Lớp phủ Polymer Fluo chứa trong Nanosilica bảo vệ chống ăn mòn cho nền thép phủ hợp kim Al-Zn

  • Số trang: 82 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 93 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27372 tài liệu

Mô tả:

®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 ®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 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- 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 hạt 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 - 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 - 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- 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 - 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 - 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 - 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 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn thì việc kéo dài tuổi thọ của vật liệu đã được ghi nhận. Các lớp phủ polyme fluo hiện đang được nghiên cứu với các tính năng nổi trội như duy trì được dáng vẻ bề ngoài (độ bóng nhẵn, màu sắc) của các tòa nhà cao ốc hay các công trình kiến trúc khác hơn 20 năm và cũng bảo vệ các công trình cầu thép hay bê tông từ các tia tử ngoại UV, gió, mưa và ăn mòn. Ngày nay, nghiên cứu vật liệu nanocompozit nói chung và lớp phủ nanocompozit nói riêng đang được quan tâm từ các nhà nghiên cứu trong nước và trên thế giới. Ưu điểm nổi bật của vật liệu nanocompozit là kích thước nhỏ của vật liệu làm gia tăng đáng kể diện tích bề mặt; vì vậy tính chất gia cường của vật liệu tăng rất nhiều so với vật liệu nền ở nồng độ hạt nano vô cơ nhỏ. Việc kết hợp nanosilica với polyme chứa fluo là một hướng đi còn mới, nhằm tạo ra vật liệu polyme nanocompozit có thể kết hợp ưu điểm của các thành phần trên. Bản luận văn với tiêu đề “Lớp phủ polymer fluo chứa nanosilica bảo vệ chống ăn mòn cho nền thép phủ hợp kim Al-Zn” bước đầu khảo sát hệ lớp phủ kết hợp Al-Zn và polyme nanocompozit sử dụng nanosilica với hy vọng góp phần nghiên cứu để ứng dụng thực tiễn cho các công trình, các kết cấu kim loại trong môi trường biển. 2. Mục đích nghiên cứu của luận văn Mục đích chính của luận văn là nghiên cứu chế tạo lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn mới, có khả năng bảo vệ chống ăn mòn cao và thân thiện với môi trường. Trong đó lớp phủ Al-Zn kết hợp với lớp phủ polyme fluo chứa nanosilica, sử dụng như một chất gia cường. Bản luận văn tập trung nghiên cứu các vấn đề chính sau: 1/ Tổng hợp nanosilica và biến tính với chất ức chế ăn mòn gốc hữu cơ. Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 2 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn 2/ Bước đầu nghiên cứu khả năng hấp phụ của nanosilica đối với dung dịch chất ức chế 1H – Benzotriazole. 3/ Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn của chất hữu cơ 1H –Benzotriazole trên các màng epoxy và polyme fluo trong việc bảo vệ chống ăn mòn của các lớp phủ. 4/ Đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp màng epoxy và lớp màng polyme fluo cùng khả năng bám dính để lựa chọn lớp lót trong hệ thống lớp phủ. 5/ Nghiên cứu khả năng chịu tia tử ngoại của các lớp phủ epoxy, polyme fluo, polyme fluo chứa nanosilica và polyme fluo chứa nanosilica biến tính để lựa chọn lớp phủ bảo vệ ngoài của hệ thống lớp phủ. Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 3 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. Ăn mòn kim loại 1.1.1. Định nghĩa Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại do tương tác của kim loại với môi trường xung quanh. Có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng tới quá trình ăn mòn kim loại như bản chất của kim loại, môi trường, công nghệ vật liệu. Tùy theo cơ chế phá hủy kim loại mà người ta chia ăn mòn kim loại thành: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.  