Luận văn Lớp phủ Polymer Fluo chứa Nanosilica bảo vệ chống ăn mòn cho nền thép phủ hợp kim AL-ZN

Nội dung tài liệu: Luận văn Lớp phủ Polymer Fluo chứa Nanosilica bảo vệ chống ăn mòn cho nền thép phủ hợp kim AL-ZN

1. ®¹i häc quèc gia hµ néi tr•êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn      NGUYỄN THỊ THÚY HỒNG LỚP PHỦ POLYMER FLUO CHỨA NANOSILICA BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO NỀN THÉP PHỦ HỢP KIM Al-Zn LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Hµ néi - 2011
2. ®¹i häc quèc gia hµ néi tr•êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn      NGUYỄN THỊ THÚY HỒNG LỚP PHỦ POLYMER FLUO CHỨA NANOSILICA BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CHO NỀN THÉP PHỦ HỢP KIM Al-Zn Chuyên ngành: Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ Mã số : 604435 LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Trịnh Anh Trúc Hµ néi - 2011
3. MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................... iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ẢNH ............................................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... vi MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN ................................................................................ 4 1.1. Ăn mòn kim loại ...........................................................................................4 1.1.1. Định nghĩa ............................................................................................... 4 1.1.2. Các phƣơng pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại .................................... 5 1.2. Lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn ...................................................................... 6 1.2.1. Lớp phủ Al-Zn ......................................................................................... 6 1.2.1.1 Giới thiệu ............................................................................................. 6 1.2.1.2. Cơ chế bảo vệ chống ăn mòn .............................................................. 8 1.2.2. Lớp phủ hữu cơ ........................................................................................ 8 1.2.2.1. Thành phần ......................................................................................... 9 1.2.2.2. Cơ chế hoạt động của lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn......................... 9 1.2.3. Lớp phủ polyme fluo ..............................................................................12 1.2.3.1. Giới thiệu ..........................................................................................12 1.2.3.2. Phân loại ...........................................................................................13 1.2.4. Lớp phủ kết hợp .....................................................................................16 1.3. Giới thiệu về nanosilica ..............................................................................18 1.3.1. Định nghĩa ..............................................................................................18 - i -
4. 1.3.2. Tính chất ...............................................................................................18 1.3.2.1. Tính chất của hạt silica kích thước nano ..........................................18 1.3.2.2. Ứng dụng của haṭ nanosilica ........................................................... 20 1.3.3. Các phƣơng pháp tổng hợp nanosilica ...................................................22 1.3.3.1. Phản ứng nhiệt phân .........................................................................22 1.3.3.2. Phản ứng thủy phân và phương pháp sol – gel ................................22 1.3.4. Biến tính nanosilica ................................................................................25 1.3.4.1. Biến tính bằng tương tác hóa học .................................................... 25 1.3.4.2. Biến tính bằng tương tác vật lý ........................................................ 27 1.4. Vật liệu silica nano compozit ......................................................................27 1.4.1. Giới thiệu ...............................................................................................27 1.4.2. Vật liệu nanosilica compozit ..................................................................28 CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM ..........................................................................30 2.1. Nguyên liệu .................................................................................................30 2.1.1. Nguyên liệu dùng để tổng hợp nanosilica .............................................30 2.1.2. Hợp chất hữu cơ dùng làm chất ức chế ăn mòn.....................................30 2.1.3. Nền kim loại