II. 1.1 Phương pháp xác định hàm lượng nhóm epoxy
11.3.5.Phương pháp xác định độ bền cào xước
Độ bền cào xước của màng sơn được xác định theo tiêu chuẩn ISO 1518 trên dụng cụ ERICHSEN model 238/1.
a. Chuẩn bị mẫu:
b. Quá trình thử:
Đặt mẫu thử lên bàn trượt và vặn cố định mẫu vào bàn. Một kim vạch có đường kính đầu vạch là 1 mm gắn ở cuối thanh đặt tải trọng được đặt lên một đầu mẫu có màng sơn. Đặt quả tải trọng theo thanh chia trên thanh gắn. Dịch chuyển bàn trượt có gắn mẫu sao cho mũi kim vạch dọc lên mẫu một đường thẳng. Kết thúc quá trình, quan sát mẫu, nếu không có vết xước thì tiếp tục tăng tải trọng và quá trình lại diễn ra như cũ cho tới lúc xuất hiện vết xước trên bề mặt. Dịch chuyển mẫu trên bàn trượt để các lần không trùng nhau. Độ bền cào xước xác định là tải trọng nhỏ nhất mà màng sơn bị phá huỷ.
II.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN HOÁ
II.3.1. Phương pháp đo thê theo thời gian
Đây là phương pháp đo điện hoá đơn giản, kiểm tra nhanh về đặc tính chống ăn mòn của màng sơn.
1. Điện cực so sánh 4. Màng sơn 2. Dung dịch NaCl 3% 5. Điện kế 3. Kim loại
Hình II.1. Sơ đồ đo thế theo thời gian
Sơ đồ đo thế theo thời gian được cho trong hình II. 1. Thiết bị gồm một ống nhựa được dán lên màng sơn, bên trong chứa dung dịch NaCl 3%. Điện cực so
Dung dịch phun NaCl trong nước cất
pH dung dịch 6,5-7,5
5%
Áp suất phun 0,6 - 1,5 bar
Tốc độ phun 1-2 ml/giờ
35°c ± 1
Vị trí mẫu Nghiêng 15°'
Chu kỳ phun 16 - 700 giờ
sánh là điện cực calomen bão hoà được nối với cực âm của điện kế. Tấm kim loại được nối với cực dưong của điện kế.
Chế độ đo: Thang đo của điện kế nằm trong dải 0 -ỉ- 2(V) Chiều dày màng sơn 45|xm trên nền thép CT-3
II.3.2. Phương pháp bóc tách catot (Catot Disbonding Method)
Phương pháp bóc tách catot dựa trên cùng một chế độ đo (nước biển nhân tạo, nhiệt độ, thời gian đo, thế nguồn điện, chiều dày màng sơn) để khảo sát các màng sơn khác nhau. Sau một thời gian, xem xét khả năng bóc tách của màng sơn khỏi bề mặt kim loại. Nếu diện tích bóc tách càng nhỏ thì sơn có độ bám dính càng lớn. Như vậy, màng sơn có tính chất chống ăn mòn càng tốt.
Sơ đồ đo bóc tách catot được cho trong hình II.2.
Nhiệt độ : 80°c
Chiều dày : 140 160 pm
Thời gian : 4 giờ 3
K + 4
5
-o
1. Nguồn điện. 1
chieu 4. Dung dỊchNaCl 3%
Hình II.2. Sơ đồ đo bóc tách catot
n.3. THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG CHốNG ẢN MÒN THEO PHƯƠNG PHÁP MÙ MUỐI
Các mẫu sơn được thử trong tủ mù muối theo tiêu chuẩn ASTM B-l 17. Mức độ gỉ được đánh giá theo ASTM D-1654-61.
Phần III
KẾT QUẢ NGHIÊN cứư m.l. NGUYÊN LIỆU ĐẦU
1. Nhựa epoxy - Loại DER 331
- Hàm lượng nhóm epoxy: 23% - Độ nhớt ở 25°c : 132 - 134 poise - Khối lượng riêng : ~ 1,17 g/cm3
- Hãng sản xuất: Dow Chemical (Mỹ) 2. Chất đóng rắn DETA (dietylentriamin)
- Khối lượng phân tử: 103 g/mol - Đương lượng amin: 20,6
- Hãng sản xuất : Dow Chemical (Mỹ).
