Nghiên cứu biến đổi bề mặt khoáng talc bằng các hợp chất silan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
**********

BÙI THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI BỀ MẶT
KHOÁNG TALC BẰNG CÁC HỢP CHẤT
SILAN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ Môi trường

Người hướng dẫn khoa học
TS. NGÔ KẾ THẾ

HÀ NỘI – 2011


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

LỜI CẢM ƠN
Khóa luận này được thực hiện tại Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa
học và Công nghệ Việt Nam.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – T.S Ngô Kế Thế Viện Khoa
học Vật liệu – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, người đã tận tình giúp
đỡ, tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Việt Dũng phòng NC Vật liệu
polyme compozit, người đã nhiệt tình, tận tâm giúp đỡ em trong suốt quá

trình làm thực nghiệm và hoàn thành khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ công nhân viên trong phòng NC
Vật liệu polyme compozit đã chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.
Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hóa học Trường Đại học
Sư phạm Hà Nội 2 đã cung cấp cho em những kiến thức cơ bản trong quá
trình học tập để em có thể hoàn thành được khóa luận này.
Khóa luận tốt nghiệp được thực hiện trong thời gian ngắn nên không
tránh khỏi một số sai sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo
của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2011
Sinh viên

Bùi Thị Trang

Khóa luận tốt nghiệp

ii

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự

hướng dẫn của thầy giáo TS. Ngô Kế Thế. Các số liệu, kết quả trong khoá
luận này là trung thực. Các kết quả không trùng với các kết quả đã được
người khác công bố. Nếu có bất cứ vấn đề gì không đúng tôi xin hoàn toàn
chịu trách nhiệm.

Sinh viên: Bùi Thị Trang

Khóa luận tốt nghiệp

iii

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH
1. Danh mục các bảng
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn chất lượng talc theo ISO 3262.
Bảng 1.2: Thống kê sử dụng bột talc trong một số lĩnh vực khác nhau ở
Hoa Kỳ.
Bảng 1.3: Tính chất nhiệt của khoáng vật và chất dẻo chứa talc so với
một số khoáng chất khác.
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của khoáng talc
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát thời gian nghiền
2. Danh mục các hình:
Hình 1.1: Sự phân bố các mỏ talc trên thế giới.
Hình 1.2: Cấu trúc khoáng vật talc.

Hình 1.3: Talc dưới kính hiển vi điện tử quét.
Hình 1.4: Ứng dụng talc trong các ngành công nghiệp khác nhau ở Hoa
Kỳ năm 2003.
Hình 1.5: Phân tử hữu cơ (a) và phân tử silan (b).
Hình 1.6: Cơ chế silan hóa trên bề mặt chất độn.
Hình 1.7: Bề mặt chất độn sau khi được biến đổi bằng hợp chất silan.
Hình 1.8: Chất độn được xử lý bề mặt bằng silan phân tán dễ dàng hơn
trong chất nền polyme.
Hình 1.9: Cơ chế bảo vệ tái kết tụ các hạt chất độn của hợp chất silan.
Hình 1.10: Bề mặt talc được biến đổi với aminsilan.

Khóa luận tốt nghiệp

iv

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

Hình 1.11: Ảnh SEM mẫu PP chứa talc (a) và talc được biến đổi bề mặt
(b)
Hình 2.1: Thiết bị nghiền bi hành tinh Fritsch.
Hình 2.2: Máy phân tích nhiệt Netzsch STA 409
Hình 2.3: Máy phổ hồng ngoại FT-IR.
Hình 3.1: Giản đò nhiễu xạ tia X của mẫu bột talc.
Hình 3.2: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TG mẫu talc Phú Thọ.
Hình 3.3: Cơ chế proton hóa phân tử silan.

Hình 3.4: Cơ chế silan hóa bề mặt talc với sự có mặt của tác nhân axit.
Hình 3.5: Phổ FT-IR của mẫu bột talc ban đầu.
Hình 3.6: Phổ FT-IR của talc biến đổi bề mặt với
aminoetylaminopropyltrietoxysilantriol.
Hình 3.7: Phổ FT-IR của talc biến đổi bề mặt với
Metacryloxypropyltrimethoxysilan.
Hình 3.8: Phổ FT-IR của talc biến đổi bề mặt với vinyltriethoxysilan.
Hình 3.9: Phổ FT-IR của talc biến đổi bề mặt với
Vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan.
Hình 3.10: Độ hấp thụ dầu của các mẫu bột talc.
Hình 3.11: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TG mẫu talc biến đổi bề mặt
bằng aminsilan.

Khóa luận tốt nghiệp

v

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1
Chương 1: TỔNG QUAN ......................................................................... 3
1.1. KHOÁNG TALC ............................................................................... 3
1.1.1. Nguồn gốc hình thành...................................................................... 3
1.1.2. Thành phần và cấu trúc..................................................................... 5

1.1.2.1. Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật ............................ 5
1.1.2.2. Cấu trúc khoáng talc ..................................................................... 5
1.1.3. Phân loại.......................................................................................... 7
1.1.4. Tính chất của khoáng talc ................................................................. 8
1.1.5. Ứng dụng của khoáng talc trong các nghành công nghiệp ............. 10
1.1.5.1. Nông nghiệp và thực phẩm .......................................................... 11
1.1.5.2. Gốm sứ và thủy tinh..................................................................... 12
1.1.5.3. Giấy............................................................................................. 13
1.1.5.4. Cao su ......................................................................................... 14
1.1.5.5. Sơn và vật liệu phủ ...................................................................... 14
1.1.5.6. Chất dẻo ...................................................................................... 15
1.1.5.7. Mỹ phẩm và dược phẩm............................................................... 17
1.1.5.8. Tấm lợp ....................................................................................... 18
1.1.5.9. Các ứng dụng khác ..................................................................... 18
1.2. HỢP CHẤT SILAN VÀ QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI BỀ MẶT
KHOÁNG CHẤT.................................................................................... 19
Khóa luận tốt nghiệp

vi

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

1.2.1. Khái niệm về hợp chất silan và tác nhân ghép nối .......................... 19
1.2.1.1. Hợp chất silan ............................................................................. 19
1.2.1.2. Tác nhân ghép nối silan............................................................... 21

