Nghiên cứu chế tạo hệ sơn chống ăn mòn trên cơ sở chất tạo màng epoxy và polyurea để bảo vệ kết cấu thép trong điều kiện khí hậu nhiệt đới biển

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH LÊ HUY CƢỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ SƠN CHỐNG ĂN MÕN
TRÊN CƠ SỞ CHẤT TẠO MÀNG EPOXY VÀ POLYUREA
ĐỂ BẢO VỆ KẾT CẤU THÉP TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU
NHIỆT ĐỚI-BIỂN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH LÊ HUY CƢỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ SƠN CHỐNG ĂN MÕN
TRÊN CƠ SỞ CHẤT TẠO MÀNG EPOXY VÀ POLYUREA
ĐỂ BẢO VỆ KẾT CẤU THÉP TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU
NHIỆT ĐỚI-BIỂN

Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu cao phân tử và tổ hợp
Mã số chuyên ngành: 62529401

Phản biện độc lập 1: GS.TS NGUYỄN CỬU KHOA
Phản biện độc lập 2: PGS.TS NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY

Phản biện 1: GS.TS BÙI CHƢƠNG
Phản biện 2: PGS.TS NGUYỄN VĂN CƢỜNG
Phản biện 3: PGS.TS HUỲNH ĐẠI PHÚ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

1. GS.TSKH TRẦN VĨNH DIỆU
2. PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi với sự hƣớng dẫn khoa
học của GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu và PGS.TS Nguyễn ĐắcThành. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Chữ ký

Huỳnh Lê Huy Cƣờng

i


TĨM TẮT LUẬN ÁN

Luận án trình bày các kết quả nghiên cứu về:

 Nghiên cứu công thức và chế tạo sơn lót epoxy bảo vệ kết cấu thép chống ăn

mịn trên cơ sở nhựa epoxy DER 671X75 với các hệ bột màu, độn, nanoclay
cloisite 30B và nanosilica.
 Nghiên cứu công thức và chế tạo sơn phủ polyurea trên cơ sở polyaspartic este
Desmophen NH1520 với các hệ bột màu, độn và nanosilica.
 Nghiên cứu công thức và chế tạo các hệ sơn bảo vệ kết cấu thép trong điều kiện
khí hậu nhiệt đới biển gồm 3 lớp: sơn lót epoxy DER 671X75/sơn trung gian
epoxy MIO/sơn phủ polyurea polyaspartic este Desmophen NH1520.
Trên cơ sở nghiên cứu có hệ thống, luận án đã đề xuất đƣợc hai hệ sơn chống ăn mòn
gồm ba lớp: sơn lót epoxy/sơn trung gian epoxy MIO/sơn phủ polyurea có khả năng
bảo vệ các kết cấu thép trong điều kiện khí hậu nhiệt đới biển ở Viêt Nam khoảng 10
năm.

ii


ABSTRACT

Doctoral thesis shows results that have studied as:
 Formulation research and preparing primer coatings to protect anticorrosion
steel structure based on epoxy resin DER 671X75 with pigment systems, fillers,
nanoclay cloisite 30B and nanosilica.
 Formulation research and preparing polyurea topcoat based on polyaspartic
ester Desmophen NH1520 with pigment systems, fillers and nanosilica.
 Formulation research and preparing coating systems to protect anticorrosion
steel structure in tropical sea climate condition with 3 layers: primer coating
based on epoxy resin DER671X75/intermediate coating based on epoxy
MIO/polyurea topcoat based on polyaspartic ester Desmophen NH1520.
With the suitable process of study, the most considerable realistic contribution of this
thesis was that has promoted 02 anticorrosion coating systems for steel structure with
03 layers: primer coating based on epoxy resin DER671X75/intermediate coating

based on epoxy MIO (micaceuos iron oxide)/polyurea topcoat based on polyaspartic
ester Desmophen NH1520 that has been expected to protect steel structure in tropical
sea climate condition of Viet Nam about 10 years.

iii


LỜI CÁM ƠN

Tôi xin trân trọng cám ơn GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu và PGS.TS Nguyễn Đắc Thành.
Với lòng tâm huyết với khoa học, Quý Thầy đã dìu dắt và hƣớng dẫn tôi, định hƣớng
khoa học, luôn theo sát và giúp đỡ tơi rất nhiều trong suốt q trình học, thực hiện và
hồn thành luận án.
Tơi xin cảm ơn gia đình tôi đặc biệt là cha mẹ, anh chị, vợ con đã luôn động viên và
giúp đỡ tôi vƣợt qua những khó khăn thử thách tƣởng chừng khơng thể vƣợt qua trong
suốt thời gian dài vừa học tập, vừa công tác, vừa thực hiện luận án.
Tôi xin cảm ơn Thầy, Cô thuộc Khoa Kỹ thuật Hóa học, Khoa Cơng nghệ Vật liệu,
Trƣờng Đại học Bách khoa TP.Hồ Chí Minh, nơi tơi theo học trong suốt thời gian từ
đại học, đến sau đại học đã dạy bảo cho tôi những kiến thức quý báu, đã hỗ trợ và giúp
đỡ tôi rất nhiều trong thời gian học tập tại trƣờng.
Tôi xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp ở Khoa Cơng nghệ Hóa học, Trung tâm Thí
nghiệm Thực hành, Ban Giám hiệu -Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP. Hồ
Chí Minh, nơi tơi đang công tác, đã hỗ trợ, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi đi học và
làm nghiên cứu sinh.
Tôi xin cảm ơn các anh, chị, bạn bè thuộc Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu polyme,
Phịng Thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Polyme & Compozit, Công ty Cổ phần Sơn Á
Đông, Công ty Bayer Việt Nam và tất cả bạn bè đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện giúp đỡ
tơi thực hiện và hồn thành luận án.
Lời cuối cùng, xin cảm ơn Trƣờng Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí
Minh, ngơi trƣờng đã gắn bó với tôi từ năm 1999, nơi đào tạo tri thức và nhân cách

con ngƣời tôi, cảm ơn với tất cả những gì ngơi trƣờng này đã mang lại cho tơi.

