PHẦN MỞ ĐẦU Ngay từ những ngày đầu tiên, các chất độn dạng hạt đã đóng vai trò sống còn đối với các ứng dụng thương mại của vật liệu polyme [11]. Đầu tiên, chúng được xem như các chất pha loãng để giảm giá thành, do đó có tên là chất độn. Tuy nhiên, những khả năng và lợi ích của chúng đã sớm được nhận ra, và ngày nay được sử dụng với rất nhiều các mục đích khác nhau. Thuật ngữ chất độn chức năng thường được sử dụng để mô tả các vật liệu không chỉ để giảm giá thành mà còn cải thiện nhiều tính chất của chất nền, nên còn được gọi là các chất gia cường.
Muội than là chất độn gia cường được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp polyme, nhờ các đặc trưng lý-hóa cũng như khả năng ứng dụng mà nó mang lại cho cao su lưu hóa [13]. Tuy nhiên, tính không ổn định của giá dầu mỏ đã làm gia tăng các quan tâm đến các khoáng tự nhiên khác, như các hợp chất của oxit silic. Năm 1950, oxit silic điều chế bắt đầu được sử dụng làm chất độn gia cường cho các sản phẩm cao su [13]. Năm 1976, Wagner đã nghiên cứu kỹ việc sử dụng oxit silic và silicat trong cao su và nhận thấy rằng, với sự có mặt các thành phần này một số tính chất đặc trưng của vật liệu đã được cải thiện như sự kháng rách, tính mềm mại, kháng mài mòn, cách nhiệt, tăng độ cứng, môđun, tích nhiệt thấp, tính đàn hồi cao và màu sắc không rõ rệt.
Kết hợp với sự thay đổi trong quá trình sản xuất, cần phải thích nghi với các quá trình xử lý bề mặt chất độn như xử lý nhiệt trong quá trình trộn hợp với cao su, xử lý nhiệt với sự có mặt của các chất hoạt hóa hay việc sử dụng các tác nhân ghép nối (titanat, silan). Tuy nhiên, việc sử dụng oxit silic đã làm tăng giá thành sản phẩm, trong nhiều trường hợp, giá thành của sản phẩm tăng lên đáng kể, do đó người ta phải kết hợp sử dụng các chất độn khoáng khác như sét, đá vôi (CaCO 3). Điều này lại làm giảm các tính năng kỹ thuật của sản phẩm. 1 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ Mica sericit là khoáng vật tự nhiên, trong đó hàm lượng oxit silic chiếm thành phần chủ yếu.
Cùng với các đặc trưng về hình dạng, khoáng vật này ngày càng trở nên quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là sử dụng làm chất độn gia cường trong công nghiệp cao su và chất dẻo. Một ưu điểm khác đem lại từ hình dạng mỏng dẹt của mica là khả năng làm giảm sự xâm thực của các chất khí và chất lỏng, điều này đặc biệt quan trọng trong các vật liệu sử dụng ngoài trời như sơn,và việc có gia cường bằng mica sẽ giúp cho sơn có khả năng bảo vệ xâm thực tốt hơn. Từ những yêu cầu thực tiễn trên, chúng tôi đã chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu biến tính khoáng Mica bằng ion sắt (III) và ứng dụng của nó” * Với mục tiêu nghiên cứu các nội dung sau: 1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng biến tính của khoáng mica như : - Ảnh hưởng thời gian khuấy trương nở - Ảnh hưởng của nồng độ - Ảnh hưởng pH 2.
Ứng dụng phân tích các mẫu thực tế * Ý nghĩa khoa học của đề tài: - Biến đổi bề mặt khoáng mica bằng ion sắt (III) - Ứng dụng khoáng mica đã được xử lý bề mặt để gia cường cho màng sơn phủ Epoxy 2 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ CHƢƠNG 1. Giới thiệu khái quát về Mica 1. Khái niệm và sự phân bố của Mica Acrylic (nhựa trong suốt, đôi khi gọi là acrylic glass (kính thủy tinh). Tên thường gọi tại Việt nam là mica.
Trên thế giới nó được bán dưới những tên thương mại nổi tiếng như: Plexiglas, Altuglas, Lucite, Perspex, Optix (Plaskolite)… Mica là tên gọi chung cho các khoáng vật dạng tấm thuộc nhóm silicat lớp bao gồm các loại vật liệu có mối liên kết chặt chẽ, có tính tách lớp cơ bản hoàn toàn. Tất cả chúng đều có cấu trúc tinh thể thuộc hệ một phương có xu hướng tinh thể giả hệ sáu phương và có thành phần hóa học tương tự. Tính tách lớp cao là tính chất đặc trưng nhất của mica, điều này được giải thích là do sự sắp xếp của các nguyên tử dạng tấm lục giác chồng lên nhau. Phân loại mica: - Mica thường: Phlogopit, Biotit, Zinnwaldit, Lepidolit, Muscovit - Mica giòn: Clintonit Theo báo cáo của Cơ quan thăm dò địa chất Anh năm 2005, Ấn Độ có lượng mica lớn nhất thế giới.
Trung Quốc là nước sản xuất mica hàng đầu thế giới chiếm 1/3 sản lượng của thế giới, theo sau là Mỹ, Hàn Quốc và Canada. Mica dạng tấm lớn được khai thác ở New England từ thế kỷ 19 đến những năm 60 của thế kỷ 20 gồm các mỏ lớn phân bố ở Connecticut, New Hampshire và Maine. Mica được phân bố rộng rãi và có mặt trong các đá macma, đá biến chất và đá trầm tích. Các tinh thể lớn thường gặp trong các đá macma axit hoặc trong pegmatit và được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau.
