Tài liệu Thuyết trình vật liệu vô cơ đề tài chất độn.pptx

VẬT LIỆU VÔ CƠ Đề tài: Chất độn Giảng viên: TS. Vũ Minh Khôi Nhóm 3 Nội dung 1. Giới thiệu chung 2. Phân loại 3. Một số chất độn 4. Các ứng dụng khác 1. Giới thiệu về chất độn - Chất độn là chất được thêm vào vật liệu (nhựa, composite, bê tông,…) để giảm sự tiêu thụ các vật liệu kết dính đắt hơn, làm giảm giá thành sản phẩm hoặc để cải thiện một số tính chất của vật liệu hỗn hợp (tạo ra sự tương tác hóa học có lợi cho sự phát triển giữa vật liệu chủ và chất độn, kết quả là làm tăng tính cơ học, tính kết dính, tính chống mòn,…). - Hiện nay, trên thế giới, 53 triệu tấn chất độn được sử dụng hàng năm trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau như giấy, nhựa, cao su, sơn, chất phủ, keo dán,… 2. Phân loại chất độn Chất độn Chất độn tự nhiên Các chất có sẵn trong tự nhiên, có tên gọi theo nguồn gốc địa lý và địa chất như thạch cao, đá phấn, đôlômit, silica,… Chất độn tổng hợp Các chất được sản xuất từ các phương pháp khác nhau như silica, than đen, cacbonat, sunfat,… 3. Cách sản xuất một số chất độn và ứng dụng của chúng Chất độn Canxi cacbonat Cách sản xuất Ứng dụng Silica Cách sản xuất Ứng dụng 3.1. Canxi cacbonat Ước tính khoảng 5% vỏ trái đất là một dạng nào đó của canxi cacbonat. Canxi cacbonat có thể tồn tại ở dạng canxit, đá vôi, đá phấn, đá cẩm thạch hoặc aragonit, hoặc ở dạng tạp chất và tạo ra các khoáng vật như dolomit. Đá phấn Canxi cacbonat là thành phần chính của vỏ động vật biển và bộ xương của hàng tỉ tỉ sinh vật, chúng tích lũy dần dưới đáy biển qua nhiều niên kỷ và sau đó được chuyển hóa trong các quá trình địa chất để tạo thành những ngọn núi hùng vĩ, những vách đá biển và nhiều mỏ đá vôi, đá cẩm thạch,… trên toàn thế giới. SẢN XUẤT CANXI CACBONAT Sản xuất canxi cacbonat nghiền (GCC) Canxi cacbonat tinh khiết thường được sản xuất từ những nguồn sạch, chủ yếu là sản xuất từ đá cẩm thạch. Khoáng vật đã khai khác được nghiền thành bột mịn và được phân loại theo cỡ hạt (canxi cacbonat nghiền – GCC). Độ tinh khiết của canxi cacbonat phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của mỏ đá. Các sản phẩm tinh khiết được gọi là canxi cacbonat nghiền mịn. ỨNG DỤNG CỦA CHẤT ĐỘN CANXI CACBONAT Ngành chất dẻo Ngành sơn Ngành giấy Ngành gốm sứ Ngành thủy tinh Ngành Ngànhchất chấtdẻo dẻo Tấm trần, khung, cửa nhựa: Làm gia tăng độ bền sản phẩm, độ phân tán trong hóa chất nhựa tốt hơn, độ bóng sản phẩm đạt được tối ưu, cải tiến quá trình sản xuất. Thị trường dây và cáp điện: Giúp tăng điện trở của hầu hết các vỏ bọc cáp. Ống nhựa PVC: - Có khả năng phân tán tốt hơn và tạo bề mặt hoàn thiện tốt hơn. - Thay đổi sức căng bề mặt của chất độn cho gần hơn với sức căng bề mặt của bột PVC, hỗ trợ sự phân tán và bọc phủ tốt. Ngành sơn Là chất độn chính Độ mịn và phân bố kích thước hạt canxi cacbonat ảnh hưởng đến độ chắn sáng của quá trình sơn phủ Trong ngành sơn nước: giúp tăng khả năng quang học của sơn và trọng lượng của sơn Ngành giấy Giấy viết, giấy in, giấy đóng gói: giá thành giảm, độ trắng cao - Độ bóng và khả năng in ấn tốt. - Giảm lượng nguyên liệu gỗ mà không ảnh hưởng đến độ bền của giấy. Máy móc