Nghiên cứu chế tạo lớp phủ bảo vệ thân thiện môi trường trên cơ sở epoxy và hydrotalxit mang ức chế ăn mòn

Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu chế tạo lớp
phủ bảo vệ thân thiện môi trường trên cơ sở epoxy và hydrotalxit mang ức chế ăn
mòn” là do tôi thực hiện với sự hƣớng dẫn của TS. Trịnh Anh Trúc. Đây không phải
là bản sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức nào. Các số liệu, nguồn thông tin
trong luận văn là do tôi trích dẫn, triển khai thực nghiệm, tính toán và đánh giá.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày
trong luận văn này.
Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2012
HỌC VIÊN

Nguyễn Thùy Dƣơng

2


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

LỜI CẢM ƠN
Bản luận văn này đƣợc thực hiện và hoàn thành tại Phòng Nghiên cứu sơn bảo
vệ, Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin chân
thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Kỹ thuật nhiệt đới và Phòng Nghiên cứu sơn bảo
vệ đã cho phép tôi làm việc tại Viện.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Trịnh Anh Trúc – Phòng Nghiên
cứu sơn bảo vệ, Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
đã hƣớng dẫn tận tình, chu đáo và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận
văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Tô Thị Xuân Hằng và tập thể cán bộ
Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ, Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Khoa học và Công

nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực
nghiệm.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô giáo của Viện Khoa
học và Công nghệ Môi trƣờng, trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã trang bị cho
tôi những kiến thức bổ ích, thiết thực cũng nhƣ sự nhiệt tình, ân cần dạy bảo trong
những năm vừa qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi
cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi
trong quá trình học tập và làm luận văn.
Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2012
HỌC VIÊN

Nguyễn Thùy Dƣơng

3


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

MỤC LỤC
Trang phụ bìa……………………………………………………………..........

1

LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………………

2

LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………….

3

MỤC LỤC……………………………………………………………………...

4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT…………………..........

7

DANH MỤC CÁC BẢNG……………………………………………..............

8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ………………………………..............

9

MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….....

11

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN……………………………………………………

13

I.1. ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN

13

I.1.1. Ăn mòn kim loại…………………………………………………….

13

I.1.2. Các phƣơng pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại…………………..

15

I.2. LỚP PHỦ BẢO VỆ HỮU CƠ................................................................

17

I.2.1. Khái quát về sơn.................................................................................

17

I.2.2. Những thành phần chính của sơn……………………………………

18

I.2.3. Những yêu cầu đối với màng sơn……………………………………

19

I.2.4. Ức chế ăn mòn trong sơn bảo vệ…………………………………….

19

I.2.4.1. Các loại ức chế ăn mòn trong sơn bảo vệ…………………………

19

I.2.4.2. Nghiên cứu ức chế ăn mòn không độc thay thế ức chế cromat...

21

I.3. HYDROTALXIT……………………………………………………………

24

I.3.1. Khái quát chung...................................................................................

24

I.3.2. Ứng dụng của hydrotalxit……………………………………………

27

I.3.3. Ứng dụng hydrotalxit biến tính làm ức chế ăn mòn…………………

28

CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM…………………………………………………

33

II.1. CHẾ TẠO MẪU……………………………………………………………

33

II.1.1. Nguyên liệu…………………………………………………………

33

II.1.1.1. Nguyên liệu dùng để tổng hợp hydrotalxit và hydrotalxit biến

4


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

tính…………………………………………………………………………………………... 33
II.1.1.2. Nguyên liệu dùng để chế tạo lớp phủ ………………………………..

33

II.1.2. Tổng hợp hydrotalxit…………………………………………………

33

II.1.3. Tổng hợp hydrotalxit mang Irgacor252………………………………

34

II.1.4. Xác định hàm lƣợng Irgacor252 trong HT-Irg252…………………...

34

II.1.5. Đánh giá sự nhả ức chế của HT-Irg252………………………………

34

II.1.6. Chế tạo màng epoxy chứa HT-Irg252………………………………..

34

II.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH………………………………………..

35

II.2.1. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại………………………………………...

35

II.2.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD).....................................................

37

II.2.3. Phƣơng pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis).....................................

38

II.2.4. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM).....................................

39

II.2.5. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)........................... 40
II.2.6. Phƣơng pháp tổng trở điện hóa ............................................................ 41
II.2.7. Xác định độ bám dính...........................................................................

44

II.2.8. Xác định độ bền va đập........................................................................

45

CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................

46

III.1. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HYDROTALXIT MANG ỨC CHẾ ĂN
MÒN......................................................................................................................... 46
III.1.1. Phổ hồng ngoại....................................................................................

46

III.1.2. Phổ nhiễu xạ tia X…………………………………………………..

48

III.1.3. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)……………………………………

48

III.1.4. Xác định hàm lƣợng Irgacor252 trong hydrotalxit biến tính………

49

III.1.5. Nghiên cứu khả năng chiết xuất ức chế của hydrotalxit biến tính…

52

III.2. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LỚP PHỦ EPOXY CHỨA HT-Irg252………... 54
III.2.1. Đo tổng trở điện hóa…………………………………………………

55

III.2.2. Đƣờng cong phân cực………………………………………………

60

III.2.3. Tính chất cơ lý của màng sơn……………………………………….. 62

5


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

III.2.4. Cấu trúc của màng sơn……………………………………………..

63

KẾT LUẬN……………………………………………………………………….

67

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………..

68

6


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
HT: Hydrotalxit
HT-Irg252: Hydrotalxit biến tính 2-benzothiazolythio-succinic axít
IR: Hồng ngoại
Irg252: 2-benzothiazolythio-succinic axít
SEM: Kính hiển vi điện tử quét
TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua
UV-Vis: Tử ngoại khả kiến
XRD: Nhiễu xạ tia X

7


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1:

Các pic đặc trƣng và liên kết tƣơng ứng...................................