Huỳnh Lê Huy Cƣờng

iv


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................x
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... xiii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................xvi
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN ......................................................................................6

1.1

Ăn mịn kim loại ................................................................................................ 6

1.2

Độ bền mơi trƣờng của màng sơn phủ bảo vệ thép ...........................................8

1.3

Sơn lót trên nền nhựa epoxy ............................................................................17

1.4

Sơn trung gian trên nền nhựa epoxy ................................................................ 19

1.5

Sơn phủ polyurea ............................................................................................. 21

1.6

Nanoclay ..........................................................................................................26

1.7

Nanosilica.........................................................................................................30

1.8

Bột màu, chất độn, phụ gia ..............................................................................33

1.9

Nâng cao độ bền thời tiết của polyme ............................................................. 35

CHƢƠNG 2

THỰC NGHIỆM ................................................................................37

2.1

Nguyên liệu và hóa chất ...................................................................................37

2.2

Các phƣơng pháp nghiên cứu ..........................................................................38

2.2.1

Xác định hàm lƣợng nhóm epoxy ............................................................. 38

2.2.2

Xác định hàm lƣợng phần gel ...................................................................40

2.2.3

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) ............................................................... 40

2.2.4

Kính hiển vi quang học .............................................................................41

2.2.5

Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ....................................................41

2.2.6

Phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) ........................................................... 41

2.2.7

Nhiễu xạ tia X (XRD) ...............................................................................41

2.2.8

Xác định tính chất vật lý của sơn .............................................................. 41

2.2.9

Xác định tính chất cơ lý của màng polyme và màng sơn ......................... 42

2.2.10 Đánh giá ăn mòn bằng phƣơng pháp điện hóa ..........................................44
2.2.11 Đánh giá khả năng chống ăn mòn của màng sơn bằng phƣơng pháp phun
sƣơng muối ............................................................................................................47
2.2.12 Đánh giá độ bền thời tiết của màng sơn ....................................................48

v


2.2.13 Chuẩn bị mẫu ............................................................................................ 48
2.2.14 Kỹ thuật phân tán nanoclay cloisite 30B và nanosilica vào nhựa .............49
CHƢƠNG 3
3.1

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................ 51

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SƠN LÓT EPOXY ..............................................51

3.1.1

Đặt vấn đề..................................................................................................51

3.1.2 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất đóng rắn Epicure 3125 đến hàm lƣợng
phần gel của polyme epoxy trên cơ sở nhựa epoxy DER 671X75 ....................... 51
3.1.3 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nanoclay cloisite 30B đến tính chất cơ lý của
màng polyme epoxy DER 671X75/Epicure 3125 .................................................52
3.1.3.1 Đánh giá khả năng phân tán của nanoclay cloisite 30B trong nhựa
epoxy DER 671X75 bằng kính hiển vi quang học và giản đồ nhiễu xạ tia X ....52
3.1.3.2 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nanoclay cloisite 30B đến khả năng phân tán
trong nhựa epoxy DER 671X75 ..........................................................................57
3.1.3.3 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nanoclay cloisite 30B đến tính chất cơ lý của
màng polyme epoxy DER 671X75 đóng rắn bằng Epicure 3125 ....................... 58
3.1.3.4 Cấu trúc hình thái của tổ hợp nhựa epoxy DER 671X75 và nanoclay
cloisite 30B ..........................................................................................................59
3.1.3.5 Tính chất nhiệt của tổ hợp nhựa epoxy DER 671X75/Epicure 3125 với
nanoclay cloisite 30B .......................................................................................... 61
3.1.4 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng hệ bột màu oxyt sắt/cromat kẽm/talc (OCT) và
oxyt sắt/photphat kẽm/talc (OPT) đến tính chất cơ lý và chống ăn mịn của sơn lót
epoxy trên nền nhựa epoxy DER 671X75/Epicure 3125 ......................................63
3.1.4.1 Chế tạo sơn ............................................................................................ 63
3.1.4.2 Tính chất vật lý của sơn .........................................................................64
3.1.4.3 Tính chất cơ lý của màng sơn ................................................................ 64
3.1.4.4 Tính chất chống ăn mịn của màng sơn .................................................66
3.1.5 Sơn lót epoxy trên nền nhựa epoxy DER 671X75/Epicure 3125 với các hệ
bột màu OCT, OPT và nanoclay cloisite 30B ở tỷ lệ thích hợp ............................ 71
3.1.5.1 Chế tạo sơn ............................................................................................ 71
3.1.5.2 Tính chất vật lý của sơn .........................................................................71
3.1.5.3 Tính chất cơ lý của màng sơn ................................................................ 72
3.1.5.4 Tính chất chống ăn mịn của màng sơn .................................................72
3.1.6 Ảnh hƣởng của nanosilica đến tính chất cơ lý của màng polyme epoxy
DER 671X75/Epicure 3125 ...................................................................................78

vi


3.1.6.1 Đánh giá khả năng phân tán của nanosilica trong nhựa epoxy DER
671X75 bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua
(TEM) 78
3.1.6.2 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nanosilica đến tính chất cơ lý của màng
polyme epoxy DER 671X75/Epicure 3125 ......................................................... 79
3.1.7 Sơn lót epoxy trên nền nhựa epoxy DER 671X75/Epicure 3125 với các hệ
bột màu OCT, OPT và nanosilica ở các tỷ lệ thích hợp ........................................80
3.1.7.1 Chế tạo sơn ............................................................................................ 80
3.1.7.2 Tính chất vật lý của sơn .........................................................................80
3.1.7.3 Tính chất cơ lý của màng sơn ................................................................ 81
3.1.7.4 Tính chất chống ăn mịn của màng sơn .................................................81
3.1.8 Đánh giá chung giữa các màng sơn epoxy có sử dụng nanoclay và
nanosilica ...............................................................................................................86

3.2

Nhận xét mục 3.1 ......................................................................................87
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SƠN PHỦ POLYUREA ......................................87

3.2.1

Đặt vấn đề..................................................................................................87

3.2.2 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất đóng rắn polyisocyanat Desmodur N3600
đến hàm lƣợng phần gel của polyme polyurea trên cơ sở polyaspartic este
Desmophen NH1520 ............................................................................................. 88

