Quan sát thấy sự co cụm rõ rệt của hạt trong màng epoxy, điều này đã được khẳng định là do các hạt Fe3O4 cĩ các nhĩm –OH trên bề mặt gây ra sự khơng tương hợp với nhựa nền hữu cơ làm cản trở sự phân tán của hạt vào nền epoxy. Do đĩ việc cần thiết phải biến tính bề mặt hạt bằng các hợp chất hữu cơ nhằm gia tăng khả năng phân tán của hạt vào nền mà khơng làm mất đi hoạt tính vốn cĩ.
Tĩm tắt phần 3.1:
Các hạt nano Fe3O4, α-Fe2O3 được chế tạo bằng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt và xử lý nhiệt hạt Fe3O4 trong mơi trường khơng khí để chế tạo hạt nano γ- Fe2O3. Các hạt sản phẩm được phân tích các đặc trưng cấu trúc cũng như bề mặt. Kết quả cho thấy: mẫu vật liệu Fe3O4 và γ-Fe2O3 thu được cĩ kích thước nanomet, cĩ độ tinh khiết cao, và cĩ tính thuận từ. Hạt α-Fe2O3 khơng cĩ từ tính trong khi và γ-Fe2O3 cĩ từ tính thấp hơn so với Fe3O4. Khảo sát khả năng bảo vệ chống ăn mịn của lớp phủ epoxy chứa các hạt nano oxit sắt cho thấy các hạt nano α-Fe2O3 và γ-Fe2O3 cĩ khả năng làm điền đầy các lỗ rỗ tăng khả năng che chắn của lớp phủ. Trong khi đĩ hạt Fe3O4 cho thấy hoạt tính bảo vệ cao hơn, khả năng che chắn tốt do cĩ diện tích bề mặt lớn, cĩ khả năng tương tác tốt với các oxit trên bề mặt mẫu thép làm tăng cường khả năng bảo vệ của màng epoxy.
Từ các kết quả khảo sát ban đầu này, các nghiên cứu tiếp theo dưới đây tập trung khai thác nghiên làm rõ vai trị và ảnh hưởng của hạt nano sắt từ Fe3O4
(cĩ và khơng cĩ biến tính hữu cơ hĩa với tác nhân ghép nối silan hoặc chất ức chế ăn mịn gốc hữu cơ) trong lớp phủ đến khả năng che chắn, bảo vệ của lớp phủ chống lại sự ăn mịn thép kỹ thuật trong mơi trường xâm thực NaCl.
3.2. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG BẢO VỆ CỦA LỚP MÀNG PHỦ EPOXY CHỨA CÁC HẠT NANO OXIT SẮT TỪ Fe3O4 VÀ NANO EPOXY CHỨA CÁC HẠT NANO OXIT SẮT TỪ Fe3O4 VÀ NANO OXIT SẮT TỪ BIẾN TÍNH HỮU CƠ HĨA
3.2.1. Khảo sát khả năng bảo vệ chống ăn mịn của lớp phủ epoxy chứa hạt nano oxit sắt từ biến tính silan nano oxit sắt từ biến tính silan
Các hạt nano oxit sắt từ chế tạo bằng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt được biến tính bằng ba loại silan khác nhau bao gồm:
N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan(APTS)
Diethoxy(methyl)phenylsilan (DMPS)
Tetraethoxysilan (TEOS)
Các vật liệu sau biến tính được khảo sát các đặc tính bằng phương pháp phổ hồng ngoại (IR), đặc trưng nhiệt bằng giản đồ phân tích nhiệt. Trạng thái bề mặt hạt nano Fe3O4 biến tính silan được xác định qua giá trị điện thế bề mặt Zeta.
3.2.1.1. Đặc trưng hạt nano oxit sắt từ biến tính silan
Phổ hồng ngoại (FT-IR)
Sử dụng phổ hồng ngoại cho phép kiểm tra sự biến tính các hạt nano sắt tử với các phân tử silan. Các đặc trưng trong liên kết của các mẫu vật liệu nano oxit sắt từ sau khí biến tính với các silan sẽ cĩ thể sẽ được phát hiện thơng qua sự hình thành các liên mới hoặc sự dịch chuyển vị trí số sĩng trên mẫu.
Hình 3.18 quan sát được phổ hồng ngoại của mẫu vật liệu Fe3O4 cĩ xuất hiện pic tại số sĩng 3433 cm-1 và 1630 cm-1 đặc trưng cho dao động hĩa trị và dao động biến dạng của liên kết O–H, các pic này cũng xuất hiện trên trên phổ IR của mẫu Fe3O4/APTS tại 3432,1629 cm-1; Fe3O4/DMPS tại 3429, 1633 cm-1; và Fe3O4/TEOS tại 3424, 1635 cm-1. Các pic phổ đặc trưng cho liên kết Fe–O trong
Fe3O4 lần lượt xác định ở 585 cm-1 và 447 cm-1 [21, 59]; chúng đều xuất hiện trong các mẫu biến tính, tuy nhiên so với mẫu sắt từ ban đầu cĩ sự dịch chuyển nhẹ.
Hình 3.18. Phổ hồng ngoại của nano oxit sắt từ Fe3O4 và nano Fe3O4 biến
Các pic đặc trưng của các silan ATPS, DMPS, và TEOS ban đầu (xem phổ hồng ngoại tương ứng trong phụ lục PL-1 đến PL-3) đều khơng thấy xuất hiện trên các phổ hồng ngoại của các mẫu biến tính. Bên cạnh đĩ, quan sát thấy các pic đặc trưng cho liên kết Si–O–Fe tại vị trí số sĩng khoảng 1120 cm-1 và Si–O–Si tại 1050 cm-1 [17, 47, 82, 83, 85, 87] trên phổ hồng ngoại của các mẫu biến tính đã cĩ chứng tỏ các hạt nano sắt từ đã tạo liên kết với các phân tử silan sau khi biến tính. Các đặc trưng liên kết của các mẫu sắt từ và mẫu sắt từ biến tính được trình bày tĩm tắt trong Bảng 3.5
Bảng 3.5. Các đặc trưng dao động trên phổ IR trong mẫu nano oxit sắt từ trước và sau khi biến tính silan: APTS, DMPS và TEOS
Số sĩng (cm-1)
Liên kết Fe3O4 Fe3O4/APTS Fe3O4/DMPS Fe3O4/TEOS
585 447 586 453 602 474 619 467 Fe–O 3433 1630 3432 1629 3429 1633 3424 1635 –OH 1119 1120 1116 –Si–O–Fe 1040 1043 1043 –Si–O–Si
Giản đồ phân tích nhiệt (TGA)
Hình 3.19 mơ tả đường cong phân tích nhiệt TG/ATD của mẫu Fe3O4 được đo trong khí quyển khơng khí, tốc độ gia nhiệt 10 oC/phút, từ 25 oC đến 800 oC .