3. Chất đóng rắn Versamit 125 (polyamit trọng lượng phân tử thấp) - Độ nhớt ở 25°c : 750 poise
- Chỉ số amin: 327 mgKOH/g
- Hãng sản xuất : Dow Chemical (Mỹ) 4. Bột màu oxit sắt đỏ
- Tỷ trọng: d = 5,0 g/cm3.
- Kích thước hạt trung bình: 25 pm. - Nước sản xuất: Trung Quốc. 5. Bột màu cromat kẽm
- Màu sắc: màu vàng sáng. - Tỷ trọng: d = 3,4 g/cm3.
Tính chất Loại son Độ mịn, pm Đô nhớt VZ4, s HLPK, % Tỷ trọng, g/cm3 PVC, % 1 20 24 55 1,27 33,5 2 20 24 55 1,28 34,1 3 20 24 55 1,29 34,4 4 20 24 55 1,30 34,8 5 20 24 55 1,30 35,1 Hàm lượng phụ gia, % Độ phủ, g/m2
T khô khỏi bụi,
giờ T khô hoàn toàn,giờ
1A 0,0 50,3 4 24 2A 1,0 49,4 3 24 3A 1,5 47,7 3 24 4A 2,0 47,9 3 24 5A 2,5 45,2 3 24 Hàm lượng phụ gia, % Độ phủ, g/m2
T khô khỏi bụi,
giờ T khô hoàn toàn,giờ
1B 0,0 55,2 6 24 2B 1,0 51.8 6 24 4B 2,0 49,5 6 24 Hàm lượng phụ gia, % Độ bám dính, điểm Độ cứng tương đối Độ bền uốn dẻo, mm Độ bền va đập, Độ bền cào xước, 1A 0,0 0 0,29 2 80 4 2A 1,0 0 0,30 2 80 4 3A 1,5 0 0,29 2 80 4 4A 2,0 0 0,32 2 80 5 5A 2,5 0 0,33 3 80 5 Hàm lượng phụ gia, % Độ bám dính, điểm Độ cứng tương đối Độ bền uốn dẻo, mm Độ bền va đập, Độ bền cào xước, 1B 0,0 0 0,31 2 80 4 2B 1,0 0 0,33 2 80 4
- Kích thước hạt trung bình: 15 Ịam - Nước sản xuất: Việt Nam
7. Phụ gia ức chế ăn mòn
N,N’ - Bis(o - hidroxy benziliden)-l,2- đietyleniamin Tỷ trọng : d = 1,24 g/cm3
Là sản phẩm của đề tài KC-02, do trường Đại học Khoa học Tự nhiên nghiên cứu chế tạo.
8. Cacdanol
- Độ nhớt ở 25°c : ~ 0,4 poises - Khối lương riêng : ~ 1,17 g/cm3
- Nước sản xuất: Việt Nam 9. Dung môi pha sơn
- Xylen kỹ thuật - Axeton kỹ thuật - Butyl axetat
III.2. TỔNG HỢP NHỤA EPOXY-CACDANOL
Nhựa epoxy-cacdanol được tổng hợp trong điều kiện không có xúc tác ở nhiệt độ cao. Điều kiện tổng hợp:
- Tỷ lệ cấu tử (đương lượng epoxy/cacdanol): 1/1.
- Nhiệt độ phản ứng: 140°c.
- Thời gian phản ứng: 240 phút.
Các đặc trưng hoá lý của nhựa epoxy-cacdanol đã tổng hợp:
- Màu sắc: màu nâu.
37 Các đặc trưng của tổ họp nhựa EEC:
- Màu sắc: màu nâu sáng. - Tỷ trọng: 1,1 g/cm3.
