Ảnh hưởng của khoáng sericit đến độ bền nhiệt của vật liệu

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.2. Nghiên cứu khả năng gia cường sericit biến đổi bề mặt cho vật liệu CSTN

3.2.5. Ảnh hưởng của khoáng sericit đến độ bền nhiệt của vật liệu

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở trên, đã chọn 3 mẫu vật liệu CSTN, CSTN chứa 30 pkl sericit ban đầu và CSTN chứa 30pkl sericit biến đổi với VTMS để khảo sát độ bền nhiệt bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA. Giản đồ nhiệt của 3 loại vật liệu này được thể hiện trên hình 3.7.

Trên giản đồ TGA của CSTN (hình 3.7 đường a) đã xuất hiện 2 vùng phân huỷ mạnh nhất đặc trưng của cao su thiên nhiên ở 340,62°C và 492,71°C, trong đó vùng nhiệt độ ban đầu là rất quan trọng. ở vùng nhiệt độ này khối lượng vật liệu đã suy giảm phần lớn (74,48 %), nó đặc trưng cho độ bền nhiệt của vật liệu CSTN. Khi cao su được gia cường bằng sericit các vùng nhiệt độ này đã thay đổi.

Hình 3.7: Giản đồ phân tích nhiệt của CSTN/sericit

Hình 3.7 đường b là giản đồ TGA của mẫu CSTN/sericit không biến đổi bề mặt. Nhiệt độ phân huỷ mạnh nhất ban đầu đã tăng lên 7°C, chứng tỏ khống sericit đã có tác dụng làm tăng độ bền nhiệt của CSTN. Sự gia tăng này còn thể hiện mạnh

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng

hơn nhiều khi sử dụng khoáng sericit được biến đổi bằng VTMS. Nhiệt độ phân huỷ cao nhất ban đầu của mẫu có S1V4 đã tăng lên 24°C, đạt ở 364,71°C (hình 3.7 đường c).

Khoáng sericit được xử lý bằng VTMS đã có tác dụng rất tốt như là chất gia cường cho vật liệu cao su kể cả gia tăng độ bền nhiệt.

3.2.6. Ảnh hưởng của bột khoáng sericit biến đổi bề mặt đến cấu trúc hình thái của vật liệu

Cấu trúc hình thái của vật liệu cao su được gia cường với 30 pkl khoáng sericit đã được khảo sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên bề mặt gẫy của mẫu đo. Hình biểu diễn ảnh SEM bề mặt gẫy của vật liệu CSTN có chứa sericit chưa biến đổi bề mặt.

Hình 3.8: Ảnh SEM mẫu CSTN có sericit ban đầu

Sericit có cấu trúc dạng hình vảy ngay cả khi có kích thước rất nhỏ 5-10 m, chúng tồn tại tương đối độc lập, khơng thấy có liên kết với CSTN.

Các phiến sericit được biến đổi bề mặt bằng loại aminsilan (hình 3.9) đã phân bố trong CSTN đều đặn hơn và khơng thấy tách pha mạnh như các mẫu có sericit nguyên thủy. Tương tác pha giữa sericit biến tính với CSTN tốt hơn nhờ các nhóm chức trên bề mặt sericit làm cho sức căng bề mặt giữa 2 pha giảm.

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng

Hình 3.9: Ảnh SEM mẫu cao su có sericit S1A4

Cũng giống như trường hợp Sericit được biến đổi bề mặt bằng 3-APTMS, sericit biến tính với VTMS S1V (hình 3.10) đã phân bố trong CSTN đều đặn hơn và khơng thấy tách pha mạnh như các mẫu có sericit chưa biến đổi bề mặt. Tương tác pha giữa sericit S1V với CSTN tốt hơn nhờ có tác nhân ghép nối VTMS trên bề mặt sericit làm cho sức căng bề mặt giữa 2 pha giảm.

Hình 3.10: Ảnh SEM mẫu cao su có S1V4

Nhận xét

Sericit là loại bột khống có cấu trúc vảy với nhiều tính chất quí, được nghiên cứu gia cường cho CSTN. Cần phải biến đổi bề mặt của sericit để tăng khả năng

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng

trộn hợp, tương tác pha và tính chất của vật liệu. Sericit đã giúp cho hỗn hợp CSTN/sericit linh động hơn trong q trình lưu hóa và thời gian lưu hóa được giảm thiểu.