1.2.2. Các tính chất công nghệ và ứng dụng ............................................. 21
1.2.2.1. Tác nhân ghép nối ....................................................................... 21
1.2.2.2. Tăng khả năng kết dính................................................................ 22
1.2.2.3. Tác nhân phân tán và chống thấm nước ...................................... 22
1.2.2.4. Tác nhân khâu mạch.................................................................... 23
1.2.3. Ứng dụng các hợp chất silan để biến đổi bề mặt khoáng chất ......... 23
1.3. BIẾN ĐỔI BỀ MẶT KHOÁNG TALC BẰNG CÁC HỢP CHẤT
SILAN ..................................................................................................... 27
1.3.1. Sự cần thiết phải biến đổi bề mặt khoáng talc ................................. 27
1.3.2. Biến đổi bề mặt khoáng talc bằng các hợp chất silan ...................... 27
Chương 2: THỰC NGHIỆM .................................................................... 30
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU ...................................................................... 30
2.1.1. Khoáng talc .................................................................................... 30
2.1.2. Chất biến đổi bề mặt....................................................................... 30
2.2. THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 31
2.2.1. Khảo sát chế độ nghiền khoáng talc............................................... 31
2.2.2.Phân tích thành phần khoáng talc .................................................... 31
2.2.3. Khảo sát sự phân hủy nhiệt của talc................................................ 32
2.2.4. Biến đổi bề mặt bột khoáng talc...................................................... 32

Khóa luận tốt nghiệp

vii

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

2.2.5. Khảo sát quá trình biến đổi bề mặt bột talc bằng phổ hồng ngoại ... 33
2.2.6. Xác định độ ngấm dầu .................................................................... 33
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 35
3.1. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHOÁNG TALC PHÚ THỌ................ 35
3.1.1. Phân tích thành phần bột talc .......................................................... 35
3.1.2. Phân tích nhiệt khoáng talc............................................................. 36
3.1.3. Khảo sát chế độ nghiền khoáng talc................................................ 38
3.2. BIẾN ĐỔI BỀ MẶT KHOÁNG TALC............................................. 39
3.2.1. Biến đổi bề mặt khoáng talc bằng Aminopropyltriethoxysilantriol .....
................................................................................................................. 40
3.2.2. Biến đổi bề mặt khoáng talc bằng Metacryloxypropyltrimethoxysilan
................................................................................................................. 41
3.2.3. Biến đổi bề mặt khoáng talc bằng Vinyltriethoxysilan.................... 42
3.2.4. Biến đổi bề mặt khoáng talc bằng cation
Vinylbenzylaminopropyltriethoxysilan .................................................... 43
3.3. NGHIÊN CỨU ĐỘ HẤP THỤ DẦU CỦA KHOÁNG TALC .......... 44
3.4. XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ SILAN HÓA KHOÁNG TALC BẰNG
PHÂN TÍCH NHIỆT................................................................................ 46
KẾT LUẬN.............................................................................................. 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 48

Khóa luận tốt nghiệp

viii

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Bột talc là một loại khoáng chất có trong tự nhiên. Với các tính chất về
quang học (độ trắng), nhiệt (chịu nhiệt, ổn định nhiệt), hóa học (độ tinh khiết,
độ trơ, ái lực với các chất hữu cơ), vật lý (kích thước hạt, độ mịn, kết cấu
dạng tấm, tỷ trọng)… talc được ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác
nhau như gốm sứ, sơn, giấy, vật liệu lợp, chất dẻo, mỹ phẩm, dược phẩm.
Trên thế giới, Trung Quốc là quốc gia đứng đầu về sản lượng sản xuất
và trữ lượng talc, đồng thời cũng là nước cung cấp talc cho thị trường toàn
cầu (sản lượng sản xuất năm 2008 là 2.200.000 tấn). Tiếp sau là các nước Hoa
Kỳ, Ấn Độ, Phần Lan và Pháp.
Ở Việt Nam, hiện nay đã có nhiều doanh nghiệp khai thác quặng talc và
chế biến thành các sản phẩm phục vụ nhu cầu trong nước cũng như xuất khẩu
ra thị trường nước ngoài như: Công ty Cổ phần bột talc miền Bắc hiện đang
sở hữu và khai thác tại bản Tà Phù, Công ty TNHH Khoáng sản Nhật Việt…
Tuy đã được khai thác và chế biến thành các sản phẩm chào bán trên thị
trường nhưng các sản phẩm bột talc được sản xuất tại các công ty trong nước
vẫn chỉ dừng lại ở mức độ khai thác chọn lọc và nghiền thô. Do vậy các sản
phẩm có chất lượng còn tương đối thấp và không ổn định. Bên cạnh đó, việc
nghiên cứu ứng dụng bột talc vào các lĩnh vực khác nhau ở nước ta còn rất
hạn chế và chưa được quan tâm đúng mức. Do vậy, toàn bộ nhu cầu về
nguyên liệu talc cho một số ngành công nghiệp trong nước như gốm sứ, sơn,
dược phẩm và hóa mỹ phẩm từ nhiều năm nay vẫn phải nhập khẩu.
Theo một số kết quả nghiên cứu cho thấy các mỏ khoáng hóa talc trong
vùng Thanh Sơn, Phú Thọ có hàm lượng khoáng vật talc tương đối cao, dao
động từ 24,39 – 27,83% MgO, cá biệt có mẫu tới 30,86%. Điều này khẳng
định đây là nguồn nguyên liệu khoáng chất talc rất có giá trị và có khả năng

khai thác, chế biến để tạo ra các sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn nguyên liệu cho
nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Khóa luận tốt nghiệp

