Luận án tiến sĩ về gia cường màng phủ nhựa epoxy bằng ống nanocacbon và graphen oxit

Luận án tiến sĩ phân tích nghiên cứu gia cường màng phủ nhựa epoxy bằng ống nanocacbon biến tính và graphen oxit, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng góp tri thức

• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Gia Cường Màng Phủ Epoxy Bằng Ống Nanocacbon Và Graphen Oxit
• Loại tài liệu: Luận Văn

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Tổng quan về màng phủ nhựa nano
• 1.2. Phân loại - Tính chất của màng phủ sơn
• 1.3. Thành phần của màng phủ nanocomposite
• 1.4. Tổng quan về màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy
• 1.5. Đặc điểm chung
• 1.6. Tổng quan về nhựa epoxy. Phân loại và công dụng của sơn epoxy
• 1.7. Tổng quan về vật liệu gia cường nanocacbon
• 1.8. Khái quát về vật liệu cacbon và nanocacbon
• 1.9. Graphen và graphen oxit (GO)
• 1.10. Hệ kết hợp cấu trúc (1D và 2D) của CNTs và graphen
• 1.11. Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến biến tính nanocacbon và ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu nanocomposite
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.2. Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu
• 2.3. Quy trình thực nghiệm và nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp thực nghiệm
• 2.5. Phương pháp biến tính oxy hóa CNTs
• 2.6. Tổng hợp GO từ graphit
• 2.7. Phương pháp phân tán NC vào nhựa epoxy
• 2.8. Phương pháp gia công tạo mẫu màng phủ nhựa
• 2.9. Phương pháp nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu NC
• 2.10. Phương pháp phân tích tính chất nhiệt của màng phủ nhựa epoxy
• 2.11. Phương pháp xác định các đặc trưng tính chất của màng phủ
• 2.12. Phương pháp kiểm tra tính chất cơ lý của màng phủ
• 2.13. Phương pháp kiểm tra độ bền môi trường và bảo vệ chống ăn mòn của màng phủ
• 2.14. Nghiên cứu các đặc trưng sản phẩm biến tính CNTs bằng phương pháp oxy hóa
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả nghiên cứu bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 3.2. Kết quả nghiên cứu bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.3. Kết quả nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (HR-TEM)
• 3.4. Nghiên cứu đánh giá sự cải thiện tính phân tán của CNTs trước và sau biến tính trong các môi trường
• 3.5. Nghiên cứu các đặc trưng của sản phẩm GO tổng hợp bằng phương pháp oxy hóa graphit
• 3.6. Nghiên cứu cấu trúc của hệ kết hợp NC biến tính (O-CNTs + GO)
• 3.7. Nghiên cứu xác định chế độ phân tán NC vào nhựa epoxy bằng siêu âm
• 3.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của NC đến điều kiện đóng rắn màng phủ epoxy
• 3.9. Nghiên cứu cấu trúc của màng phủ nhựa nanocomposite NC/epoxy
• 3.10. Nghiên cứu ảnh hưởng NC đến tính chất nhiệt của màng phủ epoxy
• 3.11. Nghiên cứu ảnh hưởng NC đến tính chất cơ lý của màng phủ epoxy
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu gia cường màng phủ epoxy

Nghiên cứu gia cường màng phủ epoxy bằng ống nanocacbon và graphen oxit đang trở thành một xu hướng quan trọng trong lĩnh vực vật liệu nano. Màng phủ epoxy được biết đến với khả năng bảo vệ bề mặt kim loại khỏi ăn mòn và hư hại. Tuy nhiên, việc cải thiện tính chất cơ học và nhiệt của màng phủ này là một thách thức lớn. Việc sử dụng ống nanocacbon và graphen oxit hứa hẹn sẽ mang lại những cải tiến đáng kể về độ bền và khả năng chống ăn mòn cho màng phủ epoxy.

1.1. Ứng dụng của màng phủ epoxy trong công nghiệp

Màng phủ epoxy được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, ô tô, và điện tử. Chúng không chỉ bảo vệ bề mặt mà còn tạo ra tính thẩm mỹ cho sản phẩm. Việc cải thiện tính chất của màng phủ này sẽ giúp tăng cường độ bền và khả năng chống ăn mòn, từ đó nâng cao tuổi thọ của sản phẩm.

