Tổng hợp nano ôxít kẽm và nghiên cứu khả năng ứng dụng trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn thép

Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐẶNG QUYẾT THẮNG TỔNG HỢP NANO ƠXÍT KẼM VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÕN THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐẶNG QUYẾT THẮNG TỔNG HỢP NANO ƠXÍT KẼM VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÕN THÉP Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Trịnh Anh Trúc Hà Nội - 2014 Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng LỜI CẢM ƠN Báo cáo khóa luận tốt nghiệp thực Phòng Nghiên cứu Sơn bảo vệ - Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới - Viện Hàn Lâm Khoa Học Cơng nghê Việt Nam Với lịng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trịnh Anh Trúc giao đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành báo cáo khóa luận tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Khoa hóa học - Trường đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, tồn thể cán Phịng Nghiên cứu Sơn bảo vệ - Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới - Viện Hàn Lâm Khoa Học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt thời gian qua Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè động viên khuyến khích để tơi hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Đặng Quyết Thắng Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng MỤC LỤC NỘI DUNG Trang Danh sách bảng biểu, hình vẽ Danh sách từ viết tắt MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 10 1.1 Giới thiệu ăn mòn kim loại phương pháp bảo vệ 10 111 10 n m n im o i 1 Sự ăn m n th p h quy n 11 1 Cá ph 12 ng pháp o vệ h ng ăn m n im o i 1.2 Giới thiệu vật liệu nano 13 Cá 13 hái niệm vật iệu nano 2 T nh hất vật iệu nano 14 Cá ph 14 ng pháp thự nghiệm điều hế vật iệu nano 1.3 Nano ơxít kẽm 16 Cấu trú t nh hất nano ZnO 16 1.3.2 Cá ứng dụng nano ZnO 19 1.4 Lớp sơn phủ bảo vệ 21 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 25 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 25 1 Hóa hất 25 2 Dụng ụ thiết ị 25 2.2 Tổng hợp nano ZnO 26 2.3 Biến tính nano ZnO silan 26 2.4 Biến tính nano ZnO BTSA 27 2.5 Chế tạo màng sơn bảo vệ epoxy nano ZnO biến tính 27 Chuẩn ị mẫu th p 27 Chế t o màng s n epoxy epoxy hứa nano ZnO 27 Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng 2.6 Các phương pháp nghiên cứu đặc tính vật liệu, màng sơn 27 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Tổng hợp nano ZnO biến tính nano ZnO 38 1 Phân t h hình thái ấu trú vật iệu nano ZnO tổng hợp 38 Biến t nh nano ZnO ằng hợp hất hữu 43 3.2 Khả ức chế ăn mịn nano ZnO ZnO biến tính 45 3.3 Kết thử nghiệm tính chất bảo vệ chống ăn mòn thép lớp phủ epoxy chứa nano ZnO nano ZnO biến tính 3 Kh o sát nh h ởng tỷ ệ nano ZnO ớp phủ epoxy 3 Kh o vệ h ng ăn m n th p ớp phủ epoxy hứa nano ZnO biến t nh 3.4 Kết thử nghiệm khả chống phá hủy tia tử ngoại (UV) lớp phủ epoxy chứa nano ZnO nano ZnO biến tính 49 49 53 59 3.5 Khảo sát tính chất lý màng sơn 63 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Danh sách bảng biểu - Bảng 1.1: Các thông số vật lý ZnO - Bảng 3.1: Các pic đặc trưng nano ZnO ZnO biến tính - Bảng 3.2: Giá trị modul tổng trở tần số Hz màng sơn epoxy epoxy chứa tỉ lệ nano ZnO khác - Bảng 3.3: Giá trị modul tổng trở tần số Hz màng sơn chứa nano ZnO nano ZnO biến tính - Bảng 3.4: Giá trị modul tổng trở tần số Hz màng sơn sau chiếu UV - Bảng 3.5 Kết đo độ bám dính độ bền va đập màng sơn Danh sách hình vẽ - Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể lục giác Wurtzite ZnO - Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể lập phương giả kẽm - Hình 1.3: Cấu trúc tinh thể lập phương muối ăn - Hình 2.1: Cấu tạo kính hiển vi điện tử quét SEM - Hình 2.2: Sự phản xạ tia X mặt mạng tinh thể - Hình 2.3: Sơ đồ đo điện hóa màng sơn thép - Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X ZnO - Hình 3.2: Phổ hồng ngoại bột ZnO - Hình 3.3: Ảnh SEM nano ZnO tổng hợp O0C 250C - Hình 3.4: Ảnh SEM nano ZnO tổng hợp O0C pH=8(a) pH=12 (b) - Hình 3.5: Ảnh SEM nano ZnO tổng hợp 250C pH=8(a) pH=12 (b) - Hình 3.6: Phổ hồng ngoại nano ZnO(a), ZnO-Silan1(b), ZnO-Silan2(c), ZnOBTSA(d) - Hình 3.7 Đường cong TGA ZnO ZnO biến tính hữu - Hình 3.8: Phổ tổng trở mẫu đo ức chế ăn mòn sau ngâm, dung dịch NaCl.0,1M Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng - Hình 3.9: Đường cong phân cực mẫu đo ức chế ăn mòn sau ngâm dung dịch NaCl.0,1M - Hình 3.10: Phổ tổng trở màng sơn sau ngày ngâm dung dịch NaCl 3% Mẫu trắng(a), 0,1%ZnO(b), 0,5%ZnO(c), 1%ZnO(d) - Hình 3.11: Phổ tổng trở màng sơn sau ngày ngâm dung dịch NaCl 3% Mẫu trắng(a), 0,1%ZnO(b), 0,5%ZnO(c), 1%ZnO(d) - Hình 3.12: Phổ tổng trở màng sơn sau 60ngày ngâm dung dịch NaCl3% Mẫu trắng(a), 0,1%ZnO(b), 0,5%ZnO(c), 1%ZnO(d) - Hình 3.13: Biến thiên modul tổng trở tần số Hz theo thời gian thử nghiệm môi trường NaCl 3%: Mẫu trắng(a), 0,1%ZnO(b), 0,5%ZnO(c), 1%ZnO(d) - Hình 3.14: Phổ tổng trở màng sơn sau 2ngày ngâm dung dịch NaCl 3% 1%ZnO(a), 1%ZnOhình que(b), 1%ZnO-Silan1(c), 1%ZnO-Silan2(d), 1%ZnO-BTSA(e) - Hình 3.15: Phổ tổng trở màng sơn sau 48 ngày ngâm dung dịch NaCl3%:1%ZnO(a), 1%ZnOhình que(b), 1%ZnO-Silan1(c), 1%ZnO-Silan2(d), 1%ZnO-BTSA(e) - Hình 3.16: Biến thiên modul tổng trở tần số Hz theo thời gian thử nghiệm mơi trường NaCl 3%: 1%ZnO(a), 1%ZnO hình que(b), 1%ZnO-Silan1(c), 1%ZnO-Silan2(d), 1%ZnO-BTSA(e) - Hình 3.17: Phổ tổng trở màng sơn sau chu kỳ chiếu tia UV (trong dung dịch NaCl3%): Mẫu trắng(a), 1%ZnO(b), 1%ZnO hình que(c), 1%ZnO-Silan1(d), 1%ZnO-Silan2(e) - Hình 3.18: Phổ tổng trở màng sơn sau chu kỳ chiếu tia UV (trong dung dịch NaCl3%): Mẫu trắng(a), 1%ZnO(b), 1%ZnO hình que(c), 1%ZnO-Silan1(d), 1%ZnO-Silan2(e) - Hình 3.19: Đồ thị modul tổng trở tần số Hz màng sơn theo thời gian chiếu UV Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT - XRD: Phổ nhiễu xạ tia X - IR: Phổ hồng ngoại - SEM: Phương pháp kính hiển vi điện tử quét - TEM: Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua - DD1: Dung dịch - DD2: Dung dịch - MT: Mẫu trắng - 0,1% ZnO, 0,5% ZnO, 1%ZnO: Màng sơn epoxy chứa 0,1%, 0,5%, 1% nano ZnO - ZnO-Silan1: Nano ZnO biến tính silan Triethoxy phenyl silaml - ZnO-Silan2: Nano ZnO biến tính silan N-(2-Aminoethyl)-3 anino propyltrimethoxy - ZnO-BTSA: Nano ZnO biến tính 2-benzothiazolylthio-succinic axit Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong lĩnh vực kinh tế xã hội loài người, kim loại hợp kim đóng vai trị vơ quan trọng Nó vật liệu khơng thể thiếu ngày sử dụng rộng rãi Tuy nhiên ngày người phải đối đầu với vấn