1

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

Với các lý do trên tôi tiến hành “Nghiên cứu biến đổi bề mặt khoáng
talc bằng các hợp chất silan” để biến đổi bề mặt khoáng talc – Phú Thọ
nhằm nâng cao khả năng tương tác pha với các chất nền hữu cơ, nhằm ứng
dụng vật liệu này trong các loại vật liệu polyme compozit.
2. Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu biến đổi bề mặt bột khoáng talc bằng các hợp chất silan để
tăng cường khả năng tương hợp với các polyme nền.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu:
 Nghiên cứu thành phần, tính chất nhiệt, kích thước hạt talc Phú
Thọ
 Nghiên cứu biến đổi bề mặt talc bằng các hợp chất silan khác
nhau
 Xác định độ thấm dầu của các mẫu bột talc biến đổi
 Xác định hàm lượng lớp phủ hợp chất silan trên bề mặt khoáng
talc.

Khóa luận tốt nghiệp

2

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Khoáng talc
1.1.1. Nguồn gốc hình thành
Talc là khoáng vật có nguồn gốc biến chất bao gồm cả biến chất tiếp
xúc và biến chất khu vực và nguồn gốc biến đổi nhiệt dịch các đá phun trào
mafic và siêu mafic chứa magie. Khoáng vật này thường có mặt trong đá biến
chất như một khoáng vật thứ sinh [1,2]. Các phản ứng hình thành talc được
công bố trong tài liệu của Deer et al. [3].
Talc có thể được hình thành do biến đổi các khoáng vật giàu magie như
serpentin, pyroxen, amphibol, olivin, với sự có mặt của carbonic và nước:
Serpentin + Carbon-dioxit → Talc + Magnesit + Nước
2 Mg3Si2O5(OH)4 + 3 CO2 → Mg3Si4O10(OH)2 + 3 MgCO3 + 3 H2O
Talc cũng có thể được hình thành thông qua phản ứng giữa dolomit và
oxit silic - đây là một quá trình skarn hóa điển hình:
Dolomit + Thạch anh + Nước → Talc + Calcit + Carbon-dioxit
3 CaMg(CO3)2 + 4 SiO2 + H2O → Mg3Si4O10(OH)2 + 3 CaCO3 +3 CO2
Hoặc talc cũng có thể được hình thành do chlorit phản ứng với thạch
anh trong các đá phiến lục, đá biến chất tướng eclogit:
Chlorit + Thạch anh + Oxy → Talc + Kyanit + Hematit + Nước

200 (Mg3.97,Al2.5,Fe0.5)(Si2.9)O10(OH)8 + 711 SiO2 + 14 O2 →
274 Mg2.9Al0.19Si3.9O10(OH)2 + 223 Al2SiO5 + 50 Fe2O3 + 526 H2O
Ở phản ứng sau cùng này, tỉ lệ talc và kyanit cũng phụ thuộc vào hàm
lượng nhôm trong các đá đá phản ứng giàu nhôm. Quá trình này xảy ra trong
điều kiện áp suất cao và nhiệt độ thấp thường có thể tạo ra phengit, granat,
Khóa luận tốt nghiệp

3

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

glaucophan trong tướng phiến lục. Đá talc hình thành trong điều kiện này đa
số có màu trắng, dễ vỡ vụn và dạng sợi. Chúng thường được gọi là đá phiến
trắng.
Có 4 loại hình mỏ talc trong đó: 2 loại mỏ chính chiếm 90% tổng trữ
lượng talc toàn thế giới là:
+) Mỏ nhiệt dịch trong đá siêu mafic hay đá serpentin. Là loại mỏ do
biến đổi nhiệt dịch các đá mẹ mafic và siêu mafic giàu magie - dung dịch
nhiệt dịch phản ứng với các khoáng vật mafic như olivin, pyroxen, amphibol
tạo thành serpentin, sau đó tạo thành talc. Vì vậy đá loại này thường chứa talc,
magnesit, chlorit, các khoáng vật khác, và không có hoặc rất ít thạch anh.
+) Mỏ liên quan đến các phân vị địa tầng giàu dolomit (phổ biến hơn
các mỏ đá chứa siêu mafic). Các mỏ talc với đá mẹ là dolomit thường cho loại
talc tinh khiết nhất. Thành phần của các loại đá này thường chứa khoảng 30 100% talc, 0 - 70% chlorit/cacbonat, và 0,1 - 0,5% thạch anh.
Còn 2 loại mỏ không phổ biến là mỏ liên quan đến đá alumo-silicat và

các mỏ trầm tích magie [1,2].
Các mỏ talc lớn trên thế giới nằm ở Texas, Georgia và New York của
Hoa Kỳ; The Piedmont, Lombardy và Sardinia của Italia; và vùng Luzenac
của Pháp.

