )

Hai định nghĩa này bao gồm các loại sơn màu đục, men (Pigment Paint)

Định nghĩa tổng quát: Sơn là hệ phân tán gồm nhiều thành phần (chất tạo màng, chất màu…trong môi trường phân tán) Sau khi phủ lên bề mặt vật liệu nền nó tạo thành lớp màng đều đặn, bám chắc, bảo vệ và trang trí bề mặt vật liệu nền [11]

1.5.2 Đặc đi m của sơn

- Màng sơn cứng, chịu ma sát: Màng sơn tổng hợp cứng, bóng, chịu ma sát, sau khi sấy không có bụi, dính, nhăn v.v…

- Màu sắc đồng đều, bóng: So với sơn dầu, sơn tổng hợp có màu sắc đẹp

- Chịu ăn mòn hóa học: Sau khi sơn xong, sản phẩn có thể chịu nước, chịu axit, chịu kiềm, chịu dầu, xăng, rượu v.v…, bảo vệ được sản phẩm không bị ăn mòn

- Chế tạo dễ dàng: Khi chế tạo sơn đều dùng các loại hóa chất, vì vậy khi chế tạo dễ dàng pha chế và khống chế các điều kiện k thuật Thiết bị máy móc không đắt, theo quy trình công nghệ dễ điều khiển [12]

1.5.2.2 Nhƣợc đi m

Ngoài những ưu điểm trên, sơn có những nhược điểm sau:

- Màng sơn dễ biến trắng: Đây là khuyết điểm lớn nhất của màng sơn, khi gia công trong khí hậu ẩm ướt, dễ bị biến trắng Nguyên nhân là khi dung môi bay hơi, lượng nước trong không khí sẽ đi vào màng sơn, không kết hợp với dung môi tạo thành dạng sương trắng trên bề mặt sản phẩm Khuyết điểm này có thể khắc phục bằng cách dùng dung môi có độ sôi cao, gia công sơn ở nơi khô ráo

- Màng sơn tương đối mỏng: Màng sơn sau khi khô rất mỏng, vì vậy khi gia công phải phun nhiều lần sau đó đánh bóng màng sơn Nguyên nhân chủ yếu là màng sơn có lượng không bay hơi rất nhỏ, thường chiếm dưới 30% thành phần sơn, đặc biệt khi phun cần phải pha thêm dung môi vào sơn mới có thể phun được Các loại sơn dầu lượng không bay hơi chiếm tới 70-80%

- Khó gia công bằng phương pháp quét: Gia công sơn thường bằng phương pháp phun, bởi vì sơn có dung môi, độ hòa tan rất lớn, đồng thời bay hơi nhanh, khó quét

- Sơn có mùi kích thích khó chịu: Dung môi trong sơn có tính kích thích mạnh, nếu gia công sơn trong môi trường không lưu thông không khí rất dễ đau đầu, hôn mê

- Sơn chịu ánh sáng mặt trời yếu: Màng sơn tổng hợp chịu ánh sáng kém, lớp sơn trong suốt chịu ánh sáng tia tử ngoại càng yếu, màng sơn có màu dễ biến màu [12]

1.5.3.2 t màu

Bột màu là thành phần quan trọng tạo màu cho màng sơn Bột màu không hòa tan trong dung môi hoặc dầu