Luận án tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo màng mỏng kích thước micromet trên cơ sở các sản phẩm dầu mỏ để bảo vệ vũ khí trang bị kỹ thuật quân sự

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:146

Thêm vào BST

Báo xấu

45
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu: biến tính ống nano cacbon, graphen và nghiên cứu ứng dụng làm phụ gia trong dầu, mỡ, polyme để chế tạo màng phủ bảo quản chống ăn mòn kim loại, mở ra một ứng dụng mới cho bảo quản vũ khí trong lĩnh vực quân sự.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo màng mỏng kích thước micromet trên cơ sở các sản phẩm dầu mỏ để bảo vệ vũ khí trang bị kỹ thuật quân sự

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN VĂN HIỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KÍCH THƯỚC MICROMET TRÊN CƠ SỞ CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ ĐỂ BẢO VỆ VŨ KHÍ TRANG BỊ KỸ THUẬT QUÂN SỰ LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN VĂN HIỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KÍCH THƯỚC MICROMET TRÊN CƠ SỞ CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ ĐỂ BẢO VỆ VŨ KHÍ TRANG BỊ KỸ THUẬT QUÂN SỰ Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 9 44 01 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS Nguyễn Mạnh Tường 2. PGS. TS Nguyễn Thế Nghiêm Hà Nội – 2019
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các tài liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Nghiên cứu sinh Trần Văn Hiền
ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng. Nghiên cứu sinh xin được chân thành cám ơn PGS.TS Nguyễn Mạnh Tường và PGS. TS Nguyễn Thế Nghiêm đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện luận án. NCS tỏ lòng biết ơn đối với các Thầy, Cô giáo trong và ngoài Quân đội, đặc biệt là các Thầy giáo, các chuyên gia của Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập. Trân trọng cảm ơn các đồng chí lãnh đạo, thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Phòng Đào tạo/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Viện Hóa học – Vật liệu, các Nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ NCS hoàn thành bản luận án này. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Nghiên cứu sinh Trần Văn Hiền
iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT................................................................... iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .............................................................................................. viii DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................................... xii M U ................................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.................................................................................................. 5 1.1. Ăn mòn và chống ăn mòn kim loại ................................................................................ 5 1.1.1. Ăn mòn kim loại .............................................................................................................. 5 1.1.2. Chống ăn mòn kim loại: .................................................................................................. 6 1.2. Các phương pháp bảo quản kim loại bằng màng phủ............................................... 7 1.2.1. Màng phủ bảo quản trên cơ sở dầu gốc khoáng ............................................................ 7 1.2.2. Màng phủ bảo quản kim loại trên cơ sở mỡ .................................................................. 8 1.2.3. Màng bảo quản trên cơ sở polyme có chất ức chế ăn mòn kim loại .......................... 12 1.3. Một số phụ gia chống ăn mòn, bảo vệ kim loại thông dụng .................................... 13 1.3.1. Phụ gia chống oxi hóa… .................................................................................14 1.3.2. Phụ gia chống ăn mòn… .................................................................................15 1.4. Phụ gia trên cơ sở ống nano cacbon và graphen biến tính ...................................... 17 1.4.1. Vật liệu ống nano cacbon .............................................................................................. 