Tổng hợp thủy tinh hệ sio2 b2o3 al2o3 na2o bằng phương pháp SOL GEL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Thị Chúc TỔNG HỢP THỦY TINH HỆ SiO2 – B2O3 – Al2O3 - Na2O BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu silicat LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Công nghệ vật liệu silicat NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TSKH Nguyễn Anh Dũng Hà Nội – 2010 Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự – Hạnh phúc -LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Nguyễn Thị Chúc Nơi công tác: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Đề tài: Tổng hợp thủy tinh phương pháp sol – gel Tôi xin cam đoan kết tơi trình bày luận văn nghiên cứu hướng dẫn PGS.TSKH Nguyễn Anh Dũng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Hà Nội, ngày 22 tháng 10 năm 2010 Người viết Nguyễn Thị Chúc Luận văn thạc sỹ khoa học LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu với giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo bạn đồng nghiệp nỗ lực cố gắng thân, luận văn tốt nghiệp cao học hồn thành Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TSKH Nguyễn Anh Dũng, người tận tình hướng dẫn tơi q trình nghiên cứu hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin trân trọng cảm ơn thầy cô công tác taị Bộ môn Công nghệ vật liệu Silicat giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện dụng cụ thiết bị để tơi hồn thành tốt phần thực nghiệm Tơi xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo đồng nghiệp cơng tác Khoa Cơng nghệ Hóa học Mơi trường, Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Hưng Yên quan tâm giúp đỡ ủng hộ suốt thời gian tham gia khóa học nghiên cứu vừa qua Do thời gian làm luận văn có hạn, điều kiện nghiên cứu cịn thiếu lần tơi thực bắt tay vào thực một đề tài nghiên cứu khoa học nên khơng tránh khỏi có thiếu sót hạn chế Tơi mong nhận đóng góp từ thầy giáo bạn đồng nghiệp để đề tài hoàn chỉnh Hà Nội, Ngày 22 tháng 10 năm 2010 Học viên Nguyễn Thị Chúc Nguyễn Thị Chúc CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………… Chương – TỔNG QUAN LÝ THUYẾT………………………………………… .3 1.1 Vật liệu thủy tinh………………………………………………………… …… 1.1.1 Khái niệm chung trạng thái thủy tinh………………………………… …3 1.1.2 Vai trò cấu trúc Al3+ B3+ thủy tinh silicat 1.2 Tổng hợp thủy tinh theo phương pháp sol – gel 1.2.1 Các phương pháp tổng hợp thủy tinh .9 1.2.2 Khái niệm chung phương pháp sol –gel 12 1.2.3 Tổng hợp thủy tinh phương pháp sol – gel 14 1.2.4 Ứng dụng phương pháp sol – gel 20 1.3 Lý thuyết thủy tinh lỏng hệ SiO2 – Na2O .33 1.3.1 Khái niệm .33 1.3.2 Tính chất 33 1.3.3.Ứng dụng thủy tinh lỏng 36 Chương - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 37 2.