Lớp phủ polymer fluo chứa trong nanosilica bảo vệ chống ăn mòn cho nền thép phủ hợp kim al zn

đại học quốc gia hà nội tr-ờng đại học khoa häc tù nhiªn  NGUYỄN THỊ THÚY HỒNG LỚP PHỦ POLYMER FLUO CHỨA NANOSILICA BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO NN THẫP PH HP KIM Al-Zn Luận văn thạc sĩ khoa học Hà nội - 2011 đại học quốc gia hà nội tr-ờng đại học khoa học tự nhiên NGUYỄN THỊ THÚY HỒNG LỚP PHỦ POLYMER FLUO CHỨA NANOSILICA BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO NỀN THÉP PHỦ HỢP KIM Al-Zn Chuyên ngành: Hóa dầu Xúc tác hữu c Mó s : 604435 Luận văn thạc sĩ khoa häc NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Trịnh Anh Trúc Hµ néi - 2011 MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ẢNH v DANH MỤC CÁC BẢNG vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Ăn mòn kim loại 1.1.1 Định nghĩa .4 1.1.2 Các phƣơng pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 1.2 Lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn 1.2.1 Lớp phủ Al-Zn 1.2.1.1 Giới thiệu .6 1.2.1.2 Cơ chế bảo vệ chống ăn mòn 1.2.2 Lớp phủ hữu 1.2.2.1 Thành phần 1.2.2.2 Cơ chế hoạt động lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn .9 1.2.3 Lớp phủ polyme fluo 12 1.2.3.1 Giới thiệu 12 1.2.3.2 Phân loại 13 1.2.4 Lớp phủ kết hợp .16 1.3 Giới thiệu nanosilica 18 1.3.1 Định nghĩa 18 -i- 1.3.2 Tính chất .18 1.3.2.1 Tính chất hạt silica kích thước nano 18 1.3.2.2 Ứng dụng của hạt nanosilica 20 1.3.3 Các phƣơng pháp tổng hợp nanosilica 22 1.3.3.1 Phản ứng nhiệt phân 22 1.3.3.2 Phản ứng thủy phân phương pháp sol – gel 22 1.3.4 Biến tính nanosilica 25 1.3.4.1 Biến tính tương tác hóa học 25 1.3.4.2 Biến tính tương tác vật lý 27 1.4 Vật liệu silica nano compozit 27 1.4.1 Giới thiệu .27 1.4.2 Vật liệu nanosilica compozit 28 CHƢƠNG - THỰC NGHIỆM 30 2.1 Nguyên liệu 30 2.1.1 Nguyên liệu dùng để tổng hợp nanosilica .30 2.1.2 Hợp chất hữu dùng làm chất ức chế ăn mòn 30 2.1.3 Nền kim loại nghiên cứu 30 2.1.4 Chất tạo màng 30 2.2 Tổng hợp nanosilica nanosilica chứa chất hữu 32 2.2.1 Tổng hợp nanosilica .32 2.2.2 Biến tính nanosilica với chất hữu .33 2.3 Quy trình tạo màng .33 2.3.1 Tạo lớp lót epoxy 33 2.3.2 Tạo lớp phủ bảo vệ .34 2.4 Các phƣơng pháp nghiên cứu 34 - ii - 2.4.1 Phƣơng pháp phân tích cấu trúc 34 2.4.1.1 Phương pháp kính hiển vi trường điện tử quét FESEM 34 2.4.1.2 Phương pháp phân tích nhiệt TGA 35 2.4.2 Phƣơng pháp tổng trở điện hóa .36 2.4.3 Phƣơng pháp phổ tử ngoại khả kiến 40 2.4.4 Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir nghiên cứu khả hấp phụ nanosilica .41 2.4.5 Phƣơng pháp đo độ bám dính 43 CHƢƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .44 3.1 Tổng hợp biến tính nanosilica 44 3.2 Nghiên cứu khả bảo vệ chống ăn mòn thép phủ hợp kim Al-Zn polyme fluo epoxy chứa nanosilica biến tính với 1H-Benzotriazole 49 3.3 Đánh giá khả chịu tia tử ngoại lớp màng epoxy lớp