nghiên cứu ........................................................................30 2.1.4. Chất tạo màng ........................................................................................30 2.2. Tổng hợp nanosilica và nanosilica chứa chất hữu cơ .................................32 2.2.1. Tổng hợp nanosilica ...............................................................................32 2.2.2. Biến tính nanosilica với chất hữu cơ .....................................................33 2.3. Quy trình tạo màng .....................................................................................33 2.3.1. Tạo lớp lót epoxy ..................................................................................33 2.3.2. Tạo lớp phủ bảo vệ .................................................................................34 2.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................34 - ii -
5. 2.4.1. Phƣơng pháp phân tích cấu trúc ............................................................34 2.4.1.1 Phương pháp kính hiển vi trường điện tử quét FESEM ....................34 2.4.1.2 Phương pháp phân tích nhiệt TGA ................................................... 35 2.4.2. Phƣơng pháp tổng trở điện hóa .............................................................36 2.4.3. Phƣơng pháp phổ tử ngoại khả kiến ......................................................40 2.4.4. Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir nghiên cứu khả năng hấp phụ của nanosilica .....................................................................................................41 2.4.5. Phƣơng pháp đo độ bám dính ................................................................43 CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .....................................................44 3.1. Tổng hợp và biến tính nanosilica ................................................................44 3.2. Nghiên cứu khả năng bảo vệ chống ăn mòn thép phủ hợp kim Al-Zn của polyme fluo và epoxy chứa nanosilica biến tính với 1H-Benzotriazole ......49 3.3. Đánh giá khả năng chịu tia tử ngoại của lớp màng epoxy và lớp màng polyme fluo ..........................................................................................................55 3.4. Khảo sát khả năng bảo vệ chống tia tử ngoại và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ polyme fluo chứa nanosilica và nanosilica biến tính trên nền thép phủ hợp kim Al-Zn...............................................................................................58 KẾT LUẬN CHUNG...........................................................................................66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................67 - iii -
6. DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Trang Bảng 3.1. Kết quả đo hấp phụ của nanosilica trong dung dịch 1H-Benzotriazole theo thời gian ...................................................................................................47 Bảng 3.2. Độ bám dính của màng epoxy và màng polyme fluo .........................54 - v -
7. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ẢNH Trang Hình 1.1. Các dạng khuyếch tán trong màng sơn ...............................................10 Hình 2.1. Kính hiển vi trường điện tử quét .........................................................34 Hình 2.2. Giản đồ Nyquist dạng tổng quát ..........................................................37 Hình 2.3. Sơ đồ mạch điện tương đương của kim loại phủ màng sơn ................38 Hình 2.4. Giản đồ Bode về sự biến đổi của modul tổng trở theo tần số và sự biến đổi của góc pha theo tần số ..................................................................................38 Hình 2.5. Sơ đồ bình đo điện hóa ........................................................................39 Hình2.6. Đường đẳng nhiệt Langmuir và đồ thị xác định cân bằng trong phương trình Langmuir .....................................................................................................43 Hình 3.1. Ảnh FESEM của hạt nanosilica tổng hợp ...........................................44 Hình 3.2. Phổ UV-VIS của dung dịch 1H - Benzotriazole ................................45 Hình 3.3. Phổ UV-VIS của dung dịch 1H - Benzotriazole ở các nồng độ khác nhau ..............................................................................................................................45 Hình 3.4. Đồ thị đường chuẩn của dung dịch 1H - Benzotriazole ......................46 Hình 3.5. Biến thiên của lượng hấp phụ 1H - Benzotriazole trên nanosilica theo thời gian................................................................................................................47 Hình 3.6. Giản đồ phân tích nhiệt của nanosilica, nanosilica biến tính silan và nanosilica biến tính 1H – Benzotriazole ..............................................................48 Hình 3.7. Phổ tổng trở của mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng epoxy (o) và epoxy chứa 3% SiO2-HBT (•) sau 7 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3% .......50 Hình 3.8. Phổ tổng trở của mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng epoxy (o) và epoxy chứa 3% SiO2-HBT (•) sau 77 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3% .....50 - vi -
