intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu biến tính khoáng Mica bằng ion sắt (III) và ứng dụng của nó

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST
Báo xấu
19
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng biến tính của khoáng mica như: Ảnh hưởng thời gian khuấy trương nở; ảnh hưởng của nồng độ; ảnh hưởng pH; ứng dụng phân tích các mẫu thực tế. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu biến tính khoáng Mica bằng ion sắt (III) và ứng dụng của nó

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----- *** ----- NGUYỄN NGỌC VINH NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH KHOÁNG MICA BẰNG ION SẮT (III) VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014
  2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----- *** ----- NGUYỄN NGỌC VINH NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH KHOÁNG MICA BẲNG ION SẮT (III) VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số : 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGÔ KẾ THẾ PGS.TS. NGHIÊM XUÂN THUNG Hà Nội – Năm 2014
  3. LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nghiêm Xuân Thung, PGS.TS Ngô Kế Thế đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Hóa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Hóa học Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội, phòng Polyme - Viện Khoa Học Vật Liệu đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực nghiệm. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Hà Nội, tháng 12 năm 2014
  4. MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU……………………………….………………………………... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................ 3 1.1. Giới thiệu khái quát về mica............................................................................ 3 1.1.1. Khái niệm và sự phân bố của mica…………….…………………….. 3 1.1.2. Cấu tạo, hình dạng và màu sắc của mica…………………………….. 4 1.1.2.1. Cấu tạo của mica…..…………………………………………. 4 1.1.2.2. Hình dạng của mica……………………….…………………. 4 1.1.2.3. Màu sắc của mica…………………………………………….. 5 1.1.3. Đặc điểm cấu trúc tinh thể khoáng mica…………………………….. 6 1.1.4. Một số ưu điểm và ứng dụng của mica……………………………… 8 1.2. Tổng quan về các phương pháp biến tính mica…………………..…………. 8 1.2.1. Phương pháp biến đổi bề mặt trực tiếp……………………………… 8 1.2.2. Phương pháp biến đổi bề mặt gián tiếp……………………………… 13 1.2.3. Biến đổi khoáng mica bằng phương pháp trao đổi ion trên bề 15 mặt………………………………………………………………………….. 15 1.3. Ứng dụng của mica cho việc gia cường các vật liệu…………………............ 16 1.3.1. Mica gia cường cho các vật liệu cao su……………………..……….. 17 1.3.2. Mica gia cường cho các vật liệu polyme…………………………….. 18 1.3.3. Mica gia cường cho các lớp phủ bảo vệ……………………..………. 19 1.3.4. Các nghiên cứu ứng dụng khoáng mica trong lĩnh vực polymer ở 20 Việt Nam…………………………………………………………………… 20 1.4. Tổng quan về vật liệu sơn epoxy…………………………………………….. 21 1.4.1. Giới thiệu sơn epoxy………………………………………................ 21 1.4.2. Nguyên liệu sản xuất sơn epoxy……………………………..………. 22