Hình 1.1: Sự phân bố các mỏ talc trên thế giới

Khóa luận tốt nghiệp

4

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

1.1.2. Thành phần và cấu trúc của khoáng talc
1.1.2.1. Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật
* Thành phần hóa học
Bột talc là một loại khoáng chất có sẵn trong tự nhiên. Bột talc có tên
gọi hóa học là hydrous magnesium silicate và có công thức hóa học là
Mg3Si4O16(OH)2 với tỷ lệ MgO: 31,9% , SiO2: 63,4% và H2O: 4,7%.
Trong tự nhiên quặng talc thường chứa các tạp chất như FeO, Al2O3,
Na2O, K2O, CaO...hàm lượng các tạp chất thường chứa vài phần trăm. Trong
những tạp chất trên người ta lưu ý nhiều đến thành phần của các oxit kim loại
nhóm d vì chúng có khả năng gây màu, nhất là FeO. Nếu sử dụng talc làm
nguyên liệu sản xuất gốm, sứ hay vật liệu chịu lửa thì người ta thường chọn
talc có thành phần FeO nhỏ. Màu của talc thường là màu xanh sáng, trắng

hoặc xanh xám. Nếu FeO lớn thì bột talc có màu trắng ngà hoặc phớt hồng.
* Thành phần khoáng vật
Do nguồn gốc của talc được hình thành từ quá trình biến đổi nhiệt dịch
đá giàu magie, các đá silicat trầm tích, các đá cacbonat magie nên ngoài tan
Mg3[Si4O16(OH)2 ] thì còn có các khoáng như: dolomit Mg.Ca(CO3)2;
manhezit

MgCO3;

serpentin

4MgO.2SiO2.2H2O;

actinolit

Ca2Fe5[Si4O11]2.(OH)2; manhetit Fe3O4; hêmantit Fe2O3…
Trong thực tế cùng họ khoáng silicat magie ba lớp có khoáng
pyrophillit Al2O3.2SiO2.H2O mà trực quan và một số tính chất vật lý ứng
dụng rất giống talc.
1.1.2.2. Cấu trúc của khoáng talc
Khoáng chất talc có cấu trúc tinh thể và có cấu trúc lớp.
Cấu trúc lớp cơ bản của talc được tạo thành từ lớp bát diện Mg-O2Khóa luận tốt nghiệp

5

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

/hyđroxyl nằm kẹp giữa 2 lớp tứ diện SiO2.
Talc có cấu trúc tinh thể hệ mặt nghiêng, dạng đối xứng 2/m (L2PC).
Mỗi ô mạng cấu trúc chứa 4 phân tử. Nhóm không gian C2/C; a0 = 5,26; b0 =
9,10; C0 = 18,81;  = 100°;

a : b : c = 0,578 : 1 : 2,067.

Cấu trúc của talc được tạo nên từ tập ba lớp với mối liên kết phân tử
giữa các tập [4, 5, 6]. Lớp bát giác (hình 8 mặt) Mg(OH)2O4 phân bố giữa hai
lớp tứ diện [Si4O10].
Talc có cấu trúc tương tự pyrophyllit, vị trí trong khoang bát diện do
magie chiếm, thay chỗ của nhôm và không có chỗ trống (ba bát diện thay cho
hai bát diện). Cũng như trong pyrophyllit, các lớp đều trung hòa điện tích, xen
giữa chúng không có cation trao đổi và chúng liên kết với nhau bằng lực rất
yếu. Điều này dẫn đến độ cứng thấp và khuyết tật trong trình tự các lớp của
talc.
Khi các lớp TOT chồng lên nhau thì các vòng sáu tứ diện của chúng
không đối nhau trực diện, mà lệch nhau một khoảng bằng 1/3 cạnh  của ô cơ
sở. Mặt khác, vòng sáu cạnh tứ diện không đối xứng sáu phương, mà ba
phương kép do các tứ diện tự xoay một góc quanh trục đứng. Vậy, talc có cấu
trúc như những loại cấu trúc như 1Tc (một lớp ba nghiêng), 2M (hai lớp một
nghiêng) và 2O (hai lớp trực thoi) được thể hiện trên hình 1.2 [1,7]

Hình 1.2: Cấu trúc khoáng vật talc

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 1.3: Talc dưới kính hiển vi điện tử quét

6

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

Tinh thể talc có dạng hình vẩy. Thường tập hợp tạo các lá, vẩy hay khối
sít đặc (hình 1.3). Do lực liên kết các vảy nhỏ nên sờ tay có cảm giác mỡ.
Khi nghiên cứu talc bằng phương pháp phổ nhiễu xạ XRD, tinh thể talc
cho các vạch Rơnghen chính dhkl: 9,25; 3,104; 1,525.
Về tính chất quang học tinh thể talc có giá trị chiết suất Ng = 1,5751,590; Np = 1,538-1,545; Ng-Np=0,030-0,050, góc 2θ = 0-30°.
1.1.3. Phân loại
Talc được phân loại theo thành phần khoáng vật, hình thái và yếu tố địa
lý (Ciullo, 1996).
Talc dạng tấm: loại talc này có cấu trúc dạng tấm rõ ràng, rất mềm
mịn, thường chứa tới >90% khoáng vật talc .
Talc steatit: là loại talc có độ tinh khiết cao, đặc sít, hạt rất mịn (có thể
do nghiền). Loại talc này có tính chất cách điện cao và được sử dụng trong
sản xuất sứ cách điện.
Đá xà phòng: là loại talc ít tinh khiết hơn talc steatit, có thể được chạm
khắc, xẻ, khoan hoặc chế biến.
Talc tremolit: là loại talc hạt mịn nhưng rất cứng, thường chứa <50%
khoáng vật talc.
Ngoài ra, phân loại talc còn được gọi tên theo địa danh, chẳng hạn talc
New York, Vermon, Montana, Texas, Canada, Italia, Trung Quốc… với các
đặc trưng khác nhau. Chẳng hạn, talc Vermon thường chứa 20-30% magie,

chủ yếu để làm chất độn, ngoài ra còn chế biến và dùng trong mỹ phẩm, dược
phẩm; talc Italia nổi tiếng là loại tinh khiết nhất trên thế giới.
Talc còn được phân loại theo chuẩn chất lượng ISO 3262 [4] như trong
bảng 1.1.
Khóa luận tốt nghiệp

