Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hữu cơ ứng dụng làm màng sơn chống bám bẩn cho tàu biển

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN VŨ ĐÌNH NGHIỆP NGHIÊN CỨU TƠNG HỢP VẬT LIỆU HỮU CƠ ỨNG DỤNG LÀM MÀNG SƠN CHỐNG BÁM BẢN CHO TẦU BIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN VŨ ĐÌNH NGHIỆP NGHIÊN CỨU TƠNG HỢP VẬT LIỆU HỮU CƠ ỨNG DỤNG LÀM MÀNG SƠN CHỐNG BÁM BẨN CHO TẦU BIỂN Chun ngành: Hóa mơi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN MINH NGỌC Hà Nội - Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn hồn thành Phịng thí nghiệm Cao phân tử, Khoa Hóa học,Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Nhân dịp cho tơi bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Nguyễn Minh Ngọc hướng dẫn, giúp đỡ, bảo tận tình trình tơi làm đề tài Cho tơi gửi lời cảm ơn đến Thầy Cơ Bộ mơn Hóa lý, Phịng thí nghiệm Hóa mơi trường, Thầy Cơ Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội giảng dạy, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu trường Tôi xin chân thành cảm ơn Đại học Quốc gia Hà Nội tài trợ cho nghiên cứu thông qua đề tài mã số QG.15.13 Cuối cho gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè người thân ln bên cạnh động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện cho học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2015 Học viên Vũ Đình Nghiệp MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 3.7 Kết thử nghiệm môi trường biển tự nhiên sau 12 tháng 58 DANH MỤC HÌNH Hình 1.11 Một số dạng polyme đuợc tạo thành phuơng pháp trùng hợp RAFT 24 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp tBDMSMA) đuợc tổng hợp từ MMA tertbutyldimetylclosilan 27 Kí hiệu ATRP BA NMR 1H-NMR CPDB CRP CTA DEPN DSC DWT EA GPC Ip = Mw/Mn Macro-CTA MMA NMP PBA PEA PMMA PtBDMSMA RAFT tBDMSMA TBT TBTMA DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Từ tiếng Anh Từ tiếng Việt Atom transfer radical Trùng hợp gốc chuyển nguyên polymerization tử Butyl Acrylate Butyl acrylat Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân Proton Nuclear Magnetic Cộng hưởng từ hạt nhân Resonance proton 2-cyanoprop-2-yl Cyanoprop-2-yl dithiobenzoat dithiobenzoate Controlled Radical Trùng hợp gốc kiểm soát Polymerization mạch Chain transfer agent Tác nhân chuyển mạch N-t-Bu-N-[1N-t-Bu-N-[1Diethylphosphono-(2,2-dimeDiethylphosphono-(2,2dimethylpropyl)]-nitroxid thylpropyl) ] -nitroxid Differential scanning Phương pháp nhiệt quét vi sai calorimetry đơn vị đo lực vận tải an Deadweight tonnage toàn tàu thủy tính Ethyl Acrylate Etyl acrylat Gel Permeation Sắc ký thẩm thấu gel Chromatography Chỉ số phân bố khối lượng Polydispersity index phân tử Tác nhân kiểm soát mạch cao Macro - Chain transfer agent phân tử Methyl methacrylate Metyl metacrylat Nitroxide mediated Trùng hợp gốc nitroxit polymerization Poly(butyl acrylate) Poly(butyl acrylat) Poly(ethyl acrylate) Poly(etyl acrylat) Poly(methyl methacrylate) Poly(metyl metacrylat) Poly(7(77-butyldimethylsilyl Poly(7(77-butyldimetylsilyl methacrylate) metacrylat) Reversible addition Trùng hợp chuyển mạch cộngfragmentation chain transfer tách thuận nghịch /ơ/7-butyldimethylsilyl 7ơ/7-butyldimetylsilyl methacrylate metacrylat Tributyltin Tributyl thiếc Tributyltin methacrylate Tributyl thiếc metacrylat TEMPO T x g TRIPNO PMMAPtBDMSMA PEA-PMMAPtBDMSMA PBA-PMMAPtBDMSMA PMMA-bPtBDMSMA 2,2,6,6-tetramethyl-1piperidynyl-N-oxy Glass-transition temperature 2,2,5-Trimethyl-4-phenyl-3azahexan-nitroxid Random copolymer of MMA and tBDMSMA Random copolymer of EA, MMA, and tBDMSMA Random copolymer of BA, MMA, and tBDMSMA Block copolymer of MMA and tBDMSMA PMMA-b- Block copolymer of MMA PEA/PtBDMSMA and EA/tBDMSMA PMMA-b- Block copolymer of MMA PBA/PtBDMSMA and BA/tBDMSMA 2,2,6,6-tetrametyl-1piperidinnyl nitroxit Nhiệt độ thủy tinh hóa 2,2,5-Trimethyl-4-phenyl-3azahexan-nitroxid Copolyme ngẫu nhiên MMA tBDMSMA Copolyme ngẫu nhiên EA, MMA, tBDMSMA Copolyme ngẫu nhiên BA, MMA, tBDMSMA Copolyme