Chế tạo và định hướng ứng dụng của vật liệu màng compozit trên cơ sở nền nhựa epoxy nano oxit sắt từ pha tạp nguyên tố coban

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------------

ĐẶNG THẾ BÁCH

CHẾ TẠO VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU MÀNG
COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NỀN NHỰA EPOXY / (NANO) OXIT SẮT
TỪ PHA TẠP NGUYÊN TỐ COBAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2013

i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------------

ĐẶNG THẾ BÁCH

CHẾ TẠO VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU MÀNG
COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NỀN NHỰA EPOXY / (NANO) OXIT SẮT
TỪ PHA TẠP NGUYÊN TỐ COBAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2013

ii


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------------

ĐẶNG THẾ BÁCH

CHẾ TẠO VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU MÀNG
COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NỀN NHỰA EPOXY / (NANO) OXIT SẮT
TỪ PHA TẠP NGUYÊN TỐ COBAN

Chuyên ngành

: Hố lý thuyết và Hóa lý

Mã số

: 60.44.31

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. NGUYỄN XUÂN HOÀN

Hà Nội - 2013

iii

Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

LỜI CẢM ƠN
Bản luận văn Thạc sĩ Khoa học này được thực hiện tại Phòng thí
nghiệm Nhiệt động học và Hố keo, Bộ mơn Hố lý, Khoa Hoá học,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội và Phòng
nghiên cứu sơn bảo vệ chống ăn mòn, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn
lâm KH&CN Việt Nam.
Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.
Nguyễn Xuân Hoàn, người đã trực tiếp giao đề tài và tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.
Với lịng biết ơn sâu sắc, tôi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn tới
PGS.TS. Trịnh Anh Trúc đã hỗ trợ tôi những điều kiện tốt nhất để giúp
tơi thực hiện, hồn thành một phần khối lượng các thí nghiệm cho bản
luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các anh chị em và các
bạn trong Phòng thí nghiệm Nhiệt động học và Hố keo đã giúp đỡ tôi
rất nhiều trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn.
Nghiên cứu thực hiện trong luận văn này được hỗ trợ một phần
kinh phí của đề tài cấp Đại học Quốc gia Hà Nội (QG.12.05) và Quỹ
Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia Việt Nam (NAFOSTED,
104.01-2011.01).

Hà Nội,

tháng

năm 2013

Đặng Thế Bách

iii


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

Mục lục
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ....................................................... vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................ ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
Chƣơng 1 : TỔNG QUAN ........................................................................................3
1.1. Tổng quan về sắt từ (Fe3O4) và Fe3O4 pha tạp nguyên tố Coban ........................ 3
1.1.1. Oxit sắt từ Fe3O4 ............................................................................................3
1.1.1.1. Cấu trúc và tính chất của Fe3O4...............................................................3
1.1.1.2. Các phƣơng pháp điều chế nano oxit sắt từ Fe3O4 ..................................4
1.1.1.3. Đặc tính của hạt nano sắt từ ....................................................................7
1.1.1.4. Một số ứng dụng của nano oxit sắt từ Fe3O4 ...........................................7
1.1.2. Oxit sắt từ (Fe3O4) pha tạp nguyên tố Coban ................................................9
1.2. Tổng quan về lớp phủ compozit trên cơ sở nền nhựa epoxy bảo vệ chống ăn
mòn kim loại ............................................................................................................. 10
1.2.1. Nhựa epoxy .................................................................................................10
1.2.2. Lớp phủ hữu cơ bảo vệ chống ăn mòn .......................................................12
1.2.2.1. Thành phần ............................................................................................12
1.2.2.2. Cơ chế hoạt động của lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn ............................14
1.2.3. Hạt nano oxit sắt từ trong màng phủ nanocompozit bảo vệ chống ăn mòn
kim loại ..................................................................................................................16

1.2.3.1. Vai trò của lớp màng oxit sắt trong ăn mòn và bảo vệ chống ăn mòn .16
1.2.3.2. Lớp màng oxit thụ động. .......................................................................17
1.2.3.3. Sự tạo thành gỉ sắt, nguyên nhân ăn mòn ..............................................17
1.2.4. Màng phủ nanocompozit mang nano oxit sắt từ bảo vệ chống ăn mòn ......19
1.3. Khái niệm ăn mòn, các phƣơng pháp bảo vệ chống ăn mòn ............................. 20
1.3.1. Ăn mòn kim loại ..........................................................................................20
1.3.2. Các phƣơng pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại .......................................20
1.3.2.1. Phƣơng pháp hợp kim hóa.....................................................................20

iv


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

1.3.2.2. Phƣơng pháp xử lý môi trƣờng .............................................................21
1.3.2.3. Phƣơng pháp sơn phủ bề mặt kim loại ..................................................21
Chƣơng 2 : THỰC NGHIỆM ................................................................................23
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị.............................................................................. 23
2.1.1. Hóa chất .......................................................................................................23
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị .......................................................................................23
2.2. Tổng hợp các loại vật liệu từ tính bằng phƣơng pháp thủy nhiệt ...................... 24
2.2.1. Điều chế vật liệu từ tính nano Fe3O4 ...........................................................24
2.2.2. Điều chế vật liệu từ tính Fe3O4 pha tạp Coban các tỉ lệ ...............................24
2.2.3. Biến tính nano Fe3O4 bằng N-APS ..............................................................24
2.2.4. Chế ta ̣o màng sơn bảo vệ trên nền thép kỹ thuật .........................................24
2.2.4.1. Nền kim loại nghiên cứu .......................................................................24
2.2.4.2. Chế ta ̣o màng sơn bảo vệ trên cơ sở nền nhựa epoxy và epoxy có phân
tán các hạt nano Fe3O4, Fe3O4 pha tạp nguyên tố Co và các oxit sắt biến tính với