3.2.3 Ảnh hƣởng của nanosilica đến tính chất cơ lý của màng polyurea
Desmophen NH1520/Desmodur N3600 ............................................................... 89
3.2.3.1 Đánh giá khả năng phân tán của nanosilica trong polyme polyurea
Desmophen NH1520/Desmodur N3600 bằng kính hiển vi quang học ...............89
3.2.3.2 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nanosilica đến tính chất cơ lý của màng phủ
polyme polyurea Desmophen NH1520/Desmodur N3600 .................................89
3.2.3.3 Cấu trúc hình thái của polyme polyurea Desmophen
NH1520/Desmodur N3600/nanosilica ................................................................ 91
3.2.4 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng hệ bột màu oxyt titan/bari sunphat/talc
(TiBaT) đến tính chất cơ lý của sơn phủ polyurea Desmophen
NH1520/Desmodur N3600 ....................................................................................92
3.2.4.1 Chế tạo sơn ............................................................................................ 92
3.2.4.2 Tính chất vật lý của sơn .........................................................................92
3.2.4.3 Tính chất cơ lý của màng sơn ................................................................ 93
3.2.5 Ảnh hƣởng của phụ gia chống UV đến tính chất cơ lý và chịu khí hậu của
sơn phủ polyurea Desmophen NH1520/Desmodur N3600 ...................................94
vii


3.2.5.1 Chế tạo sơn ............................................................................................ 94
3.2.5.2 Tính chất vật lý của sơn .........................................................................95
3.2.5.3 Tính chất cơ lý của màng sơn ................................................................ 96
3.2.5.4 Độ bền khí hậu của của màng sơn ......................................................... 97
3.2.6 Sơn phủ polyurea trên nền nhựa Desmophen NH1520/Desmodur N3600
với hệ bột màu TiBaT, nanosilica và phụ gia chống UV ở tỷ lệ thích hợp ...........98
3.2.6.1 Chế tạo sơn ............................................................................................ 98
3.2.6.2 Tính chất vật lý của sơn .........................................................................98
3.2.6.3 Tính chất cơ lý của màng sơn ................................................................ 99
3.2.6.4 Độ bền khí hậu của màng sơn ..............................................................100
3.2.7 Ảnh hƣởng của than đen đến tính chất cơ lý và chịu khí hậu của sơn phủ

polyurea trên nền nhựa Desmophen NH1520/Desmodur N3600 .......................101
3.2.7.1 Tính chất vật lý của sơn .......................................................................101
3.2.7.2 Tính chất cơ lý của màng sơn ..............................................................102
3.2.7.3 Độ bền khí hậu của màng sơn ..............................................................102
3.2.8

Tính chất cơ lý của màng sơn polyurea sau thử nghiệm độ bền khí hậu 103



Nhận xét mục 3.2 ....................................................................................104

3.3

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ SƠN BẢO VỆ KẾT CẤU THÉP ................104

3.3.1

Đặt vấn đề................................................................................................104

3.3.2

Các lớp sơn thành phần của hệ sơn .........................................................105

3.3.2.1 Sơn lót epoxy .......................................................................................105
3.3.2.2 Sơn trung gian epoxy ...........................................................................105
3.3.2.3 Sơn phủ polyurea .................................................................................106
3.3.2.4 Thành lập hệ sơn ..................................................................................106
3.3.3

Gia cơng hệ sơn .......................................................................................107

3.3.4

Thử nghiệm ăn mịn sƣơng muối ............................................................107

3.3.5

Thử nghiệm độ bền khí hậu ....................................................................109

3.3.6

Phơi mẫu tự nhiên ...................................................................................110

3.3.7

Dự báo tuổi thọ của hệ sơn ......................................................................111

3.3.7.1 Dự báo tuổi thọ của sơn lót epoxy .......................................................111
3.3.7.2 Dự báo tuổi thọ của sơn phủ polyurea .................................................113
3.3.7.3 Dự báo tuổi thọ của hệ sơn ..................................................................113

viii


3.3.8 Đánh giá tƣơng quan thử nghiệm độ bền khí hậu trong tủ khí hậu và ngồi
tự nhiên ................................................................................................................116


Nhận xét mục 3.3 ...........................................................................................117

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................118
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ ............................................................120
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................121
PHỤ LỤC ....................................................................................................................132

ix


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ mơ tả cơ chế q trình ăn mịn điện hóa sắt với sự có mặt của nƣớc,
oxy và chất điện ly [5-8] ..................................................................................................6
Hình 1.2 Ảnh hƣởng của khí SO2 đến sự ăn mịn thép cacbon [5-7] .............................. 7
Hình 1.3 Tốc độ ăn mòn sắt trong dung dich muối NaCl ở nhiệt độ thƣờng [5-7] .........7
Hình 1.4 Sơ đồ mơ tả q trình phân hủy polyme theo cơ chế Bolland [27] ................11
Hình 1.5 Bức xạ mặt trời [28] ....................................................................................... 12
Hình 1.6 Sơ đồ minh họa hiệu ứng che chắn của bột màu và polyme [24] ..................15
Hình 1.7 Sơ đồ cơ chế ổn định màng polyme bằng chất chống oxi hóa (chất ổn định
amin) [27] ......................................................................................................................16
Hình 1.8 Sơ đồ cơ chế ổn định màng polyme bằng chất chống oxi hóa (chất ổn định
phenol) [27] ...................................................................................................................16
Hình 1.9 Cơng thức nhựa epoxy tổng hợp từ bisphenol A và epiclohydrin .................17
Hình 1.10 Phản ứng đóng rắn giữa nhựa epoxy với amin bậc 1 và amin bậc 2 ............18
Hình 1.11 Oxyt sắt vảy mica MIO [66] .........................................................................20
Hình 1.12 Cơ chế che chắn bảo vệ kim loại của mica oxyt sắt [69] ............................. 20
Hình 1.13 Cơng thức polyuretan ...................................................................................21
Hình 1.14 Cơng thức polyurea ......................................................................................22
Hình 1.15 Cơng thức polyaspartic este [14-18]............................................................. 23
Hình 1.16 Cơng thức HDI trime ....................................................................................24
Hình 1.17 Sơ đồ minh họa biến tính khống montmorillonite ......................................27