Sericit được biến đổi bề mặt bằng aminsilan có tác dụng thúc đẩy q trình lưu hóa của CSTN. Thực nghiệm cho thấy, tổ hợp CSTN chứa sericit biến tính bằng aminsilan có tính chất tốt hơn nhất khi sử dụng 20% sericit.

Sericit biến đổi bằng VTMS có khả năng gia cường tính chất cơ, độ cách điện và độ bền nhiệt cho vật liệu CSTN. Với 30 pkl sericit biến đổi bằng VTMS, vật liệu CSTN/sericit đã có độ bền kéo đứt tăng hơn 2,5 lần, điện áp đánh thủng đạt giá trị lớn hơn 180 kVcm-1

, độ bền nhiệt tăng 24°C.

Tương tác pha giữa CSTN với sericit đã biến đổi bề mặt tốt hơn so với trường hợp chưa được biến đổi bề mặt. Các tác nhân silan làm cho chúng phân bố đều đặn hơn dẫn đến gia tăng các tính chất của vật liệu.

3.3. Nghiên cứu ứng dụng sericit để tăng cường khả năng bảo vệ cho hệ sơn pek-epoxy pek-epoxy

3.3.1. Chế tạo sơn trên cơ sở nhựa epoxy

Để nghiên cứu khả năng sử dụng sericit gia cường cho sơn trên cơ sở nhựa epoxy, luận văn đã sử dụng loại sơn epoxy-pek đã được nghiên cứu chế tạo và sử dụng của phòng Vật liệu Polyme và copmpozit.

Chất tạo màng được chế tạo từ nhựa epoxy epicot 1001 và nhựa than đá pek có nguồn gốc từ Thái Nguyên, sản phẩm phụ trong q trình luyện cốc. Nhựa than đá được đun nóng đến trên 200°C để đuổi hết các thành phần nhẹ.

Chế tạo sơn được tiến hành:

- Hòa tan từng phần riêng biệt nhựa pek và epoxy, phối trộn với nhau và bổ xung dung mơi để có dung dịch 70%.

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng

nghiền bi hành tinh

- Trộn đều, bổ xung các thành phần và dung môi để được 6 tổ hợp sơn có ký hiệu EP, EP 1, EP 2, EP 3, EP 4 và EP 5 với hàm lượng sericit khác nhau (0, 2,5, 5, 10, 15, 20 tương ứng).

Thành phần của các loại sơn nghiên cứu được thể hiện trên bảng 3.7. Các mẫu sơn được kiểm tra các tính chất và tạo màng để khảo sát các tính chất cơ lý.

Bảng 3.7: Thành phần sơn nghiên cứu

Thành phần

Hàm lượng (pkl)

EP EPS 1 EPS 2 EPS 3 EPS 4 EPS 5

Chất tạo màng 82,15 80,1 78 74 67,8 65,7 Sericit 0 2,5 5 10 15 20 Hóa dẻo 1,6 1,57 1,53 1,45 1,37 1,29 Đóng rắn 17,85 17,4 17 16 15,2 14,3 Dung môi 67 67 67 67 67 67 Hàm lượng chất không bay hơi (%)

60 60 60 60 60 60

3.3.2. Khảo sát tính chất của sơn

Tính chất của các mẫu sơn được trình bầy trên bảng 3.8. Ở đây thấy rằng, khi có mặt của sericit thời gian khô của màng sơn được giảm đi, nhất là khơ khơng bắt bụi. Điều này được giải thích là do sự thốt dung mơi thuận lợi hơn khi có sericit trong tổ hợp sơn. Mặt khác khơng loại trừ khả năng q trình đóng rắn màng sơn được thúc đẩy nhờ các hợp chất silan có trên bề mặt sericit.