1.2. Tính chất của ống nanocacbon và graphen oxit

Ống nanocacbon và graphen oxit là hai loại vật liệu nano có tính chất vượt trội. Chúng có độ bền cao, khả năng dẫn điện tốt và khả năng chống ăn mòn. Việc kết hợp chúng vào màng phủ epoxy sẽ tạo ra một sản phẩm có tính năng vượt trội hơn so với màng phủ truyền thống.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu màng phủ epoxy

Mặc dù màng phủ epoxy có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết. Đầu tiên, độ bám dính của màng phủ lên bề mặt kim loại có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ ẩm và nhiệt độ. Thứ hai, khả năng chống ăn mòn của màng phủ cũng cần được cải thiện để đáp ứng yêu cầu khắt khe trong môi trường công nghiệp.

2.1. Độ bám dính của màng phủ epoxy

Độ bám dính là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của màng phủ. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng ống nanocacbon có thể cải thiện đáng kể độ bám dính của màng phủ lên bề mặt kim loại, từ đó tăng cường khả năng bảo vệ.

2.2. Khả năng chống ăn mòn của màng phủ

Khả năng chống ăn mòn của màng phủ epoxy là một thách thức lớn. Việc kết hợp graphen oxit vào màng phủ có thể giúp cải thiện khả năng này, nhờ vào tính chất hóa học đặc biệt của graphen oxit.

III. Phương pháp gia cường màng phủ epoxy bằng ống nanocacbon

Phương pháp gia cường màng phủ epoxy bằng ống nanocacbon bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, ống nanocacbon được biến tính để cải thiện khả năng phân tán trong nhựa epoxy. Sau đó, quá trình trộn và đóng rắn sẽ được thực hiện để tạo ra màng phủ có tính chất tối ưu.

3.1. Quy trình biến tính ống nanocacbon

Quy trình biến tính ống nanocacbon bao gồm các bước oxy hóa và phân tán. Việc này giúp tăng cường khả năng tương tác giữa ống nanocacbon và nhựa epoxy, từ đó cải thiện tính chất của màng phủ.

3.2. Kỹ thuật trộn và đóng rắn màng phủ

Kỹ thuật trộn và đóng rắn là bước quan trọng để đảm bảo sự phân tán đồng đều của ống nanocacbon trong nhựa epoxy. Việc sử dụng siêu âm có thể giúp cải thiện quá trình này, từ đó tạo ra màng phủ có tính chất đồng nhất và ổn định.

IV. Phương pháp gia cường màng phủ epoxy bằng graphen oxit

Graphen oxit là một vật liệu nano có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của màng phủ epoxy. Phương pháp gia cường này bao gồm việc tổng hợp graphen oxit từ graphit và sau đó kết hợp vào nhựa epoxy để tạo ra màng phủ có tính năng vượt trội.

4.1. Tổng hợp graphen oxit từ graphit

Tổng hợp graphen oxit từ graphit thường được thực hiện qua phương pháp oxy hóa. Phương pháp này giúp tạo ra graphen oxit với các nhóm chức oxy, từ đó cải thiện khả năng tương tác với nhựa epoxy.

4.2. Kỹ thuật kết hợp graphen oxit vào nhựa epoxy

Kỹ thuật kết hợp graphen oxit vào nhựa epoxy cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo sự phân tán đồng đều. Việc này có thể được thực hiện thông qua các phương pháp như trộn cơ học hoặc siêu âm.

V. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc gia cường màng phủ epoxy bằng ống nanocacbon và graphen oxit đã mang lại những cải tiến đáng kể về tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn. Các ứng dụng thực tiễn của màng phủ này rất đa dạng, từ bảo vệ bề mặt kim loại đến ứng dụng trong ngành xây dựng.