đề nghiêm trọng, “Ăn mòn kim loại” Hiện tượng ăn mòn kim loại gây thiệt hại lớn cho kinh tế quốc dân Theo ước tính có tới 10% lượng kim loại sản xuất hàng năm giới bị thiệt hại ăn mòn, tương ứng khoảng - 5% GDP thiệt hại hàng năm kinh tế Theo số liệu thống kê gần đây, thiệt hại ăn mòn kim loại gây Mĩ khoảng 4% GDP, tương đương với 300 tỉ đô la năm [2] Ngoài thiệt hại trực tiếp mặt vật chất, ăn mòn kim loại gây thiệt hại gián tiếp như: làm giảm độ bền loại máy móc, thiết bị chất lượng sản phẩm, ăn mòn cố thể gây tai họa lớn cho lò phản ứng hạt nhân, máy bay, tên lửa thiết bị tự động Những thiệt hại ăn mòn kim loại gây nghiêm trọng, nghiên cứu tìm kiếm biện pháp bảo vệ chống ăn mịn kim loại, hạn chế tổn thất ăn mòn gây vấn đề quan trọng quốc gia, có Việt Nam Việt Nam quốc gia có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, mưa nhiều, lại có 3000 km bờ biển Do kinh tế nước ta có quan hệ mật thiết với môi trường, đặc biệt môi trường biển, mơi trường có độ xâm thực ăn mịn cao Chính nghiên cứu q trình ăn mịn vật liệu, tìm biện pháp hạn chế tối ưu q trình ăn mịn vấn đế cấp thiết, đầu tư nghiên cứu mạnh nước ta Các phương pháp chống ăn mòn kim loại bao gồm việc tác động vào mơi trường ăn mịn, phủ lên bề mặt vật liệu lớp phủ bền ăn mịn, bảo vệ catơt anơt, thụ động hố bề mặt kim loại Một biện pháp có hiệu cao để Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng bảo vệ chống ăn mòn kim loại sử dụng lớp sơn phủ hữu cơ, biện pháp cho phép bảo vệ kim loại thòi gian dài mà đảm bảo tính thẩm mĩ cao Thông thường lâu trước sơn, kim loại thụ động hoá lớp cromat photphat để tạo độ bám dính cao bề mặt kim loại với lớp sơn phủ, đồng thời tăng khả bảo vệ chống ăn mòn Tuy nhiên lớp lót cromat lại có nguy gây nhiễm mơi trường cách nghiêm trọng, có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người Chính vậy, việc tổng hợp nano ơxít kẽm nghiên cứu khả ứng dụng nano ơxít kẽm lớp phủ bảo vệ chống ăn mịn thép độc hại có khả chống ăn mòn cao, tạo độ bám dính tốt nhà khoa học quan tâm năm gần NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN Trong năm gần công nghiệp sản xuất vật liệu sơn phát triển biện pháp sơn bảo vệ chống ăn mịn kim loại sử dụng nhiều nhất, có hiệu cao, giá thành thấp Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, sở nghiên cứu sản xuất quan tâm nghiên cứu phát triển hệ sơn thân thiện với môi trường Việc nghiên cứu phụ gia ức chế ăn mòn tăng khả bảo vệ lớp phủ ý Gần có nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng nano ZnO lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại, với hàm lượng nhỏ nano ZnO tăng đáng kể khả bảo vệ màng sơn Với đề tài luận văn: “Tổng hợp nano ôxít kẽm nghiên cứu khả ứng dụng lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn thép”, báo cáo tơi hồn thành q trình tổng hợp nano ZnO biến tính hữu làm ức chế ăn mòn lớp sơn epoxy để kéo dài thời gian bảo vệ chống ăn mòn thép Nội dung chi tiết báo cáo luận văn khoa học chia thành chương phần kết luận: CHƯƠNG TỔNG QUAN Trong chương này, chúng tơi giới thiệu q trình ăn mòn kim loại, phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp phủ sơn, số khái niệm, tính Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vô Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng 10 5 10 (a) (b) 3.3 10 25,1 Hz 