III. Kết quả và thảo luận
3.2. Nội dung 2: Nghiên cứu chế tạo organoclay đi từ MMT-Na với muố
ammonium đi từ diamine thơm với các điều kiện nhiệt độ, thời gian, phương pháp khuấy trộn
3.2.1 Các thí nghiệm tạo organoclay THÍ NGHIỆM
60oC / 11h / khuấy siêu âm
Organoclay/ODA-Cl (1.389 mmol muối/1g Cloisite) Organoclay/AM-ODA-Cl (1.389 mmol muối/1g Cloisite) Quy trình 1: Dùng Cloisite Na+ dạng bột cho vào dung dịch muối (dung môi DMF) để thực hiện quá trình biến tính tạo organoclay.
Sau quá trình biến tính sẽ thu được hỗn hợp tách lớp, lớp organoclay lắng dưới đáy bình cầu, lớp phía trên là dung dịch muối NaCl và ammonium chloride thừa.
Ta tiến hành lọc organoclay, rửa bằng hỗn hợp H2O:aceton=1:1, sấy ở 100oC, nghiền mịn. Ký hiệu mẫu: Organoclay/ODA-Cl 1
Hiện tượng: Sau quá trình
biến tính sẽ thu được organoclay dạng bột mịn có màu trắng ngà.
Ký hiệu mẫu:
Organoclay/AM-ODA-Cl 1
Hiện tượng: Sau quá trình
biến tính sẽ thu được organoclay dạng bột mịn có màu nâu nhạt.
58
Quy trình 2: Cho Cloisite Na+ trương trong H2O tạo huyền phù rồi mới cho vào dung dịch muối (dung môi DMF) để biến tính tạo organoclay.Sau quá trình biến tính sẽ thu được hỗn hợp tách lớp, lớp organoclay lắng dưới đáy bình cầu, lớp phía trên là dung dịch muối NaCl và ammonium chloride thừa.
Ta tiến hành lọc organoclay, rửa bằng hỗn hợp H2O:aceton=1:1, sấy ở 100oC, nghiền mịn.
Ký hiệu mẫu: Organoclay/ODA-Cl
2.
Hiện tượng: Sau quá trình biến
tính sẽ thu được organoclay dạng bột mịn có màu đen.
3.2.2 Kết quả phân tích của organoclay ODA-Cl
a. Kết quả XRD L in ( C o u n ts ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 2-Theta - Scale 2.4 3 4 5 6 7 8 9 d = 1 1 .6 6 4 3 0 d = 1 4 .1 3 7 2 3
Hình 45: Kết quả XRD của Cloisite Na+ (a) và organoclay ODA-Cl 1 (b)
(b) Mẫu Organoclay ODA-Cl 1/11h
(a) Cloisite Na+
d = 14.13723
59
Ta nhận thấy, sau khi biến tính theo quy trình 1, organoclay ODA-Cl tạo ra khoảng cách mạng tinh thể d001 = 14.13723Ao, tăng so với của Cloisite Na+ (d001 Cloisite Na+= 11.79Ao ), và cường độ peak rất cao (1210). Không còn peak Cloisite Na+ nào, điều này chứng tỏ quá trình biến tính có hiệu quả cao, các ion muối đã nong tách được các lớp clay.
Ngoài ra về mặt cảm quan, organoclay tạo ra có màu trắng ngà, rất giống với màu sắc của Cloisite 10A, Cloisite 20A – là các organoclay thương mại bán trên thị trường.
Hình 46: Kết quả XRD của organoclay ODA-Cl 2
Organoclay được chế tạo theo quy trình 2, tức là cho Cloisite Na+ trương trong H2O trước khi cho vào dung dịch muối biến tính, sản phẩm tạo ra có khoảng cách d001 = 14.0317Ao (tương đương với organoclay được chế tạo theo quy trình 1), tuy nhiên cường độ peak không cao, chỉ bằng 680. Sản phẩm organoclay thu được có màu đen.
Như vậy, ta thấy rằng quy trình biến tính 1 hiệu quả hơn quy trình biến tính 2. Nguyên nhân là do dung môi DMF tan kém trong H2O, nên khi cho H2O làm
60
trương nở các lớp Cloisite Na+, dung dịch muối ammonium/dung môi DMF rất khó đi vào giữa các lớp clay thực hiện trao đổi ion.
Vì vậy ta sử dụng organoclay ODA-Cl, quy trình biến tính 1 để thực hiện các phân tích đánh giá cũng như cho giai đoạn tạo nanocomposite tiếp theo.
b. Kết quả FTIR 3 6 2 2 3 4 4 2 2 9 6 4 1 6 6 2 1 5 0 3 1 3 9 4 1 2 6 0 1 0 4 8 9 1 8 8 8 6 8 0 1 6 2 3 5 2 2 4 6 2 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2300 2600 2900 3200 3500 3800 Wavenumber cm-1 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0
Hình 47: Kết quả FTIR của organoclay biến tính bằng muối ODA-Cl
Sau khi biến tính, mẫu organoclay ODA-Cl 1 được rửa bằng hỗn hợp dung môi H2O:aceton để loại bỏ các muối thừa và ODA dư bám trên mặt ngoài của organoclay. Kết quả FTIR thể hiện các peak vô cơ đặc trưng của khoáng sét và các peak hữu cơ của muối ODA-Cl:
Al-Al-OH Si-O Ete (-O-) -NH2 -N-H -NH3 +
o Peak 1044, 523 và 464 thể hiện liên kết Si-O của lớp tứ diện.
o Peak 918 và 623 thể hiện liên kết Al-Al-OH của lớp bát diện.
o Peak 3442 thể hiện dao động của nhóm –NH2.
o Peak 1503 thể hiện dao động của nhóm –NH3 +
61
o Peak 1048 thể hiện dao động của nhóm ete -O-.
o Peak 1662 thể hiện dao động của nhóm –N-H.
Như vậy phổ FTIR của organoclay tồn tại các peak đặc trưng của muối ODA-Cl do đó ta kết luận rằng các ion muối đã chèn được vào giữa các lớp clay.
c. Kết quả TGA
Hình 48: Kết quả TGA của organoclay ODA-Cl
Kết quả TGA cho thấy khả năng chịu nhiệt rất cao của organoclay ODA-Cl, cao hơn muối ODA-Cl, điều này là do các ion muối đã được chèn vào giữa các lớp clay – có bản chất silicate vô cơ rất bền nhiệt:
Topeak1 = 66oC và ∆m1= 3.46% : do sự bay hơi của dung môi.
Topeak2 = 217.4oC và ∆m2= 9.2%: do các liên kết ete, C-N là liên kết yếu sẽ bắt đầu phân hủy từ 190oC đến 400oC.
To peak3 = 657.3oC và ∆m3= 8.93%: các liên kết bền của vòng thơm nằm giữa các lớp clay sẽ phân hủy từ 400oC đến 800oC.
62