Nghiên cứu tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

TẠ ĐỨC ANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TẠ ĐỨC ANH

KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU VÔ CƠ
CHỊU NHIỆT VÀ CHỊU AXIT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HĨA HỌC

KHỐ 2016A

Hà Nội – Năm 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TẠ ĐỨC ANH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU VÔ CƠ
CHỊU NHIỆT VÀ CHỊU AXIT

Chuyên ngành :

KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN THỊ HỒNG PHƯỢNG

Hà Nội – Năm 2018


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đặc biệt sâu sắc đến TS. Nguyễn Thị Hồng
Phượng đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi trong suốt
q trình thực hiện luận văn.
Tơi xin chân thành cám ơn cơ sở đào tạo, Trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội, đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian và cơ sở vật chất giúp tôi hồn thành
được luận văn này.
Tơi xin cám ơn Lãnh đạo Viện Kỹ thuật Hóa học, các q thầy cơ trong
Viện Kỹ thuật Hóa học trong bộ mơn Cơng nghệ các chất Vô cơ đã giúp đỡ và
động viên tôi trong q trình thực hiện đề tài luận văn.
Tơi xin chân thành gia đình, các anh chị em học viên đã động viên và tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi và nhóm nghiên
cứu. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
Tác giả luận văn

Tạ Đức Anh


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

MỤC LỤC
Trang
Danh mục các bảng

3

Danh mục đồ thị và hình vẽ

4

Mở đầu

5

Chƣơng 1: Tổng quan

7

1.1. Vật liệu chịu axit

7

1.1.1. Công nghệ sản xuất vật liệu gốm chịu axit trên thế giới và ở Việt Nam

7

1.1.1.1. Công nghệ sản xuất vật liệu gốm chịu axit trên thế giới

7

1.1.1.2. Công nghệ sản xuất gốm chịu axit ở Việt Nam

14

1.2. Vật liệu chịu nhiệt độ cao (vật liệu chịu lửa)

28

1.2.1. Thành phần và tính chất của vật liệu chịu lửa

28

1.2.2. Một số phương pháp chế tạo vật liệu chịu lửa

29

1.2.2.1. Phương pháp sản xuất gạch chịu lửa nung

29

1.2.2.2. Phương pháp sản xuất gạch chịu lửa điện nóng chảy

29

1.2.2.3. Phương pháp sản xuất gạch chịu lửa không nung

30

1.2.3. Các loại vật liệu chịu lửa ở Việt Nam hiện nay

30

1.2.4. Cơ sở hóa lý của vật liệu chịu lửa alumosilicat

32

1.2.5. Cơ sở hóa lý chế tạo nguyên liệu sa mốt

33

Chƣơng 2: Phƣơng pháp nghiên cứu

35

2.1. Phương pháp xác định th nh phần h a h c trong nguy n liệu đầu

35

2.1.1. Hoá chất, thuốc thử

36

2.1.2. Thiết bị, dụng cụ

36

2.2. Xác định h m lượng silic dioxit, sắt (III) oxit, canxi oxit, nhôm oxit.

36

2.2.1. Xác định h m lượng silic dioxit (SiO2)

37

2.2.2. Xác định h m lượng sắt (III) oxit (Fe2O3)

37

2.2.3. Xác định h m lượng canxi oxit (CaO)

38

2.2.4. Xác định h m lượng nhôm oxit (Al2O3)

39

2.3. Tổng hợp keo vô cơ và chế tạo vật liệu

40

2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cơ t nh của vật liệu

40

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 1


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

2.4.1. Khảo sát t lệ th nh phần keo với nguy n liệu rắn

40

2.4.2. Khảo sát t lệ th nh phần pha rắn trong phối liệu

40

2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của k ch thước hạt đến cư ng độ của vật liệu

40

2.5. Phương pháp xác định độ giảm khối lượng của vật liệu khi ngâm trong
axit

40

Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận

42

3.1. H m lượng các oxit trong nguy n liệu đầu

42

3.1.1. Th nh phần h a h c trong cao lanh Ph Th

42

3.1.2. Th nh phần h a h c v th nh phần pha trong sa mốt

42

3.1.3. Th nh phần h a h c trong đất s t Ch Linh - Hải ương

42

3.1.4. Thành phần hóa h c trong keo

43

3.2. Ảnh hưởng của thể t ch keo đến cư ng độ n n của vật liệu

43

3.3. Ảnh hưởng của t lệ pha rắn đến cư ng độ của vật liệu

49

3.4. Ảnh hưởng của k ch thước hạt đến cư ng độ của vật liệu

51

3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chế tạo keo

55

3.6. Nghi n cứu khả năng chịu nhiệt của vật liệu

56

3.7. Nghi n cứu độ bền axit của vật liệu

57

Kết luận

60

Kiến nghị

61

Tài liệu tham khảo

62

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 2


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Đặc điểm chủ yếu của gốm kỹ thuật

8

Bảng 1.2. Các đặc tính của xi măng

8

Bảng 1.3. Đặc điểm của một số hệ thu tinh kết tinh

9

Bảng 1.4. Thành phần và tính chất của đất sét Liên Xơ

10

Bảng 1.5. Thành phần hóa h c của phối liệu sản xuất gốm chịu axit ở Trung

10

Quốc và Liên xô
Bảng 1.6. Thành phần cỡ hạt của nguyên liệu theo phương pháp bán khơ

12

Bảng 1.7. Thành phần hố h c của các nguyên liệu sản xuất gốm chịu axit

14

Bảng 1.8. Thành phần hóa h c của gốm chịu axit Viện Vật liệu Xây dựng

16

Bảng 1.9. T nh năng của gốm chịu axit Viện Vật liệu Xây dựng

16

Bảng 1.10. Năng lượng liên kết của một số loại polyme

18

Bảng 1.11. T lệ thành phần nguyên liệu tạo màng phủ

26

ảng 3.1. Th nh phần các oxit trong cao lanh Ph Th

42

ảng 3.2. Th nh phần các oxit v th nh phần pha trong sa mốt

42

ảng 3.3. Th nh phần các oxit trong đất s t Ch Linh - Hải ương

43

Bảng 3.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thể t ch keo đến cư ng độ nén của

43

vật liệu
Bảng 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của t lệ pha rắn đến cư ng độ nén của vật liệu