khối MMA tBDMSMA Copolyme khối MMA với EA, tBDMSMA Copolyme khối MMA với BA, tBDMSMA MỞ ĐẦU Trong thời kì tồn cầu hóa, vận tải đóng vai trị quan trọng, vận tải góp phần liên kết kinh tế, rút ngắn khoảng cách địa lí, thúc đẩy thuơng mại kinh tế phát triển Trong thuơng mại quốc tế, vận tải biển đóng vai trị quan trọng, vận tải đuờng biển có lợi cạnh tranh sức chuyên chở lớn, chi phí thấp Theo thống kê có khoảng 80% hàng hóa xuất nhập đuợc vận chuyển đuờng biển Với lợi đó, giới có đội tầu vận tải đuờng biển khổng lồ;tính đến cuối năm 2012, đội tầu biển Việt Nam có khoảng 1755 với tổng trọng tải lên tới 6,96 triệu DWT đứng thứ 29 giới thứ khu vực Đông Nam Á[2] Trong ngành vận tải biển, bám bẩn vi sinh vật (gọi chung hà biển) lên phần vỏ tầu tránh khỏi Sự bám bẩn có tốc độ lớn phần vỏ tầu chìm duới nuớc khơng đuợc bảo vệ (tốc độ bám đến 150kg/m2/6 tháng) [15] dẫn đến hệ tăng lực ma sát, cản trở chuyển động tầu biển, gây tốn nhiên liệu, tăng chi phí vận chuyển, tần suất tẩy rửa làm tăng dẫn đến vấn đề ô nhiễm mơi truờng, Vì việc chế tạo vật liệu bảo vệ vỏ tầu, chống bám bẩn vấn đề cần thiết Hiện sơn vỏ tầu giải pháp hữu hiệu để giải vấn đề này.Xu chế tạo loại sơn có tác dụng bảo vệ vỏ tầu, chống bám bẩn thân thiện với môi truờng Gần số nghiên cứu chế tạo copolyme chứa triankylsilyl acrylat hay triankylsilyl metacrylat đuợc sử dụng làm chất tạo màng cho sơn có tác dụng chống bám bẩn cho tầu thuyền, kết cấu ngâm duới nuớc khơng có tác động ô nhiễm môi truờng Do chọn huớng nghiên cứu với đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hữu ứng dụng làm màng sơn chống bám bẩn cho tầu biểrí” CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Hà biển tác hại Hà biển (marine fouling) thuật ngữ mô tả phát triển loại thực vật biển động vật biển phát triển cấu trúc ngâm nuớc biển Hà biển đuợc chia thành hai nhóm [9,15]: - Macrofouling: gồm dạng thực vật động vật - Microfoling: gồm loại tảo đơn bào vi khuẩn Hiện nguời ta uớc tính có khoảng 4000 lồi hà biển có khả định cu kết cấu ngập nuớc biển Hàu Hàu cô ngỗng Trai, sị biển Tảo Giun ống Nhuyễn thể 10 Hình 3.21.Phổ 1H-NMR copolyme PMMA-b-PBA/PtBDMSMA Từ kết thu đượccopolyme thu đuợc có tỉ lệ mắt xích monome MMA/BA/tBDMSMA= 31/32/38 gần với tỉ lệ mong muốn MMA/BA/tBDMSMA = 30/30/40.Kết đo GPC thu M n = 54100 g.mol-1 Ip = 1,15.Khối lượng phân tử tương đương với khối lượng phân tử thu copolyme khối PMMA-b-PEA/PtBDMSMA Chỉ số I p thấp chứng tỏ phương pháp RAFT cho phép kiểm sốt tốt q trình tạo copolyme khối cách sử dụng PMMA làm macro-CTA Hình 3.22 Sắc kí đồ GPC Macro-CTA (PMMA), copolyme MMA-bBA/tBDMSMA 3.4 Nghiên cứu tính chất bào mịn màng sơn Sự bào mịn lớp màng nghiên cứu dựa thí nghiệm theo dõi giảm độ dày lớp màng phủ xi lanh cho xi lanh chuyển động quay môi trường nước biển nhân tạo với vận tốc 650 vòng/phút (tương đương ma sát tạo tàu thuyền di chuyển tốc độ 35-45 km/giờ) Sau chế tạo, hệ sơn quét lên xi lanh, để bay dung mơi nhiệt độ phịng thời gian tuần thu lớp màng sơn khô.Nghiên cứu tiến hành ba hệ sơn tạo thành từ copolyme PtBDMSMA-b-PMMA 27/73, PtBDMSMA-b-PMMA 42/58 PtBDMSMA-b-PMMA 63/37 so sánh với copolyme thiếc (polyme-TBT) Kết theo độ bào mòn màng sơn thể trongBảng 3.6 Hình 3.23 Bảng 3.6.Kết theo dõi độ giảm chiều dày lớp màng theo thời gian Độ giảm chiều dày Độ giảm chiều dày Hệ sơn chứa polyme 910 (pm) trung bình(pm/ngày) Polyme-TBT 20,2 0,65 PtBDMSMA-b-PMMA (27/73) 12,8 0,50 PtBDMSMA-b-PMMA (42/58) 52,9 1,43 PtBDMSMA-b-PMMA (63/37) 41,61 _.* 7,4 Polyme-TBT: copolyme thiếc có hiệu chống hà lên đến năm : tính thời điểm 116 Từ kết thu ta thấy, độ bào mòn màng sơn phụ thuộc vào thành phần PtBDMSMA Tỉ lệ PtBDMSMA cao tốc độ bào mịn lớn, điều logic PtBDMSMA chứa nhóm este dễ bị thủy phân Đối với hệ sơn chứa copolyme với 63% PtBDMSMA tốc độ bào mòn lớn 7,4 pm/ngày nên sau 116 lớp sơn bị bào mòn hết Hệ sơn chứa copolyme PtBDMSMA-b-PMMA 27/73 cho kết bào mòn gần so với polyme chứa thiếc (polyme-TBT) 80 Polyme-TBT PtBDMSMA-b-PMMA (27/73 60 c5