L ỜI MỞ ĐẦU
4.3. Nghiên cứu cấu trúc và một số tính chất của polyme Aluminosilicat
- Đem hai mẫu 2-3 (mẫu polyme tổng hợp từ dung dịch Na2SiO3 và cao lanh nung ở 710oC trong 6 giờ) và mẫu 6-1 (mẫu 6-1 giống mẫu 2-3 nhưng có bổ sung thêm phụ gia Al2O3) đem phân tích nhiệt lượng vi sai TG, DSC tại phòng thí nghiệm Hóa dầu và vật liệu xúc tác hấp phụ- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội trong môi trường không khí và tốc độ nân nhiệt là 50C/phút từ nhiệt độ thường đến 9000C. Kết quả phân tích được cho ởhình 10 và hình 12.
Hình 10: Phổ TG – DSC của mẫu 2-3
Nhìn vào giản đồ thấy rằng: Khi tăng nhiệt độ từ nhiệt độ thường tới khoảng 1100C khối lượng của mẫu giảm 10,17% do ở nhiệt độ này polymer bị mất nước vật lý và
đồng thời xuất hiện một pic thu nhiệt, nhiệt lượng thu vào khoảng 180.4 J/g để làm bay hơi nước lý học.
Nhiệt độ tăng lên khoảng 2200C thì khối lượng của mẫu giảm mạnh (19,37%) do ở khoảng nhiệt độ này nước hóa học của mẫu bị mất, ởđây xuất hiện một pic khá nhọn vì nước hóa học bay hơi mạnh nên mẫu cần hấp thụ một lượng nhiệt tương đối lớn (270,1 J/g) để làm bay hơi nước.
Nước vật lý là nước hấp phụ trên bề mặt còn nước kết tinh là nước tham gia vào trong thành phần cấu trúc tinh thể (hình 11) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 DSC /(mW/mg) 65 70 75 80 85 90 95 100 TG /% Peak: 76.3854 Peak: 124.836 Peak: 742.099 Peak: 830.025 Peak: 130.74 Mass Change: -10.17 % Mass Change: -19.37 % Mass Change: -6.32 % Area: -180.4 J/g Area: -195.2 J/g Area: 348.1 J/g Area: -98.41 J/g [1] [1] ↑ exo Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG 177-2010 Mau 5-1.ssv 102010 10/20/2010 4:31:14 PM PCM N.H.Hanh-T.D.Duc Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens. Files: Range: Sample Car./TC: 177/2010 Mau 5-1, 52.900 mg Al2O3,0.000 mg
Calib new 27 01 07.tsv / Calib do nhay 27107.esv 26/5.00(K/min)/900 DSC(/TG) HIGH RG 2 / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DSC-TG / Sample 1/1 DSC/TG pan Al2O3 O2/30 / N2/0 000/30000 mg 000/5000 µV Admin 26-10-2010 14:56
Nhiệt độ từ 2200C đến khoảng 500oC khối lượng mẫu giảm từ từ, điều này có thể là do quá trình phân huỷ, bay hơi một số tạp chất chứa trong mẫu, lượng tạp chất này chiếm khoảng 5%. Từ 500oC đến 9000C khối lượng của mẫu gần nhưng không đổi. Ở nhiệt độ khoảng 7000C xuất hiện một pic toả nhiệt và ở khoảng 850oC lại xuất hiện một píc thu nhiệt điều này có thể là do khi đó xảy ra quá trình chuyển pha, một quá trình chuyển pha thu nhiệt và một quá trình chuyển pha toả nhiệt nhưng khối lượng mẫu không thay đổi. Từ kết quả thu được ở bảng 4 ta tính được hàm lượng nước và tạp chất có trong mẫu 2 -3 là:
100 – 65,68 – 2,3 – 15,81= 16,21(%)
Ta thấy từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ 2200C khối lượng mẫu mất đi 29,54%. Khối lượng mẫu mất đi nhiều hơn khối lượng của nước và tạp chất. Khối lượng này có thể là do ngoài sự bay hơi của nước và tạp chất còn có sự phân huỷ một số thành phần khác trong mẫu làm thay đổi khối lượng của mẫu.
Hình 11: Hình ảnh các phân tử nước kết tinh trong mạng tinh thể
Đối với mẫu 6-1, kết quả thu được từ phổ TG, DSC cũng gần giống với mẫu 2-3
(hình 12)
Khi tăng nhiệt độ từ nhiệt độ thường tới khoảng 1100C khối lượng của mẫu giảm 6,15% trên phổ TG do ở nhiệt độ này polymer bị mất nước vật lý và đồng thời xuất hiện một pic trên phổ DSC, pic này xuất hiện là do mẫu này thu khoảng nhiệt lượng là 103.4 J/g để làm bay hơi nước vật lý.