1.6 10 Phần ảo (Ω.cm2) 2,51 kHz 6.6 10 5 3.3 10 6.6 10 10 1.3 10 2.6 10 10 10 10 (c) 10 Hz 10 15,8 mHz (d) 15,8 mHz 7 10 Hz 7 10 251 mHz 1.3 10 5 39,8 mHz 10 7 10 10 1.2 10 10 10 1.2 10 106 (e) 6.6 10 1000 Hz 15,8 mHz 15,8 Hz 3.3 10 00 6.6 10 1.3 10 10 Phần thực (Ω.cm2) Hình 3.15: Phổ tổng trở sau 48 ngày ngâm dung dị h NaC 3% màng s n epoxy hứa 1%ZnO(a), 1%ZnOhình que(b), 1%ZnO-Silan1(c), 1%ZnO-Silan2(d), 1%ZnO-BTSA(e) Để đánh giá r ràng khả bảo vệ chống ăn mòn màng sơn ta xét giá trị modul tổng trở tần số Hz theo thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% bảng 3.3 Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng B ng 3.3: Giá trị modu tổng trở t i tần s Hz màng s n hứa nano ZnO nano ZnO iến t nh STT Modun tổng trở (MΩ) Thời gian ZnO ZnOhình que ZnO-Silan1 ZnO-Silan2 ZnO-BTSA 1 5.49 7.44 1.021 25.05 20.24 2 ngày 1.355 0.217 0.821 9.8 4.18 ngày 0.035 0.012 0.792 5.38 1.313 14 ngày 0.02 0.0076 0.615 6.78 0.32 21 ngày 0.016 0.0064 0.171 1.218 0.073 28 ngày 0.016 0.0068 0.332 1.418 0.038 32 ngày 0.015 0.0066 0.620 2.514 0.041 41 ngày 0.012 0.0071 1.75 2.131 0.076 48 ngày 0.011 0.0071 2.184 1.282 0.049 10 55 ngày 0.011 0.027 2.383 1.491 0.06 11 62 ngày 0.011 0.029 1.736 1.151 0.064 Từ bảng 3.3 ta thấy sau ngày modul tổng trở mẫu giảm mạnh, mẫu màng sơn chứa 1% ZnO hình que giảm nhanh nhất, từ 7,44MΩ xuống 0,217MΩ Sau tuần ngâm modul tổng trở mẫu biến đối tương đối ổn định giảm dần Sau 62 ngày ngâm dung dịch NaCl 3% mẫu ZnOSilan có modul tổng trở lớn nhất, mẫu ZnO có modul tổng trở thấp Hình 3.16 trình bày biến thiên modul tổng trở tần số Hz theo thời gian thử nghiệm môi trường NaCl 3% Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng Modul (MΩ) 1000 (c) 100 (d) 10 (e) (b) (a) 0.1 10 20 30 40 50 60 70 Thời gian (ngày) Hình 3.16: Biến thiên modu tổng trở t i tần s Hz theo thời gian thử nghiệm môi tr ờng NaC 3% màng epoxy hứa 1%ZnO(a), 1%ZnO hình que(b), 1%ZnO-Silan1(c), 1%ZnO-Silan2(d), 1%ZnO-BTSA(e) Các kết hình 3.16 cho thấy giá trị modul tổng trở mẫu màng sơn chứa nano ZnO ZnO hình que giảm mạnh sau 10 ngày ngâm, ngày modul giảm chậm tương đối ổn định, sau 49 ngày ngâm modul tổng trở mẫu chứa ZnO hình que có xu hướng tăng, tích tụ sản phẩm ăn mịn bề mặt, nhiên mẫu màng sơn chứa nano ZnO biến tính Các mẫu màng sơn chứa nano ZnO biến tính có modul tổng trở giảm mạnh sau 20 ngày, ngày giảm không đáng kể tương đối ổn định Mẫu chứa nano ZnO-Silan1 ZnO-Silan2 tương đương cao mẫu chứa nano ZnO-BTSA Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng Các kết khảo sát tổng trở cho thấy khả bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ epoxy chứa nano ZnO phụ thuộc vào hình dạng ZnO, ZnO dạng hình que có khả gia cường màng sơn epoxy so với ZnO dạng hình khối lục lăng Khả bảo vệ chống ăn mịn màng sơn epoxy chứa ZnO biến tính cao màng sơn chứa ZnO khơng biến tính khác tùy theo chất biến tính Màng sơn epoxy chứa nano ZnO biến tính silan cho khả bảo vệ chống ăn mịn cao, khơng phụ thuộc vào chất silan biến tính 3.4 Kết thử nghiệm khả chịu tia tử ngoại (UV) lớp phủ epoxy chứa nano ZnO nano ZnO biến tính Để đánh giá khả chống chịu tia UV nano ZnO lớp phủ epoxy ta chiếu tia UV lên mẫu chu kỳ, sau chu kỳ tiến hành đo tổng trở mẫu dung dịch NaCl.3% để đánh giá suy giảm màng tác động tia tử ngoại Các mẫu