- Polydimetyl siloxan: CH 3 CH
1.2.2. Biến tắnh bề mặt nanozirconi oxit
Hosna và cộng sự đã biến tắnh nano zirconi oxit với hợp chất silan 3- methoxysilyl propyl amin và nghiên cứu ảnh hưởng đến tắnh chất về độ bền kéo và độ bền va đập của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy cùng với sợi bazan. 1 gam nano-ZrO2 được phân tán vào trong 100 ml dung dịch bao gồm 95% etanol và 5% nước. Sau đó hỗn hợp được bổ sung thêm 1 gam 3-methoxysilyl propyl amin bằng phương pháp rung siêu âm trong 10 phút. Tiếp theo, hỗn hợp trên được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi có hồi lưu trong 8 giờ, pH được duy trì ở giá trị 4,5 bằng axit HCl 37%. Sản phẩm nano ZrO2 biến tắnh thu được sau khi loại bỏ 3-methoxysilyl propyl amin dư và sấy ở 80oC trong 12 giờ. Kết quả xác định phổ hồng ngoại FT-IR của nano ZrO2 biến tắnh đã chỉ ra có sự xuất hiện các liên kết Si-O-Zr giữa bề mặt hạt nano ZrO2 với hợp chất silan. Bột nano ZrO2 biến tắnh được phân tán vào nền compozit nhựa epoxy/ sợi bazan để làm tăng cường độ bền kéo và độ bền uốn [64].
Behzadnasab và cộng sự đã nghiên cứu biến tắnh nano ZrO2 với tác nhân amino propyl trimethoxy silan (APS) và đánh giá khả năng chống ăn mòn của lớp phủ trên cơ sở nhựa epoxy sử dụng bột độn nano ZrO2 đã biến tắnh. Với quá trình biến tắnh, 10 gam hạt nano ZrO2 được giữ trong buồng chân không trong 1 giờ ở 120oC, sau đó phân tán trong 30 ml axeton bằng phương pháp khuấy trong 1 giờ với tốc độ 300 vòng/phút và siêu âm trong 20 phút. Sau đó hỗn hợp được bổ sung thêm dần 5 gam APS và khuấy thêm 24 giờ ở nhiệt độ môi trường. Hỗn hợp thu được sau đó được rửa bằng axeton và ly tâm thu được nano ZrO2 đã biến tắnh và hiệu quả quá trình biến tắnh chỉ ra bằng phương pháp phân tắch phổ hồng ngoại và phương pháp phân tắch nhiệt TGA. Các lớp sơn sử dụng bột độn nano ZrO2 đã biến tắnh với hàm lượng từ 2-3% về khối lượng đem lại hiệu quả chống ăn mòn tối ưu nhất [65].
Takeshi và cộng sự đã nghiên cứu biến tắnh nano zirconi oxit với 3- (methacryloxy) propyl Ờtrimethoxy silan. Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, hợp chất silian đã liên kết với bề mặt của các hạt nano zirconi oxit bởi các nhóm Zr-OH trên bề mặt các hạt. Bột nano ZrO2 được phân tán trong dung dịch metanol với hàm
34
lượng nano ZrO2 chiếm 2,5% về khối lượng bằng phương pháp khuấy trong bể nước lạnh. Sau đó 3- (methacryloxy) propyl Ờtrimethoxy silan được thêm vào từng giọt và được khuấy đều trong 30 phút. Hỗn hợp thu được được khuấy, đun sôi có hồi lưu trong 15 giờ. Dung dịch thu được sau phản ứng được kết tủa trong nước và thu được ZrO2 biến tắnh sau khi đã lọc rửa cẩn thận bằng dung dịch metanol/nước. Mật độ các nhóm chức Zr-OH trên bề mặt và sự biến đổi bề mặt của các hạt nano bằng tác nhân silan được xác định bằng phương pháp phân tắch nhiệt TGA và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Ờ FTIR. Bột nano ZrO2 đã biến tắnh được đồng trùng hợp với monome polymetyl metacrylat để tạo thành vật liệu polyme lai vô cơ Ờ hữu cơ, có đặc tắnh ổn định nhiệt và độ trong suốt quang học cao hơn so polyme tổng hợp từ metyl metacrylat [66].