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 37 2.2 Phương pháp nghiên cứu 38 2.2.1 Tóm tắt phương pháp tổng hợp vật liệu 38 2.2.2 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc tính chất vật liệu 38 2.3 Nghiên cứu thực nghiệm kết 41 Nguyễn Thị Chúc CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học 2.3.1 Nguyên liệu 41 2.3.2 Biện pháp tăng môđun thủy tinh lỏng .47 2.3.3 Chọn thành phần hóa học thủy tinh cần khảo sát 48 2.3.4 Tính tốn phối liệu 50 2.3.5 Quy trình tổng hợp thủy tinh theo phương pháp sol – gel .52 2.3.6 Khảo sát điều kiện tạo gel 55 2.3.7 Xử lý nhiệt chuyển gel thành thủy tinh 60 2.4 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu 63 2.4.1 Hệ SiO2 – B2O3 – Na2O 63 2.4.2 Hệ SiO2 – Al2O3 – Na2O 65 2.4.3 Hệ SiO2 – B2O3 – Al2O3– Na2O 68 2.5 Nghiên cứu tính chất lý vật liệu 70 2.5.1 Độ bền vật liệu 70 2.5.2 Khối lượng thể tích, độ xốp biểu kiến độ hút nước 75 2.5.3 Mật độ vật liệu 79 2.5.4 Độ xốp thực vật liệu 81 2.5.5 Xác định độ bền nước thủy tinh 83 2.5.6 Xác định hệ số giãn nở nhiệt thủy tinh 85 2.5.7 Nhận xét tính chất khả ứng dụng vật liệu thu 87 Chương – KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Chúc CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Sol – gel: Viết tắt trạng thái ngưng tụ pha lỏng Sol hệ phân tán vi dị thể hạt pha rắn có kích thước 10-9 – 10-7 m phân bố vào pha lỏng Gel hệ dị thể rắn- lỏng, trạng thái gel, hạt pha rắn tạo khung không gian ba chiều, pha lỏng nằm khoảng trống khung TTL: thủy tinh lỏng natri silicat T0C/1h: mẫu nung tới T0C lưu nhiệt độ 1h XRD: X Rays Diffraction, nhiễu xạ tia X SEM: Scanning Electron Microscope, kính hiển vi điện tử quét AxBy: Mẫu thêm x%mol Al2O3 y%mol B2O3 vào 100% mol (SiO2 + Na2O) Nguyễn Thị Chúc CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1- Thông số thành phần nguyên liệu để tổng hợp thủy tinh SiO2 – B2O3 – Al2O3 – Na2O – K2O………………………………… ……17 Bảng 2.1: Thông số kiểm tra thủy tinh lỏng thị trường ……………… 45 Bảng 2.2: Lượng nước hịa tan nguyên liệu 350C………………………… 47 Bảng 2.3: Một số tiêu thủy tinh lỏng sau tăng mơđun…………… 48 Bảng 2.4: Thành phần hóa học thủy tinh hệ SiO2 – Al2O3 – Na2O khảo sát…… 49 Bảng 2.5: Thành phần hóa học thủy tinh hệ SiO2 – B2O3 – Na2O khảo sát…… 49 Bảng 2.6: Thành phần hóa học hệ SiO2 –B2O3 – Al2O3 – Na2O khảo sát 49 Bảng 2.7: Thành phần hóa nguyên liệu (% khối lượng) 51 Bảng 2.8: PKL nguyên liệu để thu 100 PKL sản phẩm 52 Bảng 2.9: Sự phụ thuộc thời gian tạo gel vào tỉ lệ pha loãng thủy tinh lỏng 59 Bảng 2.10: Sự phụ thuộc thời gian tạo gel vào nhiệt độ .59 Bảng 2.11: Sự phụ thuộc thời gian tạo gel vào hàm lượng B2O3 59 Bảng 2.12: Sự phụ thuộc thời gian tạo gel vào hàm lượng B2O3 60 Bảng 2.14: Cường độ bền nén 71 Bảng 2.14: Độ xốp biểu kiến, độ hút nước, khối lượng thể tích 76 Bảng 2.15: Mật độ thủy tinh 81 Bảng 2.16: Tổng hợp giá trị tính tốn đo thủy tinh 82 Bảng 2.17: Độ bền nước thủy tinh 84 Bảng 2.18 : Hệ số giãn nở nhiệt số mốc nhiệt độ đo .85 Bảng 3.1: Tổng hợp số tính chất thủy tinh thu 89 Nguyễn Thị Chúc CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1- Cấu trúc thủy tinh SiO2 dẫn xuất Hình 1.2: Sơ đồ trình IROX………………………………………………… 22 Hình 1.3: Sơ đồ tổng hợp Spinel 24 Hình 1.4: Độ phản xạ gương chiếu hậu ôtô vùng ánh sáng nhìn thấy 25 Hình 1.5: Sự giảm độ phản xạ kính phủ lớp 26 Hình 2.1: Mơ tả nhiễu xạ tia X mặt song song 39 Hình 2.2: Quy trình tổng hợp thủy tinh