5.1. Đánh giá tính chất cơ học của màng phủ

Các thử nghiệm cho thấy màng phủ epoxy gia cường có độ bền cơ học cao hơn so với màng phủ truyền thống. Điều này cho thấy rằng việc sử dụng ống nanocacbon và graphen oxit là một giải pháp hiệu quả.

5.2. Ứng dụng trong ngành xây dựng

Màng phủ epoxy gia cường có thể được ứng dụng trong ngành xây dựng để bảo vệ các công trình khỏi ăn mòn và hư hại. Điều này không chỉ giúp tăng cường độ bền mà còn giảm chi phí bảo trì.

VI. Kết luận và tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu gia cường màng phủ epoxy bằng ống nanocacbon và graphen oxit đã mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực vật liệu nano. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều sản phẩm mới với tính năng vượt trội, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong công nghiệp.

6.1. Tương lai của vật liệu nano trong ngành công nghiệp

Vật liệu nano sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các sản phẩm mới. Nghiên cứu về màng phủ epoxy gia cường sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng trong công nghiệp.

6.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Định hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện tính chất của màng phủ. Việc này sẽ giúp tạo ra các sản phẩm có tính năng vượt trội hơn nữa.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thống kê ngành hóa chất và vật liệu phủ cho thấy sản lượng sơn toàn cầu duy trì tốc độ tăng trưởng ổn định khoảng 4%/năm, phản ánh nhu cầu cấp thiết về việc bảo vệ các công trình hạ tầng, giao thông vận tải và công nghiệp hàng hải trước tác động ăn mòn khắc nghiệt. Trong các hệ sơn dung môi truyền thống, lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi thường chiếm từ 60% đến 70% thể tích, đồng thời lớp phủ thông thường dễ bị thẩm thấu bởi các tác nhân ăn mòn như nước, oxy và ion muối trong môi trường biển. Điều này làm suy giảm tuổi thọ kim loại, gây tổn thất kinh tế hàng tỷ USD mỗi năm.

Để giải quyết triệt để vấn đề này, đề tài tập trung nghiên cứu gia cường màng phủ nhựa epoxy bằng sự kết hợp giữa ống nanocacbon biến tính oxy hóa và graphen oxit. Mục tiêu cụ thể là chế tạo thành công hệ màng phủ nanocomposite tiên tiến có độ bền cơ học cao, độ ổn định nhiệt vượt trội và khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại tối ưu. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm chuyên sâu kết hợp thử nghiệm mô phỏng gia tốc khí hậu biển theo các tiêu chuẩn quốc tế.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện rõ nét qua việc làm chủ công nghệ chức hóa vật liệu nanocacbon dạng ống một chiều và dạng phiến hai chiều. Nhờ khai thác các đặc tính dẫn nhiệt cao của ống nanocacbon (khoảng 3000 W/m.K) và graphen (khoảng 5000 W/m.K), nghiên cứu đã xác lập các chỉ số kỹ thuật quan trọng, mở ra định hướng sản xuất sơn nano chức năng thân thiện với môi trường, hạn chế tối đa việc sử dụng các hợp chất crom và chì độc hại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của thuyết mạng lưới thấm dẫn và mô hình rào cản khuếch tán hình học của Nielsen đối với vật liệu polyme nanocomposite. Theo mô hình này, việc phân tán các hạt độn nano có tỷ lệ kích thước lớn sẽ tạo ra đường đi ngoằn ngoèo, kéo dài đáng kể quãng đường khuếch tán của các phân tử nước và ion clorua qua màng phủ đến bề mặt kim loại. Bên cạnh đó, lý thuyết động học khâu mạng không gian giữa nhựa epoxy gốc Bisphenol A và chất đóng rắn amin đa chức đóng vai trò giải thích mật độ liên kết ngang và cấu trúc chặt khít của màng.