sơn epoxy đánh giá: - Mẫu epoxy trắng - Mẫu chứa 1% nano ZnO - Mẫu chứa 1% nano ZnO hình que - Mẫu chứa 1% nano ZnO-Silan1 - Mẫu chứa 1% nano ZnO-Silan2 Tổng trở mẫu epoxy epoxy chứa nano ZnO sau chu kỳ chiếu tia UV thể hình 3.17 Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng 107 10 (b) (a) 7 10 2.7 10 Phần ảo (Ω.cm2) 7 10 0 7 10 1.2 10 2.7 10 5.3 10 10 11 10 1.2 10 (c) (d) 2.7 10 10 15,8 mHz 10 15,8 mHz 10 1.3 10 0 8 10 15,8 mHz 1.3 10 15,8 mHz 10 8 2.7 10 5.3 10 8 10 00 10 10 11 1.6 10 3.5 1010 (e) 10 2.3 10 10 1.2 10 0 15,8 mHz 10 2.3 10 10 4.7 10 10 10 Phần thực (Ω.cm2) Hình 17: Phổ tổng trở sau hu ỳ hiếu tia UV màng epoxy(a), epoxy hứa 1%ZnO(b), 1%ZnO hình que(c),1%ZnO-Silan1(d), 1%ZnO-Silan2(e) Từ phổ tổng trở mẫu ta thấy sau chu kỳ chiếu tia tử ngoại tổng trở mẫu có hình dạng giá trị tổng trở khác nhau, mẫu trắng tổng trở thấp có hình dạng cung Mẫu màng sơn chứa ZnO ZnO có tổng trở xấp xỉ thấp hai mẫu chứa ZnO silan, mẫu màng sơn chứa nano ZnO-Silan1 cao Ta tiếp tục đánh giá sau chu kỳ chiếu tia UV Trường Đại học KHTN 11 2.4 10 Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng 106 10 (a) 5.3 10 3.3 10 15,8 mHz Phần ảo (Ω.cm2) 00 6 3.3 10 6.7 10 15,8 mHz 2.7 10 1.7 10 10 7 5.3 10 1.1 10 1.6 10 1.1 10 10 (c) (d) 7.3 10 4.7 10 3.7 10 (b) 6 15,8 mHz 7.3 10 1.5 10 2.3 10 2.2 10 15,8 mHz 4.7 10 9.3 10 10 (e) 10 10 15,8 mHz 0 10 10 10 Phần thực (Ω.cm2) Hình 3.18: Phổ tổng trở sau hu ỳ hiếu tia UV màng s n epoxy (a), epoxy hứa 1%ZnO(b), 1%ZnO hình que(c),1%ZnO-Silan1(d), 1%ZnO-Silan2(e) Từ phổ tổng trở mẫu sau chu kỳ chiếu tia UV ta thấy, tổng trở mẫu epoxy trắng giảm mạnh thấp nhất, chứng tỏ màng epoxy bền xạ Mẫu màng sơn epoxy chứa 1% ZnO-Silan1 có giá trị tổng trở cao nhất, thể khả chịu xạ tốt Để đánh giá kỹ ta xét modul tổng trở mẫu màng sơn sau chiếu UV tần số Hz, số liệu trình bày bảng 3.4 hình 3.19 Trường Đại học KHTN 1.4 10 Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng B ng 3.4: Giá trị modu tổng trở t i tần s Hz màng s n sau hiếu UV STT Modul tổng trở (MΩ) T.gian ( hu ỳ) MT ZnO ZnO hình que ZnO-Silan1 ZnO-Silan2 1.225 0.903 27.71 59.5 67.5 0.677 1.047 1.781 59.2 19.97 0.232 0.518 0.849 48.0 0.518 0.1703 0.265 6.04 21.95 27.49 0.0917 0.397 0.379 41.9 43.6 0.02623 0.184 0.229 22.72 6.85 0.387 0.134 0.187 15.53 4.40 0.01454 0.238 0.254 8.23 1.047 10 MT ZnO ZnO hinh que ZnO silan1 ZnO silan2 Modul (MΩ) 10 10 10 10 -1 10 0 10 10 10 10 Thời gian (chu kỳ) Hình 3.19: Biến thiên modu tổng trở t i tần s Hz màng s n epoxy hứa 1% nano ZnO ZnO iến t nh theo thời gian hiếu UV Các số liệu hình 3.19 bảng 3.4 cho thấy sau chu kỳ chiếu tia UV mẫu màng sơn có giá trị modul giảm dần, mẫu trắng mẫu epoxy chứa Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng nano ZnO hình que có modul tổng trở giảm nhanh nhất, mẫu màng sơn epoxy chứa nano ZnO ZnO-Silan1 có giá trị modul tổng trở ổn định theo thời gian chiếu UV, cho thấy khả chịu tia UV tốt so với mẫu khác Bức xạ tia cực tím (UV) với bước sóng ngắn lượng cao, đóng vai trị quan trọng suy giảm lớp phủ Bức xạ UV tiếp xúc với bề mặt đủ mạnh để phá vỡ liên kết hóa trị mạch polyme Các gốc tự hình thành phân hủy UV lại tiếp tục phá hủy mạng lưới polyme Các kết nghiên cứu cho thấy đưa hạt nano ZnO vào màng epoxy làm giảm phá hủy màng tác động tia tử ngoại Khi