20 1.4.2. Các phương pháp biến tính ống nano cacbon.............................................................. 22 1.4.3. Vật liệu graphen ............................................................................................................. 24 1.4.4. Các phương pháp biến tính graphen ...............................................................26 1.5. Các phương pháp chế tạo màng phủ .......................................................................... 31 1.5.1. Phương pháp tạo màng bằng thiết bị phun áp lực… .......................................31 1.5.2. Kỹ thuật tạo màng bằng phương pháp nhúng … ............................................32 1.6. Những vấn đề nghiên cứu trong luận án … .......................................................33 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 35 2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị ...................................................35 2.1.1. Nguyên vật liệu, hóa chất ................................................................................35 2.1.2. Dụng cụ ...........................................................................................................38
iv 2.1.3. Thiết bị............................................................................................................................ 38 2.2. Phương pháp thực nghiệm............................................................................................ 38 2.2.1. Biến tính ống nano cacbon bằng axit stearic................................................................ 38 2.2.2. Biến tính graphen bằng axit stearic............................................................................... 41 2.2.3. Tổng hợp biến tính graphen oxit bằng dedocyl amin (C12H25NH2) ................43 2.3. Các kỹ thuật phân tích, đánh giá cấu trúc vật liệu ................................................... 44 2.3.1. Xác định cấu trúc của vật liệu ....................................................................................... 44 2.3.2. Nghiên cứu công nghệ chế tạo màng phủ bảo quản.................................................... 46 2.4. Chế tạo chất tạo màng dầu, mỡ, polyme với phụ gia biến tính .............................. 47 2.5. Phương pháp xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của chất tạo màng (dầu, mỡ, polyme) .................................................................................................................................... 50 2.5.1. Xác định trị số axit theo TCVN 2695:2008… ................................................50 2.5.2. xác định độ nhớt động học theo TCVN 3171:2011 ........................................50 2.5.3. Phương pháp xác nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ theo TCVN 2097:07… ..............51 2.5.4. Xác định độ bền oxi hóa theo ASTM D 942-02 ......................................................... 52 2.5.5. Phương pháp xác định độ bám dính theo tiêu chuẩn TCVN 2079: 1993… ...52 2.5.6. Phương pháp xác định độ bền uốn TCVN 2099:2007. ...................................53 2.6. Kỹ thuật đánh giá tính năng bảo quản của màng phủ............................................. 53 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................... 56 3.1. Kết quả tổng hợp phụ gia trên cơ sở ống nano cacbon và graphen ............56 3.1.1. Kết quả tổng hợp phụ gia trên cơ sở ống nano cacbon (CNT-SA) .................56 3.1.2. Kết quả tổng hợp phụ gia trên cơ sở graphen biến tính (GO-SA) ..................62 3.1.3. Phụ gia trên cơ sở graphen oxit biến tính amin hóa .................................................... 67 3.2. Kết quả khảo sát vật liệu và lớp phủ bảo quản ......................................................... 71 3.2.1. Kết quả khảo sát phụ gia CNT-SA với chất tạo màng dầu CS100 .............................. 71 3.2.2. Khả năng bảo vệ kim loại của màng dầu CS100/CNT-SA ........................................ 75 3.3. Kết quả khảo sát phụ gia GO-SA với chất tạo màng dầu SN150 ........................ 82 3.3.1. Khảo sát sự tương hợp của phụ gia GO-SA với dầu SN150 ...................................... 82 3.3.2. Kết quả khảo sát khả năng bảo vệ kim loại của màng dầu SN150/GO-SA .............. 85