  5. 1.4.2.1. Tổng hợp nhựa epoxy ……………………………………….. 22 1.4.2.2. Đóng rắn epoxy với amin…………….……….……............... 24 1.4.3. Một số ưu điểm của sơn epoxy.……….…………………….……….. 25 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……... 26 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị …….……….………………..………………... 26 2.1.1. Hóa chất……………...…...……….……….………………..………. 26 2.1.2. Dụng cụ…. …….……….…………….……….…………..………… 28 2.1.3. Thiết bị…………….….……….…………………………………….. 28 2.2. Phương pháp chế tạo mẫu………………….. …….……….…….………….. 29 2.2.1. Phương pháp điều chế mica biến tính….…………………..……….. 29 2.2.2. Phương pháp chế tạo màng sơn phủ epoxy với mica........................... 29 2.3. Phương pháp nghiên cứu mẫu………………… …….……………………… 31 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)……………………….………… 31 2.3.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)………………………. 33 2.3.3. Các phương pháp xác định tính chất cơ lý của màng sơn…………… 33 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…….…………..……………........ 40 3.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế mica biến 40 tính……………………………………………………………………………….. 40 3.1.1. Ảnh hưởng của thời gian khuấy trương nở………………….............. 40 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ Fe3+ (ppm) bổ sung…………………........... 44 3.1.3. Ảnh hưởng pH của môi trường phản ứng…….……….…….............. 50 3.2. Nghiên cứu tác dụng gia cường khả năng bảo vệ của màng sơn epoxy bằng 54 mica biến tính.……….……….……………………….....……………………….. 54 3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng mica đến độ cứng của màng 54 sơn…………………………………………………………………....................... 54 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng mica đến độ bền va đập và độ 57 bám dính của màng sơn…………………………………………………………... 57
  6. 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng mica đến độ bền uốn của 59 màng sơn…………………………………………………………………………. 59 KẾT LUẬN…….……….……….………………….……….……….……...…... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 62
  7. DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Thành phần hóa học của mica nghiên cứu 26 Bảng 2.2. Bảng đặc trưng kỹ thuật của mica 27 Bảng 2.3. Phân bố kích thước hạt mica 28 Bảng 2.4. Thành phần pha trộn nhựa Epoxy với Mica 31 Bảng 2.5. Phân loại độ bám theo kết quả thử 39 Bảng 3.1. Ảnh hưởng thời gian khuấy đến giá trị d001 43 3+ Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ Fe (ppm) bổ sung 46 Bảng 3.3. Kết quả phân tích EDS mẫu mica chưa qua xử lý bề mặt 48 Bảng 3.4. Kết quả phân tích EDS mẫu mica đã qua xử lý bề mặt bằng 49 Fe3+ Bảng 3.5. Ảnh hưởng của pH dung dịch 52 Bảng 3.6. Bảng thành phần pha trộn nhựa Epoxy với Mica 54 Bảng 3.7. Kết quả đo độ cứng của mẫu sơn được gia cường bằng mica 55 đã biến tính Bảng 3.8. Kết quả đo độ cứng của mẫu sơn được gia cường bằng mica 56 chưa biến tính Bảng 3.9. Kết quả đo độ bền va đập của màng sơn được gia cường 58 bằng mica chưa biến tính và mica đã biến tính Bảng 3.10. Kết quả đo độ bám dính của màng sơn được gia cường 58 bằng mica chưa biến tính và mica đã biến tính Bảng 3.11. Kết quả đo độ bền uốn của màng sơn được gia cường bằng 59 mica chưa biến tính và mica đã biến tính
  8. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể khoáng mica 6 Hình 1.2. Sự bóc lớp trong tinh thể mica 7 Hình 1.3. Quá trình khuyếch tán môi trường ăn mòn qua lớp sơn bảo vệ có 16 pigment đẳng hướng (A) và không đẳng hướng-mica (B) Hình 2.1. Phân bố hạt mica nghiên cứu 27 Hình 2.2. Quy trình chế tạo màng sơn phủ Epoxy_Mica 30 Hình 2.3. Dụng cụ đo độ bền va đập 34 Hình 2.4. Dụng cụ đo độ cứng của màng phủ 36 Hình 2.5. Dụng cụ I, II kiểm tra độ bền uốn 37 Hình 2.6. Dụng cụ xác định độ bám dính của màng 38 Hình 3.1. Giản đồ XRD của mẫu khuấy 4h 40 Hình 3.2. Giản đồ XRD của mẫu khuấy 3h 41 Hình 3.3. Giản đồ XRD của mẫu khuấy 2h 41 Hình 3.4. Giản đồ XRD của mẫu khuấy 1h 42 Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi d 001 ( A0 ) đối với thời gian khuấy 43 Hình 3.6. Giản đồ XRD của mẫu bổ sung Fe3+ (200ppm) 44 Hình 3.7. Giản đồ XRD của mẫu bổ sung Fe3+ (400ppm) 45 Hình 3.8. Giản đồ XRD của mẫu bổ sung Fe3+ (600ppm) 45