46

Bảng 3.2:

Cƣờng độ hấp thụ của các dung dịch…………………………

50

Bảng 3.3:

Thành phần các mẫu sơn epoxy nghiên cứu.............................

55

Bảng 3.4:

Kết quả đo độ bám dính và độ bền va đập của các màng sơn...

62

Bảng 3.5:

Các pic đặc trƣng và liên kết tƣơng ứng...................................

63

8


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1:

Cấu trúc của hydrotalxit Mg6Al2CO3(OH)16.H2O………………….

25

Hình 1.2:

Cấu trúc của HT- [CO3]2-……………………………………………

26

Hình 1.3:

Cấu trúc của HT- [NO3]-…………………………………………….

26

Hình 2.1:

Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi màng sơn ngăn cách hoàn toàn
kim loại khỏi dung dịch điện ly……………………………………..

Hình 2.2:

Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi dung dịch điện li ngấm vào
màng sơn nhƣng chƣa tiếp xúc với bề mặt kim loại………………..

Hình 2.3:

42

43

Sơ đồ
Hình
mạch
6: điện và phổ tổng trở khi dung dịch điện li tiếp xúc với
bề mặt kim loại……………………………………………………...

43

Hình 2.4:

Sơ đồ đo tổng trở màng sơn…………………………………………

44

Hình 3.1:

Phổ hồng ngoại của hydrotalxit (a), Irgacor252 (b) và hydrotalxit
biến tính bằng Irgacor252(c)………………………………………..

Hình 3.2:

Phổ nhiễu xạ tia X của hydrotalxit (a) và hydrotalxit biến tính
Irg252 (b)…………………………………………………………....

Hình 3.3:

47

48

Ảnh kính hiển vi điện tử quét của hydrotalxit (a) và hydrotalxit biến
tính IRG252 (b)……………………………………………………... 49

Hình 3.4:

Phổ UV-Vis của các dung dịch chứa Irgacor252 ở các nồng độ
khác nhau 2,54M(1); 1,27M(2); 0,635M(3); 0,318M (4) và 0,159M
(5)……………………………………………………………………

Hình 3.5:

Đƣờng chu n biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ và cƣờng độ hấp
thụ của dung dịch……………………………………………………

Hình 3.6:

Hình 3.9:

52

Sự giải phóng Irgacor252 từ HT-Irg252 vào dung dịch NaCl ở các
nồng độ khác nhau: 0% (▲), 1% ( ) và 3% ( ) theo thời gian…….

Hình 3.8:

51

Phổ UV-Vis của dung dịch pha loãng 25 lần của mẫu HT-Irg252

sau khi phản ứng với HNO 3…………………………………………

Hình 3.7:

50

53

Sự giải phóng Irgacor252 từ HT-Irg252 vào dung dịch Na2SO4 ở
các nồng độ khác nhau: 0% (▲), 1% ( ) và 3% ( ) theo thời gian..

53

Phổ tổng trở của mẫu sau 1 giờ ngâm trong dung dịch NaCl 3%......

56

9


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hình 3.10:

Phổ tổng trở của mẫu sau 7 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3%....

56

Hình 3.11:

Phổ tổng trở của mẫu sau 21 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3%..

57

Hình 3.12:

Sự thay đổi giá trị Rf của các mẫu epoxy (o), epoxy chứa 1% HTIrg252 ( ), epoxy chứa 3% HT- Irg252 (♦), epoxy chứa 5% HT- Irg252
( ) theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3%............................

Hình 3.13:

58

Sự thay đổi giá trị Z10mHz của các mẫu epoxy (o), epoxy chứa 1% HTIrg252 ( ), epoxy chứa 3% HT- Irg252 (♦), epoxy chứa 5% HT- Irg252
( ) theo thời gian ngâm trong dung dịch NaCl 3%............................

Hình 3.14:

59

Đƣờng cong phân cực của điện cực thép nhúng trong dung dịch
NaCl 0,1 M chứa 1g/l HT- Irg252 ( ) , 3g/l HT- Irg252 (♦), 5g/l
HT- Irg252 (▲) hoặc không chứa HT- Irg252 (▬)………………...

Hình 3.15:

60

Phổ tổng trở của điện cực thép sau 2h ngâm trong dung dịch NaCl
0,1 M chứa 1g/l HT- Irg252 ( ) , 3g/l HT- Irg252 (♦), 5g/l HTIrg252 (◊) hoặc không chứa HT- Irg252 (○)………………………..

Hình 3.16:

61

Phổ hồng ngoại của HT-Irg252 (a), màng epoxy không chứa HTIrg252 (b) và màng epoxy chứa HT-Irg252 ở các nồng độ khác
nhau: (c) 1%, (d) 3 % và (e) 5 %......................................................

Hình 3.17:

Hình 3.18:

64

Ảnh SEM của màng epoxy chứa HT-Irg252 ở các nồng độ khác
nhau: 1% (a), 3% (b) và 5% (c)……………………………………

66

Ảnh TEM của màng epoxy chứa HT-Irg252………………………..

