CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU NEO TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THANH CỐT NEO
2.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NHỰA NỀN
2.2.2. Hữu cơ hoá bentonit
Khoáng sét (clay) là một chất vô cơ, có tính ưa nước. Trong khi nền epoxy để chế tạo vật liệu nanocompozit là các chất hữu cơ và có tính kỵ nước.
Do vậy clay rất khó trộn hợp với epoxy. Để tăng sự tương hợp giữa clay và epoxy thì người ta thường phải hữu cơ hoá biến tính claynano. Có một số phương pháp dùng để biến tính claynano, trong đó thông dụng nhất là phương pháp trao đổi ion.
Như đã trình bày tại mục 1.2.3.2, thì lực liên kết giữa các lớp clay là lực liên kết Van der Waals. Đây là một loại lực liên kết vật lý, có năng lượng liên kết rất thấp. Do đó sự gắn kết các lớp sét với nhau là kém nên các phân tử khác có thể xen vào khoảng giữa các lớp sét đó một cách khá dễ dàng. Để làm cho mont. trở nên kị nước, tương hợp tốt với epoxy, các cation ở khoảng giữa các lớp clay được thay thế bằng các chất hoạt động bề mặtnhư các cation của nhóm ankylamoni hay ankylphotphat. Các cation có thể thay thế thông dụng nhất là Na+, Ca2+, Mg2+, H+, K+ và NH4+.
Hình 2.4 mô tả sơ đồ tổng quất quá trình hữu cơ hoá biến tính khoáng sét bằng các chất hoạt động bề mặt cation thuộc họ alkylammonium. Khi biến tính thì đầu mang điện dương hướng về phía các mặt sét (do tương tác điện Culông) còn các mạch ankyl hướng ra ngoài [131].
Hình 2.4. Sơ đồ tổng quan hữu cơ hoá biến tính khoáng sét [131]
Sau khi biến tính hữu cơ, bề mặt sét trở nên kị nước một phần, năng lượng bề mặt của nó giảm nên tương hợp với các polyme hữu cơ. Kích thước
của nhóm ankyl càng lớn thì tính kỵ nước của clay càng cao và khoảng cách giữa các lớp claynano càng tăng.
Sự sắp xếp mạch ankyl trong khoảng giữa các lớp sét phụ thuộc vào hai yếu tố là mật độ điện tích của sét và loại chất hoạt động bề mặt. Mạch ankyl càng dài, mật độ điện tích của sét càng lớn thì khoảng cách d001 càng lớn. Mạch ankyl có thể sắp xếp song song với bề mặt sét tạo nên cấu trúc đơn lớp (khi mạch ankyl ngắn), hai lớp (khi mạch ankyl trung bình), hoặc giả ba lớp (khi mạch ankyl dài). Tuy nhiên mạch ankyl cũng có thể không nằm song song mà lại nằm chéo so với bề mặt clay, khi đó tạo ra cấu trúc paraffin. Cấu trúc paraffin cũng có thể đơn lớp hoặc hai lớp. Khi mật độ điện tích clay cao và chất hoạt động bề mặt có kích thước lớn thường tạo thành dạng 2 lớp giống chất lỏng. Với dạng đơn lớp, hai lớp, giả ba lớp, khoảng cách cơ sở giữa các lớp clay thể hiện sự sắp xếp không trật tự, giống chất lỏng. Với dạng praffin, thì sự sắp xếp có trật tự hơn, các mạch ankyl không nằm song song với các mặt clay nữa mà nằm chéo với các ion dương ở vị trí đối nhau, hình 2.5 mô tả sự sắp xếp những kiểu mạch ankyl này trong khoáng sét khi hữu cơ hoá biến tính [134].
Hình 2.5. Mô tả sự sắp xếp mạch ankyl khi hữu cơ hoá bề mặt khoáng sét [56]
Từ những nguyên tắc chung về hữu cơ hoá biến tính bề mặt khoáng sét nêu trên, bảng 2.2 giới thiệu một số chất hoạt động bề mặt mà hiện nay hay được sử dụng làm tác nhân để hữu cơ hoá (HCHB) khoáng sét với thành phần chính là montmorillonit.
Bảng 2.2. Các chất được sử dụng làm tác nhân hữu cơ hóa montmorillonit [9]
Công thức hóa học Tên gọi Tnc
(0C)
CH3N-Cl- Methylamine hyđrochloride 228
CH3(CH2)2NH2 Proyl amine -83
CH3(CH2)3NH2 Butyl amine -50
CH3(CH2)7NH2 Octyl amine -3
CH3(CH2)9NH2 Decyl amine 13
CH3(CH2)11NH2 Dodecyl amine 30
CH3(CH2)15NH2 Hexadecyl amine 46
CH3(CH2)17NH2 Octadecylamine 57
HOOC(CH2)5NH2 Axit 6 – Aminododecanoin 205
HOOC(CH2)11NH2 Tetramethyl ammonium chloride 186 (CH3)6N-Cl- N-Methyl octadecyl ammonium bromide > 300 CH3(CH2)17NH(CH3) Octaecyl trimethy ammonium bromide 45 CH3(CH2)17N- (CH3)3Br- Dodecyl dimethyl ammonium bromide 6 CH3(CH2)11N(CH3)3Br- Đioctadecyl đimethyl amonium clorua - CH3(CH2)17)2N-(CH3)2Cl- Didecyl dimethyl amonnium clorua
(DDAC) 69
CH3(CH2)9)2Na-(CH3)2Cl- Bis (2-hydroxyethyl)methyl octadecyl
ammonium chloride 70
CH2(CH2)17N-
(HOCH2CH2)2CH2Cl- 1 – Hexadecylpyridium bromide - CH3(CH2)14CH2(C6H5N+)B- 1,6 – Hexamethylene diamine -
H2N(CH2)6NH2 1,12 – Dodecane diamine 44
H2N(CH2)12NH2 70
Theo Thông tư số 25/2011/TT-BYT, ngày 23/6/2011 của Bộ Y tế thì didecyl dimethyl amonnium clorua (DDAC) thuộc danh mục chất hoá học được sử dụng trong thực phẩm [150]. Đồng thời đây là amin bậc 4 có mạch dài, nên NCS đã lựa chọn DDAC làm tác nhân hữu cơ biến tính montmorillonit của Lâm Đồng và Bình Thuận như đã trình bày trong mục 2.1.5.1.