- Hàm lượng nhóm epoxy: 17,2%. Hàm lượng cacdanol: 15%
III.3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA SƠN LÓT CHốNG ĂN MÒN TRÊN cơ SỞ NHỰA EEC
Nhựa EEC được chế tạo thành 5 loại sơn lót chống ăn mòn với các tỷ lệ ức chế ăn mòn khác nhau:
- Loại sơn không có phụ gia ức chế ăn mòn ( ký hiệu 1) - Loại sơn chứa 1,0% phụ gia ức chế ăn mòn ( ký hiệu 2) - Loại sơn chứa 1,5% phụ gia ức chế ăn mòn ( ký hiệu 3) - Loại sơn chứa 2,0% phụ gia ức chế ăn mòn ( ký hiệu 4)
Bảng III.1. Tính chất vật lý của hệ sơn lót EEC
Từ bảng III. 1 có thể nhận thấy khi dưa thêm phụ gia ức chế ăn mòn vào hệ sơn thì độ mịn và độ nhớt của hệ sơn không thay đổi, phụ gia chỉ làm thay đổi rất ít tỷ trọng và nồng độ thể tích bột màu của hệ sơn. Ngoài ra, khi thêm phụ gia
38
vào hệ sơn có thể quan sát thấy không có hiện tượng phân lớp hay tách bột màu. Qua đó, có thể thấy phụ gia có thể phối trộn và tương họp tốt với hệ sơn.
Tiến hành đóng rắn 5 loại sơn trên bằng chất đóng rắn DETA (ký hiệu: A) và đóng rắn bằng Versamit 125 (ký hiệu: B). Các tính chất vật lý của màng sơn EEC đóng rắn bằng DETA và Versamit 125 được chí ra trong bảng III.2 và III.3.
Bảng II 1.2. Tính chất vật lý của các màng sơn EEC đóng rắn bằng DETA
Bảng II 1.3. Tính chất vật lý của các màng sơn EEC đóng rắn bằng Versamit 125
Qua bảng III.2 có thể thấy rằng độ phủ của loại sơn có phụ gia ức chế ăn mòn thay đổi không nhiều so với loại sơn không có phụ gia.
Thời gian khô khỏi bụi của các loại sơn có ức chế ăn mòn ngắn hơn so với loại sơn không có phụ gia. Tuy nhiên thời gian chênh lệch không đáng kể. Qua đó có thể thấy phụ gia sử dụng có thể có tác dụng xúc tác cho phản ứng đóng rắn của hệ sơn. Tuy nhiên qua bảng III.3, có thể thấy phụ gia ức chế ăn mòn không
39
Qua bảng III.2 và III.3 cũng có thể thấy thời gian khô khỏi bụi của màng son đóng rắn bằng DETA ngắn hơn khi sử dụng Versamit 125
Từ bảng III.2 và III.3, có thể thấy phụ gia làm tăng không đáng kể khả năng che phủ của màng sơn.
III.4. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT cơ LÝ CỦA MÀNG SƠN:
Tính chất cơ lý là các tính chất quan trọng của hệ sơn. Qua đó ta có thể đánh giá chất lượng của hệ sơn. Tính chất cơ lý của các màng sơn EEC đóng rắn bằng DETA và Versamit 125 được chỉ ra trong bảng III.4 và III.5.
Bảng II 1.3. Tính chất cơ lý của các màng sơn EEC đóng rắn bằng DETA
Bảng III.4. Tính chất cơ lý của các màng sơn EEC đóng rắn bằng Versamit 125
Từ bảng số liệu có thể thấy khi bổ xung thêm phụ gia ức chế ăn mòn độ cứng tương đối của hệ sơn đóng rắn bằng DETA và Versamit 125 đều được cải thiện. Độ cứns tương đối của màns sơn có 2% phụ gia ức chế ăn mòn đóng rắn
40
bằng DETA tăng 14% so với màng sơn không có phụ gia ức chế ăn mòn. Độ bền cào xước của hệ sơn cũng tăng khi đưa phụ gia ức chế ăn mòn vào hệ sơn.
Khi có thêm phụ gia, độ bền uốn dẻo của hệ sơn đóng rắn bằng DETA giảm , còn đối với màng sơn đóng rắn bằng Versamit 125, độ bền uốn dẻo không đổi.