66

10


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

MỞ ĐẦU
Vấn đề chống ăn mòn kim loại luôn có ý nghĩa quan trọng và mang tính thời

sự vì tổn thất về kinh tế do ăn mòn rất lớn và không ngừng tăng lên. Ở các nƣớc
công nghiệp phát triển, ngƣời ta ƣớc tính thiệt hại do ăn mòn chiếm khoảng 4,2%
tổng sản ph m quốc dân. Thiệt hại sẽ còn lớn hơn nếu tính cả chi phí cho việc bảo
dƣỡng, thay thế vật liệu. Hậu quả của ăn mòn là gây ô nhiễm môi trƣờng và mất cân
bằng sinh thái.
Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng m Việt Nam, các cấu kiện kim loại
chịu tác động mạnh mẽ của môi trƣờng. Ăn mòn kim loại làm hƣ hại các công trình,
cấu kiện máy móc và gây tổn thất lớn về kinh tế. Chính vì vậy việc nghiên cứu các
quá trình ăn mòn vật liệu, tìm các phƣơng pháp bảo vệ và chống ăn mòn kim loại
ngày càng trở nên quan trọng, cần thiết.
Có nhiều biện pháp bảo vệ chống ăn mòn đƣợc sử dụng, các biện pháp này
hoặc tác động lên kim loại hoặc tác động lên môi trƣờng hoặc cả hai cùng một lúc.
Phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp là ngăn cách kim loại khỏi
môi trƣờng xâm thực bằng lớp phủ bám dính tốt, không thấm và kín khít. Hiện nay,
do đòi hỏi của thực tế về bảo vệ môi trƣờng, các hợp chất độc hại nhƣ dung môi dễ
bay hơi, kim loại nặng sử dụng trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn đang phải hạn
chế sử dụng và dần dần đƣợc loại bỏ.
Trong những năm 50, ngƣời ta thƣờng sử dụng các chất ức chế ăn mòn vô cơ
độc hại nhƣ cromat, nitrit. Các chất ức chế này cho hiệu quả bảo vệ cao nhƣng do
đặc tính độc hại của chúng hiện nay đã bị hạn chế sử dụng. Ngƣời ta bắt đầu nghiên
cứu các chất ức chế không độc hoặc sử dụng các chất ức chế ở nồng độ rất thấp mà
vẫn có hiệu quả bảo vệ cao do hiệu ứng cộng hƣởng khi kết hợp với các chất ức chế
khác trong hỗn hợp hoặc sử dụng công nghệ loại bỏ ức chế ra khỏi nƣớc thải. Trong
khoảng thời gian giữa năm 60 và 80 ngƣời ta bắt đầu sử dụng các chất ức chế hữu cơ
nhƣ polyme và photphocacboxylic axit để thay thế các chất ức chế cromat và nitrit.

11


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

Từ năm 80 trở lại đây nhiều công trình nghiên cứu sử dụng thêm các chất molybdat,
photphonat để thay thế kẽm.
Nghiên cứu sử dụng clay cấu trúc lớp có khả năng trao đổi anion nhƣ
hydrotalxit để chế tạo pigment ức chế ăn mòn không độc là một hƣớng đƣợc quan
tâm đặc biệt hiện nay. Lợi dụng khả năng hấp phụ và khả năng trao đổi anion, tính
linh động của các anion giữa các lớp hydrotalxit, các chất trao đổi anion này có thể
sử dụng để dự trữ các chất ức chế ăn mòn trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn. Với
mục tiêu tổng hợp phụ gia hydrotalxit mang ức chế ăn mòn và ứng dụng hydrotalxit
trong lớp phủ epoxy thân thiện môi trƣờng bảo vệ chống ăn mòn cho thép cacbon
chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo lớp phủ bảo vệ thân thiện môi
trường trên cơ sở epoxy và hydrotalxit mang ức chế ăn mòn”.
Để thực hiện nội dung của luận văn, chúng tôi đã sử dụng các phƣơng pháp
nghiên cứu sau:


Phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc: Phổ hồng ngoại (IR), ảnh nhiễu xạ

tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua
(TEM).


Phƣơng pháp điện hoá: Phƣơng pháp tổng trở điện hoá và phƣơng

pháp đƣờng cong phân cực.


Phƣơng pháp phân tích: Phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis).



Phƣơng pháp đánh giá tính chất cơ lý: Đo độ bền va đập, đo độ bám

dính.

12


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
I.1. ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN
[1]
I.1.1. Ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ bề mặt kim loại do tƣơng tác hoá học hoặc
điện hoá của các kim loại với môi trƣờng xung quanh nhƣ khí quyển, chất điện ly…
Phƣơng trình phản ứng:

M  Mn+ + ne

Trong đó M là kim loại, n là số electron trong nguyên tử kim loại bị mất đi
khi bị oxi hóa tạo thành ion kim loại. Ion kim loại sau đó có thể tồn tại ở dạng tự do,
hợp chất oxi trong dung dịch hoặc bị kết tủa dƣới dạng hiđroxit hay oxit tuỳ theo
điều kiện môi trƣờng.
Có nhiều nguyên nhân ảnh hƣởng tới tốc độ ăn mòn nhƣ thành phần kim
loại, bề dày kim loại, thành phần dung dịch ăn mòn, sản ph m ăn mòn.
Ngƣời ta thƣờng phân loại ăn mòn theo các cơ chế, điều kiện xảy ra ăn
mòn.Theo cơ chế có 2 loại: ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá.
+ Ăn mòn hoá học là sự ăn mòn xảy ra nhƣ một phản ứng hoá học giữa kim
loại và môi trƣờng tác dụng lên kim loại theo cơ chế phản ứng hoá học dị thể, nghĩa

là phản ứng chuyển kim loại thành ion xảy ra ở cùng một giai đoạn.
Ví dụ: Quá trình oxi hóa kim loại bằng khí O2 ở nhiệt độ cao:
Me + ½ O2 = MeO
Trong đó Me là kim loại.
+ Ăn mòn điện hoá là sự phá hủy kim loại khi nó tiếp xúc với môi trƣờng
chất điện ly, trong đó sự oxi hóa kim loại và sự khử các chất oxi hóa không chỉ xảy
ra trong một phản ứng trực tiếp mà nhờ sự dẫn điện. Phản ứng chuyển kim loại
thành ion xảy ra không phải ở cùng một giai đoạn mà xảy ra ở nhiều giai đoạn và ở
nhiều khu vực khác nhau của kim loại.
Ăn mòn điện hóa tuân theo quy luật của động học điện hóa và định luật
Faraday. Điển hình cho dạng ăn mòn này là ăn mòn galvanic, với các hợp kim đƣợc