Nhiệt độ tăng lên khoảng 2200C thì khối lượng của mẫu giảm mạnh (23,16% ,trên phổ TG) do ở khoảng nhiệt độ này nước hóa học của mẫu bị mất, ởđây xuất hiện một pic khá nhọn trên phổ DSC, lý do là để cắt đứt các mối liên kết hoá học giữa các phân tử nước với các thành phần trong cấu trúc polyme cần một năng lượng lớn hơn khi cắt đứt liên kết do hấp phụ vật lý. Tổng lượng nhiệt cần thiết để
cắt đứt các liên kết của các phân tử nước trong cấu trúc polyme và làm bay hơi chúng là 270,1 J/g. 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 DSC /(mW/mg) 65 70 75 80 85 90 95 100 TG /% Mass Change: -6.15 % Mass Change: -23.16 % Mass Change: -6.05 % Peak: 68.4366 Peak: 123.129 Peak: 749.952 Peak: 843.888 Area: -103.4 J/g Area: -270.1 J/g Area: 507.8 J/g Area: 192.8 J/g [1] [1] ↑ exo Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG 177-2010 Mau3 5_2.ss... 102010 10/26/2010 10:10:38 AM PCM N.H.Hanh-T.D.Duc Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens. Files: Range: Sample Car./TC: 177/2010 Mau3 5_2, 37.000 mg Al2O3,0.000 mg
Calib new 27 01 07.tsv / Calib do nhay 27107.esv 28/5.00(K/min)/900 DSC(/TG) HIGH RG 2 / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DSC-TG / Sample 1/1 DSC/TG pan Al2O3 O2/30 / N2/0 000/30000 mg 000/5000 µV Admin 26-10-2010 15:00 Hình 12: Phổ TG, DSC mẫu 6-1
Nhiệt độ từ 2200C đến 9000C khối lượng của mẫu có giảm nhưng không
đáng kể (6.05%) do lúc này mẫu tiếp tục bay hơi nước hóa học và phân hủy một số
chất, cũng có thể polymer bị đứt các liên kết trong cấu trúc. Đến nhiệt độ khoảng 7000C đến 9000C thấy xuất hiện 2 pic toả nhiệt trên giản đồ DSC, điều này là do quá trình chuyển pha trong cấu trúc vật liệu. Sự thay đổi này tỏa ra một lượng nhiệt lượng tương đối lớn (507,8 J/g ở khoảng 700oC và 192.8 J/g ở khoảng 850oC). Hàm lượng nước và tạp chất có trong mẫu 6 -1 là:
100 – 65,74 – 3,92 – 15,32= 15,02(%)
Ta thấy từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ 2200C khối lượng mẫu mất đi 29,31%. Khối lượng mẫu mất đi nhiều hơn khối lượng của nước và tạp chất. Khối lượng này mất có thể là do ở nhiệt độ này ngoài sự bay hơi của nước còn có sự mất đi của tạp chất và do trong polyme xảy ra phản ứng làm thay đổi khối lượng của mẫu.
Để thấy được các liên kết đặc trưng trong polyme và từ đó mô tả cấu trúc mạch polyme, chúng tôi đã chọn mẫu 2-3 đi chụp phổ hồng ngoại. Phổ hồng ngoại mẫu polyme 2-3 được cho ở hình 13.
Phổ hồng ngoại thu được của mẫu polyme 2-3 được cho ởhình 13. Nhìn vào kết quả
chụp phổ hồng ngoại mẫu polyme ta thấy dải hấp phụ từ 3403 cm-1 đến 1657 cm-1
ứng với phổ dao động của nhóm O-H, ở số sóng 3403 cm-1ứng với các phân tử H2O tự do còn ở số sóng 1657 cm-1ứng với các phân tử H2O liên kết trong mạch polyme. Píc ứng với giá trị 1012 cm-1đặc trưng cho dao động nhóm (Al-O-Si) là thành phần quan trọng trong polyme. Ngoài những píc chính như đã chỉ ra, kết quả chụp phổ
Hình 13: Phổ hồng ngoại mẫu polyme 2-3
4.4. Nghiên cứu ứng dụng của polyme Aluminosilicat làm vật liệu màng phủ
4.4.1. Kiểm tra khả năng bám dính của màng phủ
Lấy mẫu 2-3 đem đi kiểm tra khả năng bám dính của màng phủ ta có nhận xét như sau:
- Kiểm tra khả năng uốn cong khi phủ polyme trên vật liệu thép CT3 đã được xử lý bề mặt. Tiến hành uốn cong với các góc từ 0o, 30o, 60o, 90o, 120o, 150o, 180o nhưng thu được kết quảở các góc là như nhau vì khối lượng mẫu không bị giảm đi:
Trước khi phủ và sấy khô m1 (gam) 5,5256 ∆
Sau khi phủ và sấy khô m2 (gam) 5,7382 ∆m = 0,2126 Sau khi phủ và uốn cong m3 (gam) 5,7382 ∆m1=0 O-H (H2O tự do) O-H (H2O liên kết) Al-O-Si Al-O Na(+)-(Si-O-Al(-)-O-)n Al-OH Si-O
Từ đó ta thấy rằng khả năng bám dính của polyme là rất tốt khi chịu tác
động của ngoại lực khi uốn cong.