vận hành ở tốc độ cao hơn, giấy khô nhanh hơn, tiết kiệm chi phí năng lượng Ngành gốm sứ 01 02 Cung cấp nguồn canxi oxit chính cần thiết để sản xuất gốm, giúp nâng cao độ bền cơ học và hóa học của sản phẩm. Canxi cacbonat được trộn lẫn với lượng lớn gốm thì đạt được độ giãn nở cần thiết cho tỷ lệ đúng giữa mảnh gốm và lớp men. Ngành thủy tinh Là một trong những thành phần chính trong thủy tinh cùng với silica và natri cacbonat Chất ổn định, nó điều chỉnh độ nhớt và tăng độ bền của thủy tinh Nâng cao khả năng kháng cự của thủy tinh trong tự nhiên 3.2. Chất độn Silica - Silica là tên gọi khác của silic dioxit (SiO2) chúng không tồn tại ở dạng đơn lẻ mà liên kết lại với nhau thành phân tử rất lớn. Ở điều kiện thường, silica có 3 dạng thù hình chính là thạch anh, tridimit và cristobalit. Ngoài ra silica có thể tồn tại rất nhiều dạng với nhiều loại cấu trúc vi tinh thể hoặc tinh thể. Silica tổng hợp tồn tại dạng vô định hình và thường ở dạng bột mịn. - Silica có hai dạng cấu trúc là dạng tinh thể và vô định hình. (A) (B) Hình 4: Cấu trúc tinh thể (A) và vô định hình (B) của silica Các phương pháp sản xuất 1. Phương pháp phun khói  Phương pháp phun khói là phương pháp sử dụng lò hồ quang ở nhiệt độ cao, áp suất cao để thủy phân một silic halogel. Hơi SiCl4 phản ứng với hơi nước theo phương trình phản ứng sau: SiCl4 + 2H2O → SiO2 + 4HCl  Lọc hỗn hợp khí sau phản ứng ta thu được silica gọi là silica khói. Silica khói được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp sơn, chất dẻo,... 2. Phương pháp kết tủa  Phương pháp kết tủa được tổng hợp bằng cách cho thủy tinh lỏng phản ứng với axit vô cơ. Silica được tạo thành theo phản ứng sau: Na2SiO3+ 2H3O+ → 2Na+ + SiO2 + 3H2O  Kết tủa silica được lọc rửa và sấy khô. Phương pháp này thu được silica 3. Phương pháp sol-gel Phương pháp sol-gel được sử dụng rất phổ biến để chế tạo silica dưới dạng bột hoặc màng mỏng. Phương pháp solgel gồm 2 giai đoạn chính: tiền chất alkoxit kim loại bị thủy phân và liên kết qua cầu nối oxy nhưng vẫn tan trong dung dịch tạo thành sol. Sau đó các phân tử trung gian này tiếp tục ngưng tụ thành mạng lưới 3 chiều tạo thành gel. Giai đoạn tiếp theo gel được sấy khô hoặc sẽ chuyển thành oxit. Để điều chế silica, các alkoxysilan thường sử dụng theo phản ứng sau: Si(OR)4 + 2H2O H+/OH- SiO2 + 4ROH (R thường là gốc alkyl)  Xúc tác bazơ hay axit có ảnh hưởng tới tốc độ của phản ứng thủy phân và ngưng tụ. - Nếu xúc tác là axit, khả năng tạo Si(OH)4 khó do phản ứng ngưng tụ xảy ra trước khi thủy phân hoàn toàn từ Si(OR)4 thành Si(OH)4. - Nếu xúc tác là bazơ, phản ứng thủy phân được ưu tiên xảy ra trước nên Si(OH)4 dễ dàng hình thành từ Si(OR)4 nhưng phản ứng ngưng tụ lại diễn ra chậm hơn. - Các quá trình thủy phân và ngưng tụ diễn ra liên tục tạo thành sol, độ nhớt của dung dịch tăng lên đến cực đại, khi đó gọi là gel. Khối gel này để tự khô trong điều kiện thương hoặc sấy nhẹ, sau đó được nung từ từ để chuyển sang dạng bột. Với điều kiện của phản ứng thích hợp, các hạt nanosilica được tổng hợp có dạng hình cầu với kích thước từ 10-200 nm. ỨNG DỤNG CỦA CHẤT ĐỘN SILICA Ngành cao su Ngành sơn Ngành dệt may Ngành khác