49

Bảng 3.6. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của k ch thước hạt đến cư ng độ của

52

vật liệu hệ thực nghiệm K1
Bảng 3.7. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của k ch thước hạt đến cư ng độ của

54

vật liệu hệ thực nghiệm K2
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chế tạo keo

56

Bảng 3.9. Kết quả nghiên cứu độ bền axit của vật liệu

58

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 3


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ khối sản xuất sa mốt

15

Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ sản xuất gốm chịu axit

15

Hình 1.3. Đư ng cong cơ nhiệt của polyme

23

Hình 1.4. Giản đồ pha hệ hai cấu tử

32

l2O3 - SiO2

Hình 3.1. Đồ thị kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thể t ch đến cư ng độ nén

47

của vật liệu
Hình 3.2. Ảnh SEM các mẫu M4 của các vật liệu tại các thực nghiệm M2, M5,

48

M7
Hình 3.3. Đồ thị kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần phối liệu tới

51

cư ng độ nén của vật liệu
Hình 3.4. Đồ thị kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của k ch thước hạt đến cư ng

53

độ của vật liệu hệ thực nghiệm K1
Hình 3.5. Đồ thị kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của k ch thước hạt đến cư ng

53

độ của vật liệu hệ thực nghiệm K2
Hình 3.6. Phổ phân tích nhiệt của vật liệu
Hìn Hình 3.7. Đồ thị kết quả nghiên cứu độ bền axit của vật liệu

HVCH: Tạ ĐứcAnh

57
59

Page 4


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

MỞ ĐẦU
Xã hội loài ngư i muốn tồn tại và phát triển cần có các vật liệu nhằm đáp ứng
m i nhu cầu sử dụng trong các lĩnh vực đ i sống và khoa h c kỹ thuật. Sự phát triển
đa dạng và phong phú các chủng loại vật liệu mới đã th c đẩy các ngành khoa h c và
kỹ thuật tìm m i cách khai thác t nh ưu việt của vật liệu mới, vì thực tế mỗi loại vật
liệu có những cơ lý t nh nhất định. Việc sử dụng vật liệu tùy thuộc vào mục đ ch v
yêu cầu của kỹ thuật công nghệ.
Vật liệu vô cơ chịu nhiệt v chịu axit được sử dụng để chế tạo các chi tiết, dụng
cụ, mặt s n… hoặc bảo vệ kim loại khỏi ăn mịn trong mơi trư ng axit v nhiệt độ cao.
Nghi n cứu tổng hợp vật liệu mới từ nguồn nguy n liệu sẵn c trong nước để tạo ra
sản phẩm mới đáp ứng y u cầu kỹ thuật trong điều kiện cụ thể c ý nghĩa quan tr ng.
Tr n thế giới ng nh công nghiệp vật liệu chịu lửa v vật liệu chịu axit khơng ngừng
phát triển, n đ ng vai trị quan tr ng cho sự phát triển của các ng nh công nghiệp
khác như: công nghiệp xi măng, công nghiệp gốm sứ, công nghiệp thu tinh, công
nghiệp sản xuất h a chất… đặc biệt l ng nh công nghiệp luyện kim, gạch chịu lửa
được sử dụng khá lớn. Ch nh vì vậy những nước c ng nh công nghiệp luyện kim phát
triển đã tập trung đẩy mạnh phát triển ng nh công nghiệp n y từ rất sớm.
Trước xu thế hội nhập khu vực và quốc tế hiện nay tại Việt Nam, trong những
năm gần đây với sự chuyển dịch đầu tư, nhiều dự án của các doanh nghiệp trong nước,
các doanh nghiệp liên doanh, doanh nghiệp nước ngoài tại Việt Nam đã v đang phát
triển mạnh mẽ, nền công nghiệp của nước ta đã c nhiều bước phát triển đột phá về cả
số lượng lẫn chất lượng, như ng nh cơng nghiệp xi măng, luyện kim, hố chất, vật liệu
xây dựng, năng lượng,... Và vật liệu chịu nhiệt và chịu axit là loại vật liệu không thể
thiếu được của các ngành công nghiệp trên.

Hiện nay nhu cầu về số lượng, chất lượng, chủng loại của vật liệu chịu nhiệt và
chịu axit ngày càng phong ph , đa dạng, tuy nhiên, trên thực tế ngành sản xuất tại
Việt Nam hiện tại vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu trong nước cũng như chưa thể hòa
nhập với các nước trong khu vực và trên thế giới.
Nhìn lại hiện trạng của ngành sản xuất vật liệu chịu nhiệt và chịu axit của Việt
Nam còn nhiều tồn tại, hạn chế cần phải nâng tầm v định hướng phát triển đáp để ứng
nhu cầu hiện hữu cũng như tiến tới có thể xuất khẩu loại vật liệu này.
HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 5


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

Vì vậy việc chế tạo vật liệu mới có khả năng chịu nhiệt và chịu axit là hết sức
quan tr ng.

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 6


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu chịu axit
1.1.1. Công nghệ sản xuất vật liệu gốm chịu axit trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.1.1. Công nghệ sản xuất vật liệu gốm chịu axit trên thế giới[1,5]
Ngư i ta cho rằng nghề gốm bắt đầu tại vùng Trung Đông và Ai Cập khoảng
4500 ÷ 400 năm TCN. Khoảng 4000 ÷3000 năm TCN đã hình th nh một số trung tâm

gốm ở vùng n y đã phát minh ra bàn xoay.
Một bước tiến lớn về ph a trước là việc phát minh ra thu

