Tóm tắt 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:15

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài tiến hành nhằm 2 mục tiêu: 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: Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu biến tính khoáng Mica bằng ion sắt (III) và ứng dụng của nó

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1. Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp vật lý trong hóa học, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội. 2. Trịnh Hân, Ngụy Tuyết Nhung (2007). Cơ sở hóa học tinh thể, NXB ĐHQG Hà Nội 3. PGS.TS. Triệu Thị Nguyệt, Giáo án chuyên đề: Các phương pháp nghiên cứu trong hóa vô cơ. 4. Nguyễn Đức Nghĩa (2007) “Hóa học nano công nghệ nền và vật liệu nguồn”, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 5. Quang Kháng, Ngô Kế Thế, Lương Như Hải và cộng sự (2004), Hội nghị hoá học toàn quốc lần thứ IV, Hà nội, 10. 2003, Tr. 10-15. Báo cáo khoa học, Viện KH Vật liệu,. 6. Ngô Kế Thế (2008), Nghiên cứu ứng dụng bột khoáng sericit để tăng cường khả năng bảo vệ cho hệ sơn dùng ở môi trường ẩm và xâm thực cao, Viện Khoa học Vật liệu. 7. Ngô Kế Thế (2007), Nghiên cứu khả năng ứng dụng khoáng mica-sericit để gia cường cho vật liệu polyme-compozit, Viện Khoa học Vật liệu. 8. PGS.TS. Nghiêm Xuân Thung (2008), Bài giảng chuyên đề : Hóa học silicat. 9. Phan Văn Tường (2001), Vật liệu vô cơ, giáo trình chuyên đề, Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội. 10. Quách Đăng Triều (2003), Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu nano polyme Compozit, KC.02.07. 3 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ TIẾNG ANH 11. Rothon and Roger (2002). “Particulate filler for Polymer”, Smithers Rapra. 12. Karian, Ph.D., Harutun G (1999). “Handbook of Polypropylene and Polypropylene Composites”, Marcel Dekker Incorporated. 13. C.R.G. Furtado, J.L. Leblanc, R.C.R. Nunes (2000). European Polymer Journal (36), 1717-1723. 14. Gelest (2006). Hydrophobicity, hydrophilicity and silane surface modification., Inc. 15. Dow Corning . A Guide to Silane Solutions from Dow Corning. 16. Krishna G. Bhattacharyya (1993). Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 63, 289-306. 17. Peter Herder, Lena Vagberg and Per Stenius (1988). Colloid and Surfaces , 34, 117-132. 18. E. Kiss and C-G. Golander (1990). Colloids and Surfaces, 49, 335-342. 19. B. D. Favis, Blandchard, J. Leonard and R.E. Prud’homme (1983). Journal of Applied Polymer Science, 28, 1235-1244. 20. B. D. Favis, M. Leclerc and R.E. Prud’homme (1983). Journal of Applied Polymer Science, 28, 3565-3572. 21. Tariq M. Malik (1991). Polymer Bulletin, 26, 709-714. 22. Industrial Grade, C. A> S>, 12001/26/2. Sericit 2000. 23. Daniel F. Castro et. Al (2003). Journal of Applied Polymer Science, 90, 2156- 2162. 4 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ 24. S. Debnath, S. K. De, D. Khastgir (1987). Journal ò Materials Science, 22, 4453- 4459. 25. H. S. Katz and J. V. Milewske (1987), “Handbook of fillers for plastics”, New York, Van Nostrand. 26. J. Luss, R. T. Woodhams and M. Xanthos (1973): Polym. Eng. Sci., 13, 139. 27. S. E. Tausz and C. E. Chaffey (1982), J. Appl. Polym. Sci., 27, 4493. 28. K. Okuno and R. T. Woodhams (1975), Polym. Eng. Sci., 15, 308. 29. C. Busign, C. M. Martines and R. T. Woodhams (1983), Polym. Eng. Sci., 23, 766. 30. M. Xanthos, Plast (1979). Compos., 2, 19. 31. C. Busign, R. Lahtinen, C. M. Martines, G. Thomas and R. T. Woohams (1984), Polym. Eng. Sci., 24, 169. 32. P. L. Fernando (1988), Polym. Eng. Sci., 28, 806. 33. T. Vu-Khanh, B. Sanschgrin and B. Fisa (1985), Polym. Compos.,,5, 249. 34. D. L. Faulkner, J. Appl (1988). Polym. Sci., 36, 467. 35. T. Vu-Khanh and B. Fisa (1986), Polym Compos., 7, 219. 36. M. R. Piggott, J. Mayer (1973). Sci., 8, 1373 37. M. S. Boara and C. E. Chapffey (1977), Polym. Eng. Sci., 17, 715. 38. A. Sodergard, K. Ekman, B. Stenlund and A. Lassas, J. Appl (1996). Polym. Sci., 59, 1709-1714. 5 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22
Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ 39. Puspha Bajaj, N. K. Jha and A. Kumar, J. Appl (1988). Polym. Sci.,, 56, 1339- 1347. 40. Xiadong Zhou, Ruohua, Quangfang Lin (2006). Journal of Materials Science , 41, 7879-7885. 41. Dipak Baral, P. P. De, Golok B. Nando (1999). Polymer Degradation and Stability, 65, 47-51. 42. Petr Kalenda et. al (2004). Progress in Organic Coatings, 49, 137-145. 6 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22