màng polyme fluo 55 3.4 Khảo sát khả bảo vệ chống tia tử ngoại khả chống ăn mòn lớp phủ polyme fluo chứa nanosilica nanosilica biến tính thép phủ hợp kim Al-Zn .58 KẾT LUẬN CHUNG 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 - iii - DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Trang Bảng 3.1 Kết đo hấp phụ nanosilica dung dịch 1H-Benzotriazole theo thời gian .47 Bảng 3.2 Độ bám dính màng epoxy màng polyme fluo 54 -v- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ẢNH Trang Hình 1.1 Các dạng khuyếch tán màng sơn .10 Hình 2.1 Kính hiển vi trường điện tử quét 34 Hình 2.2 Giản đồ Nyquist dạng tổng quát 37 Hình 2.3 Sơ đồ mạch điện tương đương kim loại phủ màng sơn 38 Hình 2.4 Giản đồ Bode biến đổi modul tổng trở theo tần số biến đổi góc pha theo tần số 38 Hình 2.5 Sơ đồ bình đo điện hóa 39 Hình2.6 Đường đẳng nhiệt Langmuir đồ thị xác định cân phương trình Langmuir .43 Hình 3.1 Ảnh FESEM hạt nanosilica tổng hợp 44 Hình 3.2 Phổ UV-VIS dung dịch 1H - Benzotriazole 45 Hình 3.3 Phổ UV-VIS dung dịch 1H - Benzotriazole nồng độ khác 45 Hình 3.4 Đồ thị đường chuẩn dung dịch 1H - Benzotriazole 46 Hình 3.5 Biến thiên lượng hấp phụ 1H - Benzotriazole nanosilica theo thời gian 47 Hình 3.6 Giản đồ phân tích nhiệt nanosilica, nanosilica biến tính silan nanosilica biến tính 1H – Benzotriazole 48 Hình 3.7 Phổ tổng trở mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng epoxy (o) epoxy chứa 3% SiO2-HBT (•) sau ngày thử nghiệm dung dịch NaCl 3% .50 Hình 3.8 Phổ tổng trở mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng epoxy (o) epoxy chứa 3% SiO2-HBT (•) sau 77 ngày thử nghiệm dung dịch NaCl 3% .50 - vi - Hình 3.9 Phổ tổng trở mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng polyme fluo (o) HBT polyme fluo (•) sau ngày thử nghiệm dung dịch NaCl 3% .52 Hình 3.10 Phổ tổng trở mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng polyme fluo (o) HBT – polyme fluo (•) sau 77 ngày thử nghiệm dung dịch NaCl 3% .52 Hình 3.11 Sự biến thiên modul tổng trở tần số 100 mHz màng epoxy (o) 1HBT - epoxy (•) theo thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% 53 Hình 3.12 Sự biến thiên modul tổng trở tần số 100 mHz màng polyme fluo (o) polyme fluochứa nano SiO2 - HBT (•) theo thời gian ngâm dung dịch NaCl 3% .53 Hình 3.13 Sự biến thiên modul tổng trở tần số 100 mHz mẫu thép phủ hợp kim Al-Zn phủ epoxy (o), polyme fluo (•) theo thời gian chiếu UV .55 Hình 3.14 Phổ tổng trở mẫu polyme fluo, polyme fluo chứa nano SiO2 (MS4), polyme fluo chứa nano SiO2 biến tính silan (MS6) sau chiếu UV .59 Hình 3.15 Phổ tổng trở mẫu polyme fluo, polyme fluo chứa nanosilica (MS4), polyme fluo chứa nanosilca biến tính silan (MS6) sau ngày chiếu UV 60 Hình 3.16 Phổ tổng trở mẫu polyme fluo, polyme fluo chứa nano SiO2 (MS4), polyme fluo chứa nano SiO2 biến tính silan (MS6) sau ngày chiếu UV 61 Hình 3.17 Sự biến thiên modul