Với mục tiêu tìm kiếm những ứng dụng mới của sét hữu cơ trong công nghiệp sơn, chúng tôi đã tiến hành xủ lý sét thơ và biến tính chúng bằng chất hoạt động bề mặt xetyltrimetylamoni bromua với tỷ lệ khác nhau vào khảo sát hàm lượng sét/CTAB thích hợp.
3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CTAB đến khoảng cách không gian cơ sở của sét
Các mẫu sét thô đã xử lý được trao đổi ion CTA+ theo phương pháp khô. Bảng 3.1 trình bày 6 mẫu sét hữu cơ có thành phần CTAB từ 0 – 110% theo khối lượng, dung môi sử dụng là etanol.
Bảng 3.1: Các giá trị khoảng cách giữa hai lớp sét khi tăng hàm lượng CTAB
Mẫu Sét hữu cơ d001, Ao ∆= (d001 – 9,6), Ao
1 Bent.DL – CTAB (0%) 15,53 5,93 2 Bent.DL – CTAB (30%) 16,94 7,34 3 Bent.DL – CTAB (40%) 18,64 9,04 4 Bent.DL – CTAB (60%) 25,03 15,43 5 Bent.DL– CTAB (100%) 25,61 16,01 6 Bent.DL-CTAB (110%) 25,12 15,52
tương ứng. Các mẫu sét xuất hiện góc nhiễu xạ 2 ở 7,5o
; 19,8o; 26;8o; 36,6o đặc trưng cho pha montmorillonit.
5 10 15 20 25 30 35 40
2-Theta
Mau 6 Mau 5
Mau 4 Mau 3
Mau 2 Mau 1
Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ của các mẫu sét hữu cơ với hàm lượng CTAB khác nhau.
Kết hợp hình 3.1 và bảng 3.1 có thể khẳng định khoảng cách không gian cơ sở phụ thuộc vào hàm lượng CTAB chống. Khoảng cách giữa các lớp sét tăng mạnh khi lượng CTAB tằng từ 0 đến 60%. Ở hàm lượng cao hơn, CTAB dường như “bão hòa’ nên khoảng cách không gian cơ sở gần như khơng đổi. Ngồi ra, hàm lượng CTAB cao cịn làm giảm diện tích bề mặt riêng của sét. Thực vậy, mẫu bent.DL.Na ban đầu có diện tích bề mặt riêng là 68,9 m2/g nhưng giảm xuống còn 33,8 m2/g khi hàm lượng CTAB đạt trên 60%. Do vậy, chúng tôi cố định hàm lượng CTAB ở 60% theo khối lượng và xem xét ảnh hưởng của điều kiện chống đến chất lượng sét chống. Yếu tố đầu tiên được quan tâm là nhiệt độ điều chế sét hữu cơ.
3.1.2. Ảnh hưởng của dung môi.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi phân cực đến khả năng xen của CTAB vào giữa các lớp sét liền nhau, chúng tôi thực hiện tẩm 60% CTAB lên sét bằng 3 dung mơi phổ biến có độ phân cực khác nhau là ancol etylic, nước, và đimetylfocmamit ở nhiệt độ thích hợp 100 – 105oC trong 4 giờ. Khảo sát cấu trúc và tính tốn khoảng cách cơ sở
d001 bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Giản đồ nhiễu xạ XRD các mẫu được biểu diễn ở hình 3.2. 5 10 15 20 25 30 35 40 2-Theta Đimetylfocmamit Etanol Nước d = 18.636 d = 26,046 d = 26,233
Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X các mẫu sét chống trong dung môi khác nhau
Từ các giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu Bent.DL–CTAB (k) (nước), Bent.DL– CTAB (k) (etanol) và Bent.DL–CTAB (k) (DMF), khoảng cách giữa 2 lớp sét liền nhau được tính tốn theo mặt 011 và thu được khoảng cách ∆= (d001 – 9.6), Ao từ 9.0 đến 16.6 (bảng 3.3).
Bảng 3.3. Khoảng cách (d001 – 9.6) của sét chống CTAB trong dung môi khác nhau.
STT Dung môi d001, Ao ∆= (d001 – 9.6), Ao
1 Nước, H2O 18,64 9,04
2 Etanol, CH3CH2OH 26,05 16,45
3 N,N-đimetylfomamit, HCON(CH3)2 26,23 16,63
Rõ ràng, dung mơi N,N - đimetylfomamit tỏ ra thích hợp cho việc điều chế Bent.DL – CTAB (k) theo phương pháp khơ. Có thể CTAB hịa tan tốt trong dung mơi có nhiệt
độ sơi cao hơn (153oC), ít phân cực hơn so với etanol và nước do đimetylformamit có cấu trúc cộng hưởng:
Do vậy, chúng tôi đã dùng phương pháp khô với dung môi phân cực N,N – đimetylfomamit để điều chế Bent.DL–CTAB cho các nghiên cứu tiếp. So sánh các kết quả này với kết quả của phương pháp ướt trước đây chúng tôi thấy sản phẩm thu được bằng phương pháp khô dung môi hữu cơ N,N - đimetylfomamit cho khoảng cách ∆= (d001 – 9,6), Ao lớn hơn. Điều này có ý nghĩa về mặt cơng nghệ vì các bước sản xuất và xử lý đơn giản, không tốn nhiều thời gian.
Cũng từ đây, chúng tôi dùng phương pháp khô với dung môi phân cực N,N – đimetylfomamit, hàm lượng CTAB 60% khối lượng Bent.DL.Na, nhiệt độ xử lý 100 – 105oC, thời gian xử lý 4h để điều chế Bent.DL – CTAB d001=26 – 27Ao cho các nghiên cứu tiếp.
3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ điều chế Bent.DL-CTAB.
Với mong muốn thu được sét hữu cơ có khoảng cách khơng gian giữa hai lớp silicat lớn nhất, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tổng hợp sét hữu cơ theo phương pháp khô với dung môi N, N – đimetyl focmamit. Hàm lượng CTAB được tính tốn cố định khoảng 60%. Vùng nhiệt độ khảo sát từ 90 - 110oC. Các sản phẩm được kí hiệu chung là Bent.DL–CTAB (k) và được kiểm tra cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Bảng 3.2 liệt kê các mẫu sét chống và các giá trị khoảng cách giữa hai lớp sét liền nhau ở nhiệt độ xử lý khác nhau trong cùng đơn vị thời gian 4 giờ.
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng chống sét Bent-DL bằng CTAB trong dung môi etanol.
1 90 18,76 9,16
2 100 25,03 15,43
3 105 25,61 16,01
4 110 20,70 11,10
5 130 18,64 9,04
Từ các kết quả ở bảng 3.2 cho thấy sét chống CTAB được điều chế trong khoảng nhiệt độ 100-110oC trong dung môi etanol cho khoảng cách d001 khá lớn. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc tìm kiếm nâng cao khoảng cách khơng gian cơ sở của sét, góp phần cải thiện q trình hình thành hệ sol – gel thuận nghịch khi dùng Bent.DL– CTAB làm phụ gia làm đặc cho sơn.