tinh khoảng

2000÷1000 năm TCN, tạo điều kiện để phát minh ra men gốm mà nổi tiếng nhất là hỗn
hợp Ai Cập, đ l hỗn hợp của đất sét, cát và tro tạo gỗ làm vai trò chất trợ dung và
các ox t đồng hay mangan để tạo màu.
Th i trung cổ ở châu âu đã c những trung tâm rất lớn sản xuất đồ gốm như
Faenza ở Ý ( từ đ danh từ faience hay còn g i là sành ) hay Mallora là một hòn đảo ở
Địa Trung Hải (từ đ c t n đặt hàng majolia, cũng c nghĩa l s nh, loại sành này
xương c m u, xốp, được tráng men đục và trang trí nhiều màu sắc).
Vào những năm 600 TCN nước Trung Hoa cổ đã sản xuất được đồ sứ. Đến thế kỉ
9 SCN (đ i Đư ng) nghề sứ Trung Quốc đã rất phát triển đến thế kỉ thứ XVI đ i nhà
Thanh thì bước vào th i kì cực thịnh.
Ở Châu Âu mãi đến năm 1709, một ngư i Đức l Johann Fridrich ottger đã sản
xuất được đồ gốm giống đồ sứ Trung Quốc. Năm 1759, ngư i Anh Jóial Wedg Wood
sản xuất được sành dạng đá (một loại s nh c sương mịn, trắng, kết khối tương đối tốt,
chất lượng hơn hẳn s nh thông thư ng tuy chưa bằng đồ sứ ). Trong 20 năm cuối cùng
của thế kỉ XVIII sành dạng đá đã đẩy lùi mặt hàng Maijolica. Trong thế kỉ IXX ở Châu
Âu mặt hàng này thay thế đồ sứ đắt tiền chỉ khi giá cả hàng sứ rẻ đi, với những tính
chất tuyệt v i của nó mới đẩy lùi mặt h ng s nh đá.
Gốm axit là tấm lát, gốm, các bình chứa ống dẫn vịm đệm, van, khoá… được
chế tạo từ các nguyên liệu silicat. Gốm chịu axit được lát nền của các phân xưởng hố
chất, ốp lát các mặt tư ng lót trong các tháp rửa, tháp l c, tháp sấy, tháp chưng cất,
xây tr n các đư ng dẫn khí thải hoặc các thiết bị phản ứng hoá h c, máy trộn, bể chứa,

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 7

Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

dùng để lát bảo vệ các kết cấu xây dựng như s n của các xưởng công nghệ vải sợi,
giấy dược liệu, rượu bia…
Bảng 1.1. Đặc điểm chủ yếu của gốm kỹ thuật [1]
Nhiệt độ

Độ cứng tế vi

Mô đun đ n hồi

Lực biến dạng

kg/mm2

( Gpa )

(Mpa )

Cacbon rimas

8000

930

7000

> 3500

Bonitran

5000

860

7000

1540

Bocacbua

3500

450

2900

2425

Titan cacbua

3100

350

2800

3100

Silic cacbua

3000

400

1000

2400

2700

600

5000

2780

2100

350

3000

2050

Loại gốm

Confran

cacbua
Corun

biến dạng
(OC)

+ Gốm chứa oxit:
Có thể gồm một loại oxit hoặc một vài loại oxit tạo thành vật liệu gốm : Xi măng,
bê tông, thu tinh silicat.
Bảng 1.2.Các đặc tính của xi măng [1]
Loại xi
măng

cư ng độ nén ( Mpa )

Thành phần nhóm
C 3S

C 2S

C3A

C4AF

Sau 3 ngày

Sau 28 ngày

10

25

49

11

8

12,5

26,5

20

31

44

5

13

10

26,5

30

14

58

11

8

22

-

40

46

28

5

13

8,5

25,5

50

38

41

4

10

10,8

26,5

Mác

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 8


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

Bảng 1.3. Đặc điểm của một số hệ thuỷ tinh kết tinh [1]
Nhiệt độ nóng

Tốc độ tạo mầm

chảy oC

thu tinh

Li2O.SiO2

1200

lớn

Khơng tạo tinh thể

Na2O.SiO2

1090

Khơng lớn

Có thể tạo tinh thể

K2O.SiO2

976

nhỏ

Dễ tạo tinh thể

Li2O.P2O5

630

nhỏ

Tạo được tinh thể

Na2O.P2O5

600

nhỏ

Dễ tạo tinh thể

K2O.P2O5

810

nhỏ

Không tạo tinh thể

Thành phần

a.

Đặc tính tạo tinh thể

Nguyên liệu sản xuất vật liệu gốm chịu axit:

Theo truyền thống ngư i ta chia nguyên liệu để sản xuất gốm chịu axit làm 3 loại
chính:
+ Nguyên liệu dẻo: đất sét, cao lanh
+ Nguyên liệu đầy: làm giảm sự co ngót khi sấy và nung tạo điều kiện để chống
nứt khi sấy v nung, nhưng đồng th i làm giảm khả năng tạo hình. So với ngun liệu
dẻo thì ngun liệu đầy có các hạt thơ hơn, hạt thư ng không xốp, tương đối ổn định
và khơng bị biến tính khi nung , khi nung khơng co ngót. Ngun liệu điển hình là
thạch anh, corindon, đất sét nung ( sa mốt )…..

+ Chất trợ dung: tạo pha lỏng khi nung th c đẩy nhanh quá trình kết khối, chất
trợ dung điển hình là tràn thạch alkali hay các nguyên liệu chứa oxit kiềm thổ.
Nguyên liệu được gia cơng để có cỡ hạt thích hợp, sau đ phối theo thành phần
nhất định sau q trình nung nó cứng v s t đặc lại và vật liệu có thành phần pha như
yêu cầu để sản phẩm có những tính chất kỹ thuật nhất định.
Sản xuất gốm chịu axit của một số nhà máy của Li n Xô (cũ) và Trung Quốc
theo phương pháp bán thô, c th nh phần phối liệu như sau:
+ Đất sét : 65%
+ Sa mốt : 35%
+ Độ h t nước của Sa mốt : 10%
+ Độ ẩm của phối liệu: 8÷9%
+ Độ co tồn phần khi nung: 6÷7%

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 9


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

Đất sét dẻo để sản xuất gốm chịu axit ở các nh máy Li n Xô (cũ) thuộc loại chịu
lửa hay khó nóng chảy, có khoảng nhiệt độ kết luyện rộng.
Thành phần và tính chất của đất s t được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.4.Thành phần và tính chất của đất sét Liên Xơ
Nhiệt độ kết

SiO2

Al2O3

MKN

Độ chịu lửa

61,1÷69,2%

21,5÷24,2%

5,6÷5%

1590÷16300C

luyện
1120÷11500C

Ở Trung Quốc sản xuất gốm chịu axit chủ yếu từ Đất sét, cao lanh và phenpat;
Trư ng thạch trong gốm chịu axit thay đổi từ 10÷14% theo một số tài liệu của Trung
Quốc cho biết thành phần hóa h c của phối liệu sản xuất vật liệu chịu axit nói chung
và gốm chịu axit đều tương tự nhau v đạt được độ bền cơ h c v độ chịu axit cao nhất
khi thành phần phối liệu có chứa từ 23÷25% Al2O3. Thành phần hóa hóa h c của phối
liệu sản xuất gốm chịu axit của một số nhà máy ở Trung Quốc và Liên Xơ (Cũ) được
trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.5. Thành phần hóa học của phối liệu sản xuất gốm chịu axit
ở Trung Quốc và Liên Xô (cũ)

b.