tổng trở tần số 100 mHz màng polyme fluo, polyme fluo chứa nanosilica polyme fluo chứa nanosilica biến tính silan theo thời gian chiếu UV .62 Hình 3.18 Ảnh FESEM mặt cắt polyme fluo, polyme fluo chứa nano SiO2 - HBT, polyme fluo chứa nanosilca polyme fluo chứa nanosilica biến tính silan 64 - vii - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT FESEM Phương pháp kính hiển vi trường điện tử quét HBT 1H – Benzotriazole MS4 Polyme fluo chứa nano silica MS6 Polyme fluo chứa nano silica biến tính silan PA66 Polyamit SiO2 - HBT Polyme fluo chứa nano silica biến tính HBT TEOS Tetraethoxysiliane TGA Phương pháp phân tích nhiệt UV – VIS Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến - iv - Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam nằm vùng Đông Nam Á với 3200 km đường bờ biển, vùng duyên hải rộng lớn, tiền đề tốt để phát triển giao thông đường biển, giao thương với nước Đông Nam Á toàn giới, điều kiện thuận lợi cho việc phát triển kinh tế quốc dân Môi trường biển Việt Nam với hà khắc khí hậu nhiệt đới nóng ẩm có nhiệt độ trung bình cao, độ ẩm lớn, thời gian ẩm ướt kéo dài, kèm thêm xâm thực mạnh môi trường, đặc biệt ion clo (Cl-), khiến cho nhiều cơng trình xây dựng vùng biển nước ta, đặc biệt thiết bị vận hành khơi hay bờ biển với kết cấu phức tạp phải gánh chịu ăn mòn phá huỷ nghiêm trọng Khác với dạng ăn mòn khác ăn mòn sunphat, rửa trơi, tác động bào mịn sóng biển…thì ăn mòn kết cấu thép tác động ion Cl- xác định dạng ăn mòn xảy nhanh, mạnh mẽ phổ biến gây thiệt hại lớn Chính vậy, với phát triển ngày tăng ngành cơng nghiệp nhu cầu bảo vệ chống ăn mòn cho cấu kiện sắt thép vận hành biển ven biển ngày trở nên cấp bách Trong biện pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại, phương pháp sơn phủ sử dụng rộng rãi hiệu cao với giá thành hợp lý Những năm gần đây, công nghiệp sản xuất vật liệu sơn phát triển đa dạng; việc nghiên cứu tìm loại sơn có khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại cao nhiều nhà khoa học quan tâm Các lớp phủ kẽm biết đến lớp phủ bền mơi trường khí Đối với môi trường khắc nghiệt thủy triều vùng té sóng biển, việc bổ sung thêm lớp phủ hữu bên ngồi nhiều cơng trình nghiên cứu đề cập đến, ngồi đảm bảo tính thẩm mỹ cho cơng trình Hóa dầu Xúc tác hữu – K20 ... nanocompozit kết hợp ưu điểm thành phần Bản luận văn với tiêu đề ? ?Lớp phủ polymer fluo chứa nanosilica bảo vệ chống ăn mòn cho thép phủ hợp kim Al- Zn? ?? bước đầu khảo sát hệ lớp phủ kết hợp Al- Zn polyme... thống lớp phủ riêng rẽ nhôm kẽm Ngoài lớp phủ giả hợp kim Al- Zn, hàm lượng nhơm đưa vào tùy ý hàm lượng nhôm tối đa lớp phủ dây hợp kim Al- Zn đến 15% Trong số lớp phủ hợp kim Al- Zn, hợp kim thương... hữu bề mặt nanosilica 3.2 Nghiên cứu khả bảo vệ chống ăn mòn thép phủ hợp kim Al- Zn polyme fluo epoxy chứa nanosilica biến tính với 1H-Benzotriazole Mẫu thép phủ hợp kim Al- Zn phủ lớp màng epoxy,