Silan ....................................................................................................................25
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................... 26
2.3.1. Phƣơng pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD). ....................................................26
2.3.2. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (FTIR) ..........................................................27
2.3.3. Phƣơng pháp đo thế zeta ..............................................................................27
2.3.4. Nghiên cứu hình thái học vật ỉiệu bằng kính hiển vi điên tử quét (SEM) ...29
2.3.5. Phƣơng pháp tổ ng trở điê ̣n hóa ....................................................................29
2.3.5.1. Đặc điểm chung của phƣơng pháp tổng trở điện hóa ............................29
2.3.5.2. Nguyên tắc của phƣơng pháp tổng trở điện hóa....................................30
2.3.6. Phƣơng pháp xác đinh
̣ đơ ̣ bám dính ............................................................31
2.3.7. Phƣơng pháp xác đinh
̣ đô ̣ bề n va đâ ̣p ..........................................................32
Chƣơng 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...........................................................33
3.1. Chế tạo vật liệu nano Fe3O4, Fe3O4 pha tạp nguyên tố Co ................................ 33
3.1.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu Fe3O4, Fe3O4-x%Co từ giản đồ nhiễu xạ tia X. ..33

v


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

3.1.2. Khảo sát hình thái học và kích thƣớc hạt của vật liệu nano Fe3O4-x%Co kết
hợp phân tích nguyên tố EDX. ..............................................................................34
3.1.3. Đặc trƣng phổ hồng ngoại FT-IR vật liêu Fe3O4, Fe3O4-x%Co ..................37
3.1.4. Điện thế bề mặt vật liệu nano Fe3O4, Fe3O4-x%Co .....................................38
3.1.5. Tính chất từ của vật liệu ..............................................................................39
3.2. Biến tính vật liệu Fe3O4 với hợp chất ghép nối silan N-APS ............................ 42

3.3. Kết quả khảo sát tính chất bảo vệ chống ăn mịn thép của lớp phủ epoxy chứa
nano oxit sắt, oxit sắt biến tính Silan và nano Fe3O4 pha tạp với Coban.................. 44
3.3.1. Khả năng bảo vệ chống ăn mòn thép của lớp phủ epoxy chứa nano Fe3O4
và nano Fe3O4 biến tính với hợp chất silan ............................................................44
3.3.2. Khả năng bảo vệ chống ăn mòn thép của lớp phủ epoxy chứa nano Fe3O4
pha tạp Coban ........................................................................................................48
3.3.3. Khảo sát các tính chất cơ lý của các màng sơn ...........................................52
KẾT LUẬN ..............................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................56
PHỤ LỤC: Cơng trình khoa học cơng bố liên quan đến luận văn

vi


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể Fe3O4
Hình 2.1: Hiện tượng nhiễu xạ tia X trên mặt tinh thể chất
Hình 2.2: Sơ đồ bình đo điện hóa
Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp Co với các tỷ lệ
khác nhau
Hình 3.2: Phổ EDX của vật liệu Fe3O4 pha tạp 5% Co
Hình 3.3: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 2,5% Coban
Hình 3.4: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 5% Coban
Hình 3.5: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 7,5% Coban
Hình 3.6: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 10% Coban
Hình 3.3: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 2,5% Coban

Hình 3.4: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 5% Coban
Hình 3.5: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 7,5% Coban
Hình 3.6: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 10% Coban
Hình 3.7: Phổ hồng ngoại FTIR của Fe3O4, và Fe3O4 pha tạp nguyên tố Co
Hình 3.8: Các giản đồ phân bố điện thế bề mặt – Thế Zeta của các mẫu vật liệu
Fe3O4, Fe3O4 pha tạp Co.
Hình 3.9: Khảo sát định tính tính chất từ của vật liệu.
Hình 3.10: Đường cong từ hóa của các mẫu vật liệu Fe3O4, Fe3O4 pha tạp Co.
Hình 3.11: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa từ độ bão hòa (Ms), từ dư (Mr) và lực
kháng từ (Hc) của các vật liệu.
Hình 3.11: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa từ độ bão hòa (Ms), từ dư (Mr) và lực
kháng từ (Hc) của các vật liệu.
Hình 3.12: Phổ hồng ngoại FTIR của Fe3O4 biến tính với N-APS
Hình 3.13: Các giản đồ phân bố điện thế bề mặt – Thế Zeta của mẫu vật liệu
Fe3O4,và Fe3O4 biến tính với silan N-APS.
Hình 3.14 :Phổ tổng trở của các màng sơn sau 7 ngày ngâm trong dung dịch NaCl
3%

vii


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

Hình 3.15: Phổ tổng trở của thép phủ màng sơn epoxy (a), epoxy chứa 3%Fe3O4 (b),
epoxy chứa3% Fe3O4 biến tính với silan N-APS (c) sau 56 ngày ngâm trong dung
dịch NaCl 3%
Hình 3.16 : Biến thiên của giá trị modul tổng trở tại tần số 1Hz theo thời gian thử
nghiệm trong dung dịch NaCl 3 % của mẫu thép phủ màng epoxy, epoxy chứa 3%

nano Fe3O4, epoxy chứa 3% nano Fe3O4 biến tính silan.
Hình 3.17: Ảnh FESEM mặt cắt của màng epoxy , epoxy chứa 3 % nano Fe3O4 ,
epoxy chứa 3 % Fe3O4 biến tính với silan.
Hình 3.18:Phổ tổng trở của mẫu thép phủ màng sơn epoxy B, mẫu epoxy chứa 3%
BFn , các mẫu Fe3O4 pha tạp Co sau 7 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3%
Hình 3.19 :Phổ tổng trở của mẫu thép phủ màng sơn epoxy, mẫu epoxy chứa 3%
Fe3O4), các mẫu Fe3O4 pha tạp Co sau 56 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3%.
Hình 3.20:Biến thiên của giá trị modul tổng trở tại tần số 1Hz theo thời gian thử
nghiệm trong dung dịch NaCl 3 % của mẫu thép phủ màng epoxy, epoxy chứa 3 %
Fe3O4 và epoxy chứa 3% Fe3O4 pha tạp Co với các hàm lượng khác nhau.
Hình 3.21: Ảnh FESEM mặt cắt của màng epoxy 3 % nano Fe3O4 , epoxy chứa 3 %
nano Fe3O4 pha tạp với 2,5 % coban.