STT

Loại gốm

1

Thành Phần
SiO2

Al2O3

Fe2O3

K2O

Nghi Hưng- Trung Quốc

59,29%

23,26%

10,55%

2,21%

2

Quảng Đơng- Trung Quốc

70÷73%

20÷23%

>2%

>1,5%

3

Li n Xơ (cũ)

64,30%

24,51%

4,01%

3,27%

Cơng nghệ sản xuất:
Sản xuất gốm chịu axit hiện nay trên thế giới chủ yếu theo 2 phương pháp:

Phương pháp dẻo, phương pháp bán khô. Việc lựa ch n phương pháp sản xuất là tùy
theo phẩm chất thơng thư ng thì gia cơng và tạo hình bằng phương pháp dẻo. Trư ng
hợp nguyên liệu kém dẻo thì dùng phương pháp bán khơ, việc chuẩn bị phối liệu và
q trình sản xuất phụ thuộc vào tính chất ngun liệu. Tạo hình gốm bằng phương
pháp dẻo được tiến hành phổ biến tr n máy đùn, nhưng độ bền cơ h c thấp hơn so với
phương pháp n n bán khơ vì vậy để tăng độ bền chặt của gốm mộc sau khi ở máy đùn
ra ngư i ta để gốm khô đến độ ẩm nhất định rồi đem n n lại trên máy nén tay hay máy
n n cơ kh .
HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 10

Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

Như vậy phương pháp dẻo được tiến h nh như quá trình sản xuất gốm xây dựng.
Tạo hình bằng phương pháp bán khô được tiến h nh tr n máy n n cơ kh , máy n n
thủy lực. Phương pháp n n bán khô l phương pháp hiện đại và hay sử dụng, sản xuất
ra gốm c k ch thước đ ng nhất, tính chất cơ lý v độ bền h a cao hơn l sản xuất
bằng phương pháp dẻo.
Ngồi ra sản xuất vật liệu chịu axit cịn dùng phương pháp đổ r t trong trư ng
hợp sản xuất các vật liệu chịu axit có quy cách phức tạp, hoặc phương pháp n n khô
tr n máy n n cao áp đối với một vài loại có phẩm chất đặc biệt. Ngày nay, do nhu cầu
về chất lượng của vật liệu chịu axit ng y c ng tăng n n phương pháp bán khô hầu như
được dùng phổ biến.
c.

Cơ sở khoa học của quá trình sản xuất gốm chịu axit:
Trong quá trình sản xuất gốm chịu axit, ngư i ta đã nghi n cứu rất nhiều về sự

xâm thực của axit đối với gốm chịu axit. Bản chất quá trình tác động của mơi trư ng
xâm thực nói chung và axit nói riêng lên gốm chịu axit và tốc độ của nó phụ thuộc vào
nhiều yếu tố: Bản chất vật liệu, độ bền nhiệt động, thành phần cấu trúc, trạng thái bề
mặt, ứng suất… v bản chất của chất xâm thực cùng với điều kiện làm việc của vật
liệu. Độ bền axit của gốm chịu axit phụ thuộc loại pha tinh thể tạo thành, thành phần
pha thủy tinh, t lệ giữa 2 pha này và sự phân bố chúng trong vật liệu, k ch thước tinh
thể…
Quá trình tác dụng của môi trư ng xâm thực tới gốm chịu axit và sự phá hủy có
thể đặc trưng ba biểu hiện: phá hủy tồn diện, ăn mịn khu vực và bản chất của chất
xâm thực (ăn mòn kh hay lỏng).
Một trong những yếu tố quan tr ng nhất liên quan tới thành phần và cấu trúc vật

liệu tỉ lệ giữa pha tinh thể v pha vơ định hình (pha thủy tinh), điều mà ở cùng một
thành phần hóa h c, pha thủy tinh c năng lượng bền vững nhỏ. Gốm chịu axit có bền
hóa tốt nhất là vật liệu có pha thủy tinh nhỏ nhất và chứa các thủy tinh nhỏ khó bị hịa
tan trong mơi trư ng xâm thực.
Song song với thành phần pha và thành phần hóa cịn có các yếu tố khác ảnh
hưởng đến độ bền hóa của vật liệu là cấu trúc của n , đầu ti n l độ xốp, độ xốp là yếu
tố làm giảm độ bền hóa của vật liệu.

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 11


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

Sự tác động của môi trư ng xâm thực lên gốm chịu axit xảy ra theo các tác nhân
hóa h c, h a lý v điện hóa lên bề mặt hoặc trong thể tích là q trình phức tạp thơng
thư ng theo ba giai đoạn chính:
+ Di chuyển chất xâm thực đến bề mặt phân chia pha vùng phản ứng.
+ Phản ứng hóa h c
+ Sự rửa trơi (khuyếch tán) sản phẩm của phản ứng.
Ngồi ra gốm chịu axit cịn chịu sự tác động của chất lỏng (dung môi nước), nếu
vật liệu đ c h m lượng pha thủy tinh 30÷50% thì xảy ra hiện tượng hấp thụ nước bởi
bề mặt gốm chịu axit, sau đ sẽ thủy hóa các hợp chất silicat kiềm, kiềm thổ tạo thành
lớp phủ hidrat. Với việc xâm thực của nước v độ xốp biếu kiến của gốm chịu axit
tăng từ 0,18÷0,31% l n 0,5÷0,7% thì tương ứng độ bền giảm xuống 25÷40%, và trên
bề mặt h m lượng axit kiềm, kiềm thổ và Al2O3 giảm dần [24].
d.