v 3.4. Kết quả đánh giá tính năng phụ gia GO-Amin với dầu HD50............................... 91 3.4.1. Kết quả khảo sát sự tương hợp của phụ gia GO-Amin với dầu HD50 ........................ 91 3.4.2. Kết quả khảo sát một số tính năng của dầu khi pha phụ gia GO-Amin ....................... 92 3.5. Kết quả khảo sát mỡ hydrocacbon với phụ gia CNT-SA và GO-SA .................... 95 3.5.1. Khảo sát khả năng tương hợp của phụ gia với mỡ hydrocacbon ............................... 95 3.5.2. Kết quả khảo sát khả năng bảo vệ của màng phủ trên mỡ hydrocacbon ................... 97 3.6. Kết quả khảo sát phụ gia CNT-SA với chất tạo màng PVA ................................. 102 3.6.1. Đánh giá sự tương hợp của phụ gia CNT-SA với PVA ................................103 3.6.2. Kết quả khảo sát các tính chất của màng PVA .......................................................... 105 3.6.3. Kết quả khảo sát khả năng bảo vệ kim loại của màng phủ PVA ..................108 3.7. Kết quả thử nghiệm thực trong điều kiện thực tế .......................................111 3.7.1. Kết quả thử nghiệm trong điều kiện khắc nghiệt ..........................................111 3.7.2. Kết quả thử nghiệm thực tế bảo quản vật tư, vũ khí trang bị quân sự ......... 113 KẾT LUẬN........................................................................................................................... 117 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC Ã CÔNG BỐ ............................ 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 120
vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ASTM: Tiêu chuẩn Mỹ (American Society for Testing and Material) CNT: Nanocacbon tube CNT-O: Ống nanocacbon oxy hóa CNT-SA: Ống nanocacbon biến tính với axit stearic CS100: Dầu gốc khoáng cSt: Độ nhớt động học CT3: Thép cacbon GO: Graphen oxit GO-SA: Graphen biến tính với axit stearic GO-Amin: Graphen biến tính với amin GOST: Tiêu chuẩn quốc gia Nga HC: Hợp cách HQBV: Hiệu quả bảo vệ HD50: Dầu động cơ IR: Phổ hồng ngoại k: Hằng số KL: Khối lượng NDA: Nitrit dixiclohexylamin max: Cực đại mcr: (micromet) Đơn vị độ dày màng min: Cực tiểu MWCNT: Ống nano cacbon đơn lớp PVA: Polyvinyl ancol PVK: Mỡ bảo quản hydrocacbon R*: Gốc tự do
vii SA: Axit stearic SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) SN150: Dầu gốc công nghiệp SWCNT: Ống nano cacbon đa lớp t: Thời gian chảy, [s] TAN: Trị số axit TBN: Trị số kiềm tổng TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TGA: Phân tích nhiệt trọng lượng ƯCBH: Chất ức chế bay hơi v: Độ nhớt động học VKTBKT: Vũ khí trang bị kỹ thuật XRD: Phổ nhiễu xạ tia X wt: Độ dày màng ướt w: Khối lượng mẫu [mmg]
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Bảo quản khí tài quân sự bằng màng mỡ hydrocacbon ..............................9 Hình 1.2: Bảo quản súng bộ binh bằng màng polyme có chất ức chế ăn mòn .........12 Hình 1.3: Sự hình thành lớp màng bảo vệ lên bề mặt kim loại.................................15 Hình 1.4: Số công trình công bố về CNT và graphen trong 10 năm gần đây. ..........18 Hình 1.5: Sự phân bố của các công trình công bố liên quan đến hai vật liệu CNT và graphen trên thế giới. ................................................................................................18 Hình 1.6: Mô tả cấu trúc của SWCNT và MWCNT .................................................21 Hình 1.7. Một số nhóm chức được biến tính ............................................................23 Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý biến tính vật liệu CNT ...................................................23 Hình 1.9: Quá trình biến tính CNT với amin. ...........................................................23 Hình 1.10: Biến tính CNT bằng chất lỏng ion ..........................................................24 Hình 1.11. Graphen hiện hữu với mặt lồi lõm của không gian 3 chiều. ...................25 Hình 1.12: Sơ đồ tổng hợp GO bằng phương pháp Hummer ..................................27 Hình 1.13. So sánh sản phẩm và hiệu suất của các mẫu GO khác nhau. ..................28 Hình 1.14. Cơ chế hình thành GO từ graphit ............................................................29 Hình 1.15: Quá trình biến tính