viii


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1. Thế Zeta trung bình (ζ) của các mẫu Fe3O4, Fe3O4 pha tạp Zn
Bảng 3.2. Tính chất từ tính của các mẫu Fe3O4 pha tạp Co
Bảng 3.3. Thế Zeta trung bình (ζ) của Fe3O4,và Fe3O4 biến tính với silan N-APS
Bảng 3.4. Kết quả đo độ bám dính và độ bền va đập của các màng sơn

ix

Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

MỞ ĐẦU
Trong công nghiệp cũng nhƣ xây dựng dân dụng, kim loại đã đƣợc sử dụng từ
lâu và rất phổ biến. Một vấn đề đặt ra là khi kim loại tiếp xúc với môi trƣờng xung
quanh, sự ăn mòn xảy ra thƣờng xuyên dẫn đến giảm tuổi thọ của các thiết bị, cơng
trình, gây tổn thất cho hệ sinh thái và thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân. Theo đánh
giá của liên hợp quốc, ăn mòn làm tổn thất đến 3% tổng sản phẩm quốc gia. Bởi
vậy, nghiên cứu về ăn mòn và bảo vệ kim loại đã đƣợc quan tâm từ rất lâu.
Việt Nam là nƣớc có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, việc nghiên cứu ăn mòn và
bảo vệ kim loại là rất cần thiết. Có rất nhiều biện pháp khác nhau đƣợc sử dụng để
hạn chế đến mức thấp nhất những thiệt hại do ăn mòn gây ra. Một trong những biện
pháp đó là việc sử dụng các chất ức chế để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn.
Với những tiến bộ hiện nay của khoa học và công nghệ nano, vật liệu nano
đƣợc đánh giá là một hƣớng đột phá trong công nghệ vật liệu mới. Vật liệu nano là
một trong những lĩnh vực đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều trong thời gian gần đây.
Vật liệu nano, thể hiện tính chất khác biệt so với vật liệu dạng khối, đặc biệt là các
hiệu ứng giới hạn quang lƣợng tử và điện tử. Vật liệu nano có những tính năng ƣu
việt: độ bền cơ học, tính siêu thuận từ, các tính chất điện, quang nổi trội, hoạt tính
xúc tác cao... và ngày càng đƣợc các nhà khoa học trên thế giới quan tâm đặc biệt là
vật liệu nano có từ tính. Hạt nano từ tính đƣợc sử dựng rộng rãi vào mục đích chẩn
đốn và chữa bệnh, sử dụng để sản xuất đĩa ghi từ, là tác nhân tạo độ tƣơng phản
cho thiết bị cộng hƣởng từ MRI, chế tạo bio-senso, ứng dụng trong xử lí nƣớc...
Để góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề
tài: “Chế tạo và định hướng ứng dụng của vật liệu màng compozit trên cơ sở nền
nhựa epoxy/ (nano) oxit sắt từ pha tạp nguyên tố coban” Đề tài bao gồm các nội
dung sau:

1


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

- Tổng hợp đƣợc các vật liệu bột nano-Fe3O4, Fe3O4 pha tạp coban với tỉ lệ khối
lƣợng: 2.5%, 5%, 7.5%, 10% bằng phƣơng pháp thủy nhiệt, sử dụng các điều kiện tối
ƣu.
- Biến tính bề mặt oxit sắt từ Fe3O4 bằng các tác nhân ghép nối silan: N-(2Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane (viết tắt là N-APS).
- Các hợp chất chế tạo trên đƣợc đặc trƣng các tính chất hóa lý và vật lý bằng
phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phƣơng pháp phổ hồng ngoại IR, đo thế Zeta, kính
hiển vi trƣờng điện tử quét (FESEM) kết hợp chụp EDX, đo từ độ bão hòa của vật liệu.
- Chế tạo các lớp phủ vật liệu trên nền thép CT3 trên cơ sở nền nhựa epoxy gia
cƣờng các hạt nano oxit sắt từ, oxit sắt từ pha tạp Coban, oxit sắt từ biến tính bề mặt
bằng tác nhân ghép nối Silan, để khảo sát khả năng ức chế chống ăn mịn kim loại của
các lớp phủ chế tạo trong mơi trƣờng ăn mòn NaCl 3%.
- Nghiên cứu khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại của các lớp phủ chế tạo
bằng phƣơng pháp đo tổng trở điện hóa.

2


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

Chƣơng 1 TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về sắt từ (Fe3O4) và Fe3O4 pha tạp nguyên tố Coban

1.1.1. Oxit sắt từ Fe3O4
1.1.1.1. Cấu trúc và tính chất của Fe3O4
Oxit sắt từ Fe3O4 là chất dạng tinh thể lập phƣơng, rất cứng, bền nhiệt, có
tính bán dẫn, màu đen, có ánh kim và tồn tại trong tự nhiên dƣới dạng khống vật
magnetit.
Oxit sắt từ có từ tính và cấu trúc spinel nghịch thuộc nhóm đối xứng Fd-3m,
hằng số mạng a = 0,8396 nm, số phân tử một ô mạng cơ sở là 8. Cấu trúc spinel có
thể xem nhƣ đƣợc tạo ra từ mặt phẳng xếp chặt của các ion O2- với các lỗ trống tứ
diện (nhóm A) và bát diện (nhóm B) đƣợc lấp đầy bằng các ion kim loại Fe2+ và
Fe3+. Trong đó các ion Fe3+ đƣợc phân bố một nửa ở nhóm A và một nửa ở nhóm B,
cịn các ion Fe2+ đều nằm ở nhóm B [30].

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể Fe3O4 [5]
Fe3O4 dễ bị oxi hóa trong khơng khí chuyển thành dạng -Fe2O3 có cấu trúc
tinh thể và tính chất tƣơng tự Fe3O4, tuy nhiên từ độ bão hòa nhỏ hơn.