Cho đến thế kỷ 19, các tinh thể mica lớn rất hiếm và đắt là do sự cung cấp hạn chế ở Châu Âu. Tuy nhiên, giá mica giảm đáng kể khi một số mỏ lớn được tìm thấy và đưa vào khai thác ở Châu Phi và Nam Mỹ trong 3 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ những năm dầu của thế kỷ 19. Các tấm mica lớn từng được khai thác trên thế giới có xuất xứ từ Denholm, Quebec, Canada. Mica vụn được sản xuất trên toàn thế giới là sản phẩm tách ra từ nhiều nguồn khác nhau như các loại đá biến chất đặc biệt là đá phiến sét (schist)) và sản phẩm từ nhiệt dịch.
Loại đá này là sản phẩm biến chất từ đá trầm tích có thành phần là fenspat và kaolin. Mica tấm thường được thu hồi từ việc khai thác mica vụn. Nguồn cung cấp mica tấm chủ yếu là các tích tụ nhiệt dịch. Cấu tạo, hình dạng và màu sắc của Mica 1.
Cấu tạo của Mica Về mặc hóa học, mica có công thức tổng quát là: X2Y4–6Z8O20(OH,F)4 Trong đó: X có thể là K, Na, Ca hoặc ít gặp hơn là Ba, Rb, và Cs Y là Al, Mg, Fe hoặc hiếm găp hơn là Mn, Cr, Ti, Li,. Z chủ yếu là Si hoặc Al nhưng cũng có thể gặp Fe3+ và Ti. Về cấu trúc, các loại mica có thể được xếp vào các nhóm Y = 4 và Y = 6. Nếu ion X là K hoặc Na thì đó làm loại mica thường, và nếu ion X là Ca thì đó là loại mica giòn.
Các loại mica hạt rất mịn có sự khác nhau đáng kể về thành phần của nước và sét. Chúng bao gồm: + Hydro-muscovit có H3O+ kết hợp với K tại vị trí X + Illit thiếu K tại vị trí X và Si thay vào vị trí Z để cân bằng về điện tích + Phengit có Mg hoặc Fe2+ thay vào vị trí của nhôm tại Y và tăng số nguyên tử Si tại Z. Hình dạng của Mica Khoáng mica được đặc trưng bởi hình dạng phiến, dẹt và có thể bóc tách dễ dàng. Điều này cho phép có thể phân chia hay bóc tách thành các hạt có tỷ lệ bề mặt cao từ mỏng đến rất mỏng, bền chắc và mềm dẻo.
Các mảnh thủy tinh cũng có hình 4 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ dạng dẹt với tỷ lệ bề mặt cao. Nhưng với bản chất dễ vỡ, các mảnh thủy tinh rất khó có thể tạo hình và trộn hợp với polyme như mica sericit. Hình dạng dẹt độc đáo của mica rất có lợi khi đưa chúng vào trong các vật liệu khác nhau. Do kích thước chiều dài và chiều rộng là tương đương, chiều dày rất nhỏ nên mica là chất gia cường nhị phương giúp cho độ co ngót của sản phẩm về cơ bản không thay đổi khi tạo hình.
Sợi thủy tinh và vật liệu dạng sợi giống như wollastonit có sự khác nhau rất lớn về kích thước chiều dài và chiều rộng. Vì thế, các sợi có xu hướng sắp xếp theo hướng song song với nhau cùng với quá trình chế tạo vật liệu. Sự định hướng này gây ra sự khác nhau đáng kể về độ co ngót theo chiều ngang và chiều dọc dẫn đến sự cong vênh của sản phẩm. Khi thêm mica vào trong vật liệu polypropylen độn sợi thủy tinh đã làm giảm đáng kể phần sản phẩm cong vênh.
Có mặt mica sản phẩm co ngót đồng đều hơn, tổng sự co ngót giảm đi và được xác định bởi hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính (CLTE). Điều này khá quan trọng khi cần tạo ra sản phẩm có kích thước ổn định trong quá trình sử dụng ở một khoảng nhiệt độ rộng. Một ưu điểm khác đem lại từ hình dạng mỏng dẹt của mica là khả năng làm giảm sự xâm thực của các chất khí và chất lỏng. Điều này đặc biệt quan trọng trong các vật liệu sử dụng ngoài trời hay các thiết bị tiếp xúc với chất lỏng như các bình nhiên liệu động cơ, thùng chứa dầu, mỡ,…Các vật liệu được gia cường bằng mica sẽ hạn chế được sự phồng rộp.
Sơn có gia cường bằng mica có khả năng bảo vệ xâm thực tốt hơn. Màu sắc của mica Muội than có màu đen, chính điều này đã làm hạn chế nhiều ứng dụng của chúng. Các khoáng mica có nhiều màu sắc khác nhau, muscovit mica có màu trắng bạc đến trắng nhạt, phlogopit mica có màu đồng đến nâu sẫm hoặc đen. Sericit thuộc loại muscovit mica có màu sáng, chính điều này cũng làm tăng lợi thế sử 5 Nguyễn Ngọc Vinh Cao học K22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa vô cơ dụng của sericit trong các ứng dụng mang mầu.
Có thể thêm các chất mầu vào vật liệu có chứa sericit để tạo ra các vật liệu có màu. Đặc điểm cấu trúc tinh thể khoáng mica Tinh thể mica có cấu trúc lớp, bao gồm 3 lớp: 1 lớp bát diện được kẹp giữa hai lớp tứ diện giống nhau, với các đỉnh của cả hai lớp tứ diện hướng vào trong. Hai lớp tứ diện liền kề chung nhau nguyên tử oxy tạo ra mạng lưới 6 cạnh. Các nhóm hydroxyl tự do cùng với các nguyên tử oxy ở đỉnh tạo thành mặt phẳng chung nối giữa các lớp tứ diện và bát diện.