7

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn chất lượng talc theo ISO 3262

(%)

Mất khi nung
ở 1000 °C (%)

Khả năng hòa tan
trong HCl tối đa
(%)

A

95

4 – 6,5

5

B

90

4–9

10

C

70

4 – 18

30

D

50

4 – 27

30

Loại

Hàm lượng tan

1.1.4. Tính chất của khoáng talc
Trong các loại khoáng chất có trong tự nhiên, bột talc là loại bột mềm
nhất (độ cứng 1 Mohs) có màu trắng sáng bóng, có khả năng giữ mùi thơm
lâu và đặc biệt là có độ sạch cao. Tỷ trọng của bột talc dao động trong khoảng
2,5-2,8 g/cm3.
Bề mặt chính hay bề mặt cơ sở trên các phiến cơ sở của talc không
chứa các nhóm hyđroxyl hay các ion hoạt động, điều này giải thích tính kỵ
nước và trơ về mặt hóa học của talc.
Talc không tan trong nước cũng như trong dung dịch axit hay bazơ yếu.
Mặc dù có rất ít khả năng gây phản ứng hóa học, talc có một mối quan hệ rõ
rệt với các chất hữu cơ tức là nó ưa các hợp chất hữu cơ.
Khi nung talc, hiệu ứng nhiệt mạnh bắt đầu từ 9000C. Thông thường
hiệu ứng nhiệt mạnh xảy ra ở 920-1060°C nếu nung trong môi trường không
khí. Ở khoảng nhiệt độ này talc bị mất nước hóa học tạo thành magie
metasilicat [5,8]:
3MgO.4SiO2.H2O  3(MgO.SiO2) + SiO2 + H2O

Khóa luận tốt nghiệp

8

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

Khi đó SiO2 được tách ra ở trạng thái vô định hình. Ở 11000C nó
chuyển một phần sang cristobalit kèm theo giãn nở thể tích. Cristobalit có
khối lượng riêng nhỏ và nó sẽ bù trừ sức co khi nung talc. Vì thế mà thể tích
quặng talc thực tế được ổn định khi nung. Nhờ tính ổn định thể tích và độ
mềm, quặng talc có thể cưa thành những viên gạch sử dụng để xây lò hay
buồng đốt nhiên liệu khí.
Talc không bị phân hủy bằng axit trừ HF, nó có thể sử dụng làm vật
liệu chịu lửa forsterite theo cơ chế :
3.MgO.4SiO2.H2O + 5MgO → 4[2MgO.SiO2] + H2O
Tạp chất Al2O3 và CaO làm giảm độ chịu lửa của sản phẩm. Oxit sắt
mặc dù xúc tiến quá trình kết khối của gạch forsterite nhưng lại hạ thấp độ
chịu lửa của chúng. FeO có trong nguyên liệu silicat manhê sẽ bị oxi hóa ở
nhiệt độ 500-600°C. Ở nhiệt độ cao hơn nó sẽ phản ứng với forsterite để tạo
metasilicat manhê theo phản ứng :
2MgO.SiO2 + Fe2O3 → MgO.SiO2 + MgO.Fe2O3
Sự oxi hóa sắt sẽ làm mủn sản phẩm đồng thời lại tiêu tốn MgO để biến
thành 2MgO.SiO2 cho nên phải hạn chế oxit sắt trong nguyên liệu.
Trong quá trình khử nước hóa học của silicat magiê ngậm nước đều
dẫn tới tăng độ xốp của sản phẩm. Tuy nhiên khi nung ở nhiệt độ thật cao, độ
xốp của chúng giảm không quá 10- 15%.
Trong môi trường chân không quá trình phân hủy có thể bắt đầu từ
7000C [Kronơt, 1964]. Sự phân hủy và tách nước hóa học khoáng talc khoảng
4,8% khối lượng. Tuy nhiên tùy thuộc vào thành phần tạp chất mà nhiệt độ
phân hủy và tách nước có thể diễn ra từ 7500C – 8000C. Các nghiên cứu trước
đây của Pask, Warner (1954), Lapin (1952), Gapeep (1965) và một số tác giả

Khóa luận tốt nghiệp

9

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

khác đều thống nhất rằng calxit, dolomit, clorit, montmorillonit là những
khoáng tạp làm thay đổi nhiệt độ và giá trị hiệu ứng phân hủy nhiệt của quặng
talc.
Khi nung talc đến nhiệt độ cao hơn metasilicat magie, hoạt tính phản
ứng để tạo ra các khoáng bền hơn như: enstatit- MgO.SiO2, còn SiO2 sẽ tồn
tại ở dạng cristobalit.
Nếu phối liệu chứa các cấu tử khác MgO, Al2O3, SiO2… thì sản phẩm
của quá trình nung khoáng talc có thể cho enstatit, cordierit, spinel…Talc
nóng chảy ở 15000C.
1.1.5. Ứng dụng của khoáng talc trong các ngành công nghiệp

Hình 1.4: Ứng dụng talc
trong các ngành công nghiệp
khác nhau ở Hoa Kỳ năm
2003

Với các tính chất về quang học (độ trắng), nhiệt (chịu nhiệt, ổn định
nhiệt), hóa học (độ tinh khiết, độ mất khi nung, độ trơ, ái lực với các chất hữu
cơ), vật lý (kích thước hạt, độ mịn, kết cấu dạng tấm, tỉ trọng)… talc được
ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như gốm sứ, sơn, giấy,
vật liệu lợp, chất dẻo, mỹ phẩm và dược phẩm (Ciullo, 1996; Bandford, 1998;
Agnello, 2005). Tỉ lệ ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau
cũng đa dạng ở các quốc gia khác nhau và thay đổi tùy theo từng năm.