3


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

Khi điều chế Fe3O4 thƣờng thu đƣợc cả hai dạng Fe3O4 và -Fe2O3. Các nhà
khoa học đang tiến hành nghiên cứu điều kiện tối ƣu nhất để thu đƣợc sản phẩm là
Fe3O4 tinh khiết.
1.1.1.2. Các phương pháp điều chế nano oxit sắt từ Fe3O4
Điều chế oxit sắt từ cho đến nay vẫn là một vấn đề đã và đang đƣợc các nhà
khoa học trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng dành nhiều sự quan tâm
đặc biệt [1]. Có rất nhiều các phƣơng pháp đã đƣợc dùng để điều chế nano oxit sắt

từ Fe3O4 và mỗi phƣơng pháp đều có ƣu nhƣợc điểm riêng. Và đặc biệt là nghiên
cứu cũng nhƣ ứng dụng phƣơng pháp phù hợp để tạo ra đƣợc hạt nano oxit sắt từ có
từ tính tốt, kích thƣớc hạt ổn định đạt ở mức nano... theo mong muốn và mục đích
nghiên cứu đề ra.
Phương pháp oxi hóa Fe2+
Ngun tắc của phƣơng pháp này là thủy phân muối Fe2+. Các thông số nồng
độ đầu và tốc độ kết tủa là 2 nhân tố quan trọng quyết định kích thƣớc hạt. Nồng độ
đầu và tốc độ kết tủa càng nhỏ thì kích thƣớc hạt càng nhỏ.
Động học của phản ứng oxi hóa Fe2+ chậm và khó điều khiển, thơng thƣờng
nên tránh sử dụng phƣơng pháp này trong điều chế nano oxit sắt từ.
Phương pháp đồng kết tủa.
Tạo ra các oxit phức hợp thông qua các dạng kết trung gian. Yêu cầu quan
trọng trƣớc nhất của phƣơng pháp này là hóa chất phải thật tinh khiết. Phản ứng tiến
hành trong môi trƣờng khí quyển trơ, các dung dịch chuẩn bị cho phản ứng đều phải
đƣợc loại O2 cẩn thận.
Ƣu điểm: Phƣơng pháp này đơn giản, dễ thực hiện, không sử dụng hệ tác
nhân bề mặt.
Nhƣợc điểm: Vật liệu tạo thành có kích thƣớc kém đồng nhất và việc kiểm
sốt kích thƣớc hạt tƣơng đối khó khăn. Tuy nhiên, khi áp dụng phƣơng pháp này
cho phân hủy nhiệt một số hợp chất hữu cơ của sắt đã có thể tạo ra hạt nano oxit sắt
từ có mức độ đơn phân tán cao và độ kết tinh tốt, đồng thời khả năng kiểm soát kích
thƣớc hạt một cách dễ dàng [13].

4


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

Phương pháp vi nhũ
Thuật ngữ vi nhũ đƣợc đề cập đến bởi Schulman và Friend trong thập niên
40. Từ thời gian này, vi nhũ có một lĩnh vực ứng dụng rộng lớn, từ hoàn nguyên
dầu tới tổng hợp vật liệu nano, chẳng hạn những thông báo của Chhabra trong
những bài báo từ 1997. Phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng rất nhiều trong việc tổng
hợp chế tạo hạt nano [33].
Tổng hợp hạt sắt từ từ một hệ vi nhũ (nƣớc trong dầu), trong đó dầu là mơi
trƣờng liên tục. Những hạt nƣớc có kích thƣớc rất nhỏ bền trong dầu chính là nơi
phản ứng xảy ra để tạo hạt nano oxit sắt từ.
Ƣu điểm: hạt tạo ra phần lớn có dạng hình cầu.
Phương pháp thủy nhiệt
Phƣơng pháp thủy nhiệt là một quá trình phản ứng thực hiện trong dung
dịch. Từ các tiền chất ban đầu cho phép tổng hợp các hạt sản phẩm siêu mịn. Sản
phẩm thu đƣợc có độ tinh khiết cao đƣợc tổng hợp trong điều kiện nhiệt độ thấp
(khoảng 200oC) Đây là phƣơng pháp tối ƣu có thể dễ dàng kiểm sốt các thông số
phản ứng nhƣ: nồng độ các chất phản ứng, môi trƣờng phản ứng (pH), nhiệt độ
phản ứng. Qua các cơng trình nghiên cứu đã đƣợc cơng bố đã cho kết quả các hạt
nano có kích thƣớc mong muốn và hình thái tinh thể đồng nhất ở mức độ cao [39].
Điều quan trọng nhất là phƣơng pháp này có thể làm giảm sự kết tụ của các hạt,
kích thƣớc hạt nhỏ, pha đồng nhất và hình thái hạt đƣợc kiểm soát [28].
Chen và các cộng sự [22] đã tổng hợp Fe3O4 cấu trúc nano dạng 12 mặt bằng
phƣơng pháp thủy nhiệt đơn giản chỉ sử dụng Clorua sắt (II) và etylendiamin
tetraxetic axit (EDTA) làm chất đầu.
Sắt từ cũng đƣợc điều chế bằng phản ứng thủy nhiệt của FeSO4 với NaOH
cùng sự có mặt của tác nhân khử yếu Na2S2O3 để khống chế sự oxi hóa Fe2+ lên
Fe3+ trong mơi trƣờng phản ứng nhiệt. Tác giả đã thực hiện quá trình thủy nhiệt
trong 12h ở nhiệt độ 120oC – 150oC. Kết quả thu đƣợc cho thấy hạt có kích thƣớc
trung bình là 50 nm, có độ đồng nhất khơng cao. Dƣới 120oC sản phẩm thu đƣợc
không kết tinh hoặc chứa nhiều tạp chất.