Các thông số công nghệ ảnh hưởng tới độ bền axit của vật liệu gốm:

+ Thành phần hạt của các nguyên liệu
Thành phần cỡ hạt của nguyên liệu theo phương pháp n n bán khơ được trình

bày trong bảng sau:
Bảng 1.6. Thành phần cỡ hạt của nguyên liệu theo phương pháp bán khô
Đất sét

Sa mốt

Cỡ hạt, mm

%

Cỡ hạt, mm

%

3,00÷1,50

3÷5

3,0

<5

1,50÷0,50

15÷20

3,0÷1,0

45÷50

0,50÷0,15

31÷35

1,0÷0,5

10÷15

< 0,15

40÷45

0,5÷0,2

< 15

< 0,2

25

+ Độ ẩm của phối liệu:
Độ ẩm của phối liệu có quan hệ trực tiếp đến độ chặt của gốm chịu axit khi nén,
độ co v độ xốp của gốm khi nung. Độ ẩm của phối liệu phụ thuộc vào tính chất của
từng phối liệu trong phối liệu. Tùy theo việc nén phối liệu dưới áp suất khác nhau mà
độ ẩm của phối liệu thay đổi thích hợp để đạt được mức độ chặt lớn nhất khi nén.

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 12


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

Trong khi sản xuất gốm chịu axit theo phương pháp bán khơ thì độ ẩm của phố liệu khi
n n thư ng từ 7÷9%
+ Áp lực nén:
Trong sản xuất gốm chịu axit bằng phương pháp bán khô, áp lực nén có quan hệ
độ bền cơ h c và phẩm chất gốm. Áp lực nén có quan hệ mạnh nhất đến độ xốp v độ
co khi nung. Áp lực nén gốm chịu axit thay đổi khác nhau và phụ thuộc v o các bước:
chuẩn bị phối liệu, cỡ hạt, độ ẩm và yêu cầu phẩm chất. Để đạt được mức độ chặt cao
nhất đối với gốm mộc khi nén thì áp lực nén phụ thuộc v o độ ẩm của phối liệu. Khi
độ ẩm của phối liệu là 8÷9% thì mức độ chặt lớn nhất với áp lực 250kg/cm2 thì độ ẩm
của phối liệu giảm xuống cịn 3÷4%.
Th i gian n n cũng c ý nghĩa rất lớn phụ thuộc vào cỡ hạt của phối liệu. Nếu cỡ
hạt thô chiếm t lệ cao thì chu trình nén chỉ cần 3 giây l đủ để lượng khơng khí ở
trong thốt ra hầu hết. Nếu phối liệu mịn thì chu trình nén cần kéo dài 4 giây mới đủ
để lượng khơng khí trong thốt ra ngồi nên trong sản suất gốm chịu axit theo phương
pháp bán khơ thì thư ng n n c 2 chu kì, kì đầu nén với áp lực khoảng 50÷70kg/cm2
nhằm đẩy một phần khơng khí thốt ra v sau đ n n tiếp với áp lực tối đa như đã n u
trên.
+ Sấy và nung:
Gốm chịu axit được phơi tự nhiên hoặc trong lò hầm, lò sấy,…Sấy trong lò sấy
đối với gốm chịu axit sản xuất theo phương pháp bán khơ thì nhiệt độ bắt đầu 30÷400C
và khi kết thúc là 150÷2000C nếu độ ẩm khơng khí là 70÷80% thì th i gian sấy là
10÷12 gi , độ ẩm trước khi vào lò nung là 3%.
Nung gốm chịu axit thư ng dùng lị Tuynel, lị định kì hoặc lị lửa đảo. Th i gian
nung khoảng 120 gi v để nguội 176 gi . Nhiệt độ nung gốm chịu axit nhanh dễ làm

xuất hiện nội lực, gây nứt sản phẩm, khi xếp gốm chịu axit trong lị thì chiều cao của
chồng gốm không xếp cao quá, thông thư ng 20 hàng (xếp thế n o đ khi nung xong
không gây biến dạng). Khi xếp gốm chịu axit, ngư i ta dùng lớp cát thạch anh mịn
ngăn cách giữa viên này với viên khác.

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 13


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

1.1.1.2. Công nghệ sản xuất gốm chịu axit ở Việt Nam
a. Nguyên liệu
Gốm chịu axit đã được sản xuất ở nhiều nơi như: Viện Vật liệu Xây dựng, Công
ty Viglacera Thanh Trì….
Các nguyên liệu sản xuất gốm chịu axit ở Việt Nam gồm:
Đất sét Từ Sơn ( ắc Ninh): Là một loại đất sét dẻo, mịn, có khoảng kết khối rộng
từ 100÷1500C. Độ chịu lửa 1500÷15800C. Vì vậy Đất sét này bản thân nó có thể sản
xuất được gốm chịu axit, nung ở 1150÷12500C.
Đất sét Thị cầu: Là loại Đất sét pha cát. Nhiệt độ chịu lửa 1550÷16500C. Đất
khơng sản xuất được gốm chịu axit, phải thêm chất dẻo.
Đất đỏ Lương Sơn, Thái Nguy n (đất gan g ): L đất đồi m u đỏ nâu, đất bán
axit, dễ chảy, c h m lượng Fe2O3 cao.
Thành phần các nguyên liệu sản xuất gốm chịu axit gồm:
+ Đất sét Từ Sơn (  <0,5mm): 50%
+ Đất đỏ Lương sơn, Thái Nguy n: 20%
+ Sa mốt Từ Sơn (nung ở 1150÷12000C): 30%
Có các cỡ hạt:  =1,0÷0,5mm0C chiếm 35%,  =0,5÷0 chiếm 20% và 2mm 
:<0,2mm chiếm 45%.