  9. Hình 3.9. Giản đồ XRD của mẫu bổ sung Fe3+ (800ppm) 46 Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của d 001 ( A0 ) vào nồng độ Fe3+(ppm) 47 Hình 3.11. Kết quả phân tích EDS mẫu mica chưa qua xử lý bề mặt 48 Hình 3.12. Kết quả phân tích EDS mẫu mica đã qua xử lý bề mặt bằng Fe3+ 49 Hình 3.13. Giản đồ XRD của mẫu ở môi trường pH = 4 50 Hình 3.14. Giản đồ XRD của mẫu ở môi trường pH = 3 51 Hình 3.15. Giản đồ XRD của mẫu ở môi trường pH = 2 51 Hình 3.16. Giản đồ XRD của mẫu ở môi trường pH = 1 52 Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi d 001 ( A0 ) đối với pH của dung dịch 53 Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn độ cứng trung bình của các mẫu sơn được gia 55 cường bằng mica đã biến tính Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn độ cứng trung bình của các mẫu sơn được gia 56 cường bằng mica chưa biến tính Hình 3.20. Đồ thị so sánh độ cứng trung bình giữa các mẫu sơn được gia cường 57 bằng mica đã biến tính và chưa biến tính
  10. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ PHẦN MỞ ĐẦU Ngay từ những ngày đầu tiên, các chất độn dạng hạt đã đóng vai trò sống còn đối với các ứng dụng thương mại của vật liệu polyme [11]. Đầu tiên, chúng được xem như các chất pha loãng để giảm giá thành, do đó có tên là chất độn. Tuy nhiên, những khả năng và lợi ích của chúng đã sớm được nhận ra, và ngày nay được sử dụng với rất nhiều các mục đích khác nhau. Thuật ngữ chất độn chức năng thường được sử dụng để mô tả các vật liệu không chỉ để giảm giá thành mà còn cải thiện nhiều tính chất của chất nền, nên còn được gọi là các chất gia cường. Muội than là chất độn gia cường được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp polyme, nhờ các đặc trưng lý-hóa cũng như khả năng ứng dụng mà nó mang lại cho cao su lưu hóa [13]. Tuy nhiên, tính không ổn định của giá dầu mỏ đã làm gia tăng các quan tâm đến các khoáng tự nhiên khác, như các hợp chất của oxit silic. Năm 1950, oxit silic điều chế bắt đầu được sử dụng làm chất độn gia cường cho các sản phẩm cao su [13]. Năm 1976, Wagner đã nghiên cứu kỹ việc sử dụng oxit silic và silicat trong cao su và nhận thấy rằng, với sự có mặt các thành phần này một số tính chất đặc trưng của vật liệu đã được cải thiện như sự kháng rách, tính mềm mại, kháng mài mòn, cách nhiệt, tăng độ cứng, môđun, tích nhiệt thấp, tính đàn hồi cao và màu sắc không rõ rệt. Kết hợp với sự thay đổi trong quá trình sản xuất, cần phải thích nghi với các quá trình xử lý bề mặt chất độn như xử lý nhiệt trong quá trình trộn hợp với cao su, xử lý nhiệt với sự có mặt của các chất hoạt hóa hay việc sử dụng các tác nhân ghép nối (titanat, silan). Tuy nhiên, việc sử dụng oxit silic đã làm tăng giá thành sản phẩm, trong nhiều trường hợp, giá thành của sản phẩm tăng lên đáng kể, do đó người ta phải kết hợp sử dụng các chất độn khoáng khác như sét, đá vôi (CaCO 3). Điều này lại làm giảm các tính năng kỹ thuật của sản phẩm. 1 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