5


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

Một phƣơng pháp gần đây [31] sử dụng oxi hóa khơng khí của Fe(OH)2 dƣới
ánh sáng hồng ngoại nhìn thấy khi có mặt một lƣợng nhỏ axit etylendiamin
tetraaxetic (EDTA) để tổng hợp các tinh thể nano oxit sắt từ có kích thƣớc từ 11,5
đến 30nm tại nhiêt độ phòng. Trong một nghiên cứu khác, Sridhar và các cộng sự
đã nghiên cứu chế tạo oxit sắt từ ở nhiệt độ 150oC với việc sử dụng vi sóng cho thấy
sự tăng kích thƣớc hạt và đạt đƣợc độ thẩm từ bão hịa điển hình của vật liệu sắt từ.
Trong phạm vi luận văn tốt nghiệp bậc Thạc sĩ này, chúng tôi sử dụng
phƣơng pháp thủy nhiệt để điều chế Fe3O4
Cơ chế tạo thành Fe3O4 bằng phƣơng pháp thủy nhiệt
Theo các nghiên cứu đã đƣợc công bố về tổng hợp Fe3O4 trong dung dịch
bằng phƣơng pháp đồng kết tủa đã đƣa ra cơ chế hình thành sản phẩm Fe3O4 bắt
nguồn từ các tiền chất Fe2+ và Fe3+ trong môi trƣờng kiềm nhƣ sau [36, 40]:
(1)

Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2

(2)

Fe3+ + 3OH-  Fe(OH)3

(3)

t

Fe(OH)2 + 3Fe(OH)3 
Fe3O4 + 4H2O

o

Trong q trình phản ứng, do thực hiện trong mơi trƣờng kiềm cao có oxi
hịa tan nên một phần Fe2+ bị chuyển thành Fe3+ sau đó tạo thành sản phẩm trung
gian FeOOH:
(4)

Fe(OH)2 + O2 + H2O  Fe(OH)3

(5)

t
Fe(OH)3 
FeOOH + H2O

o

Ngoài ra theo con đƣờng thủy nhiệt, Fe3O4 cịn có thể đƣợc hình thành trên
cơ sở một số phản ứng sau:
o

(6)

t
2FeOOH + Fe(OH)2 
Fe3O4 + 2H2O

(7)

t
3Fe(OH)2 
Fe3O4 + 2H2O + H2

o

Quá trình hình thành Fe3O4 đƣợc thực hiện trong dung dịch. Các mầm kết tủa
hidroxit và oxi hidroxit đƣợc hình thành trong quá trình chuẩn bị hỗn hợp phản ứng
tạo điều kiện thuận lợi cho sự kết dính các hạt trên mầm và phát triển thành các hạt
tinh thể lớn hơn trong quá trình phản ứng. Fe3O4 đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp

6


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

thủy nhiệt, nhiệt độ cao trên 100oC và sự có mặt của áp suất tự sinh có thể lên đến
hàng chục atm, nên có sự chuyển động khuếch tán của dung môi, hạt kết tủa với sự
xáo trộn mạnh trong thiết bị phản ứng. Sự va chạm mạnh giữa các phần tử dung môi
và các hạt kết tủa làm cản trở sự bám dính và phát triển các hạt trên mầm nhờ đó vật
liệu thu đƣợc thơng qua phƣơng pháp thủy nhiệt thƣờng có kích thƣớc nhỏ và đồng
nhất về cỡ hạt.
Ngồi ra cịn có một số phƣơng pháp điều chế Fe3O4 đã đƣợc nghiên cứu và
thu đƣợc kết quả tƣơng đối tốt: phƣơng pháp biến dạng, phƣơng pháp nghiền...
1.1.1.3. Đặc tính của hạt nano sắt từ
Các hạt oxit sắt từ có bề mặt kỵ nƣớc với tỉ số diện tích bề mặt trên thể tích

lớn. Do tƣơng tác kị nƣớc giữa các hạt, các hạt này tập hợp và hình thành những
cụm (cluster) lớn, dẫn đến kích thƣớc hạt tăng. Sau đó những cluster có lực hút
lƣỡng cực-lƣỡng cực từ mạnh giữa chúng và thể hiện tính sắt từ. Khi hai cụm hạt
lớn tiếp cận nhau, mỗi cụm tiến vào từ trƣờng của cụm cịn lại. Bên cạnh các kích
thích của lực hấp dẫn giữa các hạt, mỗi hạt nằm trong các từ trƣờng của các hạng
lân cận và đƣợc tiếp tục từ hoá. Sự kết dính của các hạt từ cịn sót lại gây ra sự từ
hóa lẫn nhau, dẫn đến tăng tính tập hợp. [23]
Để ổn định hạt nano oxit sắt một cách hiệu quả, thƣờng yêu cầu mật độ lớp
phủ rất cao. Một số chất ổn định bề mặt hoặc polyme thƣờng đƣợc thêm khi điều
chế để ngăn chặn sự tập hợp của các hạt nano. Hầu hết các polyme này kết dính với
bề mặt chất nền bằng cách thức đặc biệt.
1.1.1.4. Một số ứng dụng của nano oxit sắt từ Fe3O4
Hiện nay trên thế giới nano oxit sắt từ có rất nhiều ứng dụng trong thực tế,
trong nhiều lĩnh vực, ngành nghề, đã và đang trở thành một tiềm năng lớn nhờ
những tính chất ƣu việt của nó.
Ứng dụng trong vật liệu hấp thu
Lợi dụng đặc tính dễ hấp phụ của nano Fe3O4, đã có nhiều nghiên cứu và ứng
dụng trong hấp phụ các chất màu, kim loại hoặc trộn vào các polymer có đặc tính dễ

7


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

hấp thu để làm vật liệu hấp thu dầu…Lợi ích của việc dung nano Fe3O4 là sau khi
hấp thu có thể dễ dàng thu hồi nhờ từ tính của chúng.
Hạt nano oxit sắt từ được ứng dụng để xử lý nước. Nguồn nƣớc ngầm bị
nhiễm Asen (chủ yếu là Asen III và Asen V) đang là một vấn đề của toàn cầu, đặc