Thành phần hóa h c của các nguyên liệu được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.7. Thành phần hoá học của các nguyên liệu sản xuất gốm chịu axit
STT

1

2

Thành phần, %

Nguyên
liệu
Đất sét
từ sơn
Đất xét
thị cầu

SiO2

Al2O3 Fe2O3 CaO MgO

K2O Na2O TiO2

PF

55,42 24,92

4,78

1,69

1,30

1,92

1,18

1,00

7,19

62,10 23,21

1,91

1,96

1,10

4,02

0,11

0,87

4,96

60,36 19,08

8,23

1,45

1,70

3,07

0,32

0,84

4,46

Đất đỏ
3

lương
sơn

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 14


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

b. Công nghệ sản xuất:
Đất Từ Sơn lấy tại mỏ được phơi tự nhi n đến độ ẩm 5÷6% rồi cho vào máy búa
đánh tơi l t qua s ng 0,5mm sau đ sấy khô.
Sa mốt Từ Sơn: dùng đất Từ Sơn hong phơi tự nhi n sau đ nung từ đất ở

1150÷1200oC. Sa mốt ra lị kiểm tra độ h t nước là 9,8%. Sa mốt đem đập và nghiền
mịn qua sàng 0,2mm bằng máy nghiền bi. Nguyên liệu sau khi gia công, đem trộn đều
ở thể khô, sau đ l m ẩm với nước sau cho độ ẩm phối liệu 8 ÷10%. Sau đ trộn và ủ
trong kho 48h. Mẫu được ép ở khuôn c k ch thước 150*150*25mm và dùng máy thu
lực để nén ở áp lực 250Kg/cm2. Mẫu sau khi n n được phơi tự nhi n trong 48h, sau đ
cho mẫu vào tủ sấy ở 50÷800C, sau đ tăng l n 1500C trong 48h. Mẫu sau sấy đem
nung ở 1150÷12000C.
+ Sơ đồ cơng nghệ sản xuất gốm chịu axit từ đất sét và sa mốt có nguồn gốc khác
nhau:
Đất sét
Sơn
Phơi, Sấy

Sa mốt
Sơn
Đập

Nghiền

Nghiền

mịn

hạt

Kho
(

Kho

Sơn
Đập

Nghiền

(
Kho
<0,5mm)

<0,5mm)

Đất sét
Sơn
Nhào trộn

Đất đỏ

Cân định
lượng
Trộn khơ

Tạo hình

Trộn ẩm

Phơi, sấy

(W:8÷9%
Nén

Nung
Sấy

1150÷120
00C
Kho
Samốt
Hình1.1. Sơ đồ khối sản xuất
Sa mốt

Nung

1150÷120
0
0Sấy
C

Hình1.2. Sơ đồ cơng nghệ sản xuất
gốm chịu axit

Sản phẩm
HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 15


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

+ Thành phần hóa h c và thơng số kĩ thuật của gốm chịu axit:
Thành phần hóa h c của gốm chịu axit Viện Vật liệu Xây dựng được trình bày

trong bảng sau:
Bảng 1.8. Thành phần hóa học của gốm chịu axit Viện vật liệu Xây Dựng
SiO2

Al2O3

Fe2O3

R2O

59,86%

24,36%

4,26%

3,40%

T nh năng của gốm chịu axit được trình bày trong bảng 1.12
Bảng 1.9.Tính năng của gốm chịu axit Viện vật liệu Xây Dựng
T nh năng kĩ thuật

Tiêu chuẩn  OCT 474-80 (Liên Xô)

Kết Quả

A

B

C

Độ chịu axit, %

97,5

97,5

96

97,85

Độ h t nước, %

6,0

6,8

8,5

2,0÷6,55

Độ bền nén, kg/cm2

550

500

350

520

3

3

2

5

Độ bền nhiệt (lần)
350-25-3500C

1.2. Công nghệ sản xuất vật liệu chịu axit trên cơ sở chất liên kết là polyme vô cơ
1.2.1.Tổng quan về polyme vô cơ[1,5]
Polyme vô cơ l loại hợp chất có tr ng lượng phân tử lớn được hình thành từ các
đơn nguy n tố hay đa nguy n tố để tạo ra polyme đồng loại và polyme khác loại.
Polyme vô cơ cũng giống như polyme hữu cơ đều được hình thành từ các phân tử nhỏ
g i l monome để tạo thành các phân tử lớn g i l polyme do quá trình đa tụ hay
ngưng tụ tạo thành.
Với sự phát triển như vũ bão của khoa h c cơng nghệ, địi hỏi vật liệu ngày càng
phải có những t nh năng phù hợp. Động lực chính trong sự phát triển của các loại
polyme vơ cơ ch nh l các t nh năng ưu việt của chúng mà vật liệu polyme hữu cơ
không c được, đ l t nh bền nhiệt và tính chịu ăn mịn.
Với các đặc tính như bền nhiệt, có tính bền vững trong phạm vi nhiệt độ rộng,
tính kị nước, khả năng chống bám dính, cách nhiệt tốt, polyme silicon được ứng dụng
rộng rãi trong công nghệ bán dẫn, các chất cách điện ở nhiệt độ cao, l m vòng đệm
HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 16

Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

trong động cơ phản lực, làm chất phụ gia cao cấp để tăng độ bóng hoặc dùng để xử lý
nước cho cơng nghệ thuộc da. Loại vật liệu này có thể ở một số dạng như lỏng, nhớt,
chất dẻo hay nhựa.
Polyme chứa kim loại, m điển hình là polyme chứa liên kết Al-N c độ cứng rất cao,
dẫn nhiệt v cách điện tốt, bền nhiệt bền hoá, n n được ứng dụng rộng rãi trong công
nghệ chịu nhiệt cao như :
- Phủ bảo vệ các chi tiết tiếp xúc với các kim loại nóng chảy như nồi nấu thép nồi
nấu thu tinh.
- Phủ trên các bề mặt thép, graphit, hoặc các vật liệu phi kim loại mà tiếp xúc với
môi trư ng ăn mòn mạnh.
- Làm chất cách điện ở nhiệt độ cao, l m đế hay nền cho các mạch thích hợp.
- Làm các thiết bị trao đổi nhiệt, các bộ thoát nhiệt trong các thiết bị năng lượng
điện.
- Cho vào các hợp kim của kim loại nhôm, và của một số kim loại khác để tăng
mô đun đ n hồi, tăng độ bền nhiệt, có thể tạo ra các vật liệu bán dẫn.
Gần đây xuất hiện một loại polyme mới là phốt pho nitrin clorit với khối lượng
hạn chế, được ứng dụng nhiều trong thực tế như :
- Làm các chất kết d nh để gắn các vật liệu kim loại và phi kim loại.
Tạo lớp sơn phủ chịu nhiệt cao. Lớp sơn phủ này có thể chịu nhiệt độ 350oC, so với
sơn thông thư ng khả năng chịu nhiệt đã tăng l n rất nhiều.
- Làm chất bơi trơn. Cho th m khoảng 1÷3% vào mỡ bơi trơn, mỡ sẽ không bị
phân hu ở nhiệt độ cao.
- Có thể tạo ra sản phẩm trung gian để làm các chất chịu nhiệt, ví dụ như hỗn hợp
với 2,3-dibrompropanol với sự có mặt của chất phụ gia hữu cơ pridin, tẩm vào vải
bông làm cho vải bông chịu được nhiệt độ 180oC. Hoặc tạo lớp phủ trong hỗn hợp
butyl ete photpho etylclorit và nitroxenlulo với các ete của axetic thì sẽ tạo được màng