graphen bằng chất lỏng ion và tác dụng chống mài mòn của phụ gia GO- Chất lỏng ion. ........................................................................31 Hình 1.16: Sơ đồ mô hình quá trình phun tạo màng .................................................32 Hình 1.17: Tạo màng bằng phương pháp nhúng.......................................................33 Hình 2.1: (a)Làm ướt CNT bằng H2O và làm sạch bằng HCl (b) ............................39 Hình 2.2: Quá trình oxi hóa CNT..............................................................................39 Hình 2.3: Quá trình biến tính CNT-O bằng axit stearic. ...........................................40 Hình 2.4: Sơ đồ quá trình biến tính ống nano cacbon ...............................................40 Hình 2.5: Cấu trúc graphen và GO ...........................................................................41 Hình 2.6: Phản ứng biến tính GO bằng axit stearic ..................................................42 Hình 2.7: Khả năng phân tán của GO- SA trong dầu ...............................................42 Hình 2.8: Sơ đồ quá trình biến tính GO-SA..............................................................43
ix Hình 2.9: Sơ đồ quá trình biến tính GO-Amin..........................................................44 Hình 2.10: Màn hình hiển thị kính hiển vi kỹ thuật số .............................................46 Hình 2.11: Quy trình các bước trong công nghệ chế tạo màng ................................47 Hình 2.12: Sơ đồ quy trình chế tạo mỡ hydrocacbon ...............................................49 Hình 2.13: Thiết bị đo độ dày màng mỏng theo tiêu chuẩn TCVN 9760:2013 ........52 Hình 2.14: Mẫu thử nghiệm đo độ bám dính và bảng phân loại kết quả. .................52 Hình 2.15: Thiết bị đo độ bền uốn của màng mỏng ..................................................53 Hình 2.16: Mẫu thử nghiệm đo độ bền uốn của màng mỏng....................................53 Hình 2.17: Mẫu trước thử ăn mòn (a) và thiết bị đo ăn mòn nhiệt ẩm (b)................53 Hình 2.18: Thiết bị thử nghiệm mù muối Erichsen, LB Đức ...................................53 Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của vật liệu CNT. ............................................................56 Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của vật liêu CNT-O .........................................................56 Hình 3.3: Phổ hồng ngoại của vật liệu CNT-SA.......................................................57 Hình 3.4: Giản đồ XRD của mẫu CNT, CNT-O, CNT-SA ......................................58 Hình 3.5: Giản đồ XRD của axít stearic (SA)[65] ....................................................59 Hình 3.6: Giản đồ phân tích nhiệt TGA của ống nanocacbon ..................................59 Hình 3.7: Giản đồ phân tích nhiệt TGA của CNT oxy hóa ......................................60 Hình 3.8: Giản đồ phân tích nhiệt của CNT-SA .......................................................60 Hình 3.9: Ảnh SEM hình thái học bề mặt của CNT (a) hoạt hóa, CNT sau khi hoạt hóa CNT-O (b) và vật liệu CNT-O sau biến tính CNT-SA (c) ................................61 Hình 3.10: Sự phân tán của CNT (a) và CNT-O (b) trong nước ..............................62 Hình 3.11: Phổ hồng ngoại của graphit (a) và graphen oxit (GO)(b). ......................63 Hình 3.12: Phổ hồng ngoại của GO-SA ....................................................................64 Hình 3.13: Giản đồ XRD của graphite, GO và GO-SA ............................................65 Hình 3.14: Giản đồ phân tích nhiệt TGA của graphit và GO ...................................65 Hình 3.15: Giản đồ phân tích nhiệt TGA của GO-SA ..............................................66 Hình 3.16: Ảnh SEM hình thái học của graphit(a), graphen oxit(b), và GO-SA(c).67 Hình 3.17: Phổ hồng ngoại của GO-Amin ................................................................68 Hình 3.18: Phân tích nhiệt TGA của GO-Amin........................................................69