biệt là khu vực Đông Nam Á nơi mà hàng triệu ngƣời đang phải gánh chịu những hậu
quả nặng nề từ việc nhiễm độc asen. Việc loại bỏ Asen trong nguồn nƣớc ở những
vùng nơng thơn hay ngoại ơ nghèo khó khơng có điện, khơng có cơ sở hạ tầng kĩ
thuật đang là một thách thức không hề nhỏ. Các hạt oxit sắt từ có cấu trúc nano đã
đƣợc chứng minh là có khả năng hấp thu asen trong nguồn nƣớc sinh hoạt. Bằng thực
nghiệm cho thấy khi cho hạt nano oxit sắt từ với nồng độ 1g/l vào mẫu nƣớc có
chứa nồng độ asen là 0.1mg/l chỉ sau một phút thì nồng độ asen đã giảm chỉ còn
0.0081mg/l dƣới tiêu chuẩn của Bộ y tế cho phép nồng độ asenic tối đa là 0,01mg/l
[15].
Ứng dụng trong vật liệu ghi từ
Sắt từ có từ tính mạnh tức là khả năng cảm ứng dƣới từ trƣờng ngồi mạnh
và có momen từ ngun tử. Sắt từ khác biệt hơn so với các chất thuận từ khác ở
chỗ, các momen từ này lớn hơn và có khả năng tƣơng tác với nhau (tƣơng tác trao
đổi sắt từ). Đặc biệt nano oxit sắt từ có khả năng siêu thuận từ, có lực kháng từ lớn,
làm cho độ ghi từ lớn, ứng dụng trong vật liệu ghi từ nhƣ: đĩa từ, đầu từ...
Các vật liệu từ không tồn tại ở pha lỏng. Tuy nhiên nó vẫn tồn tại dƣới dạng
đƣợc gọi là “chất lỏng từ-ferrofluids”. Chất lỏng từ có màu đen, bao gồm các lõi từ
có kích thƣớc từ 1 nm đến 1 μm phân tán trong các dung môi phi từ. Để ngăn cản sự
kết tụ của các lõi từ dƣới ảnh hƣởng của lực hấp dẫn và lực Van der Waals ngƣời ta
phủ bên ngoài các lõi từ một lớp hoạt động bề mặt giúp các hạt từ phân tán tốt trong
nhiều năm. Bên cạnh lực tƣơng tác Van der Waals và lực tƣơng tác tĩnh điện cịn có
lực tƣơng tác lƣỡng cực từ. Các hạt tồn tại dƣới dạng đơn đơmen và chúng có thể
đƣợc xem nhƣ là các lƣỡng cực với từ độ.

8


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

Ứng dụng trong y sinh học
Các hạt nano oxit sắt từ đƣợc ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực sinh học bởi
nó có tính chất siêu thuận từ, đặc biệt sau khi đã đƣợc bảo vệ bởi những chất có khả
năng tƣơng hợp sinh học cao. Một số ứng dụng sinh học của nano oxit sắt Fe3O4
nhƣ: phân tách và chọn lọc tế bào; tác võng mạc; trị chứng bệnh thân nhiệt cao; phát
hiện những bất thƣờng trong mô, cơ quan nội tạng; dùng từ trƣờng để điều khiển
chất dẫn thuốc…[35]. Một số nghiên cứu cho thấy trong các hệ sinh học, do khả
năng tƣơng hợp sinh học sau khi đƣợc bảo vệ, các hạt sắt từ thƣờng đƣợc gói gọn
trong cổng protein do đó khơng có độc tính. Ngồi ra cịn liên quan đến độ bền của
lớp vỏ hữu cơ bảo vệ hạt sắt từ.
1.1.2. Oxit sắt từ (Fe3O4) pha tạp nguyên tố Coban[24, 29]
Pha tạp nguyên tố coban vào cấu trúc oxit sắt từ, bản chất là sự thay thế ion
coban vào ô mạng trống của ion sắt. Sự tổng hợp các thành phần của Fe3(1- x)Co3xO4
(x = 0.1, 0.3 và 0.5) bằng cách sử dụng các kỹ thuật cơ khí hợp kim , nhiệt độ cao ủ
mẫu xay và thiêu kết đến trạng thái rắn thông thƣờng. Các hợp chất dạng này có tên
chung là các Ferit. Ferit là nhóm oxit từ đặc biệt với công thức đơn vị AB2O4 (A:
khối tứ diện, B: khối bát diện).
Việc khám phá ra những tính chất mới nhƣ từ tính (tính sắt từ, điểm Curie
cao), tính điện (độ chuyển tiếp kim loại-chất cách điện, từ giảo lớn) và chất điện
môi (hằng số điện môi cao, mất tính điện từ, thƣớc đo chung của độ dẫn điện, sự hồi
phục lƣỡng cực) đã làm cho vật liệu ferit trở lên hấp dẫn hơn đối với khoa học và
cơng nghệ hiện nay. Những tính chất này phụ thuộc rất nhiều vào thành phần
nguyên tố, phƣơng pháp điều chế, điều kiện thí nghiệm (nhiệt độ và thời gian
nung…), kích cỡ hạt, hình thái bề mặt và độ khơng đồng nhất trong vật liệu.
Trong ứng dụng thực tế, ferit cho thấy tính đa dụng của nó trong nhiều ứng
dụng khác nhau. Ferit có thể biến đổi để làm những thiết bị vi điện, thiết bị cảm ứng
từ, công-tắc từ, mạng điện từ và cả trong thiết bị vi sóng. Một danh sách các ferit đã
đƣợc giới thiệu trong các nghiên cứu trƣớc đây. Những hợp chất ferit này có thể

9


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

xem nhƣ một dẫn xuất của oxit sắt từ, nghĩa là Fe3-xMxO4 với M là những kim loại
chuyển tiếp (Cr, Mn, Co, Ni, Zn…).
Hiện nay một số báo cáo về tính chất điện và điện mơi cũng có cho những
dẫn xuất của sắt từ, nhƣ CoFe2O4, MnFe2O4. Tuy nhiên các yếu tố nhƣ ảnh hƣởng
của tính khơng đồng nhất trong cấu trúc, tính từ và tính điện khơng đƣợc nghiên cứu
một cách kĩ lƣỡng đối với Co2+ hấp thụ trên sắt từ.
1.2. Tổng quan về lớp phủ compozit trên cơ sở nền nhựa epoxy bảo vệ chống
ăn mòn kim loại
1.2.1. Nhựa epoxy [2, 8]
CH2

CH

Là sản phẩm đa tụ từ hợp chất có chứa nhóm epoxy

O

hay từ hợp

chất có khả năng tạo thành nhóm epoxy. Epoxy chƣa đóng rắn tồn tại ở dạng
oligome có khối lƣợng phân tử thấp.
Có 3 loại nhựa epoxy phổ biến:
- Oligome epoxy thông dụng nhất là sản phẩm của phản ứng giữa bisphenol A

và epichlohydrin với sự có mặt của xúc tác NaOH:

