Tổng hợp nano ơxít kẽm nghiên cứu khả ứng dụng lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn thép Đặng Quyết Thắng Trường Đại học Khoa học Tư nhiên Luận văn ThS Chun ngành: Hóa vơ cơ; Mã số: 60 44 01 13 Người hướng dẫn: PGS.TS Trịnh Anh Trúc Năm bảo vệ: 2013 Abstract: Giới thiệu trình ăn mịn kim loại, phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp phủ sơn, số khái niệm, tính chất chung vật liệu nano, hình dạng cấu trúc, số phương pháp sử dụng để chế tạo vật liệu nano khả ứng dụng hạt nano ZnO Giới thiệu số hóa chất, dụng cụ thiết bị trình điều chế vật liệu nano trình tổng hợp màng sơn epoxy chứa hạt nano ZnO Các phương pháp nghiên cứu đặc tính tính chất vật liệu như: chụp phổ hồng ngoại IR, chụp hiển vi điện tử quét phát xạ trường FESEM, chụp hiển vi điện tử truyền qua TEM, xác định độ bám dính, độ bền va đập phương pháp đo tổng trở điện hóa Đưa kết thực nghiệm thu tính chất vật liệu nano ZnO, nano ZnO biến tính Khảo sát tính chất khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại thép màng sơn chế tạo nhựa epoxy có phân tán hạt nano tổng hợp Keywords: Ăn mòn kim loại; Chống ăn mịn; Nano ơxít kẽm; Vật liệu Nano; Hóa vơ Content 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 bảo vệ chống ăn mịn kim loại sử dụng lớp sơn phủ hữu cơ, biện pháp cho phép bảo vệ kim loại thịi 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 ô nhiễm môi 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 mịn 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 mòn 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 ơxít 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: CHƢƠNG TỔNG QUAN Trong chương này, giới thiệu q trình ăn mịn kim loại, phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại lớp phủ sơn, số khái niệm, tính chất chung vật liệu nano, hình dạng cấu trúc, số phương pháp sử dụng để chế tạo vật liệu nano khả ứng dụng hạt nano ZnO CHƢƠNG THỰC NGHIỆM Chúng tơi giới thiệu số hóa chất, dụng cụ thiết bị trình điều chế vật liệu nano trình tổng hợp màng sơn epoxy chứa hạt nano ZnO Các phương pháp nghiên cứu đặc tính tính chất vật liệu như: chụp phổ hồng ngoại IR, chụp hiển vi điện tử quét phát xạ trường FESEM, chụp hiển vi điện tử truyền qua TEM, xác định độ bám dính, độ bền va đập phương pháp đo tổng trở điện hóa CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong chương này, đưa kết thực nghiệm thu tính chất vật liệu nano ZnO, nano ZnO biến tính Khảo sát tính chất khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại thép màng sơn chế tạo nhựa epoxy có phân tán hạt nano tổng hợp REFERENCES Tiếng Việt Ngơ Duy Cường (1995), Hóa học phƣơng pháp chế tạo sơn, Nhà xuất Đại học Tổng hợp Hà Nội Vũ Đình Cự (2003), Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt đới, NXB văn hóa thơng tin Vũ Đình Cự, Nguyễn Xn Chánh (2001), Cơng nghệ nano điều khiển đến phân tử, nguyên tử, NXB Khoa Học Kĩ Thuật Hà Nội Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phƣơng pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ, 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 tích Rietveld cấu trúc va đặc trƣng tính chất quang hóa vật liệu ZnO điều chế phƣơng pháp thủy nhiệt, Tạp chí Hóa học, 49, pp 700-704 Trương Ngọc Liên (2000), Ăn mòn bảo vệ kim loại, NXB Khoa học Kỹ thuật Trương Ngọc Liên (2000), Điện hóa lý thuyết, NXB Khoa học Kỹ thuật Phan Thị Tuyết Mai (2012), Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chứa hạt áp điện nano khảo sát biến đổi tính chất nhiệt điều kiện khí hậu nhiệt đới, Luận án tiến sĩ hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN 10 Phạm Thị Minh (2006), Đánh giá khả bảo vệ lớp phủ tổ hợp Polyme dẫn & Epoxy thép, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học sư phạm Hà Nội 11 Hoàng Nhâm (2005), Hóa học vơ tập 3, NXB Giáo Dục 12 Trần Văn Nhân (2004), Giáo trình Hóa học chất keo, 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 học hợp chất cao phân tử, NXB Khoa học kỹ thuật 15 Nguyễn Văn Tuế (1993), Giáo trình ăn mịn kim loại, NXB Đại Học Tổng Hợp Hà Nội 16 Nguyễn Văn Tư, Alain Galerie (2002), Ăn mòn bảo vệ vật liệu, 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), Dye- Sensitized 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 (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 Ndoped 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 surface modification of zinc oxide as inorganic filler 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 Engineering & Technology IJET-IJENS, 12(6), pp 5-9 36 Ruoyu Hong, Tingting Pan, Jianzhong Qian, Hongzhong Li (2006), Synthesis and surface modification of ZnO nanoparticles, 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 7176 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 ... 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 ơxít kẽm nghiên cứu khả ứng dụng lớp phủ bảo vệ chống ăn. .. ơxít kẽm nghiên cứu khả ứng dụng nano ơxít kẽm lớp phủ bảo vệ chống ăn mịn thép độc hại có khả chống ăn mịn cao, tạo độ bám dính tốt nhà khoa học quan tâm năm gần NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ ĐÓNG GÓP... 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