  11. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ Mica sericit là khoáng vật tự nhiên, trong đó hàm lượng oxit silic chiếm thành phần chủ yếu. Cùng với các đặc trưng về hình dạng, khoáng vật này ngày càng trở nên quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là sử dụng làm chất độn gia cường trong công nghiệp cao su và chất dẻo. Một ưu điểm khác đem lại từ hình dạng mỏng dẹt của mica là khả năng làm giảm sự xâm thực của các chất khí và chất lỏng, điều này đặc biệt quan trọng trong các vật liệu sử dụng ngoài trời như sơn,và việc có gia cường bằng mica sẽ giúp cho sơn có khả năng bảo vệ xâm thực tốt hơn. Từ những yêu cầu thực tiễn trên, chúng tôi đã chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu biến tính khoáng Mica bằng ion sắt (III) và ứng dụng của nó” * Với mục tiêu nghiên cứu các nội dung sau: 1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng biến tính của khoáng mica như : - Ảnh hưởng thời gian khuấy trương nở - Ảnh hưởng của nồng độ - Ảnh hưởng pH 2. Ứng dụng phân tích các mẫu thực tế * Ý nghĩa khoa học của đề tài: - Biến đổi bề mặt khoáng mica bằng ion sắt (III) - Ứng dụng khoáng mica đã được xử lý bề mặt để gia cường cho màng sơn phủ Epoxy 2 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
  12. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu khái quát về Mica 1.1.1. Khái niệm và sự phân bố của Mica Acrylic (nhựa trong suốt, đôi khi gọi là acrylic glass (kính thủy tinh). Tên thường gọi tại Việt nam là mica. Trên thế giới nó được bán dưới những tên thương mại nổi tiếng như: Plexiglas, Altuglas, Lucite, Perspex, Optix (Plaskolite)… Mica là tên gọi chung cho các khoáng vật dạng tấm thuộc nhóm silicat lớp bao gồm các loại vật liệu có mối liên kết chặt chẽ, có tính tách lớp cơ bản hoàn toàn. Tất cả chúng đều có cấu trúc tinh thể thuộc hệ một phương có xu hướng tinh thể giả hệ sáu phương và có thành phần hóa học tương tự. Tính tách lớp cao là tính chất đặc trưng nhất của mica, điều này được giải thích là do sự sắp xếp của các nguyên tử dạng tấm lục giác chồng lên nhau. Phân loại mica: - Mica thường: Phlogopit, Biotit, Zinnwaldit, Lepidolit, Muscovit - Mica giòn: Clintonit Theo báo cáo của Cơ quan thăm dò địa chất Anh năm 2005, Ấn Độ có lượng mica lớn nhất thế giới. Trung Quốc là nước sản xuất mica hàng đầu thế giới chiếm 1/3 sản lượng của thế giới, theo sau là Mỹ, Hàn Quốc và Canada. Mica dạng tấm lớn được khai thác ở New England từ thế kỷ 19 đến những năm 60 của thế kỷ 20 gồm các mỏ lớn phân bố ở Connecticut, New Hampshire và Maine. Mica được phân bố rộng rãi và có mặt trong các đá macma, đá biến chất và đá trầm tích. Các tinh thể lớn thường gặp trong các đá macma axit hoặc trong pegmatit và được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau. Cho đến thế kỷ 19, các tinh thể mica lớn rất hiếm và đắt là do sự cung cấp hạn chế ở Châu Âu. Tuy nhiên, giá mica giảm đáng kể khi một số mỏ lớn được tìm thấy và đưa vào khai thác ở Châu Phi và Nam Mỹ trong 3 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
  13. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ những năm dầu của thế kỷ 19. Các tấm mica lớn từng được khai thác trên thế giới có xuất xứ từ Denholm, Quebec, Canada. Mica vụn được sản xuất trên toàn thế giới là sản phẩm tách ra từ nhiều nguồn khác nhau như các loại đá biến chất đặc biệt là đá phiến sét (schist)) và sản phẩm từ nhiệt dịch. Loại đá này là sản phẩm biến chất từ đá trầm tích có thành phần là fenspat và kaolin. Mica tấm thường được thu hồi từ việc khai thác mica vụn. Nguồn cung cấp mica tấm chủ yếu là các tích tụ nhiệt dịch. 1.1.2. Cấu tạo, hình dạng và màu sắc của Mica 1.1.2.1. Cấu tạo của Mica Về mặc hóa học, mica có công thức tổng quát là: X2Y4–6Z8O20(OH,F)4 Trong đó: X có thể là K, Na, Ca hoặc ít gặp hơn là Ba, Rb, và Cs Y là Al, Mg, Fe hoặc hiếm găp hơn là Mn, Cr, Ti, Li,... Z chủ yếu là Si hoặc