Độ mịn của các mẫu sơn có chứa sericit không được thấp, phần lớn vào khoảng 50 m. Kiểm tra lại kích thước và phân bố của hạt sericit thì thấy rằng,

sericit nghiên cứu có kích thước hạt trung bình nhỏ (11,04 m) nhưng vẫn có một lượng nhỏ các hạt thơ có kích thước > 40 m (Hình 2.1). Các hạt thơ đã làm ảnh

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng

Bảng 3.8: Tính chất của sơn

Mẫu sơn

Độ mịn

(m)

Thời gian khô Chiều dày

màng sơn (m) Không bắt bụi (giờ) Khơ hồn tồn (giờ) EP 10 6 25 72,2 EPS 1 40 5 24 62,4 EPS 2 50 5 20 54,4 EPS 3 50 5 20 46 EPS 4 50 4 18 53,4 EPS 5 50 4 17 55,2

3.3.3. Khảo sát tính chất cơ lý của màng sơn

Khi có mặt của sericit các tính chất cơ lý của màng sơn hầu như khơng thay đổi và đạt ở các mức cao theo tiêu chuẩn như độ bám dính và độ bền uốn, đảm bảo cho màng sơn sử dụng tốt. Độ bền va đập có bị suy giảm khi tăng hàm lượng sericit tới 20 %. Tuy nhiên với giá trị 47 KG.cm, màng sơn vẫn đảm bảo tiêu chuẩn cho phép

Độ cứng màng sơn tăng đáng kể khi được gia cường bằng sericit. Sau 1 tuần các giá trị này đã lớn hơn 30 %, giá trị cho phép theo tiêu chuẩn, khi màng sơn đóng rắn hồn tồn các giá trị này tăng lên nhiều. Trên bảng 3.9 cho thấy khi hàm lượng sericit tăng thì độ cứng tăng ở các mẫu EP 1 đến Ep 3. Tuy nhiên ở các mẫu có chứa 15 và 20% sericit độ cứng lại bị suy giảm. Điều này có thể do ảnh hưởng của hạt sericit ở phân đoạn có kích thước lớn.

Sericit đã làm tăng độ cứng của màng sơn, giúp cho độ bền của sơn tăng lên, nhất là khi sử dụng ở những nơi có tác động của cơ học, hay bị trà sát như gió và cát bụi.

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng Bảng 3.9: Tính chất cơ lý màng sơn Mẫu sơn Độ bám dính (Điểm) Độ bền uốn (mm) Độ bền va đập (KG.cm) Độ cứng (%) Sau 1 tuần Đóng rắn hồn tồn EP 1 1 50 25,09 50,1 EPS 1 1 1 50 29,76 52,4 EPS 2 1 1 50 41,53 56,94 EPS 3 1 1 50 46,24 57,76 EPS 4 1 1 45 35,29 51,65 EPS 5 1 1 47 36,94 42,12

3.3.4. Khảo sát độ bền hóa chất của màng sơn

Để khảo sát độ bền mơi trường hóa chất của màng sơn, đã tiến hành ngâm mẫu trong các dung dịch muối NaCL, axit HCl và dung dịch NaOH. Trên bảng 5 thấy rằng, sau 48 giờ ngâm mẫu màng sơn của tất cả các loại sơn chưa thấy có dấu hiệu hư hỏng. Sau 60 ngày thử nghiệm, màng sơn EP khơng chứa sericit có bị suy giảm chút ít trong dung dịch axit và kiềm, cũng như màng sơn EPS 1 và EPS 2 trong dung dịch kiềm. Tuy nhiên sự suy giảm này là không đáng kể. Sericit đã thể hiện khả năng tăng cường độ bền hóa chất của sơn.

Bảng 3.10: Độ bền hóa chất màng sơn

Mẫu sơn

Độ chịu mặn Độ chịu axit Độ chịu kiềm

Sau 48 h 60 ngày Sau 48 h 60 ngày Sau 48 h 60 ngày

EP 0 0 0 + 0 + EPS 1 0 0 0 0 0 + EPS 2 0 0 0 0 0 + EPS 3 0 0 0 0 0 0 EPS 4 0 0 0 0 0 0 EPS 5 0 0 0 0 0 0

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng

3.3.5. Xác định khả năng bảo vệ màng sơn bằng thử nghiệm mù muối

Bảng 3.11 cho thấy kết quả thử nghiệm mù muối của các mẫu sơn khơng có sericit EP và 3 mẫu sơn có chứa sericit EPS 3, EPS 4, EPS 5. Ở vị trí khơng bị phá hủy, màng sơn không xuất hiện vết gỉ. Tại các vết rạch, màng sơn có chứa sericit ít bị gỉ hơn.