Kiểm tra khả năng cào xước khi phủ polyme trên vật liệu thép CT3 đã được xử
lý bề mặt. Sử dụng phương pháp cào xước đã trình bày để xác định thì nhận thấy sau khi cào xước không có chỗ nào bị bong ra, điều này càng chứng tỏ khả năng bám dính là rất tốt.
Kiểm tra khả năng bám dính khi chịu tác dụng của lực kéo. Tiến hành thực nghiệm với bề mặt dính là 0,5cm2, sử dụng lực kế 4 kg để thực hiện kéo, nhưng không bị bật ra, điều đó khẳng định rằng polyme đang sử dụng có khả năng bám dính là rất tốt.
4.4.2. Kiểm tra khả năng chịu nhiệt của polyme
Lấy mẫu 2-3 phủ lên các mẫu thép đã được xử lý bề mặt, để mẫu khô tự
nhiên trong điều kiện phòng thí nghiệm. Tiến hành với 4 mẫu thử: Mẫu 1: Tiến hành sấy ở 1000C.
Mẫu 2: Tiến hành sấy ở 1500C. Mẫu 3: Tiến hành sấy ở 2000C. Mấu 4: Tiến hành sấy ở 2500C.
Tất cả các mẫu sấy trong tủ sấy và điều chỉnh nhiệt độ chính xác, sấy trong 2h.
Mấu 1, 2, 3 Mẫu 4
Quan sát bề mặt của mẫu phủ (hình 14) ta nhận thấy có sự thay đổi lớn, trên toàn bộ bề mặt nền phủ polyme xuất hiện các vết bong, nổi xốp. Điều đó chứng tỏở
250oC và nhiệt độ đã ảnh hưởng tới hệ polyme. Sự xuất hiện các vết bong này có thể giải thích bằng sự bay hơi nước hóa học trên bề mặt polyme. Quá trình bay hơi nước đã làm phá hủy cấu trúc trong polyme.
KẾT LUẬN
1. Đã đánh giá được sựảnh hưởng của các yếu tố: Nhiệt độ nung của cao lanh, thời gian lưu của cao lanh, thời gian khuấy, tốc độ khuấy, các phụ gia đến khả năng tách nhôm. Để đạt được khả năng tách nhôm cao nhất phải nung cao lanh ở
7000C trong 6 giờ và khi tiến hành tổng hợp polyme phải khuấy tốc độ khuấy 600 vòng/ phút, thời gian khuấy là 4 giờở nhiệt độ khuấy từ 60 – 700C.
2. Đã khảo sát được một sốt tính chất của polyme và tìm được các đặc trưng liên kết trong mạch polyme, từ đó giải thích một số tính chất của hệ polyme đã tổng hợp được
3. Đã khảo sát được khả năng bám dính của polyme cho thấy kết quả bám dính là rất tốt.
4. Đã khảo sát được khả năng chịu nhiệt của polyme, kết quả cho thấy polyme chịu
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. La Văn Bình (2000), Khoa học và công nghệ vật liệu, trường đại học Bách khoa Hà Nội.
[2]. Bùi Long Biên (2001), Hóa học phân tích định lượng, nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật.
[3]. La Văn Bình, La Thế Vinh(2007), chế tạo và biến tính hệ polymer vô cơ
làm chất phủ bảo vệ, tạp chí khoa học và công nghệ (59), tr.19-21. [4]. Bùi Long Biên(2001), hóa học phân tích định lượng, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[5]. Trần Văn Phú (1983), Nghiên cứu silicat trang trí công trình xây dựng và sơn Silicat chịu nhiệt.
[6]. IU.V.Kariakin, I.I.Angelov (1990), Hóa chất tinh khiết, nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật dịch.
[7]. D.N.Hunter (1963), Inorganic polymer, Plack scientific publications Oxford.
[8]. F.G.R. Gimblett (1963), Inorganic polymer chemistry, London Butter Worths.
[9]. F.G.A.Stone, W.A.G.Graham (1962), Inorganic polymer, Academic Press.
[10]. J.A.Brydson ( 1989), Plastics materials, London butter Worths. [11]. M.F.Lapperrt, G.J. Leigh (1962), Developmens in inorganic polymer Chemistry, Elsevier – Publishing company.
[ 12]. Valeria F.F. Barbosa, Kenneth J.D. Mackenzie (2003), Thermal Behaviour of inorganic geopolymers and composites derived from Sodium polysialate. Materials Research bulletin.