Al nhưng cũng có thể gặp Fe3+ và Ti. Về cấu trúc, các loại mica có thể được xếp vào các nhóm Y = 4 và Y = 6. Nếu ion X là K hoặc Na thì đó làm loại mica thường, và nếu ion X là Ca thì đó là loại mica giòn. Các loại mica hạt rất mịn có sự khác nhau đáng kể về thành phần của nước và sét. Chúng bao gồm: + Hydro-muscovit có H3O+ kết hợp với K tại vị trí X + Illit thiếu K tại vị trí X và Si thay vào vị trí Z để cân bằng về điện tích + Phengit có Mg hoặc Fe2+ thay vào vị trí của nhôm tại Y và tăng số nguyên tử Si tại Z. 1.1.2.2. Hình dạng của Mica Khoáng mica được đặc trưng bởi hình dạng phiến, dẹt và có thể bóc tách dễ dàng. Điều này cho phép có thể phân chia hay bóc tách thành các hạt có tỷ lệ bề mặt cao từ mỏng đến rất mỏng, bền chắc và mềm dẻo. Các mảnh thủy tinh cũng có hình 4 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
  14. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ dạng dẹt với tỷ lệ bề mặt cao. Nhưng với bản chất dễ vỡ, các mảnh thủy tinh rất khó có thể tạo hình và trộn hợp với polyme như mica sericit. Hình dạng dẹt độc đáo của mica rất có lợi khi đưa chúng vào trong các vật liệu khác nhau. Do kích thước chiều dài và chiều rộng là tương đương, chiều dày rất nhỏ nên mica là chất gia cường nhị phương giúp cho độ co ngót của sản phẩm về cơ bản không thay đổi khi tạo hình. Sợi thủy tinh và vật liệu dạng sợi giống như wollastonit có sự khác nhau rất lớn về kích thước chiều dài và chiều rộng. Vì thế, các sợi có xu hướng sắp xếp theo hướng song song với nhau cùng với quá trình chế tạo vật liệu. Sự định hướng này gây ra sự khác nhau đáng kể về độ co ngót theo chiều ngang và chiều dọc dẫn đến sự cong vênh của sản phẩm. Khi thêm mica vào trong vật liệu polypropylen độn sợi thủy tinh đã làm giảm đáng kể phần sản phẩm cong vênh. Có mặt mica sản phẩm co ngót đồng đều hơn, tổng sự co ngót giảm đi và được xác định bởi hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính (CLTE). Điều này khá quan trọng khi cần tạo ra sản phẩm có kích thước ổn định trong quá trình sử dụng ở một khoảng nhiệt độ rộng. Một ưu điểm khác đem lại từ hình dạng mỏng dẹt của mica là khả năng làm giảm sự xâm thực của các chất khí và chất lỏng. Điều này đặc biệt quan trọng trong các vật liệu sử dụng ngoài trời hay các thiết bị tiếp xúc với chất lỏng như các bình nhiên liệu động cơ, thùng chứa dầu, mỡ,…Các vật liệu được gia cường bằng mica sẽ hạn chế được sự phồng rộp. Sơn có gia cường bằng mica có khả năng bảo vệ xâm thực tốt hơn. 1.1.2.3. Màu sắc của mica Muội than có màu đen, chính điều này đã làm hạn chế nhiều ứng dụng của chúng. Các khoáng mica có nhiều màu sắc khác nhau, muscovit mica có màu trắng bạc đến trắng nhạt, phlogopit mica có màu đồng đến nâu sẫm hoặc đen. Sericit thuộc loại muscovit mica có màu sáng, chính điều này cũng làm tăng lợi thế sử 5 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
  15. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ dụng của sericit trong các ứng dụng mang mầu. Có thể thêm các chất mầu vào vật liệu có chứa sericit để tạo ra các vật liệu có màu. 1.1.3. Đặc điểm cấu trúc tinh thể khoáng mica Tinh thể mica có cấu trúc lớp, bao gồm 3 lớp: 1 lớp bát diện được kẹp giữa hai lớp tứ diện giống nhau, với các đỉnh của cả hai lớp tứ diện hướng vào trong. Hai lớp tứ diện liền kề chung nhau nguyên tử oxy tạo ra mạng lưới 6 cạnh. Các nhóm hydroxyl tự do cùng với các nguyên tử oxy ở đỉnh tạo thành mặt phẳng chung nối giữa các lớp tứ diện và bát diện. Ở lớp tứ diện, cứ 4 nguyên tử Si hóa trị 4 thì có một nguyên tử được thay thế bằng một nguyên tử Al hóa trị 3 làm mất cân bằng điện tích ở mặt này. Điện tích âm của lớp này được cân bằng bởi 1 lớp các ion K+[16] Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể khoáng mica 6 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