Ăn mòn hóa học xảy ra do phản ứng hóa học của kim loại với môi trường xung quanh.  Ăn mòn điện hóa là sự ăn mòn kim loại trong môi trường điện ly, trong đó sự oxy hóa kim loại và sự khử các chất oxy hóa không chỉ xảy ra trong một phản ứng trực tiếp mà nhờ sự dẫn điện; quá trình oxy hóa khử còn xảy ra trong phạm vi rộng, phức tạp. Ăn mòn điện hóa tuân theo quy luật của động học điện hóa và xảy ra với tốc độ tuân theo định luật Faraday. Sự phá hủy kim loại theo cơ chế ăn mòn điện hóa là rất phổ biến trong tự nhiên. Ăn mòn điện hóa của kim loại gồm có ba quá trình cơ bản: quá trình anot, quá trình catot và quá trình dẫn điện. Quá trình anot là quá trình oxy hóa điện hóa, trong đó kim loại chuyển vào dung dịch dưới dạng ion và giải phóng điện tử: Me → Men+ + ne Quá trình catot là quá trình khử điện hóa trong đó các chất oxy hóa (Ox) nhận điện tử do kim loại bị ăn mòn giải phóng ra: Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 4 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn Ox + ne → Red Trong đó Red là dạng chất khử; Ox là dạng chất oxy hóa, thường là H+ hoặc O2:  Nếu Ox là H+ thì quá trình catot xảy ra như sau: H+ + 1e → Hhp Hhp + Hhp → H2 Trong đó Hhp là hydro hấp phụ. Ta thường gọi trường hợp này là sự ăn mòn với chất khử phân cực hydro.  Nếu Ox là O2 thì: Với môi trường axit, quá trình catot là: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O Với môi trường trung tính hoặc bazơ, qua trình catot sẽ là: O2 + 2H2O + 4e → 4OHTrong quá trình dẫn điện, các điện tử do kim loại bị ăn mòn giải phóng ra sẽ di chuyển từ nơi có phản ứng anot tới nơi có phản ứng catot, còn các ion dịch chuyển trong dung dịch. Như vậy, khi kim loại bị ăn mòn sẽ xuất hiện vùng catot và vùng anot. 1.1.2. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại Ngày nay, để bảo vệ kim loại không bị ăn mòn người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau; chủ yếu là 4 nhóm sau: - Lựa chọn vật liệu kim loại thích hợp, bền với môi trường xâm thực. - Sử dụng các lớp phủ bảo vệ (phủ kim loại, phủ sơn) để ngăn cách kim loại với môi trường xâm thực hoặc biến tính bề mặt kim loại (cromat hóa, photphat hóa). - Sử dụng ức chế chống ăn mòn. - Sử dụng dòng điện (catot hoặc anot). Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 5 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn Trong thực tế, có thể kết hợp nhiều biện pháp bảo vệ chống ăn mòn để đạt được những kết quả tối ưu, ví dụ đưa chất ức chế vào lớp phủ… 1.2. Lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn Trong công nghiệp, phương pháp bảo vệ kim loại được sử dụng rộng rãi đó là ngăn cách kim loại ra khỏi môi trường xâm thực bằng lớp phủ bám dính tốt, không thấm và kín khít, không bị ăn mòn hoặc bị ăn mòn với tốc độ yếu hơn tốc độ ăn mòn cần được bảo vệ và có độ bền cao. Ta có thể chia lớp phủ thành ba loại chính như sau: - Lớp phủ kim loại - Lớp phủ phi kim loại - Lớp phủ hữu cơ 1.2.1. Lớp phủ Al-Zn 1.2.1.1. Giới thiệu Trong phương pháp phủ kim loại, phủ kẽm là phương pháp có hiệu quả cao trong môi trường khí quyển và nước. Đây là phương pháp phủ anot, do điện thế của kẽm âm hơn thép nên kẽm đóng vai trò anot của cặp pin ăn mòn. Có ba phương pháp chính để phủ kẽm:  Phương pháp mạ kẽm: dùng nguồn điện một chiều để kết tủa kẽm, tạo lớp màng mỏng 8-13 µm trên bề mặt thép, lớp mạ này có khả năng chống ăn mòn khí quyển tốt.  