Bảng 3.11: Kết quả thử nghiệm mù muối sau 480 giờ

EP EPS3 EPS4 EPS5

Gỉ tại vùng khơng rạch Diện tích gỉ, % 0 0 0 0 Đánh giá, điểm 10 10 10 10 Gỉ tại vết rạch Bề rộng vết gỉ, mm 0,8 0,5 0,5 0,5 Đánh giá, điểm 8 9 9 9

3.3.6. Khảo sát tính chất che chắn của màng sơn

- Sau 1 ngày ngâm mẫu thử nghiệm

Khả năng che chắn của màng sơn được khảo sát bằng phương pháp điện hóa. Phổ tổng trở dạng Nyquist của các mẫu EP, EP1, EP3, EP4, EP5 sau 1 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% được thể hiện trên các hình 1 đến 5. Ở đây thấy rằng, ở tất cả các mẫu, các số liệu cịn chưa ổn định, khơng thấy xuất hiện cung trên giản đồ tổng trở. Màng sơn thể hiện độ che chắn rất tốt, chưa thấy có sự xâm nhập của dung dịch điện ly NaCl. Màng sơn còn được ngăn cách với dung dịch điện ly qua màng sơn. Tuy nhiên các số liệu cịn tản mạn, có lẽ do màng sơn chưa thật ổn định.

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng -5.00E+05 -4.00E+05 -3.00E+05 -2.00E+05 -1.00E+05 0.00E+00 1.00E+05 2.00E+05 3.00E+05 4.00E+05 5.00E+05

-4.00E+05 0.00E+00 4.00E+05 8.00E+05 1.20E+06 1.60E+06

Real (Ohm) -I m a g ( O h m )

Hình 3.11: Phổ tổng trở Mẫu EP trong dung dịch NaCl 3.5%

sau 1 ngày thử nghiệm

-1.00E+05 -5.00E+04 0.00E+00 5.00E+04 1.00E+05 1.50E+05 2.00E+05 2.50E+05 3.00E+05 3.50E+05 4.00E+05

-4.00E+05 -2.00E+05 0.00E+00 2.00E+05 4.00E+05 6.00E+05 8.00E+05 1.00E+06 1.20E+06 Real (Ohm) -I m a g ( O h m )

Hình 3.12: Phổ tổng trở Mẫu EP1 trong dung dịch NaCl 3.5%

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng -2.00E+08 -1.50E+08 -1.00E+08 -5.00E+07 0.00E+00 5.00E+07 1.00E+08 1.50E+08 2.00E+08 2.50E+08

-2.00E+08 -1.00E+08 0.00E+00 1.00E+08 2.00E+08 3.00E+08

Real (Ohm) -Im a g ( O h m )

Hình 3.13: Phổ tổng trở Mẫu EP3 trong dung dịch NaCl 3.5%

sau 1 ngày thử nghiệm

-1.00E+08 0.00E+00 1.00E+08 2.00E+08 3.00E+08 4.00E+08 5.00E+08 6.00E+08 7.00E+08 8.00E+08

-1.00E+09 -8.00E+08 -6.00E+08 -4.00E+08 -2.00E+08 0.00E+00 2.00E+08 4.00E+08 6.00E+08 Real (Ohm) -I m a g ( O h m )

Hình 3.14: Phổ tổng trở Mẫu EP4 trong dung dịch NaCl 3.5%

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng

- Sau 42 ngày ngâm mẫu thử nghiệm

Sau 42 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3%, phổ tổng trở của các mẫu đã bắt đầu hình thành 1 cung ở tần số thấp, song chưa rõ ràng. Ở các mẫu EP và EP1 giản đồ có cung tương đối rõ ràng hơn (hình 3.16 và 3.17). Điều này thể hiện chất điện ly NaCl đa bắt đầu xâm nhập vào bề mặt đế thép gây hiện tượng ăn mòn vật liệu. Vận tốc ăn mịn điện hóa lúc này phụ thuộc vào quá trình khuyếch tán của các chất điện ly. Ở đây ta thấy tác dụng che chắn của sericit đã được thể hiện. Tính che chắn này đã tăng theo hàm lượng sericit. Ở hàm lượng sericit thấp 0,5% khả năng che chắn của sericit chưa được thể hiện rõ.