  16. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ Các ion K+ nằm ở các hốc trống vòng sáu cạnh oxy trên bề mặt cơ sở của tứ diện Si3Al. Mica có thể bóc tách dọc theo mặt phẳng của lớp ion K +. Điều này là do các liên kết hóa trị trong các lớp của nhôm silicat bền vững hơn các liên kết ion giữa các lớp. Chính vì vậy, mica có thể bóc tách dễ dàng giữa các lớp có bề mặt nhẵn bóng. Bề mặt của mica bao gồm các nguyên tử oxy được liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử silic (75%) và các nguyên tử nhôm (25%) [17]. Không có nhóm hydroxyl nào trên bề mặt. Các nguyên tử oxy được sắp xếp tạo thành các hốc trống với diện tích vào khoảng 0,18 nm 2 và có một nhóm hydroxyl ở vị trí thấp hơn khoảng 0,17 nm. Các ion K+ chiếm các hốc trống trong tinh thể. Hình 1.2. Sự bóc lớp trong tinh thể mica Khi sericit được cho vào trong nước, các ion K + tách ra từ bề mặt. Do mật độ điện tích trên bề mặt cao, nên phần lớn các ion K + tập trung ở các vị trí gần với bề mặt của mica. Tuy nhiên dưới điều kiện thích hợp các ion K + có thể trao đổi một 7 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
  17. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ cách định lượng với các ion khác. 1.1.4. Một số ƣu điểm và ứng dụng của mica - Có tính bóng đều óng ánh, bề mặt phẳng mịn, sáng bóng. - Xuyên sáng tốt, màu sắc da dạng. - Mica có đặc tính dẻo nên dễ dàng gia công lắp ghép, uốn, ép theo ý muốn. - Chịu được nhiệt độ cao, không dẫn điện, không dẫn nhiệt. Có khả năng chống lại các tia tử ngoại dưới 300 nm. Ngăn các tia tử ngoại dưới 300 nm là một trong các yếu tố nâng cao khả năng bền thời tiết cho các lớp phủ của các công trình ngoài trời. - Có khả năng chống trầy xước tốt hơn so với các khoáng khác. - Trơ với axit và bazơ và tất cả các dung môi. Nó có thể được sử dụng cho các ứng dụng chống ăn mòn. 1.2. Tổng quan về các phƣơng pháp biến tính mica 1.2.1. Phƣơng pháp biến đổi bề mặt trực tiếp Hầu hết các chất độn trong tự nhiên được sử dụng đều là các chất vô cơ và thường là các chất phân cực [11]. Vì vậy, bề mặt của các chất độn tương tác rất yếu với các hệ polyme. Cùng với một số ảnh hưởng khác, điều này có thể gây ra một số vấn đề như thời gian thấm ướt kéo dài, độ nhớt cao, khả năng phân tán của chất độn trong chất nền kém và các tính chất cơ lý thấp. Quá trình biến đổi bề mặt của chất độn được nghiên cứu để cải thiện các vấn đề này. Phương pháp biến đổi bề mặt được sử dụng phổ biến hiện nay là phương pháp sử dụng các tác nhân ghép nối silan. Các tác nhân ghép silan là các hợp chất hóa học trên cơ sở silic có chứa hai nhóm hoạt động chính là nhóm vô cơ và hữu cơ trên cùng một phân tử. Hầu hết các tác nhân ghép silan được sử dụng rộng rãi gồm có một thành phần hữu cơ và ba thành phần vô cơ có khả năng thủy phân với cấu trúc điển hình của nó là [14]: 8 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