Hình 1.18 Các dạng nanocompozit polyme/clay [78-79,84].........................................28
Hình 1.19 Hình ảnh mơ tả khả năng che chắn của vật liệu nanocompozit/nanoclay (a)
và compozit truyền thống (b)[79,85] .............................................................................29
Hình 1.20 Các dạng liên kết của nhóm Si-O trên bề mặt silica và sự liên kết của các
hạt silica [98] .................................................................................................................32
Hình 1.21 Ảnh TEM tổ hợp poly (MMA-HEMA) với nanosilica SiO2 khơng biến tính
(a) và nanosilica SiO2 xử lý bằng silan (b) [101] .......................................................... 33
Hình 1.22 Cơng thức phụ gia chống oxi hóa Irgafos 168 .............................................36
Hình 1.23 Cơng thức phụ gia chống oxi hóa Irganox 1010 ..........................................36
Hình 1.24 Công thức phụ gia chống UV bền ánh sáng Tinuvin 292 ............................ 36
Hình 2.1 Mơ hình ngâm mẫu đo điện hóa .....................................................................44
Hình 2.2 Mơ hình bình đo điện hóa ...............................................................................45
Hình 2.3 Sơ đồ mạch tƣơng đƣơng đặc trƣng cho sự hình thành một lớp phủ khơng dẫn
điện trên kim loại [117,122] .......................................................................................... 46

x


Hình 2.4 Giản đồ tổng trở Nyquist của hệ kim loại/màng polyme/dung dịch điện ly
[117]............................................................................................................................... 47
Hình 3.1 Hàm lƣợng phần gel của nhựa epoxy DER 671X75 đóng rắn bằng Epicure
3125 ở nhiệt độ thƣờng ..................................................................................................52
Hình 3.2 Hàm lƣợng phần gel của nhựa epoxy DER 671X75 đóng rắn bằng Epicure
3125 ở 60oC ...................................................................................................................52
Hình 3.3 Ảnh chụp kính hiển vi quang học của các mẫu nanoclay cloisite 30B phân tán
vào nhựa epoxy DER 671X75 với độ phóng đại 400 lần..............................................53
Hình 3.4 Giản đồ XRD của nanoclay cloisite 30B........................................................ 53
Hình 3.5 Giản đồ XRD của mẫu DER 671X75/Epicure 3125 ......................................54
Hình 3.6 Giản đồ XRD của mẫu epoxy DER 671X75- 3% nanoclay cloisite 30B khuấy
cơ học 1000 vòng/phút trong 15 phút và siêu âm 20 phút, 40 phút, 60 phút ................54

Hình 3.7 Giản đồ XRD của mẫu epoxy DER 671X75- 3% nanoclay cloisite 30B khuấy
cơ học 2000 vòng/phút trong 20 giờ, 30 giờ, 35 giờ .....................................................55
Hình 3.8 Giản đồ XRD của các mẫu epoxy DER 671X75 với hàm lƣợng clay cloisite
30B khác nhau ...............................................................................................................58
Hình 3.9 Ảnh SEM chụp tổ hợp nhựa epoxy DER 671X75-2% nanoclay cloisite 30B
đóng rắn bằng Epicure 3125 .......................................................................................... 60
Hình 3.10 Ảnh TEM của tổ hợp epoxy DER 671X75-2% nanoclay cloisite 30B đóng
rắn bằng Epicure 3125 ...................................................................................................61
Hình 3.11 Phân tích TGA của epoxy DER 671X75 và epoxy DER 671X75-2% clay
cloisite 30B đóng rắn bằng Epicure 3125......................................................................62
Hình 3.12 Hình ảnh thử nghiệm ăn mịn sƣơng muối của mẫu sơn lót epoxy P4 và P6
.......................................................................................................................................66
Hình 3.13 Giản đồ tổng trở dạng Nyquist của mẫu thép phủ sơn epoxy P4 và P6 .......67
Hình 3.14 Điện trở màng của màng sơn epoxy P4 và P6 theo thời gian ......................68
Hình 3.15 Mật độ dịng ăn mịn của mẫu thép phủ sơn epoxy P4 và P6 theo thời gian69
Hình 3.16 Thử nghiệm ăn mịn sƣơng muối của mẫu sơn lót epoxy P9 và P10 ...........73
Hình 3.17 Giản đồ tổng trở dạng Nyquist của mẫu thép phủ sơn epoxy P9 và P10 .....74
Hình 3.18 Điện trở màng của màng sơn epoxy P9 và P10 theo thời gian ....................75
Hình 3.19 Mật độ dòng ăn mòn của mẫu thép phủ sơn epoxy P9 và P10.....................76
Hình 3.20 Mật độ dịng ăn mòn của các mẫu thép phủ sơn epoxy P4, P6, P9, P10......77
Hình 3.21 Ảnh SEM các hạt nanosilica........................................................................78
Hình 3.22 Ảnh TEM của mẫu nhựa epoxy DER 671X75-1%Silica/Epicure 3125 ......79
Hình 3.23 Thử nghiệm ăn mòn sƣơng muối của các mẫu sơn epoxy P11, P12 ............82
Hình 3.24 Giản đồ tổng trở dạng Nyquist của mẫu thép phủ sơn epoxy P11 và P12 ...83
Hình 3.25 Điện trở màng của màng sơn epoxy P11 và P12 theo thời gian ..................84
xi


Hình 3.26 Mật độ dịng ăn mịn của các mẫu thép phủ sơn epoxy P4, P6, P11, P12....85
Hình 3.27 Điện trở màng của màng sơn epoxy P9, P10, P11 và P12 theo thời gian ....86

Hình 3.28 Hàm lƣợng phần gel của nhựa polyurea trên cơ sở polyaspartic este
Desmophen NH1520 đóng rắn bằng Desmodur N3600 ở nhiệt độ thƣờng (a) và 60oC
(b)...................................................................................................................................88
Hình 3.29 Ảnh chụp kính hiển vi quang học các mẫu nhựa Desmophen NH1520 có và
khơng có 0,5% nanosilica với độ phóng đại 400 lần .....................................................89
Hình 3.30 Ảnh TEM của tổ hợp Desmophen NH1520-0,5% Silica ............................. 91
Hình 3.31 Hình ảnh thử nghiệm ăn mòn sƣơng muối 330 giờ các hệ sơn ..................108
Hình 3.32 Hình ảnh các màng sơn hệ S2 và S4 sau 500 giờ thử nghiệm độ bền khí hậu
.....................................................................................................................................109
Hình 3.33 Phơi mẫu sơn tự nhiên tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme ..........111
Hình 3.34 Phơi mẫu tự nhiên tại giàn khoan dầu ........................................................111
Hình 3.35 Hình ảnh thử nghiệm ăn mòn sƣơng muối các mẫu sơn epoxy đối chứng 112
Hình 3.36 Thử nghiệm ăn mịn sƣơng muối mẫu sơn đối chứng Metapox FD primerMetathane super ...........................................................................................................115

