Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Sử dụng phổ hồng ngoại khảo sát ảnh hưởng của môi trường đến tính chất của hệ vật liệu compozit nền epoxy/nano-BaTiO3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ DUNG SỬ DỤNG PHỔ HỒNG NGOẠI KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MƠI TRƯỜNG ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA HỆ VẬT LIỆU COMPOZIT NỀN EPOXY/NANO-BaTiO3 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ DUNG SỬ DỤNG PHỔ HỒNG NGOẠI KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MƠI TRƯỜNG ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA HỆ VẬT LIỆU COMPOZIT NỀN EPOXY/NANO-BaTiO3 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số : 8440112.04 Cán hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Xuân Hoàn Hà Nội – 2019 LỜI CẢM ƠN Luận văn thực Phịng Thí nghiệm Nhiệt động học Hố keo, Bộ mơn Hóa lý, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Xuân Hoàn, người trực tiếp giao đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hồn thành luận văn Em xin chân thành cám ơn Thầy giáo Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị cho chúng em hệ thống kiến thức khoa học tạo điều kiện cho chúng em tiếp cận với đề tài khoa học Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bạn Phạm Trọng Lâm học viên K26 hướng dẫn giúp sử dụng phần mềm Origin để ứng dụng xử lý số liệu dùng cho luận văn Tôi xin chân thành cám ơn anh chị, bạn Phòng Thí nghiệm Nhiệt động học Hố keo tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian thực luận văn Luận văn hoàn thành hỗ trợ phần kinh phí từ đề tài nghiên cứu hỗ trợ Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia Việt Nam (Nafosted mã số 104.06-2018.328) Tôi xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè quan tâm giúp đỡ để hoàn thành báo cáo luận văn Hà Nội, ngày … tháng … Năm … Học viên Nguyễn Thị Dung MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ ii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu BaTiO3 BaTiO3 pha tạp kích thước nano 1.1.1 Cấu trúc perovskit 1.1.2 Cấu trúc BaTiO3 1.1.3 Cấu trúc BaTiO3-Sr BaTiO3- Zr kích thước nano 1.2 Sơ lược vật liệu compozit 1.2.1 Khái niệm vật liệu compozit 1.2.2 Nhựa epoxy 1.2.3 Chất gia cường 1.2.3 Các kỹ thuật phân tán hạt nano vào polyme 1.2.4 Các tính chất đặc trưng vật liệu polyme compozit chứa hạt áp điện kích thước nano 10 1.3 Ảnh hưởng mơi trường lên tính chất vật liệu polyme compozit 12 1.3.1 Ảnh hưởng môi trường nhiệt độ 12 1.3.2 Ảnh hưởng môi trường độ ẩm 13 1.3.3 Ảnh hưởng môi trường muối 15 1.3.4 Ảnh hưởng môi trường tia UV 16 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 24 2.1 Hóa chất, thiết bị dụng cụ 24 2.1.1 Hóa chất 24 2.1.2 Thiết bị dụng cụ 24 2.2 Tổng hợp polyme compozit nhựa epoxy chứa hạt nano BaTiO3, BaTiO3-Zr BaTiO3-Sr ghép silan chưa ghép 25 2.2.1 Biến tính hạt nano BaTiO3, BaTiO3-Zr BaTiO3-Sr hợp chất -APS 25 2.2.2 Phản ứng đóng rắn hệ nhựa DGEBA-DDM 25 2.2.3 Chế tạo polyme compozit nhựa epoxy chứa hạt nano BaTiO3, BaTiO3-Zr BaTiO3-Sr ghép chưa ghép silan 26 2.3 Chuẩn bị môi trường theo dõi, khảo sát .27 2.4.1 Điều kiện chiếu xạ tử ngoại 27 2.4.2 Điều kiện nhiệt độ 27 2.4.3 Môi trường ẩm 27 2.4.4 Môi trường độ mặn nước biển 27 2.4 Phương pháp phổ hồng ngoại nghiên cứu đánh giá đặc trưng tính chất vật liệu 28 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Đặc trưng tính chất polime compozit chế tạo chứa hạt nano BTO, BST, BZT ghép chưa ghép -APS phổ IR 29 3.2 Ảnh hưởng môi trường phơi mẫu với hệ polyme nanocompozit chứa hạt áp điện BaTiO3, BaTiO3-Sr, BaTiO3-Zr 32 3.2.1 Ảnh hưởng ánh sáng tử ngoại 32 3.