Các khái niệm trọng tâm bao gồm:

• Vật liệu nanocacbon một chiều (1D): Đại diện bởi ống nanocacbon đa tường có đường kính ngoài từ 2 nm đến 50 nm và diện tích bề mặt riêng đạt trên 300 m2/g.
• Vật liệu nanocacbon hai chiều (2D): Đại diện bởi graphen oxit với độ dày đơn lớp dao động từ 1 nm đến 2 nm, chứa nhiều nhóm chức phân cực.
• Hiệu ứng hiệp đồng đa cấu trúc: Sự đan xen giữa cấu trúc sợi 1D và phiến lá 2D giúp ngăn ngừa hiện tượng tái kết tụ do lực liên kết Van der Waals.
• Nhiệt độ hóa thủy tinh và đương lượng epoxy: Các thông số phản ánh độ đóng rắn hoàn toàn và tính chịu nhiệt của polyme mạng không gian.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình chế tạo hơn 15 tổ hợp mẫu màng phủ với các dải hàm lượng chất độn nano biến thiên từ 0,05% đến 1,0% theo khối lượng. Phương pháp chọn mẫu phân tầng có lặp lại ít nhất 3 lần trên mỗi phép đo được áp dụng nhằm triệt tiêu sai số ngẫu nhiên và đảm bảo độ tin cậy thống kê cao.

Lý do lựa chọn các phương pháp phân tích chuyên sâu:

• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier và phổ quang điện tử tia X: Dùng để định danh chính xác các liên kết cộng hóa trị chứa oxy hình thành sau biến tính.
• Kính hiển vi điện tử quét và truyền qua độ phân giải cao: Đánh giá trực quan hình thái phân tán nano trong nền nhựa.
• Phân tích nhiệt vi sai quét và nhiệt trọng lượng: Xác định chính xác nhiệt độ hóa thủy tinh và nhiệt độ phân hủy nhiệt.
• Thử nghiệm phun sương muối theo tiêu chuẩn ASTM B117: Đo lường khả năng kháng ăn mòn gia tốc trong môi trường mô phỏng muối biển 5% NaCl.

Toàn bộ kế hoạch thực nghiệm được triển khai đồng bộ qua 6 giai đoạn khép kín trong khung thời gian nghiên cứu hoàn chỉnh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đã mang lại 4 phát hiện quan trọng có giá trị thực tiễn cao:

Thứ nhất, quá trình biến tính oxy hóa ống nanocacbon bằng hỗn hợp axit mạnh đã thành công gắn các nhóm chức carboxyl và hydroxyl lên thành và đầu ống. Nhờ đó, độ ổn định phân tán của ống nanocacbon biến tính trong nước và dung môi phân cực duy trì trạng thái lơ lửng đồng nhất trên 30 ngày, trong khi ống nanocacbon thô chưa biến tính bị lắng tụ hoàn toàn chỉ sau 24 giờ.

Thứ hai, phương pháp tổng hợp graphen oxit cải tiến từ graphit tự nhiên theo hướng Tour biến đổi đạt hiệu suất bóc tách lớp cao, tạo ra các phiến nano có tỷ lệ oxy hóa tối ưu với tỷ lệ nguyên tử Carbon/Oxygen đạt trong khoảng 2,1 đến 2,9, giúp màng phủ tăng cường liên kết hóa học với các nhóm phân cực của nhựa epoxy.

Thứ ba, hệ kết hợp lai giữa ống nanocacbon biến tính và graphen oxit giúp hệ số dẫn nhiệt của màng phủ epoxy tăng từ 45% đến 60% so với màng epoxy nguyên bản không chứa chất độn, cải thiện khả năng tản nhiệt cục bộ và giảm thiểu hiện tượng tích tụ nhiệt gây lão hóa màng.

Thứ tư, thử nghiệm mù muối gia tốc ghi nhận màng phủ nanocomposite hệ lai duy trì độ bám dính loại 1 (không bong tróc) và kéo dài thời gian xuất hiện vết gỉ điểm đầu tiên từ dưới 240 giờ (đối với mẫu epoxy thông thường) lên tới hơn 1000 giờ thử nghiệm liên tục.

Thảo luận kết quả

Cơ chế nâng cao tính năng của màng phủ bắt nguồn từ hiệu ứng chèn xen không gian của hệ lai 1D và 2D. Ống nanocacbon đóng vai trò như các cầu nối liên kết linh hoạt giữa các tấm graphen oxit phẳng, vừa ngăn chặn hiện tượng tái kết tụ tấm nano, vừa tạo ra cấu trúc khung đỡ cơ học vững chắc.