xii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Một số lớp sơn sử dụng trong mơi trƣờng ăn mịn theo ISO 12944 [9] ..........9
Bảng 1.2 Tên thƣơng mại của một số sản phẩm nhựa polyaspartic este của hãng Bayer
[14-17] ......................................................................................................................... 23
Bảng 1.3 Một số tính chất của nhựa polyaspartic este của hãng Bayer ........................ 23
Bảng 1.4 Thời gian gel hóa của aliphatic polyurea trên cơ sở polyaspartic este đóng
rắn bằng HDI trime [14] ................................................................................................ 24
Bảng 2.1 Các điều kiện môi trƣờng cần thiết trong tủ sƣơng muối .............................. 47
Bảng 3.1 Kết quả phân tích XRD các mẫu epoxy DER 671X75-3%nanoclay cloisite
30B.................................................................................................................................55
Bảng 3.2 Hàm lƣợng nanoclay cloisite 30B phân tán trong nhựa epoxy DER 671X75
.......................................................................................................................................57
Bảng 3.3 Tính chất cơ lý của màng phủ polyme trên cơ sở nhựa epoxy DER

671X75/nanoclay cloisite 30B đóng rắn bằng Epicure 3125 ........................................59
Bảng 3.4 Tính chất vật lý của sơn lót epoxy DER 671X75 với các hệ bột màu OCT,
OPT (O-oxyt sắt; C-cromat kẽm; P-photphat kẽm; T-talc) ...........................................64
Bảng 3.5 Tính chất cơ lý của màng sơn lót epoxy DER 671X75/Epicure 3125 và các
hệ bột màu OCT, OPT (O-oxyt sắt; C-cromat kẽm; P-photphat kẽm; T-talc) ..............65
Bảng 3.6 Kết quả thử nghiệm ăn mịn sƣơng muối của sơn lót epoxy P4 và P6 ..........66
Bảng 3.7 Tính chất vật lý của sơn lót epoxy DER 671X75 với các hệ bột màu OCT,
OPT và nanoclay cloisite 30B (O-oxyt sắt; C-cromat kẽm; P-photphat kẽm; T-talc) ..71
Bảng 3.8 Tính chất cơ lý của màng sơn lót epoxy DER 671X75/Epicure 3125 với các
hệ bột màu OCT, OPT và nanoclay cloisite 30B .......................................................... 72
Bảng 3.9 Kết quả thử nghiệm ăn mịn sƣơng muối của sơn lót epoxy P9 và P10 ........73
Bảng 3.10 Tính chất cơ lý của màng phủ polyme trên cơ sở nhựa epoxy DER
671X75/nanosilica đóng rắn bằng Epicure 3125 .......................................................... 79
Bảng 3.11 Tính chất vật lý của sơn lót epoxy DER 671X75/Epicure 3125 với các hệ
bột màu OCT, OPT và nanosilica (O-oxyt sắt; C-cromat kẽm; P-photphat kẽm; T-talc)
.......................................................................................................................................80
Bảng 3.12 Tính chất cơ lý của màng sơn lót epoxy DER 671X75/Epicure 3125 với các
hệ bột màu OCT, OPT và nanosilica (O-oxyt sắt; C-cromat kẽm; P-photphat kẽm; Ttalc) ................................................................................................................................ 81
Bảng 3.13 Kết quả thử nghiệm ăn mòn sƣơng muối của các mẫu sơn epoxy P11, P12
.......................................................................................................................................82
Bảng 3.14 Hàm lƣợng nanosilica trong Desmophen NH1520 ......................................90

xiii


Bảng 3.15 Tính chất cơ lý của màng phủ polyme polyurea trên cơ sở polyaspartic este
Desmophen NH1520 đóng rắn bằng Desmodur N3600 ................................................90
Bảng 3.16 Tính chất vật lý của sơn phủ polyurea Desmophen NH1520 màu trắng với
hệ bột màu TiBaT (Ti-oxyt titan; Ba- bari sunphat; T-talc) ..........................................93
Bảng 3.17 Tính chất cơ lý của màng sơn phủ polyurea Desmophen NH1520/Desmodur

N3600 và hệ bột màu TiBaT (Ti-oxyt titan; Ba- bari sunphat; T-talc) ......................... 93
Bảng 3.18 Tính chất vật lý của sơn phủ polyurea Desmophen NH1520 với hệ bột màu
TiBaT và phụ gia chống UV, chống oxi hóa .................................................................95
Bảng 3.19 Tính chất cơ lý của màng sơn phủ màu trắng polyurea Desmophen
NH1520/Desmodur N3600 với hệ bột màu TiBaT và phụ gia chống UV, chống oxi
hóa .................................................................................................................................96
Bảng 3.20 Kết quả thử nghiệm độ bóng và độ biến màu trong tủ khí hậu của các mẫu
sơn T2, T5, T6, T7, T8 ..................................................................................................97
Bảng 3.21 Tính chất vật lý của sơn phủ polyurea với hệ bột màu TiBaT, nanosilica và
phụ gia chống UV, chống oxi hóa .................................................................................99
Bảng 3.22 Tính chất cơ lý của màng sơn phủ polyurea màu trắng Desmophen
NH1520/Desmodur N3600 với hệ bột màu TiBaT, nanosilica và phụ gia chống UV,
chống oxi hóa...............................................................................................................100
Bảng 3.23 Kết quả thử nghiệm độ bóng và độ biến màu trong tủ khí hậu các màng sơn
T9, T10 ........................................................................................................................100
Bảng 3.24 Tính chất vật lý của sơn phủ polyurea màu xám với hệ bột màu TiBaT, than
đen, nanosilica và phụ gia chống UV, chống oxi hóa .................................................101
Bảng 3.25 Tính chất cơ lý của màng sơn phủ polyurea màu xám Desmophen
NH1520/Desmodur N3600 với hệ bột màu TiBaT, than đen, nanosilica và phụ gia
chống UV, chống oxi hóa ............................................................................................102
Bảng 3.26 Kết quả thử nghiệm độ bóng và độ biến màu trong tủ khí hậu mẫu sơn T11
.....................................................................................................................................103
Bảng 3.27 Tính chất cơ lý của màng sơn phủ polyurea sau thử nghiệm trong tủ khí hậu
500 giờ .........................................................................................................................103
Bảng 3.28 Các mẫu sơn lót epoxy ...............................................................................105
Bảng 3.29 Cơng thức sơn trung gian epoxy MIO .......................................................105
Bảng 3.30 Tính chất cơ lý của sơn trung gian epoxy MIO .........................................106
Bảng 3.31 Các mẫu sơn phủ polyurea .........................................................................106
Bảng 3.32 Thành lâp các hệ sơn ..................................................................................107
Bảng 3.33 Kết quả đánh giá ăn mòn sƣơng muối các hệ sơn......................................107