Mehdi và cộng sự đã nghiên cứu biến tắnh hạt nano zirconi oxit bằng tác nhân aminopropyl trimethoxy silan - GX540, để chế tạo vật liệu nano compozit trên cơ sở nhựa phthalonitril. Các hạt nano ZrO2 được phân tán trong etanol và tác nhân biến tắnh GX540, sau đó hỗn hợp được khuấy để phản ứng trong 06 giờ. Sản phẩm các hạt nano ZrO2 biến tắnh sau đó được lọc, rửa cẩn thận và sấy khô ở 80oC. Các kết quả phân tắch quá trình biến tắnh bề mặt nano ZrO2 chỉ ra có sự xuất hiện các liên kết Si-O-Zr đặc trưng ở dải bước sóng 1200cm-1, điều này khẳng định hiệu quả quá trình biến tắnh bề mặt các hạt nano ZrO2. Các hạt nano ZrO2 sau khi biến tắnh được phân tán trong nền nhựa phthalonitril tạo thành vật liệu nano compozit. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng bổ sung thêm các hạt nano ZrO2 biến tắnh làm tăng tắnh chất nhiệt và làm hạt nano ZrO2 phân tán tốt hơn trong nền nhựa phthalonitril [67].
Abbas và cộng sự đã nghiên cứu biến tắnh nano ZrO2 bằng tác nhân silan Ờ vinyl trimetoxy silan để cải thiện sự phân tán các hạt nano trong nền nhựa urethan acrylic (hình 1.20). Quá trình biến tắnh hạt nano ZrO2 được tiến hành bằng cách phân tán 10 gam nano ZrO2 vào trong 60 ml dung dịch rượu isopropyl và 0,25 ml axit HCl 32%. Sau đó bổ sung thêm 0,5 g vinyl trimetoxy silan và tiến hành khuấy trộn bằng máy khuấy từ trong 24 giờ. Tiếp theo, hỗn hợp được rửa vài lần bằng etanol và sấy ở nhiệt độ 80oC trong thời gian 6 giờ để loại bỏ hết dung môi, đồng thời thu được các hạt nano ZrO2 đã biến tắnh. Vật liệu nano compozit được chế tạo trên cơ sở các hạt nano ZrO2 đã biến tắnh và nhựa urethan acrylic cho thấy tắnh chất ổn định nhiệt và tắnh chất đàn hồi được cải thiện so với trường hợp không sử dụng
các hạt nano này [68].
Hình 1.20. Các phản ứng của quá trình biến tắnh hạt nano ZrO2 bằng tác nhân silan
Mohammed và cộng sự đã sử dụng tác nhân silan 3-(trimetoxysilyl) propyl metacrylat để biến tắnh hạt nano ZrO2. Quá trình biến tắnh bằng tác nhân silan loại này được thực hiện bằng cách phân tán 0,3 gam 3-(trimetoxysilyl) propyl metacrylat vào trong 100 ml axeton sau đó thêm 30 gam nano ZrO2 vào hỗn hợp trên và khuấy bằng máy khuấy từ trong 30 phút. Hỗn hợp sau đó được loại bỏ dung môi axeton bằng thiết bị cô quay chân không ở nhiệt độ 60oC trong 30 phút. Tiếp theo, mẫu được làm nóng ở nhiệt độ 120oC trong 02 giờ để xảy ra phản ứng ngưng tụ giữa các nhóm ZrOH trên bề mặt các hạt nano với nhóm Si-OH của tác nhân silan sau khi bị thủy phân [69].
Trong luận án tiến sĩ của Phạm Văn Phong đã nghiên cứu, chế tạo thành công xúc tác meso zirconi sunfat hóa có cấu trúc dạng mao quản trung bình (MQTB) trật tự với tường thành chắnh là zirconi oxit, theo phương pháp ngưng tụ tự sắp xếp. Nghiên cứu, ứng dụng thành công hai phương pháp nâng cao độ ổn định nhiệt cho xúc tác, trong đó phương pháp oxophotphat hóa từng bước giúp xúc tác ổn định ở nhiệt độ cao hơn, khoảng 530oC. Xúc tác sau khi tách chất tạo cấu trúc vẫn giữ được hệ thống mao quản trung bình trật tự, bề mặt riêng lớn, đường kắnh mao quản phù hợp, tập trung, lực axit rất mạnh, phù hợp làm xúc tác cho phản ứng
36
chuyển hóa cặn béo thải thành biodiesel [70].
Nhận xét: Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để biến tắnh bề mặt, tuy nhiên sau khi phân tắch cụ thể từng phương pháp, phương pháp biến tắnh bề mặt của các hạt nano với tác nhân liên kết silan bằng PDMS đã được đề xuất, sau đó sẽ sử dụng nanosilica và nano zirconi oxit đã biến tắnh bề mặt với các tỷ lệ khác nhau để đưa vào thành phần sơn silicon chịu nhiệt.