theo phương pháp sol – gel 54 Hình 2.3: Trạng thái bắt đầu tạo gel mẫu A5 55 Hình 2.4: Ảnh gel mẫu A5 thu 56 Hình 2.5: Ảnh ban đầu tạo gel mẫu B10 58 Hình 2.6: Ảnh khối gel B10 suốt 58 Hình 2.7: Mẫu phủ lên bề mặt gốm A5- 10000C 62 Hình 2.8: Mẫu phủ gốm thành phần A10B5- 9000C 63 Hình 2.9: Mẫu phủ bề mặt gốm, kim loại gel B5- 1200C/24h .64 Hình2.10 : Ảnh phổ nhiễu xạ XRD mẫu B30- 3000C 65 Hình2.11 : Ảnh phổ nhiễu xạ XRD mẫu A20- 9500C 66 Hình 2.12: Mẫu vật liệu sít đặcA20-10000C 66 Hình 2.13 : Mẫu vật liệu xốp A10- 7000C 67 Hình 2.14 : Ảnh SEM mẫu A20- 9000C 67 Hình 2.15: Phổ nhiễu xạ XRD mẫu A5B5-7000C 68 Hình 2.16 : Ảnh SEM mẫu A5B5- 7000C 69 Hình 2.17 : Ảnh hiển vi quang học mẫu A10B5- 7000C, ánh sáng phản xạ, phóng đại lần .69 Hình 2.18 : Ảnh hiển vi quang học mẫu A10B5- 7000C, ánh sáng truyền qua, phóng đại 10 lần 70 Hình 2.19 : Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ bền nén mẫu B20 73 Nguyễn Thị Chúc CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 2.20 : Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ bền nén mẫu A20 73 Hình 2.21 : Ảnh hưởng thành phần hóa học đến cường độ bền nén mẫu Ax - 5300C/1h - 7000C/1h 74 Hình 2.22 : Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ xốp biểu kiến khối lượng thể tích mẫu hệ B20 77 Hình 2.23 : Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ xốp biểu kiến khối lượng thể tích mẫu hệ A20 77 Hình 2.24 : Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ xốp biểu kiến khối lượng thể tích mẫu hệ A10B5 .78 Hình 2.25 : Ảnh hưởng thành phần hóa học đến độ xốp biểu kiến, độ hút nước mẫu Ax - 5300C/1h - 7000C/1h 79 Hình 2.26 : Hệ số giãn nở nhiệt mẫu B20- 6200C/1h 86 Hình 2.27 : Hệ số giãn nở nhiệt mẫu A20- 10000C/1h 86 Nguyễn Thị Chúc CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học MỞ ĐẦU Ngày thủy tinh vật liệu quan trọng Các sản phẩm thủy tinh ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Gần đây, xuất số sản phẩm thủy tinh như: - Cáp- sợi quang: ứng dụng lĩnh vực truyền thông tạo cách mạng công nghệ thông tin, y tế dung để nội soi phục vụ khám chữa bệnh, lĩnh vực chiếu sáng, giải trí - Thủy tinh cảm quang: có khả đổi màu chiếu ánh sáng vào khơng chiếu sáng khơng trở trạng thái đầu nên ứng dụng sản xuất vi mạch linh kiện điện tử, tạo ảnh thủy tinh để tạo sản phẩm mỹ nghệ có giá trị, sản xuất loại sang có kích thước phân tử… - Thủy tinh nhạy quang: định sáng đổi màu, thơi định sáng trở trạng thái ban đầu… ứng dụng sản xuất kính mắt, kính xây dựng, kính phương tiện giao thơng, Rơle ánh sáng - Thủy tinh Laser: thủy tinh môi trường quang học thuận lợi cho phát xạ Laser, đồng khơng hấp thụ lượng kích hoạt Do đó, thủy tinh sử dụng để chế tạo máy phát Laser Song song với phát triển không ngừng chất lượng ứng dụng sản phẩm thủy tinh cơng nghệ chế tạo sản phẩm thủy tinh ngày cải tiến Bên cạnh phương pháp nấu chảy truyền thống sử dụng rộng rãi, số phương pháp ứng dụng đem lại chất lượng thủy tinh cao như: phương pháp tổng hợp thủy tinh từ pha hơi, phương pháp tổng hợp thủy tinh từ pha lỏng (phương pháp sol – gel phương pháp đồng kết tủa) Tổng hợp thủy tinh phương pháp sol – gel phương pháp công nghệ ý phát triển nghiên cứu ứng dụng để chế tạo loại sản phẩm -Nguyễn Thị Chúc CNVL Silicat 2008- 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học Tương tự trên, ta định hệ kết khối khoảng 1000 – 10250C - Hệ có thành phần A10B5: 70 0.159 độ xốp biểu kiến, % 60 60.292 0.16 56.607 50 0.14 0.12 40 39.794 30 0.1 0.08 0.077 0.064 20 0.06 0.04 10 0.02 khối lượng thể tích, g/cm3 0.18 0 700 720 740 nhiệt độ, 0C Hình 2.24 : Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ xốp biểu kiến khối lượng thể tích mẫu hệ A10B5 Từ kết ta thấy rằng: độ xốp biểu kiến hệ lớn, khối lượng thể tích nhỏ, độ hút nước lớn Điều chứng tỏ mẫu hệ xốp, dự đốn tỉ lệ lỗ xốp liên thơng (lỗ xốp hở) chiếm tỉ lệ lớn ** Nhận xét 2: Ảnh hưởng thành phần hóa học Nguyễn Thị Chúc - 80 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học 0.943 52.114 50 0.782 40 33.343 0.5 20 17.845 10 0.9 0.8 0.7 0.6 0.62 30 0.4 0.3 0.2 0.1 0.143 1.515 A5 A10 A15 khối lượng thể tích, g/cm3 độ xốp biểu kiến, % 60 A20 Ký hiệu mẫu Hình 2.25 : Ảnh hưởng thành phần hóa học đến độ xốp biểu kiến, độ hút nước mẫu Ax - 5300C/1h - 7000C/1h Nhìn chung, khối lượng thể tích hệ nhỏ, mẫu xốp hệ có chứa thành phần Al(NO3)3 phân hủy tạo khí nung Độ xốp biểu kiến mẫu lớn, dự đoán tỉ lệ lỗ xốp liên thông lớn 2.5.3 Mật độ vật liệu Mật độ vật liệu xác định theo phương pháp picnomet cho kết xác nhất, sai số đạt đến 10-4 (g/cm3) Ch ất lỏng dùng cho phương pháp nước cất Bọt khí tách khỏi vật liệu phương pháp hút chân khơng Thí nghiệm thực phịng thí nghiệm Cơng nghệ hóa học, Đại học SPKT Hưng n Mật độ thủy tinh xác định theo công thức: d= (P1 − P )( δ − λ ) + λ (g/cm ) P3 + (P1 − P0 ) − P2 Trong đó: + d: mật độ thuỷ tinh, (g/cm3) + δ: mật độ nước cất nhiệt độ thí nghiệm, 250C: 0,997 (g/cm3) Nguyễn Thị Chúc - 81 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học + λ: mật độ khơng khí nhiệt độ thí nghiệm, 250C, độ ẩm 80%: 0,0017 (g/cm3) + P0: khối lượng picnomet, (g) + P1: khối lượng picnomet thủy tinh, (g) + P2: khối lượng picnomet thủy tinh nước cất hút hết khí,(g) + P3: khối lượng picnomet nước cất, (g) Nhận xét: * Giá trị mật độ đo mẫu khoảng từ 2,124 – 2,492 g/cm3, giá trị gần với mật độ thủy tinh thạch anh (2,2 g/cm3), thủy tinh xây dựng (2,4 – 2,6 g/cm3) * Đối với mẫu thành phần giá trị mật độ khác nhiệt độ nung khác mức độ kết khối vật liệu không giống Mẫu B20: Tại nhiệt độ nung 5800C 6200C ta thấy mật độ lớn mẫu nung lại, chứng tỏ hai giá trị nhiệt độ này, vật liệu kết khối tốt; 6700C 7000C mật độ nhỏ mẫu vật liệu xuất lỗ xốp kín tế vi nhiều Tương tự với mẫu A20 A10B5 * Mật độ tăng hàm lượng oxyt nặng vật liệu tăng Các mẫu A20 mật độ lớn mẫu B20 Al2O3 oxyt nặng B2O3 Khi có chế độ xử lý nhiệt, mật độ giảm dần theo thứ tự A20, A15, A10, A5 ứng với giảm dần hàm lượng Al2O3 vật liệu Nguyễn Thị Chúc - 82 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học Bảng 2.15: Mật độ thủy tinh Tên mẫu B20 - 5400C/1h B20 - 580 C/1h B20 - 620 C/1h B20 - 670 C/1h B20 - 700 