Bảng 3.34 Kết quả thử nghiệm độ bền khí hậu các hệ sơn trong 500 giờ...................109
Bảng 3.35 Bảng tổng hợp đánh giá ăn mòn hệ sơn tốt nhất ........................................110

xiv


Bảng 3.36 Kết quả thử nghiệm ăn mòn sƣơng muối các mẫu sơn epoxy và mẫu sơn đối
chứng ...........................................................................................................................112
Bảng 3.37 Kết quả thử nghiệm độ bền thời tiết các mẫu sơn polyurea và mẫu đối
chứng ...........................................................................................................................113
Bảng 3.38 Kết quả thử nghiệm ăn mòn sƣơng muối các hệ sơn và mẫu đối chứng ...114
Bảng 3.39 Thử nghiệm đồ bền thời tiết của các hệ sơn và mẫu đối chứng.................115

xv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
GDP
USD
MIO
TEM
SEM
XRD
TGA
ASTM

Tên tiếng Anh
Gross Domestic Product
United States Dollar

Micaceous Iron Oxide
Transmission Electron Microscopy
Scanning Electron Microscopy
X-ray diffraction
Thermogravimetric Analysis
American Society for Testing and
Materials
ISO
International Organization for
Standardization
CTBN
Carboxyl-Terminated ButadieneAcrylonitrile Copolymer
Poly(MMA- Poly(methyl methacrylateHEMA)
hydroxyethyl methacrylate)
DOP
Dioctyl phthalate
DGEBA
Diglycidyl ether of bisphenol A
JIS
Japanese Industrial Standards
DEM
EEW
AHEW
EIS

Diethyl Maleate
Epoxide Equivalent Weight
Amine Hydrogen Equivalent Weight
Electrochemical Impedance
Spectroscopy

Montmorillonite
Iron oxide/Cromate zinc/Talc

MMT
OCT
(O/C/T)
OPT(O/P/T) Iron oxide/Phosphate zinc/Talc
TiBaT
(Ti/Ba/T)
PKL
TCN
TCVN
P1, P2,…,
P12
I

Titan dioxide/ Bari sulphate/Talc

T1, T2,…,
T11
S1,..,S4

Topcoat 1, Topcoat 2,.., Topcoat 11

Primer 1, Primer 2,.., Primer 12
Intermediate coat

System 1,…,System 4

xvi

Tên tiếng Việt
Tổng sản phẩm quốc nội
Đô la Mỹ
Oxyt sắt vảy mica
Kính hiển vi điện tử truyền qua
Kính hiển vi điện tử quét
Nhiễu xạ tia X
Phân tích nhiệt trọng lƣợng
Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm
Hoa Kỳ
Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế
Butadien-Acrylonitril có nhóm
cacboxyl cuối mạch
Poly(metyl metacrylathydroxyetyl metacrylat)
Dioctylphtalat
Diglycidyl ete bisphenol A
Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật
Bản
Dietyl maleat
Đƣơng lƣợng epoxy
Đƣơng lƣợng hydroamin
Phổ tổng trở điện hóa
Montmorillonit
Hệ bột màu oxyt sắt/cromat
kẽm/bột talc
Hệ bột màu oxyt sắt/photphat
kẽm/bột talc
Hệ bột màu oxyt titan/bari
sunphat/bột talc

Phần khối lƣợng
Tiêu chuần ngành
Tiêu chuẩn Việt Nam
Các cơng thức sơn lót epoxy
1,2,..,12
Công thức sơn trung gian
epoxy MIO
Các công thức sơn phủ
polyurea 1,2,..,11
Hệ sơn 1, …, hệ sơn 4


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Vấn đề ăn mòn kim loại, đặc biệt là ăn mòn các kết cấu thép gây ra những hậu quả vô
cùng to lớn. Hàng năm trên thế giới, ƣớc tính chi phí cho việc sửa chữa và thay thế các
kết cấu thép bị ăn mòn là 1,8 ngàn tỷ USD mỗi năm tƣơng đƣơng với 3-4% GDP của
toàn thế giới [1]. Ở Mỹ, ƣớc tính chi phí cho việc chống ăn mòn là hơn 300 tỷ USD
hàng năm [2]. Ở Trung Quốc, chi phí cho việc chống ăn mịn hàng năm là 61 tỷ USD,
chiếm khoảng 5,2% GDP [3].
Một trong những biện pháp chống ăn mòn bảo vệ kết cấu thép và vật liệu kim loại có
hiệu quả là dùng màng sơn phủ hữu cơ. Bảo vệ vật liệu kim loại bằng màng sơn phủ
đóng vai trị cực kỳ quan trọng vì trên 90% lƣợng kim loại đƣợc bảo vệ màng màng
phủ hữu cơ.
Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới với lƣợng mƣa hàng năm lớn, nhiệt độ
cao, thời gian chiếu sáng trong ngày lớn, cùng với bờ biển dài và môi trƣờng muối
biển, đây là điều kiện rất thuận lợi xảy ra q trình ăn mịn kết cấu thép.
Hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều loại sơn chống ăn mịn tuổi thọ cao nhập từ nƣớc
ngồi nhƣ hãng sơn Interpaint (Anh), Sigma (Hà Lan), Nippon Paint (Nhật Bản), Jotun
(Na Uy), Hampel (Đan Mạch), Master (Pháp),…[4], bên cạnh các hãng sơn trong nƣớc

nhƣ sơn Á Đông, Bạch Tuyết,….
Các loại sơn ngoại nhập có giá thành cao và khơng phải loại sơn nào cũng phù hợp với
điều kiện khí hậu Việt Nam.
Trƣớc sự cấp thiết của việc bảo vệ kết cấu thép chống ăn mòn, nhiệm vụ nghiên cứu
và chế tạo hệ sơn chất lƣợng cao bảo vệ kết cấu thép trong điều kiện khí hậu nhiệt đới
biển ở Việt Nam là rất cần thiết và cấp bách.
2. Mục tiêu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án