phủ dẻo, ít bắt lửa so với lớp phủ xenlulo thơng thư ng.
- Có thể tăng độ chịu nhiệt khi đun n ng, vì vậy có thể sử dụng làm chất hóa dẻo
trong các vật liệu m ng sơn phủ.
Nhiều loại polyme có tiềm năng khơng giới hạn. Thực nghiệm đã xác định rằng
độ bền nhiệt tăng theo độ phân cực của liên kết. Ví dụ trong các loại polysilan kim loại
HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 17


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

thì kim loại c độ dương điện lớn hơn n n li n kết kim loại oxy phân cực hơn li n kết
Si-O do đ c độ bền nhiệt tăng l n rất nhiều. Từ đ mở ra hướng nghiên cứu mới là
thêm hoặc thay thế các kim loại khác nhau để tăng độ bền nhiệt cho vật liệu .
Với vật liệu bền nhiệt mà có thể tan trong dung môi hữu cơ thư ng được dùng để
tạo lớp màng, lớp sơn hoặc lớp màng chất dẻo bảo vệ chịu nhiệt độ và áp suất cao.
Nhìn chung polyme vơ cơ được sử dụng rộng rãi v đặc biệt là làm việc trong
môi trư ng khắc nghiệt ở nhiệt độ cao, ăn mòn mạnh, áp suất lớn. Tuy vậy loại vật liệu
này có một yếu điểm là giịn, khó gia cơng chế tạo, chịu va đập k m.

o đ nhiệm vụ

đề ra cho khoa h c vật liệu là phải khắc phục các nhược điểm n y để nâng cao chất
lượng vật liệu. Và một xu hướng hiện nay là nghiên cứu và tổng hợp các polyme có
nguồn gốc cả vơ cơ v hữu cơ, tạo ra các vật liệu mới mà có thể tổ hợp nhiều ưu điểm
và hạn chế những nhược điểm.
Ngư i đầu tiên phân loại polyme vô cơ l nh khoa h c ngư i Mỹ, Maye, dựa
trên sự thay đổi về cấu trúc polyme ở trạng thái rắn. Tuy nhiên, hiện nay phương pháp
này không phù hợp .

Phương pháp phân loại thứ 2 do Korshok v Mozgova đưa ra. Polyme được chia
làm hai loại:
- Polyme đồng nhất: được tạo ra từ các nguyên tố cùng loại: B, C, Si, P. S, Ge,
As, Se, Sn, Sb, Te, Bi.
- Polyme không đồng nhất: được tạo ra từ các nguyên tố khác loại: B, C, N, O, F,
Si, P, S, Cl, Ge, As, Se.
Khả năng tạo polyme đồng nhất v không đồng nhất phụ thuộc v o năng lượng
liên kết của mắt xích. Dựa vào thực nghiệm ngư i ta đã xác định được giá trị năng
lượng liên kết của một số loại polyme như sau:
Bảng 1.10. Năng lƣợng liên kết của một số loại polyme
Liên kết

Năng lượng

Liên kết

(kcal/mol)

Năng lượng
(kcal/mol)

C-C

80,0

Sb-Sb

42,0

S-S

63,0

Ge-Ge

39,2

P-P

53,0

As-As

39,0

Se-Se

50,0

N-N

37,0

HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 18


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

Te-Te

49,0

O-O

34,0

Si-Si

45,0

C-N

66,0

B-O

119,3

As-O

64,5

B-N

104,3

Al-C

610,6

Si-O

89,3

C-S

61,5

B-C

89,0

Si-S

69,9

P-O

81,7

C-Si

57,6

Năng lượng liên kết của các liên kết N-N và O-O được ghi lại để so sánh. Cả 2
nguyên tố đều khơng có khả năng tạo polyme đồng nhất vì năng lượng liên kết của
chúng thấp, Korhak v Mozogova đã tổng kết rằng polyme đồng nhất chỉ tạo ra khi
năng lượng liên kết của mắt xích lớn hơn 37 kcal/mol. Năng lượng liên kết trong

polyme vô cơ đồng nhất nhỏ hơn 80 Kcal/mol l giá trị năng lượng liên kết C-C trong
hữu cơ. Như vậy polyme vô cơ đồng nhất không bền bằng polyme hữu cơ ở điều kiện
thư ng. Đối với polyme vô cơ không đồng nhất, nhiều loại c năng lượng liên kết lớn
hơn li n kết C-C, và hầu hết là lớn hơn của polyme vô cơ không đồng nhất. Điều này
giải th ch được xu hướng tạo polyme không đồng nhất v độ bền nhiệt của các loại vật
liệu này.
Phương pháp phân loại thứ 3 là của Sowerby v

udrieth sau n y được Shaw

phát triển th m. Theo phương pháp n y polyme được chia thành 3 dạng tùy thuộc vào
phương pháp điều chế.
- Polyme trùng ngưng: được tạo thành nh các phản ứng trùng ngưng.
- Polyme đa tụ: được tạo thành khi cộng mạch các phân tử monome chưa bão
hòa.
- Polyme phối tr : được tạo ra bằng liên kết giữa nguyên tử kim loại với Ligan
hữu cơ hoặc vô cơ phù hợp.
Shaw cho rằng loại thứ 3 là khơng cần thiết vì trong polyme đa tụ đã bao gồm rồi.
Ngày nay các tài liệu khác nhau có cách phân loại khác nhau. Nhưng đa số dựa vào
nguyên tố đặc trưng tạo ra polyme, ví dụ như:
- Polyme chứa Si.
- Polyme chứa Phốt pho.
- Polysunfat.
HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 19