Độ bền va đập, độ bám dính của tất cả các màng sơn (có phụ gia và không có phụ gia, đóng rắn bắng DETA và đóng rắn bằng Versamit 125) rất cao. Tất cả đều đạt độ bền va đập 80 inch.pound và độ bám dính 0 điểm .
Qua các thử nghiệm cơ lý có thể thấy được phụ gia ức chế ăn mòn có khả năng tương hợp rất tốt với hệ sơn. Vì vậy phụ gia không làm giảm các tính chất cơ lý của hệ sơn.
Các tính chất cơ lý của hệ sơn đạt tiêu chuẩn về sơn bảo vệ kết cấu thép, do đó, sơn lót EEC đã chế tạo có chất lượng cao, có thể bảo vệ lâu dài cho kết cấu thép.
m.3. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG ẢN MÒN CỦA MÀNG SƠN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HOÁ
III.3.1. Đo bóc tách catot
Kết quả thử nghiệm theo phương pháp bóc tách catot của các loại sơn EEC đóng rắn bằng DETA được chỉ ra trong bảng III.4.
Diện tích, cm2 0,66 0,79 2,11 0,77 1,37
Từ bảng số liệu có thể thấy rằng khi cho thêm phụ gia ức chế ăn mòn vào hệ sơn, diện tích bóc tách của hệ sơn tăng lên. Đặc biệt là loại sơn có 1,5% chất ức chế ăn mòn có diện tích bóc tăng đáng kể. Khi hàm lượng phụ gia tiếp tục tăng, diện tích bóc tách giảm. Qua thử nghiệm bằng phương pháp bóc tách catot, có thể thấy độ bám dính của màng sơn dưới tác dụng bóc tách của dòng điện
thay đổi không nhiều khi cho thêm 2% phụ gia ức chế ăn mòn. Tuy nhiên qua đây chưa thể đánh giá chức năng bảo vệ của chất ức chế ăn mòn.
Ánh chụp hệ sơn đóng rắn bằng DETA sau khi đã đo bóc tách catot được chỉ ra trong hình III. 1.
Hình III.ỉ. Ánh chụp mẫu đo bóc tách catot của màng sơn đóng rắn bằng DETA Mấu số 1: Màng sơn không có phụ gia Mấu số 2: Màng sơn có 1 % phụ gia Mấu số 3: Màng sơn có 1,5% phụ gia Mấu số 4: Màng sơn có 2,0% phụ gia Mấu số 5: Màng sơn có 2,5% phụ gia
III.3.2. Đo thê điện cực theo thòi gian
Kết quả đo thế điện cực theo thời gian của màng sơn EEC đóng rắn bằng DETA và Versamit 125 được chỉ ra trong hình III.2 và III.3.
Thời gian, ngày
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
1 1
Hình ỈII.2. Đường cong thế điện cực thép CT-3 có phủ sơn EEC đóng rắn bằng DETA với các hàm lượng phụ gia khác nhau theo thời gian ngâm mẫu trong dung dịch NaCl 3%
M ầ u 1 A ( 0 % p h ụ gia)—0- Mẫu 2A (1% phụ gia)
Mầu 3A (1,5% phụ gia) Mau 4A (2% phụ gia)
Mau 5A (2,5% phụ gia) -X- Thép
Dựa vào kết quả nghiên cứu, có thế thấy rằng khi bổ sung thêm chất ức chế ăn mòn với hàm lượng nhỏ, tính chất bảo vệ của màng sơn tăng đáng kể. Với mẫu không có phụ gia thế điện cực của màng sơn giảm mạnh sau 2 ngày ngâm trong dung dịch NaCl. Với màng sơn có 1 % phụ gia, thế điện cực giảm sau 4 ngày. Khi hàm lượng phụ gia tăng lên 2%, thế điện cực của màng sơn rất dương, sau 9 ngày ngâm mẫu, thế điện cực của màng sơn vẫn chưa giảm. Như vậy phụ gia làm tăng thêm tính chất neăn cản của màng sơn. Neoài ra, qua đồ thị thế điện cực theo thời gian, có thể thấy tính chất ức chế ăn mòn của phụ gia. Màng son