Phương pháp nhúng kẽm: đưa thép vào kẽm nóng chảy, giữ một thời gian để khuyếch tán và tạo thành lớp phủ. Chiều dày của lớp phủ phụ thuộc vào nhiệt độ bể nhúng, ở nhiệt độ khoảng 450 – 480oC thường đạt độ dày cho phép và lớp phủ đều. Trên bề mặt kẽm luôn hình thành lớp oxit làm giảm tính chất của lớp phủ, do đó người ta hay sử dụng các chất trợ dung, thường là hỗn hợp muối Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 6 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn ZnCl2 + NH4Cl + ZnO. Ngoài ra, để cải thiện tính bám dính của lớp phủ, người ta thường cho một lượng nhỏ nhôm (0.1 – 0.2%); ở hàm lượng nhôm cao hơn lại gây ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của lớp phủ.  Phun phủ bề mặt: là phương pháp phun vật liệu nóng chảy, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ tạo thành lớp phủ Zn chống ăn mòn cho cả các chi tiết và các kết cấu lớn. Tuy nhiên, chi phí tăng cao của kẽm và yêu cầu lớp phủ bền hơn đã dẫn đến sự phát triển của lớp phủ kim loại linh hoạt hơn mà chủ yếu dựa trên các hợp kim Al-Zn. Đối với việc sử dụng làm lớp phủ bảo vệ trong môi trường biển thì kim loại được chủ yếu sử dụng là Zn, Al và hợp kim của chúng. Phun phủ nhiệt Al-Zn là phương pháp bảo vệ chống ăn mòn đã được ghi nhận từ 30 năm nay. Ngoài cơ chế bảo vệ catot, các sản phẩm ăn mòn thường bịt kín các lỗ xốp ức chế ăn mòn. So với phương pháp mạ kẽm, phương pháp này có những ưu điểm sau:  Nhiệt đầu vào thấp, tránh được nguy cơ biến dạng  Không giới hạn về kích thước của cấu kiện, có thể xử lý tại chỗ So với sơn phủ hữu cơ có những lợi thế sau:  Sử dụng trên mọi bề mặt  Giảm thiểu về ô nhiễm môi trường  Hiệu suất cao  Dễ sử dụng  Độ cứng tốt, bám dính và chịu được nhiệt độ cao Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 7 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn 1.2.1.2. Cơ chế bảo vệ chống ăn mòn Thông thường, các lớp phủ nhôm có cấu trúc phẳng, được bao phủ bằng một lớp oxit mỏng. Lớp oxit này có tác dụng như một lớp che chắn, ngăn chặn ăn mòn lỗ và sự xói mòn. Lớp phủ kẽm có tác dụng bảo vệ catot theo cơ chế anot hy sinh, tạo ra các sản phẩm ăn mòn khó tan, những sản phẩm này lại bịt kín lỗ rỗ làm tăng khả năng che chắn của lớp phủ. Các lớp phủ giả hợp kim nhôm kẽm thường bao gồm hai pha, pha nhôm và pha kẽm. Pha nhôm có tác dụng bảo vệ ăn mòn theo cơ chế che chắn và pha kẽm theo cơ chế anot hy sinh. Sản phẩm ăn mòn của quá trình anot hy sinh lại tăng hơn nữa khả năng che chắn. Do vậy lớp phủ giả hợp kim Al-Zn được đánh giá tốt hơn so với lớp phủ hợp kim Al-Zn truyền thống hoặc lớp phủ riêng rẽ nhôm kẽm. Ngoài ra đối với lớp phủ giả hợp kim Al-Zn, hàm lượng nhôm có thể đưa vào tùy ý trong khi hàm lượng nhôm tối đa trong lớp phủ bằng dây hợp kim Al-Zn chỉ đến 15%. Trong số các lớp phủ hợp kim Al-Zn, hợp kim thương mại Galvalume [20], Galfan [23] và Lavegal [10] có chứa chủ yếu là 55%, 5% và 30% Al tương ứng, ngoài việc bổ sung hợp kim khác để tạo thành lớp phủ. Tất cả các lớp phủ có khả năng chống ăn mòn tốt như Galfan có độ bền ăn mòn khoảng 2 – 3 lần so với thép mạ kẽm trong công nghiệp và trong môi trường biển [41]. Tương tự, Galvalume chống ăn mòn tốt hơn so với thép mạ kẽm khoảng 3 – 6 lần trong các môi trường đó [12]. 1.2.2. Lớp phủ hữu cơ Lớp phủ bảo vệ hữu cơ hay lớp sơn là hệ huyền phù gồm chất tạo màng, dung môi và một số chất phụ gia khác khi phủ lên bề mặt sẽ tạo thành lớp mỏng bám chắc, có tác dụng bảo vệ và trang trí vật liệu cần sơn. Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 8 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn 1.2.2.1. Thành phần Thành phần chính của lớp phủ bảo vệ hữu cơ bao gồm: Chất tạo màng: là một polyme, khi đóng rắn tạo thành mạng lưới không gian ba chiều. Chất kết dính polyme này đóng vai trò chính cho tính chất hóa lý của một hệ sơn. Yêu cầu chính của polyme này là phải bám dính tốt lên bề mặt cần sơn nhờ các nhóm chức phân cực trong mạch polyme. Thông thường, bản chất hóa học của polyme quy định tên gọi của một hệ sơn, ví dụ như: sơn epoxy, sơn ankit, polyuretan…. Dung môi: là các sản phẩm dễ bay hơi, có tác dụng pha loãng sơn. Dung môi thường bay hơi trong