-

Nhựa epoxy đi từ PF và epiclohydrin (polyepoxy)

10


Luận văn Thạc sỹ

-

Đặng Thế Bách

Nhựa epoxy đi từ sản phẩm epoxy hóa các hợp chất khơng no

Phản ứng epoxy hóa tiến hành ở nhiệt độ 25oC (60oC trong dung môi hữu cơ
nhƣ benzen, toluen, clorofom)
+ Đầu tiên cho hiđro peoxit tác dụng với axit hữu cơ (xúc tác axit) tạo ra peraxit:
t
H2O2 + RCOOH 
RCOOH + H2O
o

+ Cho peoxit tác dụng với hợp chất khơng no tạo nhóm epoxy.
Chỉ số n có các giá trị rất khác nhau nên khối lƣợng phân tử của oligome
epoxy cũng thay đổi từ vài trăm cho đến hàng nghìn. Epoxy có thể tồn tại ở trạng
thái lỏng hay rắn. Tính chất của nhựa epoxy phụ thuộc vào khối lƣợng phân tử của
oligome.

Nhựa epoxy khơng có nhóm este, do đó khả năng kháng nƣớc của epoxy rất
tốt. Ngồi ra, do có hai vịng thơm ở vị trí trung tâm nên nhựa epoxy chịu ứng suất
cơ và nhiệt tốt hơn mạch thẳng, vì vậy epoxy rất cứng, dai và kháng nhiệt tốt.
Nhựa epoxy đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và cuộc sống hàng
ngày. Keo dán từ nhựa epoxy đã đƣợc sử dụng để dán các cấu kiện bằng thép.
Compozit nền nhựa epoxy với sợi thủy tinh có độ bền rất cao và mềm dẻo, để chế
tạo mũ bảo vệ trong thể thao và nghiệp vụ cảnh sát. Sơn trên cơ sở nhựa epoxy có
khả năng bảo vệ chống ăn mịn cao, làm việc lâu dài ở các nơi luôn tiếp xúc với
nƣớc và hóa chất. Các lớp phủ bảo vệ sử dụng nhựa epoxy có độ cách điện cao,
dùng để bọc bịt các đầu cáp điện và cáp viễn thông.

11


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

1.2.2. Lớp phủ hữu cơ bảo vệ chống ăn mòn [21, 26]
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 tạo thành lớp mỏng bám chắc,
bảo vệ và trang trí vật cần bảo vệ.
1.2.2.1. Thành phần
Thành phần chính của lớp phủ bảo vệ hữu cơ bao gồm:
Chất tạo màng: là một polyme, khi đóng rắn tạo thành mạng lƣới khơng
gian ba chiều. Chất kết dính polyme này đóng vai trị chính cho tính chất hố lý của
một hệ sơn. Yêu cầu chính của polyme này là phải bám dính tốt lên bề mặt cần sơn
nhờ các nhóm chức phân cực trong mạch polyme. Thơng thƣờng, bản chất hoá học
của polyme quy định tên gọi của một hệ sơn, ví dụ: sơn epoxy, sơn ankit,
poliuretan… Trong đó sơn epoxy ngày càng đƣợc nghiên cứu và sử dụng rộng rãi

nhờ vào tính chất q báu của epoxy đó là có độ bám dính tuyệt vời với nhiều loại
vật liệu sau khi đóng rắn.
Chất tạo màng là thành phần quan trọng đóng vai trị quan trọng quyết định
tính chất màng phủ và đƣợc chia thành 3 loại:
-

Chất tạo màng thiên nhiên: Dầu thực vật (dầu béo), bitum thiên nhiên, nhựa
thiên nhiên...

-

Chất tạo màng bán tổng hợp: Các dẫn xuất hóa học polyme thiên nhiên

-

Chất tạo màng tổng hợp: Polyme tổng hợp (epoxy...): Polyme tổng hợp
(epoxy...)
Chất độn: Trong lớp phủ hữu cơ, chất độn đóng vai trị là chất chịu ứng suất

tập trung vì độn thƣờng có tính chất cơ lý cao hơn so với polyme nền. Ngƣời ta
đánh giá độn đƣa vào dựa trên các đặc điểm sau:
- Tính gia cƣờng cơ học.
- Tính kháng hóa chất, mơi trƣờng, nhiệt độ.
- Phân tán vào nhựa tốt
- Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt.
- Thuận lợi cho quá trình thực hiện

12

Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

- Giá thành thấp.
Tùy thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà ngƣời ta có thể chọn
loại vật liệu độn cho thích hợp. Có hai dạng độn:
- Độn dạng hạt: thƣờng đƣợc sử dụng là : silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim
loại, độn khoáng, cao lanh, đất sét, bột talc, hay graphite, carbon…
- Độn dạng sợi: sợi có tính năng cơ lý hóa cao hơn độn dạng hạt, tuy nhiên,
sợi có giá thành cao hơn.
Chất độn trong màng sơn đóng vai trị gia cƣờng các tính chất của màng. Sự
có mặt của các chất độn cho phép tối ƣu hoá độ chảy của một hệ sơn trong trạng
thái lỏng để vận hành dễ dàng (điều chỉnh độ nhớt, độ chảy, lƣu biến) cũng nhƣ
nhiều tính chất của màng nhƣ độ ngấm, mềm dẻo, độ bóng, chịu mài mịn hoặc chịu
lửa. Ngồi ra, sự có mặt của chất độn cũng làm giảm giá thành của sơn.
Pigment: là thành phần đƣợc tạo thành từ chất vơ cơ hoặc hữu cơ đóng vai
trị quan trọng tạo màu cho màng sơn. Bột màu khơng hịa tan trong dung mơi hoặc
dầu. Nó đƣợc nghiền đồng đều với chất hóa dẻo có tác dụng che phủ bề mặt, chống
xuyên thấu của tia tử ngoại làm cho màng sơn có màu, chịu nƣớc, chịu khí hậu,
nâng cao độ cứng, độ mài mịn, kéo dài tuổi thọ màng sơn, có tác dụng bảo vệ
chống ăn mòn...
Một số các loại bột màu thƣờng dùng
-