x Hình 3.19: Giản đồ XRD của mẫu GO-Amin ...........................................................70 Hình 3.20: Ảnh chụp SEM của mẫu GO sau khi biến tính amin. .............................70 Hình 3.21: Sự phân tán của phụ gia CNT-SA trong dầu gốc CS100. .......................71 Hình 3.22: Bề mặt phân bố phụ gia CNT-SA nồng độ 0,15% và 0,20%KL ............74 Hình 3.23: Đồ thị đường cong Tafel của màng dầu CS100/CNT-SA trên điện cực đồng ...........................................................................................................................75 Hình 3.24: Đồ thị sự thay đổi hiệu quả bảo vệ trên điện cực đồng...........................76 Hình 3.25: Đồ thị đường cong Tafel đo trên điện cực sắt của màng dầu CS100/ CNT-SA ....................................................................................................................77 Hình 3.26: Đồ thị sự thay đổi hiệu quả bảo vệ kim loại trên điện cực sắt ................77 Hình 3.27: Đồ thị đường cong Tafel của màng dầu CS100/CNT-SA trên điện cực nhôm ..........................................................................................................................78 Hình 3.28: Đồ thị sự thay đổi của hiệu quả bảo vệ kim loại .....................................78 Hình 3.29: Dầu SN150 sau khi phân tán phụ gia GO-SA ở các nồng độ 0,04%; 0,06%; 0,08%; 0,10%; 0,15%; 0,20% KL ................................................................82 Hình 3.30: Kết quả khảo sát sự bố phụ gia trên bề mặt kim loại ..............................85 Hình 3.31: Đồ thị đường cong Tafel của màng dầu SN150/GO-SA trên điện cực đồng ...........................................................................................................................86 Hình 3.32: Đồ thị sự thay đổi hiệu quả bảo vệ trên điện cực đồng...........................86 Hình 3.33: Đồ thị đường cong Tafel của màng dầu SN150/GO-SA trên điện cực sắt....87 Hình 3.34: Đồ thị sự thay đổi hiệu quả bảo vệ trên điện cực sắt ..............................87 Hình 3.35: Đồ thị đường cong Tafel của màng dầu SN150 /GO-SA trên điện cực nhôm ..........................................................................................................................88 Hình 3.36: Đồ thị sự thay đổi hiệu quả bảo vệ trên điện cực nhôm ........................89 Hình 3.37: Dầu HD50 trước và sau khi pha phụ gia ở các nồng độ khác nhau ........91 Hình 3.38: Đường cong Tafel: a- điện cực đồng; b-điện cực thép ...........................94 Hình 3.39: Mẫu thử nghiệm ăn mòn kim loại: ..........................................................95 Hình 3.40: Đường cong Tafel của điện cực sắt của màng mỡ ..................................97 Hình 3.41: Đường cong Tafel trên điện cực đồng của màng mỡ..............................98
xi Hình 3.42: Đường Tafel trên điện cực nhôm với phụ gia CNT-SA và GO-SA ở nồng độ 0,15%, 0,2%KL ...........................................................................................99 Hình 3.43: Mẫu khảo sát sự tương hợp của phụ gia CNT-SA với PVA.................103 Hình 3.44: Sự thay đổi độ nhớt theo nồng độ phụ gia ............................................104 Hình 3.45: Mẫu nhôm thử nghiệm đo độ bền uốn của màng mỏng .......................107 Hình 3.46: Đường congTafel của màng PVA trên điện cực đồng ..........................108 Hình 3.47: Đường cong Tafel của màng PVA trên điện cực nhôm ........................109 Hình 3.48: Bề mặt phân bố phụ gia CNT-SA trong màng PVA .............................110 Hình 3.49: Các mẫu kim loại trong môi trường thử nghiệm ..................................111 Hình 3.50: Các mẫu kim loại sau khi thử nghiệm mức khắc nhiệt 3 ......................112 Hình 3.51: Vỏ đạn 37 mm phủ màng dầu với phụ gia CNT-SA và GO-SA ..........115 Hình 3.52: Vỏ đạn 37 mm và chi tiết súng AK được phủ màng PVA/CNT-SA ....115 Hình 3.53: Vỏ đạn pháo 37 mm phủ màng dầu, mỡ và màng không pha phụ gia sau 18 tháng thử nghiệm................................................................................................116