13


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

tạo bởi nhiều nguyên tố kim loại có thế điện cực khác nhau cho nên khi làm việc
trong dung dịch chất điện ly tạo thành các pin ăn mòn, ngƣời ta gọi đó là dạng ăn
mòn galvanic.
Trong thực tế phần lớn kim loại bị ăn mòn theo cơ chế điện hóa. Loại này
xảy ra do sự phát sinh dòng điện giữa hai phần kim loại khác nhau, giữa chỗ tiếp
xúc của dung dịch chất điện ly với các phần khác nhau của kim loại gây ra phản ứng
điện hoá và làm xuất hiện dòng điện gồm sự trao đổi điện tử trên vùng anot và catot.
Quá trình anot là quá trình xảy ra sự hoà tan kim loại:
M - ne- → Mn+
Quá trình catot thì tuỳ theo điều kiện môi trƣờng ăn mòn xảy ra với chất khử
là hydro hay oxi.
Trong môi trƣờng axit xảy ra với chất khử cực hydro:
H+ + e - → H

2H → H2
Hay

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

Trong môi trƣờng trung tính và kiềm:
O2 + 4H2O + 4e- → 4OH –
Ngoài ra còn phân loại theo dạng phá huỷ bề mặt kim loại. Tuỳ theo dạng ăn
mòn xảy ra trên toàn bề mặt kim loại (ăn mòn liền khối) hay từng khu vực (ăn mòn
cục bộ).
Vì ăn mòn kim loại làm biến đổi một lƣợng lớn các sản ph m kim loại thành
sản ph m ăn mòn, làm biến đổi hoàn toàn tính chất của kim loại, gây ra các hậu quả
nghiêm trọng và làm hao tổn kim loại. Nó làm biến đổi các tính chất quan trọng của
kim loại nhƣ tính ổn định cơ học, độ mềm dẻo, và một vài tính chất vật lý hoá học
nhƣ độ cứng, độ phản xạ, độ dẫn … Do đó khi đánh giá những mất mát do ăn mòn
ta phải khảo sát tất cả những hậu quả do ăn mòn gây ra gồm mất mát trực tiếp và
mất mát gián tiếp.

14


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

Những mất mát trực tiếp bao gồm giá cả của các thiết bị ăn mòn (máy móc,
ống dẫn), các phí tổn quan trọng của các phƣơng tiện bảo vệ: mạ điện, mạ niken của
thép hay sơn, sử dụng các chất ức chế ăn mòn.
Ngoài ra những hậu quả nghiêm trọng là sự hƣ hại thiết bị, mất mát sản
ph m, giảm hiệu suất, làm b n các sản ph m thực ph m vì vậy mất mát gián tiếp là
rất lớn.
Vì vậy việc nghiên cứu ăn mòn kim loại bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn là một

vấn đề bức thiết.
I.1.2. Các phƣơng pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại [6]
Vấn đề bảo vệ chống ăn mòn kim loại đã xuất hiện đồng thời với việc sử
dụng kim loại. Các phƣơng pháp bảo vệ có hiệu quả là các phƣơng pháp dựa trên sự
hiểu biết các nguyên nhân và cơ chế của quá trình ăn mòn.
Từ định nghĩa về ăn mòn kim loại là sự phá huỷ bề mặt kim loại do tƣơng tác
của kim loại với môi trƣờng xung quanh ngƣời ta suy ra bốn phƣơng pháp bảo vệ
kim loại:


Biến đổi vật liệu.



Tác động vào môi trƣờng xâm thực.



Dịch chuyển điện thế của kim loại.



Tách kim loại ra khỏi môi trƣờng xâm thực.

a/ Biến đổi vật liệu
Một trong các phƣơng pháp có hiệu quả và kinh tế nhất nhằm hạn chế quá
trình ăn mòn là lựa chọn các loại công trình có kiến trúc ít có nguy cơ bị phá huỷ,
có hình dạng đơn giản. Độ bền của vật liệu có thể đƣợc nâng cao bằng biến đổi
thành phần (đƣa thêm vào các nguyên tố trong hợp kim) hoặc tác động lên sự phân
bố pha hoặc giảm nguy cơ nứt hoặc giòn hoá do hydro.

b/ Tác động vào môi trường xâm thực

15


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

Để tác động vào môi trƣờng xâm thực ngƣời ta loại bỏ các chất xâm thực
hoặc đƣa vào các chất làm giảm tính xâm thực của môi trƣờng. Chẳng hạn nếu oxi
hoà tan trong dung dịch là nguyên nhân ăn mòn ngƣời ta đuổi oxi vào không khí
hay đƣa vào các chất hấp phụ đặc biệt nhƣ hidrazon hidrat, natri sunfit … Để làm
giảm tính xâm thực của các dung dịch axit, muối, bazơ ngƣời ta thêm vào dung dịch
các chất ức chế ăn mòn. Để bảo vệ chi tiết máy chống ăn mòn khí quyển ngƣời ta
dùng các chất ức chế bay hơi.
c/ Dịch chuyển điện thế của kim loại
Phƣơng pháp dịch chuyển điện thế của kim loại có thể làm ngừng hoặc giảm
tốc độ tan kim loại. Sự dịch chuyển điện thế theo chiều nào phụ thuộc vào tính chất
bảo vệ catot hoặc anot. Bảo vệ catot có thể thực hiện đƣợc bằng anot hy sinh hoặc
bằng dòng ngoài. Bảo vệ bằng anot hy sinh có nghĩa là kim loại đƣợc nối điện với
một điện cực có thế đủ thấp để phản ứng cục bộ anot của kim loại cần bảo vệ không
thể xảy ra. Bảo vệ bằng dòng ngoài có nghĩa là một dòng điện đƣợc áp vào pin tạo
thành bởi kim loại cần bảo vệ, đóng vai trò catot và một anot trơ. Mật độ dòng áp
vào phải đảm bảo để phản ứng cục bộ anot của kim loại cần bảo vệ không xảy ra.
d/ Tách kim loại ra khỏi môi trường xâm thực
Phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp là ngăn cách kim loại
khỏi môi trƣờng xâm thực bằng các lớp che phủ lên bề mặt kim loại. Phƣơng pháp
sơn phủ bề mặt kim loại hiện nay vẫn đang đƣợc áp dụng rộng rãi vì chi phí thấp, sử
dụng đơn giản mà hiệu quả bảo vệ bề mặt cao. Các lớp che phủ bền hơn đối với
tƣơng tác của môi trƣờng xâm thực. Nhờ có lớp che phủ nên kim loại không bị ăn
mòn. Lớp phủ bảo vệ kim loại có đặc tính là bám dính tốt, không thấm, và kín khít.