  18. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ (RO)3SiCH2CH2CH-X Trong đó: RO là nhóm có khả năng thủy phân như: metoxy, etoxy hay axetoxy. X là nhóm hữu cơ chứa các nhóm chức như amin, metacryloxy, epoxy,… Một tác nhân ghép silan sẽ hoạt động ở bề mặt phân cách pha giữa chất độn vô cơ (như thủy tinh, kim loại hay khoáng chất) và vật liệu hữu cơ (như polyme hữu cơ, lớp phủ hay chất kết dính) để liên kết hay ghép nối hai loại vật liệu ít tương thích này [15]. Với bề mặt tương đối trơ về mặt hóa học và không tương thích với các chất nền polyme của mica, đã hạn chế nhiều ứng dụng của nó. Vì vậy, cũng như nhiều chất độn vô cơ khác, biến đổi bề mặt của mica là cần thiết trong nhiều trường hợp để nâng cao khả năng tương hợp với polyme nền. Phương pháp biến đổi bề mặt mica được sử dụng phổ biến hiện nay là sử dụng các tác nhân ghép nối silan. Sau khi biến đổi bằng các hợp chất silan, bề mặt của mica được hoạt hoá nhờ các nhóm chức hữu cơ như amino, epoxy hay vinyl. Khi gia cường cho các vật liệu polyme hay cao su, mica có thể tạo liên kết hoá học hay vật lý với các pha nền trên mô tả trong 2 trường hợp dưới đây [15]: - Tham gia phản ứng lưu hoá cao su: 9 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
  19. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ - Tạo liên kết vật lý với polyme: Như vậy, tuỳ từng loại polyme hay cao su được gia cường mà cần phải lựa chọn hợp chất silan cho phù hợp để thực hiện quá trình xử lý biến đổi bề mặt mica. Nhiều tác giả khác cũng đã tiến hành biến đổi trực tiếp bề mặt của mica bằng các hợp chất silan trên cơ sở bề mặt tích điện âm của mica. Các phản ứng silan hóa diễn ra trên bề mặt chủ yếu là phản ứng trao đổi ion của các cation silan hoặc các 10 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
  20. Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ phần mang điện tích dương trên phân tử silan với ion K + nhằm mục đích trung hòa phần điện tích âm trên bề mặt mica [17]. B. D. Favis và đồng nghiệp [19] đã sử dụng phương pháp phân tích cacbon để xác định lượng cation vinyl benzyl silan (CVBS) hấp phụ trên bề mặt mica. Kết quả cho thấy CVBS có thể hấp phụ khá tốt trên bề mặt mica trong một khoảng pH rộng của dung dịch và tốt nhất trong môi trường trung tính hoặc axit. Trong một nghiên cứu khác, Favis cũng đã sử dụng CVBS để biến đổi bề mặt của mica và đưa vào polystyren. Sản phẩm mica đã được biến đổi bề mặt bằng hợp chất silan có khả năng tương tác tốt với chất nền polystyren [20]. C.R.G. Furtado và các đồng nghiệp [13] đã sử dụng bis(3-triethoxysilylpropyl) tetrasunphide biến đổi bề mặt của mica để thay thế một phần oxit silic dùng làm chất độn cho cao su styren butadien. Các tác giả đã chỉ ra rằng, các tác nhân ghép silan đã tăng cường tương tác giữa chất độn với cao su từ đó nâng cao một số tính chất của vật liệu. Để sử dụng các phiến mica gia cường cho HDPE, Tariq M. Malik [21] đã tiến hành xử lý bề mặt của chất độn bằng α-aminopropyltriethoxysilan và alkoxy trimethacryl titanat. Kết quả cho thấy với các chất độn đã được xử lý bề mặt, tính chất cơ lý của vật liệu đã được tăng lên, đặc biệt là trong trường hợp xử lý bề mặt bằng hợp chất silan. Khả năng hấp phụ của hợp chất silan phụ thuộc vào pH và thực tế là các lớp silan trên bề mặt có thể bị giải hấp nếu được ngâm trong dung dịch chất điện ly. Mặt khác, liên kết của các silan với bề mặt mica là các liên kết tĩnh điện tạo thành do sự hút bám giữa các nhóm amoni và bề mặt tích điện âm của sericit. Peter Herder và cộng sự [17] đã sử dụng 3-aminopropyltriethoxysilan và N- (N-vinylbenzyl-2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan hydroclorit để biến đổi bề mặt của sericit. Phân tích các kết quả thu được, các tác giả rút ra kết luận 11 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2430 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2