xii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Thành phần hoá học của dầu gốc khoáng ...................................................8 Bảng 1.2: Các tính chất của mỡ bảo quản trên cơ sở hydrocacbon ............................9 Bảng 1.3: Các chỉ tiêu kỹ thuật của mỡ xà phòng kim loại ......................................10 Bảng 1.4: Phân loại mỡ xà phòng kim loại theo chất làm đặc. .................................11 Bảng 1.5: Số liệu thẩm thấu hơi nước của một số loại màng ...................................13 Bảng 1.6. Tính chất của SWCNT và MWCNT ........................................................22 Bảng 1.7: Tính chất vật lý của graphen ở nhiệt độ phòng ........................................25 Bảng 1.8: Bảng tổng hợp các phương pháp chế tạo GO ...........................................29 Bảng 2.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu CS100 ........................................................35 Bảng 2.2: Các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu SN150........................................................35 Bảng 2.3: Một số tính chất của PVA ........................................................................36 Bảng 2.4: Các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu HD50 .........................................................37 Bảng 2.5: Mẫu GO biến tính amin khi thay đổi nhiệt độ ..........................................43 Bảng 3.1: Phổ IR của CNT, CNT- OH và CNT-SA. ................................................58 Bảng 3.2: Kết quả phổ IR của graphen, GO và GO-SA ...........................................64 Bảng 3.3: Phổ IR của GO và GO-Amin ....................................................................68 Bảng 3.4: Các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu CS100 sau khi pha phụ gia CNT-SA ........72 Bảng 3.5: Khả năng chống oxi hóa của dầu khi pha phụ gia CNT-SA ....................73 Bảng 3.6: Sự ảnh hưởng của nhiệt độ và độ nhớt tới độ dày màng dầu ...................73 Bảng 3.7: Hiệu quả bảo vệ trên điện cực đồng của màng dầu SC100/CNT-SA ......76 Bảng 3.8: Hiệu quả bảo vệ trên điện cực sắt của màng dầu SC100/CNT-SA ..........77 Bảng 3.9: Hiệu quả bảo vệ trên điện cực nhôm của màng dầu SC100/CNT-SA .....78 Bảng 3.10: Kết quả thử nghiệm ăn mòn tấm đồng của màng dầu CS100/CNT-SA ..........79 Bảng 3.11: Kết quả khảo sát bằng phương pháp gia tốc ăn mòn nhiệt ẩm của màng dầu CS100 với phụ gia CNT-SA...............................................................................80
xiii Bảng 3.12: Kết quả khảo sát gia tốc ăn mòn của màng dầu CS100/CNT-SA trong môi trường nước biển (3% NaCl). ............................................................................81 Bảng 3.13: Các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu SN150 khi pha phụ gia GO-SA ở các nồng độ khác nhau. ............................................................................................................83 Bảng 3.14: Khả năng chống oxi hóa của dầu CS150/GO-SA ..................................84 Bảng 3.15: Ảnh hưởng của nhiệt độ, độ nhớt đến độ dày của màng phủ .................85 Bảng 3.16: Hiệu quả bảo vệ kim loại trên điện cực đồng của dầu SN150/GO-SA ..86 Bảng 3.17: Hiệu quả bảo vệ kim loại trên điện cực sắt của dầu SN150/GO-SA......88 Bảng 3.18: Hiệu quả bảo vệ trên điện cực nhôm của dầu SN150/GO-SA ...............89 Bảng 3.19: Kết quả đánh giá khả năng bảo vệ của màng dầu SN150/GO-SA ở các nồng độ khác nhau trên mẫu thép CT3, đồng (Cu) và mẫu nhôm (Al) ....................90 Bảng 3.20: Các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu HD50 khi pha phụ gia GO-Amin ............92 Bảng 3.21: Kết quả tải trọng hàn dính của dầu HD50 có pha phụ gia GO-Amin ....93 Bảng 3.22: Hiệu quả bảo vệ kim loại của màng dầu HD50/GO-Amin ....................94 Bảng 3.23: Kết quả khả năng bảo vệ kim loại của dầu HD50 với phụ gia GO-Amin..........94 Bảng 3.24: Các Chỉ tiêu kỹ thuật của mỡ hydrocacbon trước và sau phụ khi phân tán CNT-SA và GO-SA 0,15%; 0,2%. ......................................................................96 Bảng 3.25: Kết quả khảo sát độ dày màng bằng phương pháp khối lượng ..............96 Bảng 3.26: Hiệu quả bảo vệ trên điện cực sắt của màng mỡ với phụ gia CNT-SA và GO-SA ở nồng độ 0,15%, 0,2%KL ..........................................................................98 Bảng 3.27: Hiệu quả bảo vệ ăn mòn điện cực đồng của màng mỡ với phụ gia CNT- SA và GO-SA ở nồng độ 0,15%, 0,2%KL ...............................................................99 Bảng 3.28: Hiệu quả bảo vệ trên điện cực nhôm của màng mỡ với phụ gia CNT-SA và GO-SA ở nồng độ 0,15%, 0,2%KL ....................................................................100 Bảng 3.29: Kết quả thử nghiệm khả năng chống ăn mòn bằng phương pháp gia tốc của màng mỡ với phụ gia CNT-SA 0,15%; 0,2%KL .............................................101 Bảng 3.30: Kết quả thử nghiệm gia tốc ăn mòn bằng của màng mỡ với phụ gia GO- ở SA 0,15% và 0,2%KL…………………………………………………………..101 Bảng 3.31: Khả năng phân tán CNT-SA trong dung dịch PVA 15%.....................103