đưa hạt nano ZnO biến tính vào màng, phân tán hạt nano màng tương hợp tốt làm gia tăng khả chịu tia xạ tử ngoại màng 3.5 Khảo sát tính chất lý màng sơn Bên cạnh việc khảo sát tính chất điện hóa màng sơn phương pháp tổng trở điện hóa, chúng tơi tiến hành khảo sát tính chất lý qua khả bám dính độ bền va đập, kết trình bày bảng 3.5 B ng 3.5 Kết qu đo độ ám d nh độ ền va đập màng s n STT Mẫu Độ d nh Độ ền va đập (MP) (Kg/cm2) MT 1,44 180 0,1% ZnO 2,40 190 0,5% ZnO 2,42 200 1% ZnO 3,48 200 1% ZnO 3,46 200 1% ZnO-Silan1 4,02 200 1% ZnO-Silan2 2,38 200 1% ZnO-BTSA 2,36 200 1% ZnO hình que 3,63 190 Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng Từ bảng 3.5 cho thấy, độ bám dính màng sơn epoxy chứa nano ZnO nano ZnO biến tính cao so với màng epoxy Trong đó, khả bám dính màng epoxy chứa 1% ZnO-Silan1 cao Độ bền va đập mẫu có độ ~200 Kg/cm, riêng mẫu epoxy trắng có độ bền va đập thấp 180 Kg/cm Như vậy, đưa nano ZnO vào màng sơn epoxy làm gia tăng tính chất lý màng sơn, khối lượng nano ZnO dạng biến tính ảnh hưởng đến tính chất lý màng sơn Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng KẾT LUẬN Với đề tài luận văn: “Tổng hợp nano ơxít kẽm nghiên cứu khả ứng dụng lớp phủ bảo vệ chống ăn mịn thép”, tơi hồn thành q trình tổng hợp nano ZnO biến tính hữu làm ức chế ăn mòn lớp sơn epoxy để kéo dài thời gian bảo vệ chống ăn mòn thép Những kết cụ thể đạt luận văn: - Tổng hợp nano ZnO điều kiện nhiệt độ pH khác Bằng phương pháp phân tích cấu trúc nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại kính hiển vi trường điện tử quét cho thấy tổng hợp nano ZnO với hình dạng lục lăng kích thước hạt khoảng 10 nm Kích thước hạt phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp, điều kiện làm lạnh pH=8 có kích thước hạt nhỏ đồng so với tổng hợp nano ZnO nhiệt độ thường pH lớn (pH=12) - Biến tính nano ZnO loại silan mạch vịng, silan mạch thẳng chứa nhóm chức amin chất ức chế ăn mòn benzothiazol BTSA Các kết phân tích hồng ngoại phân tích nhiệt cho thấy có mặt chất hữu hấp thụ bề mặt nano ZnO - Chế tạo màng sơn bảo vệ epoxy chứa nano ZnO với tỷ lệ thích hợp để tăng hiệu chống ăn mịn tốt Khả bảo vệ chống ăn mòn màng sơn epoxy chứa nano ZnO phụ thuộc tỷ lệ hình dạng nano ZnO Trong tỷ lệ khả sát 0,1; 0,5 1%, tỷ lệ 0,1% nano ZnO màng sơn epoxy có tác dụng bảo vệ chống ăn mòn thép tốt Màng sơn chứa nano ZnO tổng hợp hình lục lăng cho màng sơn có tính chất tốt màng sơn chứa nano ZnO hình que tổng hợp phương pháp thủy nhiệt - Nano ZnO biến tính silan ức chế ăn mịn BTSA đưa vào màng với tỷ lệ 1% ZnO biến tính có khả gia cường tính chất chống ăn mịn tốt ZnO khơng biến tính Khả bảo vệ chống ăn mòn màng sơn chứa ZnO biến tính silan cao màng sơn chứa nano ZnO biến tính BTSA khơng phụ thuộc vào cấu trúc hợp chất silan biến tính Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng - Thử nghiệm khả bền tử ngoại cho thấy thêm nano ZnO, màng sơn có tính chất bền tử ngoại tốt So sánh màng sơn epoxy chứa ZnO biến tính silan mạch vịng mạch thẳng chứa nhóm amin, màng sơn epoxy chứa ZnO biến tính silan hữu mạch vịng có khả chịu tử ngoại tốt - Khảo sát tính chất lý màng sơn epoxy cho thấy đưa nano ZnO vào màng epoxy, độ bền va đập màng tăng lên độ bám dính màng sơn tăng lên nhiều Các kết nghiên cứu bước đầu cho thấy tiềm ứng dụng nano ZnO