CHƯƠNG III: MỘT SỐ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA MMT TRONG SƠN
3.1. Bảo vệ thép chống ăn mòn bằng các chất phủ epoxy-organoclay
3.1.4.1. Cấu trúc và hình thái học
Các mẫu XRD của đất sét natri MMT (Na+ -PGW) và hai đất sét hữu cơ Nanomer I.28E và I.30E được biểu diễn trong Hình 3.1.
25
Hình 3.1. Các mẫu nhiễu xạ tia X (XRD) của đất sét vô cơ (Na+ -PGW) và hai loại sét hữu cơ I.30E và I.28E.
Có thể thấy từ các mẫu và dữ liệu khoảng cách d trong Hình 3.1, đất sét hấp thu Na+ -PGW có khoảng cách là 12.5 Å do sự hiện diện của các phân tử nước (12% trọng lượng % độ ẩm) trong vùng giữa các lớp đất sét glinosilicate. Sự trao đổi ion Na+ với các ion bentadecylammonium trong cả hai mẫu đất sét hữu cơ lên đến 93%-95%, dẫn đến sự gia tăng đáng kể khoảng cách cơ bản (23.5-24.5 Å) cho cả hai Nanomer I.30 và Nanomer I.28E. Các kết quả XRD từ các vật liệu nano đất sét epoxy được trình bày trong Hình 3.2.
Hình 3.2. Mẫu XRD của các vật liệu nano epoxy có độ cứng cao với đất sét vô cơ Na+-PGW và hai chất đất sét hữu cơ I.28E và I.30E.
26
Mẫu XRD của hỗn hợp epoxy với đất sét vô cơ Na+ -PGW (3% trọng lượng) thể hiện đỉnh đặc trưng (12.2 Å) của đất sét vô cơ gốc (polymer epoxy vô định hình), cho thấy không có sự xen kẽ của nhựa epoxy với các lớp nano đất sét, do bản chất ưa nước của bề mặt đất sét vô cơ. Sự hiện diện của các hạt nano đất sét trong mẫu nanocomposite của I.30E đã được thể hiện bởi đỉnh XRD trong khoảng 60°-65° 2θ, là do cấu trúc tinh thể của các lớp đất sét glinoxit. Khoảng cách cơ bản của I.28E tăng từ 24.5 Å trong bột sét vô cơ lên 32.2 Å trong lớp nanocomposite, do đó chỉ ra rằng các lớp polymer epoxy đơn hoặc đôi đã được xen kẽ các hạt nano đất sét hữu cơ.
Có nhiều sự khác biệt giữa hai đất sét hữu cơ I.30E và I.28E được biến tính với ion C18 alkylammonium nguyên sơ và được biến tính với cùng một ion alkylammonium nhưng ở dạng bậc bốn. Mặc dù các mẫu bột XRD của chúng dường như rất giống nhau do sự kết hợp thành công của hai ion onium này với kích thước tương tự, khi trộn với nhựa epoxy thì sự khác biệt đáng kể trong phân tán của chúng đã được xác định, dẫn đến hai cấu trúc nanocomposite khác nhau. Các ion ammonium sơ cấp (I.30E) cung cấp các ion H+ có tính axit có thể xúc tác cho việc mở nhanh các vòng epoxy, do đó làm tăng sự trùng hợp liên kết chéo của các monome epoxy. Kết quả là, một cấu trúc nano lớp vỏ sét được hình thành với sự tương tác giữa các bề mặt với nhiều cải tiến. Mặt khác, các ion amoni bậc bốn là các proton yếu hơn đáng kể. Vì vậy, khi tiếp xúc với epoxit, chúng phản ứng với tốc độ chậm hơn, dẫn đến quá trình trùng hợp liên kết chậm hơn và cuối cùng dẫn đến cấu trúc xen kẽ. Trong trường hợp của I.30E không thấy được các đỉnh nhiễu xạ ngay cả trong trường hợp hàm lượng 6%. Mặt khác, rõ ràng đỉnh XRD được quan sát thấy trong mô hình của I.28E nanocomposite. Từ sự gia tăng d khi so sánh với mô hình của sét vô cơ I.28E, rõ ràng là chuỗi polyme đã được chèn vào trong và đã gây ra một sự mở rộng thêm của không gian của lớp xen kẽ.
Cấu trúc nanocomposite và sự phân tán các lớp đất sét trong lớp sơn đã được nghiên cứu sâu hơn với các hình ảnh độ phân giải cao TEM (HRTEM). Các hình ảnh đại diện của các vật liệu nano epoxy-đất sét được chuẩn bị bởi 6% trọng lượng sét hữu cơ I.30E và 6% trọng lượng sét hữu cơ I.28E được thể hiện trong Hình 4A-C.
27
Hình 3.3. Các hình ảnh TEM đại diện của các hạt nano epoxy-đất sét trát vôi được phủ một phần bằng 6% trọng lượng I.30E (A, B) và các hạt nano epoxy-đất
nung xen kẽ chuẩn bị bằng 6% trọng lượng I.28E (C). Thanh tỉ lệ = 20 nm.
Các hình ảnh được trình bày là đại diện của các nanocomposite số lượng lớn, có khoảng 7-8 lớp, với khoảng cách giữa các lớp khác nhau. Khi khoảng cách giữa các lớp là cao hơn 50-70 Angstrom và số lượng các lớp ít hơn 8-10, không có đỉnh nhiễu xạ có thể được quan sát thấy trong XRD. Những quan sát này cũng áp dụng cho các nanocomposite 6% wt% I.30E trong nghiên cứu này. Mặt khác, có thể thấy trong hình 4C, vật liệu nanocomposite được chuẩn bị với lớp sét hữu cơ I.28E quan sát 20 loại nano lớp định hướng cao và phân tầng, có khả năng tạo ra cấu hình XRD quan sát được theo các mô hình tương ứng.
28