thuyết trình vật liệu vô cơ đề tài chất độn

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

4. Các ứng

chất độn

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

Chất độn tổng hợp

Các chất có sẵn trong tự nhiên,

Các chất được sản xuất từ các

có tên gọi theo nguồn gốc địa lý

phương pháp khác nhau như silica,

và địa chất như thạch cao, đá

than đen, cacbonat, sunfat,…

phấn, đôlômit, silica,…


3. Cách sản xuất một số chất độn và ứng dụng của chúng

Chất độn

Canxi cacbonat

Cách sản xuất

Silica

Ứng dụng

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

Ống nhựa PVC:
Tấm trần, khung, cửa nhựa: Làm gia tăng độ bền sản

- Có khả năng phân tán tốt hơn và tạo bề mặt hoàn thiện tốt hơn.

phẩm, độ phân tán trong hóa chất nhựa tốt hơn, độ bóng

- Thay đổi sức căng bề mặt của chất độn cho gần hơn với sức

sản phẩm đạt được tối ưu, cải tiến quá trình sản xuất.

căng bề mặt của bột PVC, hỗ trợ sự phân tán và bọc phủ tốt.

Thị trường dây và cáp điện:
Giúp tăng điện trở của hầu hết các vỏ bọc cáp.


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

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.

02

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 (SiO 2) 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 chứa nhiều tạp chất, hàm lượng không cao, khoảng 7590%


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

Ngành cao su

Làm tăng tính bám dính, tăng khả
năng chịu nhiệt, tính đàn hồi,
modun, khả năng chịu mài mòn

Giúp cải thiện các tính

Silica còn đóng vai trò chất độn

chất như độ bền xé, độ

thể tích, tăng modun và trợ gia

bền uốn, độ bền nhiệt

công cho quá trình đùn


Ngành sơn

Nano silica

Silica

Giúp chống chảy xệ, hiệu
suất tốt, đặc biệt là hiệu suất
chống ô nhiễm cải thiện rất

Giúp tăng độ bền của sơn và lớp
ngoài cùng, duy trì màu sơn lâu
dài, không phai

nhiều với khả năng tự làm
sạch tuyệt vời và độ bám dính
cao


Ngành dệt may

Silica được thêm vào các sợi hóa học giúp cho sợi hóa học thu được có chức năng khử mùi và làm sạch không khí, hay làm băng khử
mùi bệnh viện.

Ngành khác

Chất độn silica còn được ứng dụng trong chất kết dính, chất diệt khuẩn, dầu bôi trơn, trong nông nghiệp và thực phẩm,…


Các
Cácchất
chấtđộn
độnkhác
khác
1. Bột Talc

• Talc

là một magiê ngậm nước silicat khoáng sản với một thành phần hóa học của

Mg3Si4O10(OH)2. Mặc dù các thành phần của bột talc thường nằm gần với công thức tổng
quát này, thay thế một số chất  xảy ra. Một lượng nhỏ Al hoặc Ti có thể thay thế cho Si;
một lượng nhỏ Fe, Mn và Al có thể thay thế cho Mg và một lượng rất nhỏ của Ca có thể
thay thế cho Mg. Khi số lượng lớn Fe thay thế cho Mg khoáng chất được biết đến như
"minnesotaite". Khi số lượng lớn Al thay thế cho Mg khoáng chất được biết đến như
pyrophyllite.


• Talc thường xanh, trắng, xám, nâu hoặc
không màu. Nó là một khoáng chất trong
mờ với ánh ngọc trai. Đây là khoáng sản
được biết đến mềm nhất và được gán
một độ cứng của 1 trên quy mô độ cứng
Mohs