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 44 3.2.3 Ảnh hưởng môi trường ẩm 54 3.4.4 Ảnh hưởng môi trường muối (nước biển nhân tạo) 61 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 71 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BTO BaTiO3, Bari titanat BST, BaTiO3-Sr BaTiO3 pha tạp Sr BTO-S BaTiO3 ghép nối silan BZT-S BaTiO3 pha tạp Zr ghép nối silan BZT, BaTiO3-Zr BST-S DDM BaTiO3 pha tạp Zr BaTiO3 pha tạp Sr ghép nối silan 4,4-điamino điphenyl metan DDS 4,4'-diaminodiphenyl sulfon EMBA Epoxy malate bisphenol A DGEBA EP FT-IR IR ε -APS Epoxy diglyxidyl ete bis-phenol A Nhựa Epoxy Hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy) Hằng số điện môi (Dielectric constant)/ Độ thẩm điện môi (Permittivity) γ-aminopropyl trimethosysilane PC Polyme compozit TGDDM tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmetan PA XRD Quét sóng âm (Step-scan photoacoustic) Nhiễu xạ tia X (X ray diffraction) i DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Bảng 2.1 Thành phần chất chủ yếu cơng thức pha lít nước biển 27 Bảng 3.1 Một số dao động đặc trưng số nhóm nguyên tử vật liệu PC chứa hạt ghép nối silan 31 Hình 1.1 Cấu trúc perovskit Hình 1.2 Cấu trúc lập phương BaTiO3 Hình 1.3 Sơ đồ minh họa cấu tạo vật liệu polyme compozit Hình 1.4 Phản ứng tổng hợp Epoxy từ Epyclohdrin Bis-phenol A Hình 1.5 Cơ chế tạo liên kết ngang nhựa epoxy 18 Hình 1.6 Cơ chế – Sự lão hóa nhựa epoxy(TGDMM/DSS) xạ UV độ ẩm 20 Hình 1.7 Cơ chế – Sự lão hóa nhựa epoxy(TGDMM/DSS) xạ UV độ ẩm 21 Hình 1.8 Cơ chế – Sự lão hóa nhựa epoxy(TGDMM/DSS) xạ UV độ ẩm 21 Hình 1.9 Cơ chế 4– Sự lão hóa nhựa epoxy(TGDMM/DSS) xạ UV độ ẩm 22 Hình 3.1 Phổ FT-IR mẫu PC PC chứa hạt nano BTO va BTO-S 29 Hình 3.2 Phổ FT-IR mẫu PC PC chứa hạt nano BST va BST-S 30 Hình 3.3 Phổ FT-IR mẫu PC PC chứa hạt nano BST va BST-S 30 Hình 3.4 Sơ đồ mơ phản ứng hạt BaTiO3 biến tính γ-APS với nhựa epoxy 31 Hình 3.5 Phổ FTIR EP theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 33 Hình 3.6 Phổ FTIR mẫu PC chứa hạt nano BTO theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 33 Hình 3.7 Phổ FTIR mẫu PC chứa hạt nano BTO-S theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 34 ii Hình 3.8 Phổ FTIR mẫu PC chứa hạt nano BST theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 34 Hình 3.9 Phổ FTIR mẫu PC chứa hạt nano BST-S theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 35 Hình 3.10 Phổ FTIR mẫu PC chứa hạt nano BZT theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 35 Hình 3.11 Phổ FTIR mẫu PC chứa hạt nano BZT-S theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 36 Hình 3.12 Phổ IR pic đặc 1650cm-1 1725cm-1 mẫu PC chứa hạt BTO theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 37 Hình 3.13 Phổ IR pic đặc 1650cm-1 1725cm-1 mẫu PC chứa hạt BTO-S theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 38 Hình 3.14 Phổ IR pic đặc 1650cm-1 1725cm-1 mẫu PC chứa hạt BST theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 38 Hình 3.15 Phổ IR pic đặc 1650cm-1 1725cm-1 mẫu PC chứa hạt BST-S theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 39 Hình 3.16 Phổ IR pic đặc 1650cm-1 1725cm-1 mẫu PC chứa hạt BZT theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 39 Hình 3.17 Phổ IR pic đặc 1650cm-1 1725cm-1 mẫu PC chứa hạt BZT-S theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 40 Hình 3.18 Diện tích pic 1247cm-1 mẫu PC theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 41 Hình 3.19 Diện tích pic 1650cm-1 mẫu PC theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 41 Hình 3.20 Diện tích pic 1297cm-1 mẫu PC theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 41 Hình 3.21 Diện tích pic 1725cm-1 mẫu PC theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 41 Hình 3.22 Diện tích pic 3400cm-1 mẫu EP mẫu nanocompozit epoxy theo thời gian