Hình 1.4 và bảng 1.2 cho thấy các số liệu thống kê và tỉ lệ sử dụng talc
tại Hoa Kỳ trong các năm từ 2003 đến 2007.

Khóa luận tốt nghiệp

10

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

Bảng 1.2: Thống kê sử dụng bột talc trong một số lĩnh vực khác nhau ở Hoa Kỳ
(Đơn vị: nghìn tấn)

Lĩnh vực

2004

2005

2006

2007

Gốm sứ

227

220

248

209

8

8

10

16

Sơn

147

139

153

128

Giấy

114

114

124

143

Chất dẻo

34

36

41

31

Tấm lợp

63

58

61

51

Cao su

24

21

23

26

Khác

95

95

100

77

Tổng cộng

712

693

760

681

Mỹ phẩm

(Nguồn: U.S. Geological Survey, 2006, 2007, 2008)

1.1.5.1. Nông nghiệp và thực phẩm

Talc là một tác nhân chống đóng bánh hiệu quả, là tác nhân phân tán và
cố định chất nhờn, do đó talc được sử dụng để kiểm soát độ chảy, độ đóng
bánh trong thức ăn gia súc. Talc cũng được dùng như chất chống đóng bánh
cho phân bón, giúp cho cây trồng hấp thu hiệu quả hơn. Trong các hỗn hợp và
chất hóa học dùng trong nông nghiệp như thuốc trừ sâu, talc là một chất mang
lý tưởng.
Talc cũng được sử dụng như một tác nhân phủ chống dính trong một số
thực phẩm phổ biến như kẹo cao su, kẹo ngọt, các loại thịt chế biến sẵn…
Trong sản xuất dầu oliu, talc đóng vai trò như chất trợ giúp cho quá trình chế

Khóa luận tốt nghiệp

11

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

biến, tăng năng suất và cải thiện độ trong của dầu.
1.1.5.2. Gốm sứ và thủy tinh
Một trong những khoáng chất quan trọng trong công nghiệp sản xuất
gốm sứ ốp lát là talc. Nó có thể được sử dụng cả ở hai dạng: thành phần chính
của sứ ốp lát và chất bổ sung kiểm soát giãn nở nhiệt ở các khe mạng. Talc sử
dụng trong công nghiệp gốm sứ phải có hàm lượng sắt và cacbonat thấp, đồng
nhất về thành phần hóa học và độ co ngót, cứng, hạt mịn, màu trắng hoặc gần
trắng.
Nhiệt độ nóng chảy cao của talc và đặc điểm của quá trình nóng chảy

cho phép nhiệt độ nung thấp hơn và tiến độ nung nhanh hơn là các đặc điểm
ưu việt giúp talc được ứng dụng trong sản xuất gạch ốp tường, sứ vệ sinh, sứ
thủy tinh, gốm sứ kỹ thuật, bộ phận cordierit (chất chuyển đổi xúc tác và vật
cách điện). Ở nhiệt độ nung thấp hơn, với hệ số giãn nở cao nó cho phép men
bám dính tốt vào phần thân gốm, ngược lại ở nhiệt độ nung cao hơn, vật liêu
này có thể tăng khả năng chống sốc nhiệt. Khi các tính chất này kết hợp với
nhau trong điều kiện thoát khí thấp của quá trình nung, talc là một vật liệu lý
tưởng trong sản xuất gạch ốp lát, đặc biệt là với công nghệ mới với tốc độ
cao, thời gian nung chỉ dưới 1 giờ.
Talc tremolit được ưu tiên trong sản xuất gạch ốp tường bởi vì vật liệu
có thể được ép khô mà không cần phải cán mỏng, giúp cho sản phẩm đạt độ
đồng nhất cao khi giãn nỡ nhiệt, và làm cho vật liệu ít bị giãn nở dưới ảnh
hưởng của độ ẩm, từ đó ngăn chặn sự rạn nứt của lớp men phủ.
Khi khai thác các mỏ talc đạt hiệu quả kinh tế cao thì vật liệu này sẽ
được dùng thường xuyên hơn để thay thế đá vôi và calcit trong sản xuất gạch
ốp lát, gốm sứ. Khi sử dụng talc, sẽ không có một lượng lớn khí sinh ra như
sử dụng các khoáng chất cacbonat. Điều này giúp cho nhiệt độ tăng nhanh
Khóa luận tốt nghiệp

12

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

hơn trong giai đoạn đầu của quá trình nung và cho phép thời gian nung rút
ngắn hơn cũng như giảm các hư hỏng đi kèm như các lỗ nhỏ lưu khí trong lớp