C/1h A20 -5300C/1h- 7000C/1h 0 A20 -530 C/1h- 950 C/1h 0 A20-530 C/1h-1000 C/1h 0 A20- 530 C/1h- 1025 C/1h A5- 5300C/1h- 7000C/1h 0 0 A10- 530 C/1h- 700 C/1h A15- 530 C/1h- 700 C/1h 0 0 A10B5- 530 C/1h- 700 C/1h A10B5- 530 C/1h- 720 C/1h 0 A10B5- 530 C/1h-740 C/1h P2, (g) P3, (g) d, (g/cm3) P0, (g) P1, (g) 15,283 16,446 40,11 40,08 2,124 14,684 15,663 40,184 39,481 2,284 15,349 16,549 41,023 40,146 2,302 15,125 15,875 40,675 40,224 2,21 29,203 29,929 79,289 78,979 2,24 15,635 16,869 40,117 39,414 2,446 15,002 17,069 41,393 39,799 2,484 14,314 16.227 40,407 39,111 2,492 14,517 16,407 40,225 39,314 2,424 14,314 16,001 39,771 39,111 2,338 14,517 15,37 39,609 39,314 2,414 15,635 17,26 41,384 40,432 2,431 28,997 30,81 80,045 78,773 2,439 47,975 49,82 98,938 97,751 2,294 48,75 49,797 99,096 98,526 2,288 2.5.4 Độ xốp thực vật liệu Từ kết xác định mật độ, khối lượng thể tích, độ xốp biểu kiến ta xác định độ xốp thực mẫu theo công thức: Xt = Trong đó: d −γv 100 (%) d + Xt: độ xốp thực vật liệu, (%) + d: mật độ vật liệu, (%) + γv: khối lượng thể tích vật liệu, (%) Nguyễn Thị Chúc - 83 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học Bảng 2.16: Tổng hợp giá trị đo đạc tính tốn thủy tinh thu Xbk γv H d, Xthực (%) (g/cm3) (%) (g/cm3) (%) 58,555 0,980 59,899 2,024 62,17 11,011 1,987 5,552 2,284 43,76 4,845 1,461 3,338 2,302 60,54 8,289 0,378 22,141 2,21 84,87 5,740 0,294 19,749 2,34 83,08 17,845 0,943 19,091 2,446 59,27 16,092 1,209 13,949 2,484 72,22 5,346 1,931 2,845 2,492 37,51 0,625 1,455 0,440 2,424 24,37 33,34 0,143 236,43 2,338 91,28 A10- 530 C/1h- 700 C/1h 52,114 0,619 84,661 A15- 5300C/1h- 7000C/1h 2,414 59,35 1,514 0,781 2,094 0 2,481 67,51 39,79 0,159 321,14 0 2,439 95,23 60,291 0,077 787,4 2,294 97,24 56,607 0,064 880,79 2,188 97,06 Tên mẫu B20 - 5400C/1h B20 - 580 C/1h B20 - 620 C/1h B20 - 670 C/1h B20 - 700 C/1h 0 0 A20 -530 C/1h- 700 C/1h A20 -530 C/1h- 950 C/1h 0 A20-530 C/1h-1000 C/1h 0 A20- 530 C/1h- 1025 C/1h 0 A5- 530 C/1h- 700 C/1h 0 A10B5- 530 C/1h- 700 C/1h A10B5- 530 C/1h- 720 C/1h 0 A10B5- 530 C/1h-740 C/1h Nhận xét: - Nhìn chung mẫu có độ xốp thực lớn, điều dẫn đến có khác biệt lớn giá trị khối lượng thể tích mật độ mẫu - Mẫu B20: Khi nung 5400C, gía trị độ xốp thực độ xốp biểu kiến không chênh lệch nhiều, độ hút nước cao Điều khẳng định lượng lỗ xốp liên thông mẫu chiếm tỉ lệ cao, mẫu chưa kết khối Ở nhiệt độ nung khác ngược lại, độ xốp thực độ xốp biểu kiến chênh lệch nhiều, độ hút nước thấp Điều chứng tỏ mẫu có lượng lỗ xốp kín cịn cao Hiện tượng Nguyễn Thị Chúc - 84 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học phần bị ảnh hưởng kết khối sớm bề mặt mẫu so với bên mẫu nên tạo nhiều lỗ xốp kín - Mẫu A20, A15, A10, A5: giải thích hoàn toàn tương tự mẫu B20 - Mẫu A10B5: Các mẫu có độ xốp thực cao, độ xốp biểu kiến cao Điều chứng tỏ tỉ lệ lỗ xốp kín hở cao phân hủy tạo khí mạnh mẫu nung Mặt khác, khối lượng thể tích nhỏ nên giá trị độ hút nước lớn 2.5.5 Độ bền nước thủy tinh Trong đa số trường hợp, thủy tinh chịu tác dụng nước Do đó, coi nước tác nhân ăn mòn chủ yếu thủy tinh Trong phần này, ta xác định độ bền nước theo phương pháp đơn giản Độ bền nước xác định theo phương pháp bột, tìm lượng kiềm tan từ thủy tinh cách chuẩn độ, theo TCVN 1046- 71 phân cấp bền nước theo TCVN 1045- 71 Độ bền nước (x) thủy tinh tính theo mg/g quy natri oxyt theo công thức sau: x = 0,31.