Có nhiều lớp phủ nhƣng ta có thể chia thành 3 loại chính nhƣ sau:


Lớp phủ kim loại



Lớp phủ phi kim loại



Lớp phủ hữu cơ

Lớp che phủ kim loại tốt phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu sau:

16


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

- Lớp che phủ phải không bị ăn mòn hay bị ăn mòn với tốc độ yếu hơn
tốc độ ăn mòn của lớp kim loại cần đƣợc bảo vệ.
- Lớp phủ phải dày và bám dính với kim loại cần đƣợc bảo vệ.
- Ngoài ra phải thoả mãn một số yêu cầu đặc biệt nhƣ: độ cứng cao, điện
trở thấp.
Các lớp phủ polime đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất, khoảng 90% cấu kiện kim
loại đƣợc bảo vệ bằng lớp phủ hữu cơ. Các lớp phủ cromat hoá và pigment cromat
trƣớc đây đã đƣợc sử dụng nhiều nhờ tính hữu hiệu đặc biệt chống ăn mòn. Tuy
nhiên, các hợp chất crom thƣờng có độc tính cao, đƣợc xem nhƣ yếu tố nguy hiểm
gây ô nhiễm đất và nguồn nƣớc và việc sử dụng các hợp chất này đang dần phải loại

bỏ. Chính vì vậy hàng loạt các hƣớng nghiên cứu mới đã đƣợc phát triển nhằm tìm
các vật liệu cũng nhƣ công nghệ mới thay thế các hợp chất độc hại này.
I.2. LỚP PHỦ BẢO VỆ HỮU CƠ
Bằng cách phủ lên trên bề mặt kim loại lớp phủ hữu cơ nhƣ sơn, epoxy, nhựa
đƣờng, nhựa nhiệt dẻo…để tạo ra lớp sơn ngăn cách bề mặt vật liệu với môi trƣờng
ăn mòn. Đây là một trong những phƣơng pháp đang đƣợc áp dụng rộng rãi trong
công nghiệp và trong xây dựng, nó cho phép bảo vệ kim loại trong thời gian dài và
vẫn đảm bảo đƣợc tính th m mĩ cao.
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.
I.2.1. Khái quát về sơn [2]
Sơn là hệ huyền phù gồm chất tạo màng, bột màu, dung môi và một số chất
phụ gia khác khi phủ lên bề mặt tạo thành lớp mỏng bám chắc, bảo vệ và trang trí
vật cần sơn.
Hiện nay, ngƣời ta chƣa chế tạo đƣợc một số loại sơn mà đáp ứng đồng thời
mọi yêu cầu nhƣ: bám dính, chống ăn mòn, chống thấm, tạo màu sắc mà giá thành

17


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

lại chấp nhận đƣợc. Do đó ngƣời ta phải sơn nhiều lớp khác nhau. Mỗi hệ sơn
thƣờng có 3 lớp chính:
+ Lớp lót: có tác dụng chủ yếu là bám dính tốt lên bề mặt vật cần sơn và
chống ăn mòn
+ Lớp trung gian: có tác dụng tăng độ bền và tăng khả năng chống thấm của
lớp lót.
+ Lớp phủ: tạo độ bóng, màu sắc và phần nào có tác dụng chống thấm và

ngăn cản tác hại của tia sáng lên sơn.
I.2.2. Những thành phần chính của sơn [2]
Những thành phần chính trong sơn gồm:
Chất tạo màng: là một polime, khi đóng rắn tạo thành mạng lƣới không gian
ba chiều và là thành phần duy nhất trong sơn có khả năng tạo thành màng bám trên
bề mặt đồng thời liên kết các bột pigment với nhau, có vai trò quyết định mọi tính
chất cơ lý hóa của sơn. Chất tạo màng chiếm khoảng 25 - 30%, là thành phần chính
của màng sơn. Chất tạo màng phải có tính chất bám dính, độ bền cơ học, độ bóng
cao, nhanh khô. Các chất tạo màng có thể là: dầu lanh, dầu thông, dầu gai, các loại
polyme khác nhau.
Bột màu: là các chất vô cơ hoặc hữu cơ, vật liệu rắn dạng hạt đƣợc đƣa vào
sơn để tạo màu và tăng cƣờng các tính năng cơ lý hóa của màng sơn. Tuỳ thuộc vào
cƣờng độ màu mà tỷ trọng màu chiếm khoảng 10- 15 %. Bột màu là thành phần hết
sức quan trọng, việc lựa chọn loại pigment và tỷ lệ thích hợp đối với từng trƣờng
hợp đòi hỏi rất c n thận. Ngoài thành phần hóa học, kích thƣớc và hình thái các hạt
pigment cũng có ảnh hƣởng không kém phần quan trọng tới chất lƣợng sơn.
Chất độn: là các sản ph m trơ, màu trắng hoặc không màu, có chỉ số phản xạ
không quá 1,6. Chất độn chiếm khoảng 10 - 20%, nó góp phần làm tăng độ cứng,
khả năng chịu va đập của màng sơn, trong một số trƣờng hợp nó còn thay thế cả
chất màu, ví dụ: oxit sắt đối với sơn chống rỉ, muội than đối với than đen. Các chất
độn đƣợc sử dụng rộng rãi tùy theo thành phần hóa học, độ sạch, kích thƣớc hạt…

18


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

Dung môi: là sản ph m dễ bay hơi, có tác dụng chủ yếu làm môi trƣờng
phân tán các thành phần sơn, điều chỉnh độ nhớt và quá trình khâu mạch màng sơn.
Trong quá trình khô sơn, dung môi sẽ bay hết nên đây không phải là một thành

phần của màng sơn thành ph m. Do đó, phải lựa chọn dung môi không đƣợc phản
ứng với chất tạo màng cũng nhƣ các thành phần khác của sơn, đồng thời có thể gia
tăng khả năng thấm ƣớt của sơn lên bề mặt tạo thành màng bám dính và đồng nhất.
Đối với mỗi loại sơn cụ thể phải lựa chọn một loại hay một hỗn hợp dung môi nhất
định.
Phụ gia: là những chất đƣợc sử dụng một lƣợng nhỏ trong sơn, có nhiều tác
dụng khác nhau nhƣ tăng khả năng thấm ƣớt, phân tán, nhũ hóa, chống tạo bọt, xúc
tác...
I.2.3. Những yêu cầu đối với màng sơn [2]
Lớp phủ bảo vệ hữu cơ đƣợc ứng dụng rộng rãi để bảo vệ và chống ăn mòn
cho các kim loại. Để làm đƣợc điều đó, lớp phủ bảo vệ phải thỏa mãn các yêu cầu
sau:
+ Tạo một hàng rào bảo vệ tốt.
+ Kìm hãm có hiệu quả quá trình ăn mòn kim loại.
+ Đảm bảo thời gian sử dụng lâu dài của các chi tiết đƣợc bảo vệ
I.2.4. Ức chế ăn mòn trong sơn bảo vệ [4]
Sơn phủ là một phƣơng pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại rất hiệu quả. Để
nâng cao khả năng bảo vệ của các màng sơn thì sự có mặt của các chất ức chế là rất
quan trọng.
I.2.4.1. Các loại ức chế ăn mòn trong sơn bảo vệ
Khi sắt hoặc thép tiếp xúc với oxi trong khí quyển trong sự có mặt của nƣớc,
kim loại này bị xuống cấp tạo gỉ sắt màu đỏ nâu, hợp chất là một dấu hiệu chắc chắn
của quá trình oxi hóa điện hóa của kim loại cơ bản.
Trong môi trƣờng nƣớc phản ứng ăn mòn thép tổng quát nhƣ sau:

19


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

4Fe + 3O2 + 2H2O → 2Fe2O3.H2O
Trong đó ta có phản ứng catot :
O2 + 2H2O + 4e → 4OHDo đó để ngăn cách bề mặt kim loại với môi trƣờng màng sơn phải có khả
năng ngăn cách, không cho điện tử đi qua, màng sơn phải ngăn cách nƣớc và oxi,
không cho chúng tới bề mặt kim loại.
Bột màu ức chế ăn mòn (pigment) đƣa vào màng sơn có nhiều chức năng
nhƣ: giảm độ ngấm của màng, tạo bảo vệ catot, thúc đ y sự thụ động, ức chế các
phản ứng catot và anot. Để kiểm soát quá trình ăn mòn ta có thể làm giảm tốc độ
của phản ứng anot và/hoặc catot. Thƣờng thƣờng với một điều kiện nhất định thì
trong các phản ứng xảy ra sẽ có một phản ứng quyết định tốc độ của cả quá trình ăn
mòn, do đó hiệu quả bảo vệ tốt nhất thu đƣợc khi ta giảm tốc độ của phản ứng này.
+ Pigment ức chế bảo vệ catôt
Là phƣơng pháp bảo vệ kim loại bằng cách chuyển điện thế của kim loại cần
bảo vệ về miền âm hơn điện thế ăn mòn của nó trong dung dịch dẫn điện khi có
dòng điện đi qua.
Nếu điện thế của thép có giá trị âm cần thiết thì tốc độ của phản ứng anot có
thể bị giảm đến không và quá trình ăn mòn dừng lại. Thế của kim loại có thể thành
âm hơn khi đƣợc nối với một kim loại khác có điện thế thấp hơn.
Ngƣời ta sử dụng bột kim loại để bảo vệ catot cho thép nếu 2 điều kiện sau
đƣợc thoả mãn :
- Bột kim loại sử dụng phải là bột của kim loại dễ bị oxi hoá hơn sắt.
- Hạt pigment phải tiếp xúc với kim loại để cho điện tử có thể dịch chuyển
qua lại từ pigment sang kim loại và ngƣợc lại. Nếu không tiếp xúc tốt thì không thể
đảm bảo cho điện tử dịch chuyển. Do đó việc làm sạch bề mặt trƣớc khi sơn là rất
quan trọng.
+ Pigment ức chế bảo vệ anôt.
Để kiểm soát phản ứng anot của kim loại dƣới màng sơn ta có thể sử dụng
pigment ức chế hoạt động theo cơ chế bảo vệ catot hoặc thụ động thép.

20

Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

Các pigment loại này có tác dụng làm bền vững màng tạo thành trong không
khí có 2 loại chính sau :
- Pigment có tính kiềm đủ để tạo thành xà phòng khi nó đƣợc đƣa vào dầu
lanh có mặt nƣớc và oxi, các xà phòng này có thể bị oxi hoá tạo thành các chất ức
chế hoà tan.
- Pigment chính là chất ức chế ở độ hoà tan giới hạn.
I.2.4.2. Nghiên cứu ức chế ăn mòn không độc thay thế ức chế cromat
Sơn lót bảo vệ chống ăn mòn sử dụng cromat cho hiệu quả bảo vệ rất cao và
đƣợc sử dụng trong thời gian dài. Tuy nhiên dung dịch Cr6+ không bền có thể hoạt
động nhƣ chất trung gian oxy hóa sinh hóa làm cho chúng có độc tính cao và gây
ung thƣ. Cr (VI) đƣợc biết là gây ra các đột biến di truyền, loét da và ung thƣ phổi
khi hít phải. Vì vậy, những mối quan tâm môi trƣờng và sức khỏe đã đặt các quy
định về sử dụng cromat. Từ nhiều năm nay có rất nhiều các công trình nghiên cứu
phát triển các loại pigment thân thiện môi trƣờng thay thế cromat. Kendig và đồng
sự đã đề xuất việc sử dụng các vanadat/photphat, bari metaborat và ZNP (hỗn hợp
của ZnO, kẽm molybdat, và kẽm photphat). Ngoài ra còn có các pigment khác nhƣ
canxi silicat và oxit sắt mica. Photphat và molybdat là các chất ức chế ăn mòn gây
thụ động vùng anốt mặc dù có mặt O2 hòa tan hoặc OH-. Những ion (PO4)
(MoO4)