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

- Polyme kim loại.
- Oxopolyme.
Trong các vật liệu polyme, chỉ một số ít biết được cấu trúc chắc chắn, phần còn
lại là rất kh khăn. Một cách đơn giản để tìm hiểu các loại polyme là chia nhỏ thành
từng dạng khác nhau là dạng rắn, lỏng, thủy tinh và trong dung dịch.
+ Polyme vô cơ ở dạng rắn:
Đây l dạng tồn tại phổ biến nhất. Trong dạng này, polyme có thể có cấu trúc
mạch thẳng, mạch nhánh, cấu trúc lớp hoặc cấu trúc khơng gian.
Các ngun tố trong polyme có cấu tr c n y thư ng ở nh m III đến nhóm VIB
trong bảng hệ thống tuần hồn. Đ l các nguy n tố B, C, Si, Ge, Sn, P, As, Sb, Bi, Se,
Te. Các nguyên tố nh m IV

thư ng tồn tại ở mạng không gian thay đổi phức tạp,

ngun tố nhóm VB có cấu trúc mắt xích, hay cấu trúc lớp, nguyên tố nhóm VIB
thư ng c xu hướng tạo cấu trúc vịng hay mắt xích.
+ Polyme vơ cơ ở dạng lỏng:
Rất ít loại polyme vơ cơ được nghiên cứu trong trạng thái lỏng tinh khiết. Có lẽ
hợp chất polyme quan tr ng nhất ở trạng thái này là polyme sunfua và halogen
polysunfua. Loại vật liệu này tồn tại ở dạng polyme đồng nhất và công thức chung là
H2Sn và X2Sn (X là Cl, Br). Tại nhiệt độ thư ng, tất cả các polyme n y đều tồn tại ở
dạng lỏng tinh khiết, hydropolysunfua có màu vàng hoặc trắng, clopolysunfua có màu
đỏ da cam v brompolysunfua c m u đỏ nâu.
+ Polyme vô cơ ở dạng thu tinh:
Nghiên cứu polyme ở trạng thái thủy tinh chủ yếu hướng vào các loại photphat,
silicat và borat. Tất cả những vật liệu n y đều có khả năng tạo ra trạng thái thủy tinh
khi làm nguội nhanh trạng thái nóng chảy của chúng.
Trong silicat lỏng ban đầu có thành phần 3M2O.2SiO2 thì tất cả hai ion (Si2O7)6và M+ đều tồn tại, và sẽ tồn tại như vậy khi làm lạnh nhanh đều thu được trạng thái
thủy tinh mà ở đ các anion (Si2O7)6- định hướng ngẫu nhiên và kết hợp các cation M+.
Cịn với SiO2 và GeO2 lỏng có cấu trúc mạng khơng gian, nó sẽ giữ ngun cấu trúc

n y khi được làm lạnh để chuyển sang dạng thủy tinh.
Cấu trúc của các photphat, silicat và borat ở trạng thái nóng chảy và thủy tinh
phụ thuộc rất nhiều vào t lệ hỗn hợp các nguyên tố đ . Việc thêm oxit kim loại vào
HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 20


Tổng hợp vật liệu vô cơ chịu nhiệt và chịu axit

P2O5, SiO2 và B2O3 sẽ tạo ra photphat, silicat, v borat tương ứng và dẫn tới việc phá
vỡ cấu trúc không gian của các oxit phi kim, vấn đề này phụ thuộc vào phần trăm của
oxit kim loại được thêm vào.
Khi nghiên cứu cấu trúc của polyme Silicat, Zachariasen đã cho rằng t lệ
M2O/SiO2 = R, trong khoảng từ 0 đến 0,5 thì cấu trúc ở dạng nóng chảy và thủy tinh
giống cấu trúc ở trạng thái rắn, đ l cấu tr c không gian, v độ phức tạp giảm dần
theo giá trị của R. Khi R trong khoảng từ 0,5 đến 1 thì cấu trúc khơng gian sẽ chuyển
sang cấu trúc lớp. Khi R=1 thì cấu trúc là dạng chuỗi hay vịng metasilicat. Khi R >1
thì sẽ có sự bẻ gãy cấu trúc tạo disilicat hoặc octosilicat. Như vậy giá trị R tăng l n thì
độ phức tạp trong cấu trúc của polyme vô cơ sẽ giảm. Tuy nhiên lý thuyết n y đã thất
bại khi giải thích sự thay đổi cơ bản trong ơ mạng silicat khi có mặt của 10% mol oxit
kim loại kiềm hay 20% kim loại kiềm thổ. Sự thay đổi này không thể giải thích dựa
vào sự bẻ gãy cấu trúc mạng khơng gian Si-O-Si. Do vậy Bockric và các cộng sự đã đề
nghị rằng khi hỗn hợp có trên 12% mol M2O thì dạng nóng chảy và dạng thủy tinh sẽ
chứa ion (SinO2n-3)6-. Chính ion này sẽ tồn tại trong hệ chứa tới trên 50% M2O. Tuy
vậy hiện nay vẫn chưa c lý thuyết nào giải thích cặn kẽ, chi tiết về cấu trúc polyme ở
dạng thủy tinh.
+ Polyme trong dung dịch:
Nghiên cứu về phần n y, ngư i ta quan tâm đến việc đo khối lượng phân tử của
một số polyme trong dung dịch nước và không phải dung dịch nước.

Trong dung dịch các polyme vô cơ c thể tạo th nh các đa nhân anion, cation,
hay có thể thành các chất điện ly cao phân tử.
Tính chất của polyme vơ cơ:
Các polyme có mạch thẳng hoặc mạch vịng có nguồn gốc vô cơ hay hữu cơ đều
được hợp thành từ các phân tử nhỏ để tạo thành các phân tử lớn, phân tử càng lớn độ
uốn càng cao và tạo ra tính dẻo của polyme. Nguyên nhân tạo ra tính dẻo là do có cấu
trúc trong phân tử lớn d i, do đ c nhiều mối nối của các nguyên tử tạo phân tử lớn.
Ví dụ, mạch vịng polyme sunfua kim loại chứa vài chục ngàn nguyên tử liên kết
với nhau tạo mắt x ch c độ dài lớn và tính dẻo cao. Ngoài yếu tố mạch dài do liên kết
cộng hóa trị tạo n n trong các polyme vơ cơ, cịn có liên kết kim loại - á kim tạo được
mạch vịng trong phân tử lớn hình thành mạch dài nối các nguyên tử bằng liên kết
HVCH: Tạ ĐứcAnh

Page 21