(V – V0) Trong đó: V: lượng HCl 0,01N tiêu tốn để chuẩn mẫu thử, ml V0: lượng HCl 0,01N tiêu tốn để chuẩn mẫu nước trắng, ml 0,31: hệ số tính chuyển HCl 0,01N mg Na2O Thí nghiệm xác định độ bền nước thủy tinh thực phịng thí nghiệm Bộ mơn Cơng nghệ Hoá học, Khoa CNHH&MT, trường Đại học SPKT Hưng Yên Kết thể bảng 2.17 Nguyễn Thị Chúc - 85 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học Bảng 2.17: Độ bền nước thủy tinh Tên mẫu Lượng Na2O tan ra, mg B20 - 5400C/1h 18,649 B20 - 5800C/1h 4,205 B20 - 6200C/1h 2,869 B20 - 6700C/1h 0,331 B20 - 7000C/1h 1,452 A20 -5300C/1h- 7000C/1h 2,06 A20 -5300C/1h- 9500C/1h 0,481 A20-5300C/1h-10000C/1h 0,403 A20- 5300C/1h- 10250C/1h 0,277 A5- 5300C/1h- 7000C/1h 1,76 A10- 5300C/1h- 7000C/1h 0,473 A15- 5300C/1h- 7000C/1h 1,028 A10B5- 5300C/1h- 7000C/1h 0,301 A10B5- 5300C/1h- 7200C/1h 0,255 A10B5- 5300C/1h-7400C/1h 0,598 A5B5- 5300C/1h- 7000C/1h 0,345 A5B10- 5300C/1h- 7200C/1h 0,069 A10B10- 5300C/1h-7400C/1h 0,668 Cấp thủy tinh 5 5 4 5 4 Nhận xét: - Nhìn chung mẫu có độ bền nước thấp (cấp đến 5) thủy tinh lỏng sử dụng có mơđun chưa cao hàm lượng SiO2 chưa cao, lượng Na2O tương đối lớn Lượng cấu tử đóng vai trị ion biến đổi mạng cịn nhiều Nguyễn Thị Chúc - 86 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học - Với thành phần hóa học mẫu kết khối tốt có độ bền hóa cao mẫu chưa kết khối Điều mẫu kết khối tốt mạng lưới cấu trúc vật liệu chặt chẽ, sít đặc làm cho lượng kiềm tan 2.5.6 Hệ số giãn nở nhiệt thủy tinh Để xác định hệ số giãn nở nhiệt ta dùng phương pháp xác định trực tiếp đilatomet thạch anh để thu đường cong giãn nở nhiệt thủy tinh Mẫu đo máy Horizontal Dilatometer LINSEIS L76 Viện sành sứ thủy tinh Bảng 2.18 : Hệ số giãn nở nhiệt số mốc nhiệt độ đo Nhiệt độ đo Mẫu B20- 6200C Mẫu A20- 10000C 50 5,3 10-6/K 5,7 10-6/K 100 8,0 10-6/K 8,7 10-6/K 150 9,8 10-6/K 11,2 10-6/K 200 10,1 10-6/K 12,5 10-6/K 250 9,8 10-6/K 12,2 10-6/K 300 9,6 10-6/K 11,2 10-6/K Nguyễn Thị Chúc - 87 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 2.26 : Hệ số giãn nở nhiệt mẫu B20- 6200C/1h Hình 2.27 : Hệ số giãn nở nhiệt mẫu A20- 10000C/1h Nhận xét: Nguyễn Thị Chúc - 88 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học - Hệ số giãn nở nhiệt mẫu tương đối lớn (lớn so với tính tốn lý thuyết) Ngun nhân mẫu chưa kết khối hoàn toàn, khâu tạo hình chưa tốt, mẫu cịn chứa lỗ xốp 2.5.7 Nhận xét tính chất khả ứng dụng vật liệu thu Qua trình tổng hợp, nghiên cứu ta thu vật liệu với tính chất sau: - Dạng vật liệu sít đặc: độ bền tương đối thấp - Dạng vật liệu xốp: độ xốp mẫu lớn, tỉ lệ lỗ xốp kín hở cao, kích thước lỗ xốp lớn Như vậy, phương pháp chế tạo vật liệu xốp phù hợp - Dạng vật liệu phủ lên bề mặt vật liệu khác: phương pháp thích hợp chế tạo vật liệu dạng