1


Trên cơ sở những những nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan đến vấn đề chống
ăn mòn cho các kết cấu thép bằng sơn phủ hữu cơ, mục tiêu của luận án là: nghiên cứu
chế tạo đƣợc hệ sơn chống ăn mịn có chất lƣợng cao để bảo vệ kết cấu thép trong điều
kiện khí hậu nhiệt đới-biển ở Việt Nam. Hệ sơn gồm 3 lớp:
Lớp sơn lót: trên cơ sở chất tạo màng epoxy, bột màu và các phần tử nanoclay,
nanosilica.
Lớp sơn trung gian: trên cơ sở chất tạo màng epoxy có phụ gia MIO (Micaceous Iron
Oxide).
Lớp sơn phủ bề mặt: trên cơ sở chất tạo màng polyurea, bột màu và các phần tử
nanosilica.
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu của luận án:
Nghiên cứu chế tạo các lớp sơn trên cơ sở chất tạo màng là nhựa epoxy DER 671X75,
nhựa polyaspartic este Desmophen NH1520 với các loại bột màu nhƣ oxyt sắt,
photphat kẽm, cromat kẽm, oxyt titan, độn bari sunphat, bột talc và các phần tử
nanoclay cloisite 30B, nanosilica. Đánh giá thử nghiệm quá trình bảo vệ chống ăn mòn
của các lớp sơn và hệ sơn trên thép cacbon.
Trên cơ sở mục tiêu nghiên cứu, nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:
 Nghiên cứu chế tạo sơn lót epoxy trên cơ sở nhựa epoxy DER 671X75/Epicure
3125 với hệ bột màu oxyt sắt/cromat kẽm/bột talc, oxyt sắt/photphat kẽm/bột

talc và các phần tử nanoclay cloisite 30B, nanosilica.
 Nghiên cứu chế tạo sơn phủ polyurea trên cơ sở polyaspartic este Desmophen
NH1520/Desmodur N3600 với hệ bột màu oxyt titan/bari sunphat/bột talc có sử
dụng nanosilica và các phụ gia chống oxi hóa-UV.
 Nghiên cứu chế tạo hệ sơn và đánh giá tổng thể hệ sơn chống ăn mịn bao gồm
sơn lót epoxy DER 671X75/sơn trung gian epoxy MIO/sơn phủ polyurea
polyaspartic este Desmophen NH1520.

2


3. Tính mới của luận án
Các lớp sơn phủ bảo vệ kết cấu thép đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rất phổ biến.
Công thức sơn là yếu tố quan trọng nhất quyết định chất lƣợng màng sơn. Vì vậy, việc
tiếp tục nghiên cứu và cải tiến công thức sơn này nhằm nâng cao tính chất cơ lý và
tăng cƣờng khả năng chống ăn mòn vẫn là những vấn đề luôn luôn mới. Công thức sơn
trên thị trƣờng là một bí mật của các nhà sản xuất nên việc nghiên cứu chế tạo ra hệ
sơn phủ chất lƣợng cao có ý nghĩa cả về khoa học và thực tiễn. Các nội dung mang
tính mới của luận án gồm có:
 Làm chủ cơng thức và cơng nghệ sơn lót epoxy, sơn phủ polyurea và hệ sơn
mới (epoxy-nanoclay, nanosilica/epoxy MIO/polyurea-nanosilica) để bảo vệ kết
cấu thép. Sơn lót epoxy, sơn phủ polyurea và hệ sơn đƣợc nghiên cứu, chế tạo
theo công thức riêng có chất lƣợng cao phù hợp với điều kiện khí hậu Việt
Nam.
 Đề xuất đƣợc quy trình hợp lý kết hợp giữa khuấy cơ học ở tốc độ cao và rung
siêu âm hay thuần túy khuấy cơ học kéo dài để phân tán các phần tử nano nhƣ
nanoclay và nanosilica vào nhựa epoxy khối lƣợng phân tử lớn và nhựa
polyurea.
 Đã xác định đƣợc rằng, khi sử dụng photphat kẽm với khối lƣợng ít hơn nhƣng
khả năng bảo vệ chống ăn mịn của màng sơn lót lại tốt hơn so với sử dụng

cromat kẽm. Phát hiện này giúp loại bỏ cromat kẽm là loại bột màu có độc tính
cao.
 Sử dụng một lƣợng nhỏ nanoclay hay nanosilica (0,5-2% PKL) đều làm tăng
tính chất cơ lý, đặc biệt tăng độ bền va đập của màng sơn epoxy và polyurea,
đồng thời làm tăng khả năng chống ăn mòn.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học của luận án thể hiện ở các vấn đề chủ yếu sau đây:

3


 Từ nghiên cứu tổng quan tài liệu, đã xây dựng các bƣớc nghiên cứu, phối hợp
các thành phần một cách khoa học để đƣa ra các công thức sơn riêng chất lƣợng
cao và đƣợc đánh giá bằng phƣơng pháp hiện đại, có độ tin cậy cao.
 Kết hợp và kế thừa sáng tạo những thành tựu và cơng trình nghiên cứu khoa
học đi trƣớc, đặc biệt ứng dụng những thành tựu khoa học mới và hiện đại về
nanoclay, nanosilica và polyurea trong nghiên cứu chế tạo sơn.
 Giải quyết đƣợc việc phân tán các phần tử nano vào nhựa nền và từ đó vào tồn
bộ sơn là hệ nhiều cấu tử.
Ý nghĩa thực tiễn đáng kể nhất là trên cơ sở nghiên cứu có hệ thống, đã đề xuất đƣợc
02 hệ sơn chống ăn mòn gồm ba lớp: sơn lót epoxy/sơn trung gian epoxy MIO/sơn phủ
polyurea có khả năng bảo vệ các kết cấu thép trong điều kiện khí hậu nhiệt đới biển ở
Viêt Nam khoảng 10 năm.
5. Bố cục luận án
Luận án có 131 trang, gồm 3 chƣơng và các phần sau:
MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
Giới thiệu cơ sở lý thuyết vấn đề ăn mịn, độ bền khí hậu của màng sơn phủ. Giới thiệu
về thành phần sơn lót epoxy, lớp sơn trung gian epoxy MIO, lớp sơn phủ polyurea, các
phần tử nanoclay và nanosilica.