men. Hiện nay, talc được sử dụng trong sản xuất gạch gốm sứ ở Hoa Kỳ đã
phổ biến hơn do ở đây có nhiều mỏ talc với chất lượng tốt.
1.1.5.3. Giấy
Trong công nghiệp sản xuất giấy, talc có thể được sử dụng với ba vai
trò: chất độn, chất phủ bề mặt, và chất hấp phụ hắc ín (trong công nghiệp sản
xuất giấy, hắc ín – pitch – được gọi cho các chất hữu cơ không mong muốn có
mặt trong quá trình sản xuất).
Cả talc và sét vôi hóa (calcined clay – cũng là một chất có độ trắng cao
và chỉ số phản xạ cao tương tự TiO2, dùng trong công nghiệp giấy thay thế
TiO2) có tính chất kị nước giống nhau, vì thế chúng đều có thể chống ẩm.
Nhưng do tính chất kị nước này mà việc chuẩn bị hồ với hơn 50-55% talc
thực sự là một thử thách. Nó đòi hỏi lượng chất tạo ẩm và chất phân tán cũng
như chất chống lắng đọng trong dung dịch hồ, điều này làm giảm tính kinh tế
của quá trình sản xuất.
Ưu điểm của talc như một vật liệu phủ giấy là độ trơn bóng, độ trắng
cao và độ trầy xước thấp. Độ trơn bóng của giấy sản xuất với tan cao hơn giấy
sản xuất với sét vôi hóa. Vì vậy, sản xuất giấy cao cấp sử dụng talc sẽ làm
giảm độ ma sát bề mặt giấy, giảm sự nhòe mực. Trong các loại giấy đặc biệt
như giấy màu hay các loại giấy ghi nhãn mác, talc giúp nâng cao chất lượng
và hiệu quả sản xuất. Độ trơn của talc hay độ trầy xước thấp góp phần làm
kéo dài tuổi thọ máy móc sản xuất giấy, đặc biệt là dao xén.
Ở Mỹ, talc dạng tấm với độ tinh khiết cao, cỡ hạt micro là vật liệu được
ưa thích để hấp thụ hắc ín. Sự mài mòn thấp của nó và khả năng ưu tiên hấp
thụ các vật liệu ướt trong nước là tính chất có một không hai trong các khoáng
Khóa luận tốt nghiệp

13

Bùi Thị Trang

Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

chất. Talc sẽ hấp thụ các hạt nhựa cây còn sót lại trong bột giấy lên bề mặt hạt
khoáng của chúng, do đó có thể loại bỏ các hạt nhựa hắc ín này ra khỏi thành
phần giấy thành phẩm.
Thị phần vật liệu hấp phụ hắc ín chiếm hơn 70% trong số sản phẩm
talc được bán cho ngành công nghiệp giấy ở Hoa Kỳ. Số còn lại (30%) là talc
dạng tấm có độ tinh khiết cao, độ trắng cao dùng độn và phủ giấy – dùng thay
thế TiO2, tăng độ bóng, độ mờ, độ trắng và độ giữ mực; một phần nhỏ được
sử dụng để tách mực trong tái chế giấy.
1.1.5.4. Cao su
Talc làm giảm độ nhớt của các hợp chất cao su, do đó làm cho các bộ
phận đúc và ép dễ dàng hơn. Chúng cũng cải thiện điều kiện công nghệ của
các quá trình này, tăng tốc độ sản xuất và nâng cao khả năng chống tia cực
tím cho các bộ phận bên ngoài như vỏ ngoài của các động cơ. Trong các chất
nhồi và các loại đệm cao su, chúng cung cấp khả năng kháng nén tốt. Trong
dây cáp điện, talc hoạt động như chất cách điện.
Bột talc cũng giúp các nhà sản xuất lốp xe giảm độ dày và trọng lượng
của lốp. Việc này không chỉ làm tăng sức cản lăn mà nó còn khiến cho lốp xe
được sản xuất rẻ hơn nhiều và tiêu thụ nhiên liệu ít hơn. Cao su bổ sung bột
talc HAR® cũng có thể dẫn đến tiết kiệm giá thành trong khi độ thấm không
khí không thay đổi so với dùng nguyên cao su. Các xe ô tô hiện nay chứa tới
1.000 các thành phần cao su và chất dẻo và một xe chứa trung bình 8 kg bột
talc.
1.1.5.5. Sơn và vật liệu phủ

Talc được sử dụng chủ yếu trong vật liệu phủ như là TiO2. Nó cũng góp

phần làm ổn định huyền phù, kiểm soát độ phẳng, tăng độ bền hóa học, phủ
lấp để tạo mặt phẳng, hoàn thiện lớp phủ, và chống lại tác động của thời tiết.
Khóa luận tốt nghiệp

14

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

Talc thường tự lơ lửng trong sơn và hỗ trợ các chất tạo màu khác lơ lửng, khi
sự lắng xảy ra thì nó thường tự động trở lại trạng thái lơ lửng do nó rất nhẹ.
Mặc dù talc là chất kị nước nhưng nó lại phân tán dễ dàng trong hầu hết các
loại sơn bao gồm cả môi trường dung dịch nước.
Hầu hết talc đạt yêu cầu sử dụng trong công nghiệp sản xuất sơn có các
đặc tính ưu việt như diện tích bề mặt và khả năng hấp thụ dầu cao. Mặc dù
các tính chất này hạn chế lượng talc kết hợp trong sơn nhưng sự có mặt của
nó với hàm lượng trung bình góp phần làm tăng độ lưu biến – chống quá trình
lắng sơn, khả năng sơn quét, làm phẳng, và duy trì độ cong. Talc cũng hạn
chế sự lão hóa và phá hủy sơn. Một số loại talc nhất định có khả năng làm
phẳng giúp kiểm soát độ bóng của lớp sơn men. Các loại talc này có cỡ hạt
thông thường 10 m, lớn nhất là 25 m.
Sơn kỹ thuật thường sử dụng talc có cỡ hạt 325 mesh, trong khi sơn
công nghiệp thì thường sử dụng talc cấp hạt micro. Talc tremolit có tinh thể
hình trụ và khả năng hấp thụ dầu thấp hơn nên loại tan này có độ phân tán cao
hơn, mức tải cao hơn, độ phẳng thấp hơn, và tạo lớp da khô tốt hơn so với talc
dạng tấm. Nó cũng tạo độ bền tốt hơn khi ứng dụng trong sản xuất sơn ngoài

trời và sơn giao thông.
1.1.5.6. Chất dẻo
Talc dạng tấm được sử dụng để gia cường hoặc độn cho các vật liệu
polyme nhiệt rắn và nhiệt dẻo. Talc được sử dụng trong polyme nhiệt dẻo để
kiểm soát sự chảy do nhiệt, sự dão nhiệt ở các bộ phận đúc, tăng chu kỳ đúc,
tăng độ chịu chênh lệch nhiệt, và cải thiện sự ổn định kích thước. Tính chất
nhiệt của talc so sánh với một số khoáng chất khác cũng như vật liệu polyme
độn talc so với vật liệu polyme không độn và độn các vật liệu khác được trình
bày trong bảng 1.3. Độ giãn dài của vật liệu polypropylen (PP) độn 40% talc