màng mỏng phủ lên bề mặt vật liệu khác Tuy nhiên, để ứng dụng loại màng phủ cần nghiên cứu sâu thêm để sử dụng theo yêu cầu cụ thể Kết luận khả ứng dụng vật liệu: vật liệu đề tài tổng hợp thích hợp làm vật liệu xốp màng phủ lên bề mặt vật liệu khác Nguyễn Thị Chúc - 89 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học CHƯƠNG – KẾT LUẬN Với điều kiện phù hợp hoàn tồn tổng hợp thủy tinh hệ SiO2 – B2O3Na2O, SiO2 – Al2O3- Na2O, SiO2 – B2O3 – Al2O3- Na2O phương pháp sol – gel từ nguyên liệu thủy tinh lỏng natrisilicat Bằng phương pháp axit hóa thủy tinh lỏng để thu gel SiO2 hịa tan trở lại thủy tinh lỏng tăng modul Thủy tinh lỏng SiO2 –Na2O công nghiệp thông dụng từ 2,63 lên 3,15 điều kiện nghiên cứu đề tài Điều kiện tổng hợp cho hệ: * HỆ SiO2- B2O3- Na2O: - pha loãng thủy tinh lỏng với tỉ lệ 1: - pH = 11, tốc độ khuấy 300 vòng/phút, nhiệt độ 350C - chế độ sấy: 600C/12h, 1100C/48h - chế độ nung: nung mẫu từ 5400C đến 7500C * HỆ SiO2- Al2O3- Na2O: - pH = - Tỉ lệ pha loãng TTL =1: - Chế độ khuấy 300 vòng/phút - nhiệt độ 350C - chế độ sấy: 600C/ 6h, nâng nhiệt 1100C / 24h - nung sơ mẫu 5300C, lưu 1h - chế độ nung: nung mẫu từ 7000C đến 10250C * HỆ SiO2- B2O3-Al2O3- Na2O: - pha loãng thủy tinh lỏng với tỉ lệ 1: - pH = 9, tốc độ khuấy 300 vòng/phút, nhiệt độ 350C - chế độ sấy: 600C/12h, 1100C/48h Nguyễn Thị Chúc - 90 - CNVL Silicat 2008 - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học - chế độ nung: nung mẫu từ 6000C đến 7500C Tính chất thủy tinh thu được: - Mật độ: 2,124 - 2,492 (g/cm3) - Hệ số giãn nở nhiệt: (5,3 – 12,5).10-6/K khoảng 50- 3000C - Độ bền nước: cấp đên cấp - Vật liệu xốp: Khối lượng thể tích: (0,064 - 0,619) g/cm3 Độ xốp thực: 60,54% – 97,24% Bền nén: (0,642 – 38,70) kG/cm2 - Vật liệu sít đặc: Khối lượng thể tích: (0,98 – 1,987) g/cm3 Độ xốp thực: 24,37% – 59,27% Bền nén: (75,307 – 221,297) kG/cm2 Có thể ứng dụng để chế tạo: - màng mỏng thủy tinh phủ lên vật liệu khác - vật liệu xốp - vật liệu khối sít đặc Nguyễn Thị Chúc - 91 - CNVL Silicat 2008 - 2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Tuấn Anh (2008), Nghiên cứu tổng hợp gốm thủy tinh y sinh hệ phốt phát CaO – P2O5 – Al2O3 – ZnO từ phương pháp ngưng tụ pha lỏng, Luận văn thạc sỹ Công nghệ Hóa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng, Nguyễn Trọng Khuông, Phan Văn Thơm, Phạm Xuân Toản, Trần Xoa (2004), Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập I, Nhà Xuất Bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Bính, Nguyễn Ngọc Thắng (2000), Hướng dẫn thí nghiệm hóa phân tích, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Bộ môn Silicat (1989), Giáo trình thủy tinh, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Lê Công Dưỡng (2004), Vật liệu học, NXB Khoa học – Kỹ thuật, Hà Nội Đặng Xuân Hoàng (2008), Phương pháp sol – gel tạo hạt siêu mịn SiO2 từ thủy tinh lỏng H2SO4, Luận văn thạc sỹ Cơng nghệ Hóa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Thanh Nhàn (2008), Chế tạo vật liệu sở polymer vô khảo sát tính chất chúng, Luận văn thạc sỹ Cơng nghệ Hóa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Đỗ Minh Nhật, Trần Thị Doan, Lại Thị My (1980), Thí nghiệm chuyên ngành silicat, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Phan Văn Trường (2007), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm- Chương 4: Phương pháp sol-gel, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh 10 A.Aronne, M.Catauro, P.Pernice and A.Marotta (1993), “Gel Synthesis and crystallization of Li2O.7GeO2 glass powders”, Thermochimica Acta, (216) 169176 11 David M Pickup, Richard J Speight, Jonathan C Knowles (2008), “Sol-gel synthesis and structural characterisation of binary TiO2-P2O5 glasses”, Materials Research Bulletin, (43) 333-342 12 Feng Ye, J.C Gu, Y Zhou, M Iwasa (2003), “Synthesis of BaA2Si2O8 glassceramic by a sol-gel method and the fabrication of SiCpl/BaAl2Si2O8 composites”, Journal of the European Ceramic Society, (23) 2203-2209 13 I Coroiu, A E.Culea, Al Darabont (2005), “Magnetic and structural behaviour of the sol-gel-derived iron aluminosilicate glass-ceramics”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, (290) 997-1000 14 Le Ngoc Chung, Chu Thi Thu Ha, Nguyen Thu Trang, Pham Thu Nga (2006), “High-power microcavity lasers based on highly erbium-doped sol-gel aluminosilicate glasses”, Materials Science and Engineering B, (131) 27-31 15 Lisa C Klein (1988), Sol-gel technology for thin films, fibers, preforms, electronics, and specialty shapes , Noyes Publications, New Jersey 16 N.Fréty, A.Tayor, M.H.Lewis (1996), “Microstructure and crystallization behavior of sol-gel derived ½ SrO - ½ BaO - Al2O3 - 2SiO2”, Journal of Non-Crystalline Solids, (195) 28 – 37 17 Na Li, Qing Jie, Sumin Zhu, Ruoding Wang (2004), “A new route to prepare macroporous bioactive sol-gel glasses with high mechanical strength”, Materials Letters, (58) 2747-2750 18 S Cai, W.J Zhang, G.H Xu, J.Y Li, D.M Wang, W Jiang (2009), “Microstructural characteristics and crystallization of CaO- P2O5 - Na2O- ZnO glass ceramics prepared by sol-gel method”, Journal of Non-Crystalline Solids, (355) 273-279 19 Toru Sato , Masakatsu Misawa, Kenji Maruyama, Keiji Itoh (2007), “Preparation of TiO2-Na2O glass by sol-gel method and structural characterization”, Journal of Non-Crystalline Solids, (353) 2832-2836 20 Yongdong Xu, Wanchen Zhou, Litong Zhang, Laifei Cheng (2000), “Spinnability and crystallizability of silica glass fiber by the sol- gel method”, Journal of Materials Processing Technology, (101) 44- 46 ... 1.2 Tổng hợp thủy tinh theo phương pháp sol – gel 1.2.1 Các phương pháp tổng hợp thủy tinh .9 1.2.2 Khái niệm chung phương pháp sol ? ?gel 12 1.2.3 Tổng hợp thủy tinh phương pháp. .. rãi phương pháp tổng hợp thuỷ tinh thực tế Nhiệm vụ chung đề tài: xác định điều kiện tổng hợp thuỷ tinh silicat hệ SiO2- Al2O3- Na2O, SiO2- B2O3- Na2O, SiO2- B2O3 - Al2O3- Na2O phương pháp sol- gel. .. rãi, số phương pháp ứng dụng đem lại chất lượng thủy tinh cao như: phương pháp tổng hợp thủy tinh từ pha hơi, phương pháp tổng hợp thủy tinh từ pha lỏng (phương pháp sol – gel phương pháp đồng