cho lớp sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Ngơ Duy Cường (1995), Hóa họ ph ng pháp hế t o s n, Nhà xuất Đại học Tổng hợp Hà Nội Vũ Đình Cự (2003), C sở Kỹ thuật Nhiệt đới, NXB văn hóa thơng tin Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh (2001), Công nghệ nano điều hi n đến phân tử, nguyên tử, NXB Khoa Học Kĩ Thuật Hà Nội Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng s ph nghiên ứu ấu trú phân tử hợp hất hữu ng pháp phổ , NXB Giáo dục Trần Hiệp Hải (2001), Phản ứng điện hóa ứng dụng, NXB Giáo dục Nguyễn Xuân Hoàn, Hoàng Thị Hương Thảo, Nguyễn Thị Cẩm Hà (2011), Phân t h Rietve d ấu trú va đặ tr ng t nh hất quang hóa vật iệu ZnO điều hế ằng ph ng pháp thủy nhiệt, Tạp chí Hóa học, 49, pp 700-704 Trương Ngọc Liên (2000), n m n o vệ im o i, NXB Khoa học Kỹ thuật Trương Ngọc Liên (2000), Điện hóa ý thuyết, NXB Khoa học Kỹ thuật Phan Thị Tuyết Mai (2012), Nghiên ứu hế t o vật iệu ompozit hứa h t áp điện nano h o sát iến đổi t nh hất nhiệt điều iện h hậu nhiệt đới, Luận án tiến sĩ hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN 10 Phạm Thị Minh (2006), Đánh giá h o vệ ớp phủ tổ hợp Po yme dẫn & Epoxy th p, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học sư phạm Hà Nội 11 Hoàng Nhâm (2005), Hóa họ vơ tập 3, NXB Giáo Dục 12 Trần Văn Nhân (2004), Giáo trình Hóa họ hất eo, nhà xuất ĐHQG Hà Nội 13 Trần Kim Thanh, Trần Hiệp Hải (1983), Giáo trình hóa lý tập 3, NXB Giáo dục 14 Thái Dỗn Tĩnh (2005), Hóa họ hợp hất ao phân tử, NXB Khoa học kỹ thuật 15 Nguyễn Văn Tuế (1993), Giáo trình ăn m n im o i, NXB Đại Học Tổng Hợp Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng Hà Nội 16 Nguyễn Văn Tư, Alain Galerie (2002), n m n o vệ vật iệu, NXB Khoa học Kỹ thuật Tiếng Việt 17 A G Roca, M.P Gonzalez and C.J.Serna (2006), Synthesis of monodispersed magnetite particles from different organometallic precursors, IEEE Transations on magnetics, 42(10), pp 3025-3029 18 Animesh Kumar Singh, Radhakanta Kishan (2011), Comparative Study of Zinc Oxide Nanostructures Synthesized by Oxidization of Zinc Foil and Zinc Powder 19 Boschloo G, Edvinsson T, Hagfeldt A, Tetsuo S (2006), DyeSensitized Nanostructured ZnO Electrodes for Solar Cell Applications, Elsevier, Amsterdam, pp 227-254 20 Cafer T Yavuz , J T Mayo , Carmen Suchecki, Jennifer Wang, Adam Z Ellsworth, Helen D’Couto, Elizabeth Quevedo, Arjun Prakash, Laura Gonzalez, Christina Nguyen, Christopher Kelty, Vicki L Colvin, Pollution magnet (2009), nano-magnetite for arsenic removal from drinking water, Environ Geochem Health 21 C.Jagadish, S Pearton (2006), Zinc Oxide Bulk, Thin Films and Nanostructures, The Australian National University 22 Cheng-Hsien Hsieh (2007), Spherical Zinc Oxide Nano Particles from Zinc Acetate in the Precipitation Method, Journal of the Chinese Chemical Society, 54, pp 31-34 23 D.M Escobar, C Arroyave, E Jaramillo, O.R Mattos, LC Margarit, J Calderón (2003), Electrochemical assessment of magnetite anticorrosive paints, Rev, Metal Madrid, pp 97-103 24 Ngo Thanh Dung, To Thi Xuan Hang, Nguyen Thi Thuc Hien (2012), Study on the UV resistance of polyurethane ZnO nanocomposite coating 25 E Bardal (2003), Corrosion and Protection, Springer, London, pp 56 26 Elucidation of Structure and Formation Mechanism of Weathering Steel