điều kiện chiếu tia UV 42 iii Hình 3.23 Phổ IR đầy đủ PC theo thời gian môi trường chiếu xạ UV 43 Hình 3.24 Phổ FT-IR mẫu EP theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 44 Hình 3.25 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BTO theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 45 Hình 3.26 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BTO-S theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 45 Hình 3.27 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BST theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 46 Hình 3.28 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BST-S theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 46 Hình 3.29 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BZT theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 47 Hình 3.30 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BZT-S theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 47 Hình 3.31 Diện tích pic 3400cm-1 mẫu EP mẫu PC theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 48 Hình 3.32 Phổ FT-IR pic 1650cm-1 1730cm-1 mẫu PC chứa hạt BTO theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 49 Hình 3.33 Phổ FT-IR pic 1650cm-1 1730cm-1 mẫu PC chứa hạt BTO-S theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 49 Hình 3.34 Phổ FT-IR pic 1650cm-1 1730cm-1 mẫu PC chứa hạt BST 100oC theo thời gian 50 Hình 3.35 Phổ FT-IR pic 1650cm-1 1730cm-1 mẫu PC chứa hạt BSTS 100oC theo thời gian 50 Hình 3.36 Phổ FT-IR pic 1650cm-1 1730cm-1 mẫu PC chứa hạt BZT 100oC theo thời gian 51 Hình 3.37 Phổ FT-IR pic 1650cm-1 1730cm-1 mẫu PC chứa hạt BZTS 100oC theo thời gian 51 iv Hình 3.38 Diện tích pic 1247cm-1 mẫu PC theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 52 Hình 3.39 Diện tích pic 1297cm-1 mẫu PC theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 52 Hình 3.40 Diện tích pic 1730cm-1 mẫu PC theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 52 Hình 3.41 Diện tích pic 1650cm-1 mẫu PC theo thời gian môi trường nhiệt độ100oC 52 Hình 3.42 Phổ FT-IR tổng quan mẫu PC theo thời gian môi trường RH100 54 Hình 3.43 Diện tích pic 3400cm-1 theo thời gian xử lý mẫu môi trường RH100 55 Hình 3.44 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BTO theo thời gian môi trường RH100 56 Hình 3.45 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BTO-S theo thời gian môi trường RH100 57 Hình 3.46 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BST theo thời gian môi trường RH100 57 Hình 3.47 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BST-S theo thời gian môi trường RH100 58 Hình 3.48 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BZT theo thời gian môi trường RH100 58 Hình 3.49 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BZT-S theo thời gian môi trường RH100 59 Hình 3.50 Diện tích pic 3400cm-1 theo thời gian xử lý mẫu môi trường RH50 60 Hình 3.51 Phổ FT-IR mẫu EP theo thời gian mơi trường muối 61 Hình 3.52 Phổ FT-IR mẫu PC chứa hạt nano BTO theo thời gian môi trường muối 62 v ... NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ DUNG SỬ DỤNG PHỔ HỒNG NGOẠI KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MƠI TRƯỜNG ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA HỆ VẬT LIỆU COMPOZIT NỀN EPOXY/NANO-BaTiO3 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA. .. luận văn nghiên cứu ? ?Sử dụng phổ hồng ngoại khảo sát ảnh hưởng mơi trường đến tính chất hệ vật liệu compozit epoxy/nanoBaTiO3” Đây phần nghiên cứu quan trọng góp phần đánh giá ảnh hưởng môi trường. .. Các tính chất đặc trưng vật liệu polyme compozit chứa hạt áp điện kích thước nano 10 1.3 Ảnh hưởng mơi trường lên tính chất vật liệu polyme compozit 12 1.3.1 Ảnh hưởng môi trường