Khóa luận tốt nghiệp

15

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

chỉ là 3 trong khi giá trị này của vật liệu PP homopolyme không độn là 350%,
PP độn 40% CaCO3 là 10.
Talc là một khoáng chất đặc biệt, nó có tính chất ưa dầu, do vậy rất phù
hợp để kết hợp chế tạo các polyme olefin. Loại chất dẻo sản xuất với thị phần
nguyên liệu talc nhiều nhất là PP, nhằm tăng độ cứng và độ bền ở nhiệt độ
tăng cao. Các yêu cầu chính đối với nguyên liệu talc để sản xuất chất dẻo là
hàm lượng sắt thấp, độ ẩm thấp, và độ mài mòn thấp. Yêu cầu về màu của
nguyên liệu talc phụ thuộc vào màu của chất dẻo thành phẩm, sản phẩm PP
đen yêu cầu ít hơn so với loại màu trắng hoặc màu dùng cho đồ nội thất, đồ

gia dụng và ô tô.
Bảng 1.3: Tính chất nhiệt của khoáng vật và chất dẻo chứa talc so với
một số khoáng chất khác
Khoáng chất/
vật liệu polyme

Độ bền nhiệt Độ mở tuyến tính Độ dẫn điện
(oF) (*)
(in./in. oF x 10-6)
(oF/in.)

Talc

1650

4,4

3,8

CaCO3

1515

5,5 – 6,5

4,3

Mica, muscovite

932 – 986

4,4 – 5

4,6

Mica, phlogopit

1562 – 1832

7–8

4,6

Wollastonit

2804

3,6

-

PP/40% tan

273

23

2,2

PP/40% CaCO3

270

15

2

PP/40% mica

280 – 295

12

-

PP/40% sợi thủy tinh

290 – 320

12

-

Nylon 6,6/40% sợi thủy
tinh

260 – 500

8,3 - 30

1,5 - 3,4

(*)

Ghi chú: Độ bền nhiệt của khoáng chất tính với giá trị nhiệt phá hủy, của polyme tính
với giá trị độ chênh lệch nhiệt khi chịu tải trọng 66 psi (= 4,4 kg/cm)

Khóa luận tốt nghiệp

16

Bùi Thị Trang


Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2

Viện Khoa học Vật liệu

Xu hướng hiện nay trong ngành công nghiệp ô tô là chế tạo các bộ phận
mỏng, nhẹ và kích thước chính xác, điều này đòi hỏi chất dẻo có tính lưu biến
cao hơn. Mặt khác, các loại chất dẻo có độ nóng chảy cao lại hay bị giòn. Vừa
qua, Công ty Rio Tinto Minerals đã phát triển một loại bột talc (HAR®) siêu
mịn, cho phép định vị tốt các hạt trong quá trình đúc bằng áp lực, do có độ
phân tán tốt hơn trong chất dẻo nên duy trì độ cứng cho các phụ tùng đúc
(Luzenac). Bột talc HAR® làm tăng hệ số uốn cong lên 20%, tăng nhiệt độ
biến dạng của vật liệu PP với hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn 20% và tỉ lệ co
ngót thấp trong khi nó không làm giảm độ dẻo của các chi tiết đúc. Loại PP
chứa bột talc HAR® được dùng để sản xuất các chi tiết của ô tô (bộ giảm
chấn, bộ phận cân bằng và tấm chắn bùn) và các chi tiết cần độ bền va đập
cao.

1.1.5.7. Mỹ phẩm và dược phẩm
Chỉ có talc dạng tấm với độ trắng cao và độ tinh khiết đặc biệt mới
được sử dụng trong mỹ phẩm và dược phẩm. Talc dùng trong ứng dụng này
phải có độ trơn tốt, có thể hấp thụ chất tạo mùi và độ ẩm. Nó cũng phải tuân
thủ các đòi hỏi nghiêm ngặt về các chất tan trong axit, độ mất nước khi nung,
hàm lượng vi khuẩn, clorua, sắt và các kim loại nặng.
Trong mỹ phẩm, talc được sử dụng để trang điểm và làm bột rắc. Do
bột talc ưa dầu và có độ hấp thụ tốt nên nó dễ dàng bám trên cơ thể người, hút
dầu và khi loại bỏ đi sẽ tạo ra làn da khô và mượt. Với tính chất kị nước, bột
talc giúp bảo vệ làn da trẻ em khỏi bị ướt. Ngoài ra, người ta còn tìm thấy ứng
dụng của bột talc cho sản xuất kem làm đẹp, phấn đánh bóng mắt ...
Trong dược phẩm, talc được sử dụng để sản xuất các viên thuốc với vai
trò như một chất độn và bôi trơn, và như một chất tăng cường trong chất phủ
màng mỏng, chất bôi trơn cho cao su và găng tay cao su. Các ứng dụng nói
Khóa luận tốt nghiệp

17

Bùi Thị Trang