Rusts Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng (2006), Report from the Rust Chemistry Research Group, Japan Society of Corrosion Engineering 27 E P M Van Westing, G M Ferrari, F M Greenen, J H W De Wit, Prog Org Coat (1993), 89 28 Fenghua Chen, Qian Gao, Guangyan Hong, Jiazuan (2008), Ni,Synthesis and characterization of magnetite dodecahedron nanostructure by hydrothermal method, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 320(6), pp 1775–1780 29 To Thi Xuan Hang, Trinh Anh Truc, Marie-Georges Olivier, Catherine Vandermiers, Nathalie Guérit, Nadine Pébère, December 2010, Corrosion protection mechanisms of carbon steel by an epoxy resin containing indole-3 butyric acid modified clay, Progress in Organic Coatings, 69(4), pp 410-416 30 Jin-Hong Lee and Byung-Ok Park (2003), Transparent conducting ZnO.Al, In and Sn thin films deposited by the sol-gel method, Thin Solid Film, 426 31 J R Duclere M Novotny, A Meaney, R O’Haire (2005), Properties of Li, P and N-doped ZnO thin films prepared by pulsed laser deposition, Superlattices and Microstructures, 38 32 Hongxia Li, Jiyang Wang, Hong Liu, Changhong Yang, Hongyan Xu,Xia Li and Hongmei Cui (2004), Sol-gel preparation of transparent zinc oxide films with highly preferential crystal orientation, 77 33 M Sahal, B.Hartiti, A.Ridah, M.Mollar, B.Mari (2008), Structural, electrical and optical properties of ZnO thin films deposited by sol-gel method, Microelectronics Journal, 39 34 Shadpour Mallakpour, Maryam Madani (June 2012), Use of silane coupling agent for surfa e modifi ation of zin oxide as inorgani fi er and preparation of poly(amide–imide)/zinc oxide nanocomposite containing phenylalanine moieties, Bull Mater Sc1, 35(3), pp 333–339 35 RadyumIkono, PutriRiskiaAkwalia, Siswanto, WahyuBambang W, AgusSukarto, NurulTaufiquRochman, Effect of PH Variation on Particle Size and Purity of Nano Zinc Oxide Synthesized by Sol-Gel Method, International Journal of Trường Đại học KHTN Chun ngành hóa vơ Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng Engineering & Technology IJET-IJENS, 12(6), pp 5-9 36 Ruoyu Hong, Tingting Pan, Jianzhong Qian, Hongzhong Li (2006), Synthesis and surfa e modifi ation of ZnO nanoparti es, Chemical Engineering Journal, 119, pp 71–81 37 T Schuler, M.A Aegerter (1999), Optical, electrical and structural properties of sol gel ZnO Al coatings, Thin Solid Films, 351 38 Nguyen Thu Trang, Trinh Anh Truc, To Thi Xuan Hang, Le Thi Lien, Nguyen Xuan Hoan (2012), Preparation of iron oxide nanoparticles using an epoxy coating for corrosion protection of carbon steel, Vietnam Journal of Chemistry, vol 50(6B), pp 71-76 39 U.R Evans (1876), The Corrosion and Oxidation of Metals, vol 2nd Suppl., Arnold, London, pp 82 40 Xu Zi-qiang, Deng Hong, Li Yan and Cheng Hang (2006), Al-doping effects on structure, electrical and optical properties of c-axis-orientated ZnO.Al thin films, Materials Science in Semiconductor Processing, 41 Youngki Min (2003), Properties and sensor performance of Zinc Oxide thin films, Yonsei University 42 Zhifeng Liu, Zhengguo Jin, Wei Li, Jijun Qiu (2005), Preparation of ZnO porous thin films by sol-gel method using PEG template, Materials Letters, 59, pp 3620 – 3625 Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vơ