xiv Bảng 3.32: Kết quả độ nhớt biểu kiến của dung dịch PVA với phụ gia CNT-SA .104 Bảng 3.33: Kết quả khảo sát độ dày màng PVA khi pha phụ gia CNT-SA ở nồng độ 0,01 đến 0,2% .........................................................................................................................105 Bảng 3.34: Kết quả đo độ bám dính của màng PVA ..............................................106 Bảng 3.35: Kết quả đo độ bền uốn của màng PVA/CNT-SA. ................................107 Bảng 3.36: Hiệu quả bảo vệ của màng PVA/CNT-SA trên điện cực đồng ...........109 Bảng 3.37: Hiệu quả bảo vệ của màng PVA/CNT-SA trên điện cực nhôm ..........110 Bảng 3.38: Kết quả khả năng chống ăn mòn của màng dầu CS100/CNT-SA và màng dầu SN150/GO-SA trong điều kiện khắc nghiệt ...........................................112 Bảng 3.39: Kết quả khả năng bảo vệ của mỡ ở các nồng độ phụ gia CNT-SA và GO-SA trong điều kiện khắc nghiệt ........................................................................113
1 M U Ăn mòn kim loại là vấn đề nghiêm trọng gây nên tổn thất lớn cho nền kinh tế quốc dân cũng như trong lĩnh vực quân sự. Trên thế giới có khoảng một phần ba trọng lượng kim loại hàng năm bị ăn mòn, phá hủy. Tác hại do ăn mòn kim loại gây ra là rất lớn, gồm tác hại trực tiếp và gián tiếp. Vì thế, chống ăn mòn kim loại là vấn đề đã và đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu áp dụng để làm giảm thiệt hại kinh tế và an ninh quốc phòng. Đặc biệt trong lĩnh vực quân sự, các vũ khí, khí tài kỹ thuật cần được bảo vệ nghiêm ngặt, để đảm bảo nhiệm vụ sẵn sàng chiến đấu của quân đội. Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm như nước ta, tác động của ăn mòn kim loại ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ, làm suy giảm độ bền, độ tin cậy của vũ khí, thiết bị kỹ thuật quân sự. Hiện nay, quân đội được trang bị một lượng lớn vật tư, khí tài quân sự có từ nhiều năm trước, các khí tài chủ yếu được bảo quản bằng dầu, mỡ truyền thống. Trong quá trình sử dụng, sau mỗi chu kỳ bảo quản thì một lượng lớn dầu, mỡ cũ thải ra gây ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, bảo quản bằng dầu, mỡ truyền thống thông thường tiêu hao nhiều vật tư dẫn đến tăng chi phí, do phương pháp bảo quản này đòi hỏi độ dày màng dầu, mỡ lớn. Do vậy, hướng nghiên cứu chế tạo màng phủ mỏng trên cơ sở dầu, mỡ, polyme kết hợp với phụ gia nano có hoạt tính cao chống ăn mòn kim loại, trong đó có vũ khí trang bị kỹ thuật quân sự để giải quyết vấn đề công nghệ bảo quản cũng như giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường. Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh của khoa học và công nghệ đã khám phá một loại thù hình mới của cacbon, đó là vật liệu cacbon cấu trúc nano (CNT). Loại vật liệu này có cấu trúc tinh thể độc đáo, sở hữu nhiều tính chất vật l , hóa học và cơ học ưu việt. Chính vì vậy, vật liệu cacbon cấu trúc nano là đối tượng được tập trung nghiên cứu mạnh mẽ trên cả hai phương diện khoa học cơ bản và khoa học ứng dụng. Vì vậy, trong thời gian gần đây vật liệu CNT với cấu trúc định hướng đã thu hút được sự quan tâm rất lớn của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực chế tạo và ứng dụng. Các nghiên cứu vật liệu cấu trúc nano đang được quan tâm trong nhiều lĩnh vực như điện tử, y tế [19], xử l môi trường và sử dụng chúng trong dầu, mỡ bôi trơn, nhằm