Mẫu sơn Bề rộng gỉ, inch Mức độ ăn mòn Độ phồng rộp 1A 1/16 7 No.6 - M 2A 1/32 8 No.10 3A 1/32 8 No. 10 4A 1/64 9 No. 10 5A 1/64 9 No. 10 Ep-Zn 1/8 6 No.2 - D
không có phụ gia sau khi ngâm có thế điện cực giảm đến -550 mV (của thép trần là khoảng -650 mV). Màng sơn chưa có phụ gia có khả năng ức chế ăn mòn đối với thép tuy nhiên khả năng chống ăn mòn chưa cao. Các màng sơn có phụ gia đều có thế điện cực dương hơn của màng sơn chưa có phụ gia. Màng sơn có hàm lượng phụ gia 2% có thế điện cực dương nhất. Sau 10 ngày ngâm trong dung dịch NaCl, thế điện cực của màng sơn giảm xuống -260 mV, dương hơn rất nhiều so với màng sơn không có phụ gia. Như vậy, có thể thấy phụ gia có hai tác dụng đối với màng sơn, một mặt làm tăng độ chặt chẽ của màng sơn do đó làm tăng khả năng chống thấm của màng sơn, mặt khác, phụ gia cũng có vai trò ức chế ăn mòn với thép.
Thời gian,ngày
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Hình III..3. Đường cong thế điện cực thép CT-3 có phủ sơn EEC đóng rắn bằng Versamit 125 với các hàm lượng phụ gia khác nhau theo thời gian ngâm mẫu trong dung dịch NaCl 3%
-o- Mẫu 1B (0% phụ gia) -â- Mẫu 2B (1% phụ gia)
-X- Mẫu 4B (2% phụ gia) -o- Thép
Từ hình III.3, có thể thấy phụ gia có vai trò đối với màng sơn EEC đóng rắn bằng Versamit tương tự như đối với màng sơn đóng rắn bằng DETA. Màng sơn đóng rắn bằng Versamit không có phụ gia có thế điện cực giảm mạnh sau 2 ngày phụ gia là 6 ngày. Với màng sơn đóng rắn bằng Versamit 125, thế điện cực của
màng sơn cũng tăng khi hàm lượng phụ gia tăng.
Như vậy bằng phương pháp đo thế điện cực theo thời gian, có thể thấy rất rõ vai trò của phụ gia ức chế ăn mòn trong việc nâng cao hiệu quả bảo vệ của màng sơn đối với cả hai loại sơn đóng rắn bằng DETA và đóng rắn bằng Versamit 125.
III.4. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG BẢO VỆ CỦA MÀNG SƠN BANG PHƯƠNG PHÁP THỬ MÙ MUỐI
Để đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn của các màng sơn, các mẫu thép CT-3 được tiến hành sơn phủ bẵng các loại sơn có hàm lượng phụ gia khác nhau với chiều dày màng sơn 60 ± 5 pm. Các mẫu sơn được phơi trong tủ mù muối 360 giờ theo tiêu chuẩn ASTM B-117. Các mẫu sơn được đánh giá theo tiêu chuẩn ASTM D 1654-61 để so sánh khả năng chống ăn mòn với nhau và với mẫu sơn giàu kẽm do Công ty sơn Hải Phòng sản xuất. Kết quả đánh giá được chỉ ra trong bảng III.6.
Bảng III.6. Mức độ ăn mòn thép CT-3 có phủ màng sơn sau 360 giờ thử mù muối
Ghi chú: M - mật độ trung bình.
D - mật độ dày đặc.
Sau 360 giờ phơi trong tủ mù muối, quan sát các mẫu (hình m.5), có thể thấy rằng mẫu sơn giàu kẽm phồng rộp rất nhiều (mức độ phồng rộp 2, với mật
phồng rộp ít hon, trong khi các mẫu sơn có phụ gia bề mặt màng sơn vẫn không có hiện tượng bong tróc hay phồng rộp, màu sắc không thay đổi. Mức độ gỉ của màng sơn cũng giảm khi hàm lượng phụ gia tăng.