quá trình khâu mạch của màng sơn. Các dung môi phải không phản ứng với chất tạo màng và phải làm gia tăng khả năng thấm ướt của sơn lên bề mặt tạo thành màng đồng nhất. Chất độn: là các loại bột không tan có vai trò gia cường các tính chất của màng. Sự có mặt của các chất độn cho phép tối ưu hóa độ chảy của một hệ sơn trong trạng thái lỏng để vận hành dễ dàng (điều chỉnh độ nhớt, độ chảy, lưu biến) cũng như nhiều tính chất của màng như độ ngấm, mềm dẻo, độ bóng, chịu mài mòn hoặc chịu lửa. Ngoài ra, sự có mặt của chất độn cũng làm giảm giá thành của sơn. Pigment: là các chất vô cơ hoặc hữu cơ, vai trò của chúng ngoài việc tạo màu cho sơn còn có tác dụng bảo vệ chống ăn mòn. Phụ gia: là những chất được sử dụng một lượng nhỏ trong sơn, có nhiều tác dụng khác nhau như tăng khả năng thấm ướt, phân tán, nhũ hóa, chống tạo bọt, xúc tác… 1.2.2.2. Cơ chế hoạt động của lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn Mặc dù được sử dụng với chiều dày không cao, từ hàng chục tới hàng trăm micromet, các lớp phủ bảo vệ hữu cơ có tính chất kháng ăn mòn rất Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 9 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn mạnh mẽ. Thông thường, việc kiểm soát ăn mòn kim loại của một lớp phủ hữu cơ thông qua ba cơ chế chính là che chắn, bám dính và ức chế ăn mòn. Hiệu ứng che chắn Hiệu ứng che chắn của màng là hạn chế sự khuyếch tán của các tác nhân xâm thực (H2O, O2, Cl-, SO42-…) đến bề mặt kim loại gây phản ứng ăn mòn kim loại. Tính chất che chắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như bản chất của polyme (thành phần hóa học, mức độ khâu mạch, nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh…), bản chất của pigment và chất độn cũng như sự tương tác của chất độn với chất tạo màng. Trên thực tế, không có loại màng phủ nào có thể che chắn được hoàn toàn lượng nước ngấm đến bề mặt kim loại luôn luôn đủ lớn gây nên ăn mòn. Tác nhân xâm thực H2O, O2, Cl-, SO42- Lỗ rỗ Chất tạo màng polyme Bề mặt kim loại Khuyếch tán tích cực Khuyếch tán giao diện Khuyếch tán không tích cực Hình 1.1. Các dạng khuyếch tán trong màng sơn Theo Funke [35], các cách thức khuyếch tán là đa dạng, có thể tóm tắt như sau:  Khuyếch tán tích cực, phụ thuộc vào dao động của đoạn mạch polyme Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 10 Nguyễn Thị Thúy Hồng Luận văn  Khuyếch tán không tích cực, diễn ra trong các lỗ rỗ hoặc khuyết tật của màng  Khuyếch tán tại ranh giới màng/kim loại hoặc pigment/chất tạo màng Như vậy, tất cả các hợp phần của sơn (chất tạo màng, pigment, tương tác giữa chúng) đều ảnh hưởng tới khả năng che chắn của màng sơn. Bản chất hóa học của chất tạo màng là một yếu tố quan trọng của khả năng xuyên thấm. Các chất tạo màng phân cực có tính ngăn cách tốt với các chất khí. Ngược lại, các chất không phân cực lại ngăn cách tốt với nước. Ví dụ, các polyme phân cực như xenlulo hoặc polyvinyl ancol rất nhạy cảm với nước trong khi các polyme với mạch hydrocarbon như polystyrene hoặc polyolefin lại ít nhạy cảm với các tác nhân phân cực. Hay sử dụng nhất là các loại nhựa polyacrylic, polyuretan, polyamit và epoxy mang tính chất trung gian. Tương tác nền kim loại/màng sơn: tính chất bám dính Tương tác giữa các phân tử của chất tạo màng và nền kim loại đóng vai trò quan trọng đối với tính chất bám dính của một hệ sơn và tuổi thọ của nó. Khả năng bám dính của màng polyme với bề mặt kim loại được kiểm soát qua ba cơ chế:  Bám dính cơ học  Bám dính phân cực  Bám dính hóa học Bám dính cơ học là sự treo bám vật lý của màng với bề mặt, phụ thuộc vào mức độ sần sùi của bề mặt kim loại. Bám dính phân cực là sự hút bám của chất tạo màng với bề mặt kim loại và phụ thuộc vào khả năng thấm ướt của kim loại bởi chất tạo màng. Hóa dầu và Xúc tác hữu cơ – K20 11
- Xem thêm -