-6.00E+08 -4.00E+08 -2.00E+08 0.00E+00 2.00E+08 4.00E+08 6.00E+08 8.00E+08

-5.00E+08 0.00E+00 5.00E+08 1.00E+09 1.50E+09 2.00E+09 2.50E+09 3.00E+09 3.50E+09 Real (Ohm) -I m a g ( O h m )

Hình 3.15: Phổ tổng trở Mẫu EP5 trong dung dịch NaCl 3.5%

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng 0.00E+00 2.00E+02 4.00E+02 6.00E+02 8.00E+02 1.00E+03 1.20E+03 1.40E+03 1.60E+03

2.00E+03 2.50E+03 3.00E+03 3.50E+03 4.00E+03 4.50E+03 5.00E+03 5.50E+03 6.00E+03 Real (Ohm) -I m a g ( O h m )

Hình 3.16: Phổ tổng trở Mẫu EP trong dung dịch NaCl 3.5%

sau 42 ngày thử nghiệm

5.00E+03 1.00E+04 1.50E+04 2.00E+04 2.50E+04 3.00E+04

-2.00E+04 0.00E+00 2.00E+04 4.00E+04 6.00E+04 8.00E+04 1.00E+05 1.20E+05 Real (Ohm) -I m a g ( O h m )

Hình 3.17: Phổ tổng trở Mẫu EP1 trong dung dịch NaCl 3.5%

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng -1.00E+05 -5.00E+04 0.00E+00 5.00E+04 1.00E+05 1.50E+05 2.00E+05 2.50E+05 3.00E+05 3.50E+05

0.00E+00 2.00E+05 4.00E+05 6.00E+05 8.00E+05

Real (Ohm) -I m a g ( O h m )

Hình 3.18: Phổ tổng trở Mẫu EP3 trong dung dịch NaCl 3.5%

sau 42 ngày thử nghiệm

-1.00E+05 -5.00E+04 0.00E+00 5.00E+04 1.00E+05 1.50E+05 2.00E+05 2.50E+05

-3.00E+05 -2.00E+05 -1.00E+05 0.00E+00 1.00E+05 2.00E+05 3.00E+05 4.00E+05 Real (Ohm) -I m a g ( O h m )

Hình 3.19: Phổ tổng trở Mẫu EP4 trong dung dịch NaCl 3.5%

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng

- Sau 56 ngày ngâm mẫu thử nghiệm

Sau 56 ngày ngâm mẫu thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3% đã thấy phổ tổng trở của các mẫu có dạng khác nhau. Với các mẫu thử nghiệm EP và EP 1 (hình 3.21 và 3.22), phổ đặc trưng bởi cung thứ nhất đã rõ ràng hơn là các mẫu còn lại. Độ lớn của cung ăn mòn này tăng theo chiều tăng của hàm lượng sericit, tuy nhiên thấy có cực đại ở mẫu EP 3. Trên bảng 3.2, điện trở của màng sơn sau 56 ngày thử nghiệm đã thấy khả năng bảo vệ của màng sơn đã khác nhau ở các mẫu.

Điện trở màng là một thông số đặc trưng cho khả năng bảo vệ màng sơn dưới tác dụng của môi trường xâm thực. Theo đánh giá thì một màng sơn được xem là có khả năng bảo vệ chống ăn mòn tuyệt vời khi điện trở màng Rf lớn hơn 109 .cm2

, khi điện trở màng sơn trong khoảng 106 .cm2

<Rf109 <.cm2

thì màng sơn có khả năng bảo vệ kim loại khơng bị ăn mịn. Nếu Rf < 106 .cm2 thì màng sơn khơng cịn khả năng bảo vệ chống ăn mòn. Như vạy khả năng bảo vệ của các mẫu EP và EP 1 kém. Điều này cũng được thể hiện bằng kết quả thử nghiệm môi trường ở mục

-5.00E+04 0.00E+00 5.00E+04 1.00E+05 1.50E+05 2.00E+05 2.50E+05 3.00E+05

-1.00E+05 0.00E+00 1.00E+05 2.00E+05 3.00E+05 4.00E+05 5.00E+05 6.00E+05 Real (Ohm) -I m a g ( O h m )

Hình 3.20: Phổ tổng trở Mẫu EP5 trong dung dịch NaCl 3.5%

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Nguyễn Việt Dũng