Bột màu trắng: TiO2, Chì trắng (Cacbonat chì trắng, sunfat chì trắng, silicat

chì trắng), ZnO, Litopon (ZnS + BaSO4)...
-

Bột màu đen: than xƣơng, muội than, muội đèn, than nung, than chì, Oxit sắt

tự nhiên (Fe2O3, SiO2, đất sét), oxit sắt tổng hợp (99% Fe3O4), Antimon tự nhiên
(khoảng 65% Sb2S3)...
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 hoá, chống tạo bọt, xúc
tác…
Dung môi: là các sản phẩm dễ bay hơi, có tác dụng làm cho sơn lỗng để dễ
sơn. Dung mơi thƣờng bay hơi trong q trình khâu mạch của màng sơn. Các dung

13


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

môi phải không đƣợc phản ứng với chất tạo màng và phải làm gia tăng khả năng
thấm ƣớt của sơn lên bề mặt tạo thành màng đồng nhất.
Trong sơn, dung môi là hợp phần thƣờng chiếm khối lƣợng lớn hơn so với
chất tạo màng. Một số loại sơn, dung môi chiếm đếm 80% về khối lƣợng.
Khả năng hịa tan của dung mơi: Mỗi dung mơi chỉ có một khả năng hịa tan
một số chất tạo màng nhất định. Nếu dung môi và chất tạo màng có độ phân cực
càng giống nhau thì càng dễ hịa tan. Ngồi ra, kích thƣớc phân tử cũng có ảnh
hƣởng tới khả năng hịa tan của dung mơi. Ví dụ: phân tử Xenlulozơ là hoạt chất rất
phân cực, tuy nhiên do khối lƣợng phân tử của nó quá lớn nên không tan trong dung
môi phân cực là nƣớc (chỉ xảy ra hiện tƣợng trƣơng).
Dựa vào khả năng hòa tan ngƣời ta chia dung môi thành ba loại: Dung môi
hoạt động, dung mơi ẩn và chất pha lỗng.
Tốc độ bay hơi của dung môi: không chỉ bị ảnh hƣởng bởi loại và nồng độ

các phân tử chất rắn mà còn phụ thuộc vào độ dày của màng và sự tuần hoàn của
khơng khí trên bề mặt màng. Đây là một yếu tố rất quan trọng đối với quá trình tạo
màng từ sơn dung môi. Nếu dung môi bay hơi quá nhanh sẽ gây ra các hậu quả: sơn
nhanh chóng bị đặc lại khó gia cơng, tính chất cơ lý của màng giảm, có hiện tƣợng
phồng rộp và nhăn màng... Ngƣợc lại nếu dung môi bay quá chậm sẽ làm màng
chậm khô, giảm năng suất...
1.2.2.2. Cơ chế hoạt động của lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn
Việc sử dụng lớp sơn phủ với chiều dày không cao, từ hàng chục tới hàng
trăm micromet, các lớp phủ bảo vệ hữu cơ có tính chất kháng ăn mịn rất mạnh mẽ.
Thơng thƣờng, việc kiểm sốt ăn mịn kim loại của 1 lớp phủ hữu cơ thơng qua 3 cơ
chế chính là che chắn, bám dính và ức chế ăn mịn.
Hiệu ứng che chắn: Hiệu ứng che chắn của màng là hạn chế sự khuếch tán
của các tác nhân xâm thực (H2O, O2, Cl-, SO42-…) đến bề mặt kim loại gây phản
ứng ăn mòn kim loại. Tính chất che chắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhƣ bản chất
của polyme (thành phần hóa học, mức độ khâu mạch, nhiệt độ chuyển hóa thủy

14


Luận văn Thạc sỹ

Đặng Thế Bách

tinh…), bản chất của pigment và chất độn nhƣ hình dạng và nồng độ cũng nhƣ sự
tƣơng tác của chất độn với chất tạo màng.
Tương tác nền kim loại/màng sơn : tính chất bám dính
Tƣơng tác giữa các phân tử của chất tạo màng và nền kim loại đóng vai trị
quan trọng đối với tính chất bám dính của một hệ sơn và tuổi thọ của nó. Khả năng
bám dính của màng polyme với bề mặt kim loại đƣợc kiểm soát qua 3 cơ chế:


Bám dính cơ học



Bám dính phân cực



Bám dính hóa học

Bám dính cơ học là sự treo bám vật lý của màng với bề mặt, phụ thuộc vào
mức độ sần sùi của bề mặt kim loại.
Bám dính phân cực là sự hút bám của chất tạo màng với bề mặt kim loại và
phụ thuộc vào khả năng thấm ƣớt của kim loại bởi chất tạo màng.
Bám dính hóa học là sự biến đổi của bề mặt kim loại nhờ phản ứng với màng
sơn. Hiện tƣợng này thƣờng diễn ra qua việc xử lý bề mặt kim loại bằng các lớp
chuyển đổi nhƣ crơmat hóa hoặc phơt phat hóa...
Sự ngấm nƣớc có thể ảnh hƣởng đến tính chất bám dính, hiện tƣợng này
đƣợc Funke định nghĩa là “bám dính ƣớt”. Theo Funke, khả năng bám dính ƣớt cao
giữa màng và bề mặt kim loại là tính chất quan trọng nhất của lớp phủ. Trên thực tế,
khó có thể xác định đƣợc sự mất bám dính dẫn đến tăng ăn mịn hay hiện tƣợng ăn
mịn gây nên mất bám dính. Tuy vậy, khi lựa chọn một hệ sơn cho kim loại, điều
quan trọng bậc nhất vẫn là lựa chọn một loại màng bám dính và một bề mặt đƣợc
xử lý tốt.
Tác dụng điện hóa
Nhƣ đã nói đến ở phần trên, một màng polyme khơng bao giờ hồn tồn kín
khít. Vì vậy, sự ngăn cách của màng không đủ để ngăn các cấu tử xâm thực đến bề
mặt kim loại gây ăn mòn. Để hạn chế ăn mịn, các lớp phủ hữu cơ ln có chứa các
pigment chống ăn mịn. Đó là các chất có tan ít nhiều, đủ để khuếch tán đến bề mặt

15