8. Hình 3.9. Phổ tổng trở của mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng polyme fluo (o) và HBT polyme fluo (•) sau 7 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3% .....................52 Hình 3.10. Phổ tổng trở của mẫu thép phủ Al-Zn phủ màng polyme fluo (o) và HBT – polyme fluo (•) sau 77 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 3% .......52 Hình 3.11. Sự biến thiên modul tổng trở tại tần số 100 mHz của các màng epoxy (o) và 1HBT - epoxy (•) theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% ...........53 Hình 3.12. Sự biến thiên modul tổng trở tại tần số 100 mHz của màng polyme fluo (o) và polyme fluochứa nano SiO2 - HBT (•) theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3% ...............................................................................................................53 Hình 3.13. Sự biến thiên modul tổng trở tại tần số 100 mHz của mẫu thép phủ hợp kim Al-Zn và phủ epoxy (o), polyme fluo (•) theo thời gian chiếu UV .............55 Hình 3.14. Phổ tổng trở của mẫu polyme fluo, polyme fluo chứa nano SiO2 (MS4), polyme fluo chứa nano SiO2 biến tính silan (MS6) sau 2 giờ chiếu UV .............59 Hình 3.15. Phổ tổng trở của mẫu polyme fluo, polyme fluo chứa nanosilica (MS4), polyme fluo chứa nanosilca biến tính silan (MS6) sau 2 ngày chiếu UV ...........60 Hình 3.16. Phổ tổng trở của mẫu polyme fluo, polyme fluo chứa nano SiO2 (MS4), polyme fluo chứa nano SiO2 biến tính silan (MS6) sau 4 ngày chiếu UV ..........61 Hình 3.17. Sự biến thiên modul tổng trở tại tần số 100 mHz của các màng polyme fluo, polyme fluo chứa nanosilica và polyme fluo chứa nanosilica biến tính silan theo thời gian chiếu UV .......................................................................................62 Hình 3.18. Ảnh FESEM mặt cắt của polyme fluo, polyme fluo chứa nano SiO2 - HBT, polyme fluo chứa nanosilca và polyme fluo chứa nanosilica biến tính silan ......................................................................................................................64 - vii -
9. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT FESEM Phương pháp kính hiển vi trường điện tử quét HBT 1H – Benzotriazole MS4 Polyme fluo chứa nano silica MS6 Polyme fluo chứa nano silica biến tính silan PA66 Polyamit SiO2 - HBT Polyme fluo chứa nano silica biến tính HBT TEOS Tetraethoxysiliane TGA Phương pháp phân tích nhiệt UV – VIS Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến - iv -
10. Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam nằm ở vùng Đông Nam Á với hơn 3200 km đường bờ biển, một vùng duyên hải rộng lớn, là một tiền đề rất tốt để phát triển giao thông đường biển, giao thương với các nước Đông Nam Á và trên toàn thế giới, một điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nền kinh tế quốc dân. Môi trường biển Việt Nam với sự hà khắc của khí hậu nhiệt đới nóng ẩm có nhiệt độ trung bình cao, độ ẩm lớn, thời gian ẩm ướt kéo dài, kèm thêm sự xâm thực mạnh của môi trường, đặc biệt là của ion clo (Cl-), đã khiến cho nhiều công trình xây dựng ở vùng biển nước ta, đặc biệt là các thiết bị vận hành ngoài khơi hay bờ biển với kết cấu phức tạp phải gánh chịu sự ăn mòn và phá huỷ nghiêm trọng. Khác với các dạng ăn mòn khác như ăn mòn sunphat, rửa trôi, tác động bào mòn của sóng biển thì ăn mòn kết cấu thép dưới tác động của ion Cl- được xác định là dạng ăn mòn xảy ra nhanh, mạnh mẽ và phổ biến nhất gây ra thiệt hại lớn. Chính vì vậy, cùng với sự phát triển ngày càng tăng của các ngành công nghiệp thì nhu cầu bảo vệ chống ăn mòn cho các cấu kiện sắt thép vận hành trên biển và ven biển ngày càng trở nên cấp bách. Trong các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại, phương pháp sơn phủ vẫn được sử dụng rộng rãi do hiệu quả cao với giá thành hợp lý. Những năm gần đây, công nghiệp sản xuất vật liệu sơn phát triển rất đa dạng; việc nghiên cứu tìm ra các loại sơn có khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại cao đã được rất nhiều nhà khoa học quan tâm. Các lớp phủ kẽm đã được biết đến như một lớp phủ bền trong môi trường khí quyển. Đối với những môi trường khắc nghiệt như thủy triều và vùng té sóng biển, việc bổ sung thêm lớp phủ hữu cơ bên ngoài đã được nhiều công trình nghiên cứu đề cập đến, ngoài đảm bảo tính thẩm mỹ cho công trình Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 1