2 điều chỉnh độ ma sát, giảm mài mòn trong hệ thống máy móc đã được nghiên cứu phát triển [20], [21], [23]. Một số nghiên cứu về phụ gia trên cơ sở ống nano cacbon và graphen biến tính, có khả năng bảo vệ bề mặt kim loại hiệu quả. Các hợp chất graphen và ống nano cacbon được biết đến như phụ gia ức chế ăn mòn kim loại dạng màng phủ [24-26]. Các hợp chất này đang nhận được nhiều sự quan tâm nghiên cứu nhằm thay thế các phụ gia truyền thống. Trong nội dung luận án, trọng tâm là nghiên cứu biến tính ống nano cacbon, graphen và khảo sát sự tương hợp của phụ gia khi phân tán trong dầu, mỡ, polyme nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn kim loại của màng phủ. Đề tài “Nghiên cứu chế tạo màng mỏng kích thước micromet trên cơ sở các sản phẩm dầu mỏ để bảo vệ vũ khí trang bị kỹ thuật quân sự”. Mục tiêu nghiên cứu: biến tính ống nano cacbon, graphen và nghiên cứu ứng dụng làm phụ gia trong dầu, mỡ, polyme để chế tạo màng phủ bảo quản chống ăn mòn kim loại, mở ra một ứng dụng mới cho bảo quản vũ khí trong lĩnh vực quân sự. Để thực hiện mục tiêu trên, nội dung chính luận án thực hiện các vấn đề sau: 1. Biến tính ống nano cacbon, graphen và khảo sát cấu trúc của vật liệu nhằm mục đích tăng cường khả năng phân tán trong dầu, mỡ, polyme, sử dụng làm phụ gia; 2. Nghiên cứu sự tương hợp của phụ gia nano cacbon và graphen biến tính với chất tạo màng trên cơ sở dầu, mỡ, polyme và nghiên cứu phương pháp chế tạo màng phủ bảo quản kim loại; 3. Nghiên cứu, đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại của màng phủ bằng các phép đo trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm thực tế bảo quản vật tư VKTBKTQS. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án: Nội dung nghiên cứu và kết quả đạt được của luận án mở ra hướng nghiên cứu mới về ứng dụng của vật liệu tiên tiến có cấu trúc nano làm phụ gia cho dầu, mỡ, polyme để chế tạo màng phủ bảo quản kim loại. Kết quả luận án góp phần phát
3 triển chuyên ngành hóa học hữu cơ và chủ động chế tạo các vật liệu bảo quản trong nước nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ VKTBKTQS, giảm chi phí và thân thiện với môi trường. - Sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trên thị trường, ổn định đó là vật liệu ống nanocacbon, vật liệu graphit, dầu gốc khoáng, dầu động cơ và polyme; - Ứng dụng phụ gia nano cacbon, graphen biến tính vào chế tạo màng phủ bảo quản VKTBKTQS. Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án: Để thực hiện các nội dung trong luận án, ngoài các phương pháp tổng hợp hữu cơ thông thường như đun hồi lưu, khuấy trộn hỗn hợp phản ứng, siêu âm, tách chiết. Các phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu: phương pháp phân tích phổ hồng ngoại IR, XRD, phân tích nhiệt TGA và chụp hình bề mặt vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Ngoài ra, luận án sử dụng các phương pháp phân tích đánh giá tính năng kỹ thuật của màng phủ như: các tính chất hóa l của chất tạo màng và các phương pháp đánh giá khả năng bảo vệ kim loại của màng phủ. Bố cục của luận án bao gồm: Phần mở đầu và 03 chương (chương 1, 2, 3), kết luận, tài liệu tham khảo. Phần mở đầu: Tính cấp thiết của đề tài luận án, giới thiệu khái quát về mục tiêu, nội dung và phương pháp tiếp cận nghiên cứu, nghĩa khoa học, tính thực tiễn và giới thiệu bố cục nội dung luận án. Chương 1: Tổng quan về ăn mòn và chống ăn mòn kim loại, các phương pháp bảo quản kim loại bằng các loại màng phủ, giới thiệu các loại phụ gia chống ăn mòn, chống oxy hóa, các phương pháp chế tạo màng. Tổng hợp đánh giá về tình hình nghiên cứu ứng dụng của vật liệu ống nano cacbon và graphen trong và ngoài nước. Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu: Quá trình tổng hợp phụ gia, các phương pháp khảo sát cấu trúc vật liệu, phương pháp chế tạo màng. Các phương pháp phân tích chỉ tiêu kỹ thuật của chất tạo màng và đánh giá tính
4 năng kỹ thuật của màng phủ bảo quản kim loại trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm thực tế bảo quản VKTBKTQS. Chương 3: Kết quả và thảo luận - Kết quả nghiên cứu biến tính ống nano cacbon, graphen và khảo sát cấu trúc của vật liệu. - Kết quả khảo sát các chỉ tiêu hóa l của chất tạo màng trên cơ sở dầu, mỡ, polyme trước và sau khi phân tán phụ gia. - Kết quả khảo sát tính năng chống ăn mòn kim loại của màng. - Đánh giá khả năng bảo quản thực tế vật tư kỹ thuật quân sự. Kết luận của luận án: là những kết quả nghiên cứu chính trong nội dung nghiên cứu đạt được, những điểm đóng góp mới và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án.