2 -

3 -

,

giúp ổn định các ôxít bảo vệ trên các loại bề mặt kim loại và bảo vệ

thông qua cơ chế "lỗ rỗng- nút kín". Trong cơ chế này, khiếm khuyết trên bề mặt
đƣợc sửa chữa hoặc nút kín bằng kết tủa không tan đƣợc hình thành bởi các ion ức
chế. Tuy nhiên, pigment photphat có tính hòa tan cao và gây ra sự phồng rộp th m
thấu của lớp phủ. Hơn nữa, các oxit tạp chất đƣợc hình thành trong trƣờng hợp của
photphat không bền nhƣ cromat. Trong trƣờng hợp của pigment molybdat, ức chế
có hiệu quả chỉ ở nồng độ cao. Ngoài ra, cả hai photphat và molybdat không có hiệu
quả tốt trong mọi môi trƣờng, chỉ có hiệu quả cao trong môi trƣờng kiềm. Những
hạn chế trên có thể đƣợc khắc phục bằng cách kết hợp pigment với chất ức chế
khác. Molybdat khi đƣợc sử dụng cùng với photphat (molybdophotphat natri/kẽm),
nitrit, benzotriazol, ortolytriazole có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Bari

21


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

metaborat là một chất ức chế có tính kiềm nhƣ chất ức chế photphat và molybdat,
nhƣng khả năng hòa tan kém nên hiệu quả hơn. Kendig cùng cộng sự chỉ ra rằng sự
có mặt của bari metaborat trong NaCl làm tăng thế ăn mòn lỗ trong quá trình phân
cực anốt của thép cacbon. Một nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng dung dịch NaCl đƣợc
loại bỏ khí bão hòa với bari metaborat ức chế ăn mòn nhôm AA2024-T3 tốt hơn
ZnCrO4 trong thí nghiệm phân cực hóa. Một pigment khác là vanadat nhƣ
photphovanadat và natri metavanadat. Trong trƣờng hợp của photphovanadat,
vanadate có thể thụ động bề mặt thép. Tuy nhiên, lớp thụ động này tính bảo vệ
không cao bằng cromat. Trong bất kỳ trƣờng hợp nào, vanadat đóng vai trò là chất
oxy hóa cũng nhƣ chất đệm trong việc bảo vệ chống ăn mòn [24].
Trong khoảng 20 năm trở lại đây ức chế ăn mòn thay đổi rất nhiều do yêu
cầu bảo vệ môi trƣờng. Từ năm 1970 ngƣời ta thay thế cromat bằng hỗn hợp kẽmphotphonat, kẽm-photphat. Lớp phủ photphat là lớp lót chủ yếu cho lớp sơn bảo vệ

trong công nghệ chế tạo các sản ph m thép nhƣ ô tô, xe máy, xe đạp, thiết bị gia
dụng và văn phòng. Nếu không có xử lý trƣớc, lớp sơn chỉ bám dính yếu bằng lực
Vander Waals và bị ảnh hƣởng bởi độ nhám bề mặt. Lớp photphat tạo liên kết hóa
học với kim loại nền và bản chất vật lý của nó sẽ tạo cơ sở cho lớp sơn bền, chắc.
Lớp phủ photphat sẽ tạo ra các muối photphat bền, không tan của Fe 2+, Zn2+, Mn2+
và Ni2+ hoặc là hỗn hợp của chúng bám lên kim loại nền. Ngày nay kẽm thậm chí cả
ortophotphat cũng bị hạn chế sử dụng. Do đó từ những năm 80 các hệ ức chế hoàn
toàn hữu cơ đƣợc phát triển, trong đó chủ yếu dựa trên polyme và photphonat. Sau
đó các hệ ức chế này đƣợc hoàn thiện thêm bởi các hợp chất khác nhƣ
lignosunphonat, cacboxylic axit vòng, polyetylenglycol....
Ngƣời ta nghiên cứu chế tạo các pigment không độc nhƣ nhƣ pigment ferit sắt,
pigment trao đổi ion, hay sử dụng các chất ức chế ăn mòn hữu cơ.
+ Pigment ferit.
Ferit là một trong những pigment đƣợc nghiên cứu để thay thế cromat. Có
các loại pigment ferit thông dụng nhƣ: ferit sắt, ferit canxi và ferit kẽm, ferit bari,

22


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

ferit magie. Các pigment ferit có kích thƣớc hạt gần kích thƣớc hạt của pigment oxit
sắt đỏ.
+ Pigment trao đổi ion.
Pigment trao đổi ion thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ là canxi silica có công thức
tổng quát CaO.xSiO2.nH2O trong đó x khoảng 7,5 và n khoảng 5. So với các
pigment thông thƣờng khác, loại pigment này ở dạng vô định hình, tƣơng đối xốp,
có bề mặt silica trao đổi canxi. Diện tích bề mặt của nó tƣơng đối cao so với các
pigment vô cơ thƣờng sử dụng trong sơn nhƣng thấp hơn silicagel ban đầu.
+ Ức chế ăn mòn hữu cơ.