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM
Giới thiệu về nguyên vật liệu, thiết bị dụng cụ, các phƣơng pháp nghiên cứu và
phƣơng pháp đánh giá.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu chế tạo sơn lót epoxy
Trình bày các kết quả nghiên cứu và chế tạo sơn lót epoxy.
4


3.2. Nghiên cứu chế tạo sơn phủ polyurea
Trình bày các kết quả nghiên cứu và chế tạo sơn phủ polyurea.
3.3. Nghiên cứu chế tạo hệ sơn bảo vệ kết cấu thép
Trình bày các kết quả nghiên cứu và chế tạo hệ sơn gồm ba lớp: sơn lót epoxy/sơn
trung gian epoxy MIO/sơn phủ polyuea. Dự báo tuổi thọ của hệ sơn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

5


CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Ăn mòn kim loại
Kim loại và kết cấu thép đóng vai trị rất quan trọng trong các cơng trình xây dựng và
dân dụng. Theo số liệu thống kê, lƣợng kim loại (bao gồm thép và kim loại màu) bị ăn
mịn chiếm 3 – 4% GDP của tồn thế giới [1-3]. Hàng năm có tới 10 – 15% khối lƣợng

kim loại bị phá hủy nếu không đƣợc bảo vệ. [1] [2] [3]
Ăn mòn kim loại là sự tự phá hủy kim loại do tác dụng hóa học và điện hóa học với
mơi trƣờng xung quanh, thƣờng gặp nhất là các dạng ăn mòn gây ra bởi các phản ứng
điện hóa. Trong đó, ăn mịn hóa học là q trình ăn mịn do tác dụng hóa học giữa kim
loại với mơi trƣờng lỏng khơng dẫn điện, hay các khí khơ xâm thực nhƣ O2, SO2, SO3,
H2S, Cl2. Ăn mịn điện hóa là q trình ăn mịn do tác dụng điện hóa học giữa kim loại
với mơi trƣờng điện ly, xảy ra phản ứng điện hóa với ba q trình đồng thời: quá trình
anot, quá trình catot và quá trình dẫn điện. Điển hình của ăn mịn điện hóa là các dạng
ăn mòn galvanic [5-7]. [5] [6] [7]. [5] [6] [7] [8]
Thép là hợp kim của sắt, cacbon và các kim loại khác. Sự ăn mòn thép phụ thuộc rất
lớn vào thành phần hóa học bên trong thép. Sự khơng đồng đều giữa các thành phần
trong thép dẫn đến hình thành các vùng anot và catot khác nhau. Khi thép đƣợc nhúng
trong môi trƣờng điện ly, sắt của thép sẽ bị ăn mòn ở vùng anot. Cơ chế ăn mòn điện
hóa sắt với sự có mặt của nƣớc, oxy và chất điện ly theo sơ đồ sau (hình 1.1) [5-8]:
Fe(OH)2

Fe(OH)2 bị oxy hóa
tạo thành gỉ sét oxit
sắt

ặt

Nƣớc trong
chất điện ly

•Tác dụng điện hóa giữa kim loại và mơi trƣờng điện ly nhƣ
muối,
ra đồng
thờithời
3 q3 trình:

muối,acid,
axit,xảyxảy
ra đồng
q trình
• Q trình anot: Fe  Fe 2   2 e

•Q trình catot, khi có mặt oxy: O2  2H 2O  4e  4OH 
•Q trình dẫn điện: điện tử di chuyển từ phản ứng anot sang
phản ứng catot
Nền sắt

Phản ứng anot tạo
lỗ hỏng trên sắt

Phản ứng catot làm
giảm oxy trong
khơng khí tạo ion
hydroxit

•Phản ứng tổng thể trong suốt q trình ăn mịn, hình thành gỉ
sét:
Fe  H 2 O  1 / 2O 2  Fe (OH ) 2

2 Fe (OH ) 2  H 2 O  1 / 2O 2  2 Fe (OH ) 3
2 Fe (OH ) 3  Fe 2 O3  3 H 2 O

Hình 1.1 Sơ đồ mơ tả cơ chế q trình ăn mịn điện hóa sắt với sự có mặt của nƣớc,
oxy và chất điện ly [5-8]
6

Trong mơi trƣờng khí quyển nhiệt đới với đặc điểm độ ẩm cao, lƣợng mƣa lớn, số giờ
nắng cao, ngoài ra cịn có các chất ơ nhiễm khác nhƣ SO2, NO2 làm gia tăng tốc độ ăn
mịn trong khí quyển do tăng tính chất dung dịch điện ly và tăng độ ổn định của lớp
màng nƣớc ngƣng tụ từ khí quyển. SO2 là một chất ô nhiễm thƣờng gặp, khi hấp thu
trong lớp nƣớc bề mặt sẽ tạo ra H2SO4 làm tăng đáng kể tốc độ ăn mòn của thép
cacbon trong khí quyển (hình 1.2) [5-7].

[5] [6] [7]

Hình 1.2 Ảnh hƣởng của khí SO2 đến sự ăn mịn thép cacbon [5-7]
Nƣớc biển chứa nhiều loại muối nhƣ NaCl, MgCl2. Các khống chất khác, các loại vi
sinh vật, oxy hịa tan và nhiệt độ nƣớc biển đều ảnh hƣởng đến tốc độ ăn mịn của sắt
trong nƣớc biển. Hình 1.3 biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ NaCl đến tốc độ ăn mịn
sắt trong dung dịch muối NaCl thơng khí ở nhiệt độ phòng. Sự tăng tốc độ ăn mòn ban
đầu là do tăng độ dẫn dung dịch. Khi muối hòa tan nhiều hơn nữa thì độ tan của oxy
giảm và tốc độ ăn mòn sẽ giảm đều sau khi đạt cực đại ở 3% NaCl [5-7]. [5] [6] [7]

Hình 1.3 Tốc độ ăn mòn sắt trong dung dich muối NaCl ở nhiệt độ thƣờng [5-7]

7