Ức chế ăn mòn hữu cơ đã đƣợc sử dụng nhiều năm trong hệ chất lỏng nhƣ
các hệ nƣớc làm lạnh, các chất bôi trơn cũng nhƣ để xử lý bề mặt. Ức chế ăn mòn
hữu cơ trong màng sơn có thể bảo vệ chống ăn mòn cho kim loại theo các cơ chế
khác nhau:
 Tăng khả năng che chắn của màng sơn, ức chế làm giảm độ rỗ của màng sơn
và khả năng thấm nƣớc, oxi và các ion xâm thực qua màng.
 Tăng độ bám dính của màng sơn với bề mặt kim loại (đặc biệt là bám dính
ƣớt).
 Hấp phụ trên bề mặt kim loại.
 Chất ức chế tiêu thụ oxi (hoạt động catôt).
 Tạo thành các muối phức không tan với ion Fe2+ trên bề mặt kim loại (hoạt
động anôt). Ở đây cũng có sự tạo thành các oxit sắt ngậm nƣớc do đó sự tạo thành
các muối phức phải nhanh hơn để cạnh tranh với oxit sắt.
Sự tăng tính chất che chắn của màng sơn về nguyên tắc có thể đạt đƣợc do
bản thân các ức chế kỵ nƣớc khi kết hợp với các pigment che chắn thích hợp hoặc
do phản ứng của ức chế vào mạng polyme trong quá trình khâu mạch.
Do các nguyên nhân nêu trên, ức chế ăn mòn làm tăng độ bám dính màng
sơn, hấp phụ trên bề mặt kim loại và tạo phức là loại thích hợp, dễ ứng dụng trong
các hệ sơn.
Các chất ức chế ăn mòn sử dụng phải thoả mãn các yêu cầu sau:

23


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

 Có hiệu quả bảo vệ cao ở nồng độ thấp.
 Độ hoà tan trong nƣớc thấp.
 Có độ bền nhiệt nhất định.
 Không nhạy đối với quá trình oxi hoá (già hoá).

 Độ sạch cao.
 Có hiệu quả bảo vệ cao trong khoảng pH = 5 – 9.
 Không độc hại.
 Dễ sử dụng trong chế tạo sơn.
Các chất ức chế ăn mòn có thể sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp với các
pigment hoạt động khác (ví dụ nhƣ các photphat kẽm).

I.3. HYDROTALXIT
I.3.1. Khái quát chung
Hydrotalxit (HT) hay hydroxit lớp kép (LDH) là vật liệu sét anion, có chứa
các lớp hỗn hợp hydroxit kim loại mang điện tích dƣơng, tƣơng tự nhƣ cấu trúc
bruxit, với anion trao đổi và các phân tử nƣớc xen giữa các lớp [15,25]. Hydrotalxit
có tên gọi hóa học là Mg/Al hydroxycacbonat, là khoáng chất tự nhiên với công
thức Mg6Al2(OH)16CO3.4H2O, đƣợc phát hiện vào năm 1842 tại Thụy Điển. Do nó
mang cấu trúc giống với bruxit, Mg(OH)2, thƣờng đƣợc biểu diễn là
Mg0.75Al0.25(OH)2 (CO3)0.125.0,5H2O. Bruxit có cấu trúc tƣơng tự nhƣ của CdI2, một
cấu trúc nhiều lớp vì nó có sự lặp lại OH-Mg-OH-OH-Mg-OH-OH-Mg-OH và nối
OH-OH tƣơng tác bởi lực Vander Waals. Trong đó có các ion OH - nằm ở sáu đỉnh
của hình lục giác, ion Mg2+ nằm trên các đỉnh của hình bát diện. Tuy nhiên, trong
hydrotalxit có sự thay thế đồng hình của một số cation Mg2+ bằng các cation Al3+ có
điện tích lớn hơn, do đó các lớp hydroxit trở nên mang điện tích dƣơng, tạo thành
các tấm hydroxit. Một cấu trúc lớp gồm các hình bát diện có cạnh chung tạo bởi
Mg(OH)6, nó hình thành các lớp song song của các ion hydroxyl. Sự trung hòa điện
đƣợc duy trì bởi anion [CO3]2 - nằm hỗn loạn ở lớp trung gian có chứa các phân tử

24


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

nƣớc. Hydrotalxit có đối xứng 3R2 dạng hình hộp mặt thoi với chuỗi lớp ba, đƣợc
biểu diễn ở dạng AC-BA-CB-AC [24].

Hình 1.1: Cấu trúc của hydrotalxit Mg6Al2CO3(OH)16.H2O
Hydrotalxit nhƣ một hợp chất có thể đƣợc biểu diễn bởi công thức sau đây:
[M2+1-xM3+x(OH)2]x+[A]n-x/n.mH2O
Trong đó 0Zn2+) và M3+ (Al3+, Cr3+) và An- là một anion lớp xen, anion có thể là polyme hoặc
thuốc nhuộm hữu cơ có khả năng trao đổi, n là hóa trị (An- là [CO3]2-, [SO4]2-,
[NO3]-, Cl-). Các hợp chất này đƣợc gọi chung là hydrotalxit (HT). M2+-M3+-An-HT, M2+-M3+-HT, HT-An- là những công thức tổng quát của các hydrotalxit [24].

25


Nguyễn Thùy Dương- Cao học Công nghệ môi trường 2010B-Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hình 1.2: Cấu trúc của HT – [CO3]2-

Hình 1.3: Cấu trúc của HT- [NO3]Hydrotalxit bao gồm các lớp OH- (tƣơng tự nhƣ đƣợc tìm thấy trong khoáng
chất Bruxit), M2+ và M3+ mang điện tích dƣơng và đƣợc trung hòa điện đƣợc bởi
các anion nằm xen kẽ. Không gian còn lại là các phân tử nƣớc kết tinh. Các anion ở
giữa các lớp khá dễ dàng di chuyển và khả năng trao đổi giống nhƣ cation nằm giữa
các lớp silicat trong clay [8,19]. Tính linh động cao của các anion là do cấu trúc của

26