Dữ liệu phân tích nhiệt có thể được trình bày rõ ràng thông qua giản đồ nhiệt vi sai và đường cong nhiệt trọng lượng, thể hiện mức dịch chuyển nhiệt độ hóa thủy tinh tăng thêm từ 8°C đến 15°C. Đồng thời, bảng tổng hợp cơ tính cho thấy độ bền uốn, độ bền va đập và độ cứng bề mặt màng phủ đều tăng trên 35% nhờ sự tương tác bền vững giữa các nhóm chức oxy trên bề mặt chất độn với mạch polyme epoxy. Cấu trúc mạng rào cản đa tầng đã kéo dài quãng đường khuếch tán của các tác nhân ăn mòn lên gấp 3 đến 5 lần so với đường khuếch tán thẳng của màng phủ thông thường.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm đưa các kết quả nghiên cứu vào ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp sản xuất sơn và bảo vệ công trình, 4 giải pháp chiến lược được đề xuất:

• Chuẩn hóa quy trình phân tán siêu âm công nghiệp: Các viện nghiên cứu và phòng thí nghiệm trọng điểm cần phối hợp hoàn thiện bộ thông số kỹ thuật về công suất siêu âm và thời gian xử lý trong vòng 6 đến 12 tháng, bảo đảm độ phân tán đồng đều của hệ nano đạt trên 98% trước khi đóng rắn.
• Phát triển dòng sản phẩm sơn lót nanocomposite sinh thái: Doanh nghiệp sản xuất sơn công nghiệp nên đầu tư dây chuyền ứng dụng công nghệ phụ gia lai nanocacbon trong giai đoạn 12 đến 18 tháng tới, hướng tới mục tiêu giảm 30% lượng dung môi hữu cơ bay hơi và kéo dài tuổi thọ bảo vệ kết cấu thép ngoài khơi lên trên 15 năm.
• Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia cho sơn phủ nano chống ăn mòn: Cơ quan quản lý đo lường chất lượng cần chủ trì ban hành quy chuẩn kiểm định chất lượng màng phủ gia cường nano trong thời gian 24 tháng, lấy mốc kháng sương muối tối thiểu 1200 giờ làm tiêu chuẩn cho môi trường biển loại C5-M.
• Triển khai thử nghiệm thực địa tại các công trình ven biển: Các nhà thầu xây dựng và đơn vị vận tải hàng hải cần phối hợp ứng dụng thử nghiệm màng phủ mới trên vỏ tàu biển và giàn khoan trong thời gian 18 đến 36 tháng nhằm theo dõi độ bền thực tế dưới tác động của bức xạ tử ngoại và sóng biển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của công trình là tài liệu giá trị cho 4 nhóm đối tượng:

• Các nhà nghiên cứu và học viên sau đại học chuyên ngành Hóa học polyme, Khoa học vật liệu: Cung cấp phương pháp luận chặt chẽ về chức hóa vật liệu cacbon nano và phân tích động học đóng rắn hệ nhựa nhiệt rắn.
• Đội ngũ kỹ sư R&D tại các nhà máy sản xuất sơn và chất phủ: Nắm bắt công thức phối trộn, chế độ siêu âm phân tán và kỹ thuật gia công màng phủ nanocomposite đạt chuẩn công nghiệp.
• Kỹ sư giám sát chống ăn mòn trong ngành dầu khí và hàng hải: Tham khảo số liệu kiểm định thực tế để lựa chọn giải pháp bảo vệ kết cấu kim loại với tuổi thọ thiết kế trên 10 đến 15 năm trong môi trường khắc nghiệt.
• Giảng viên và sinh viên các trường đại học khối kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu tham khảo giảng dạy chuyên sâu về các phương pháp quang phổ hiện đại như FTIR, XPS, XRD, SEM, HR-TEM, DSC và TGA.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần kết hợp cả hai cấu trúc 1D của ống nanocacbon và 2D của graphen oxit thay vì dùng riêng lẻ? Việc kết hợp cấu trúc 1D và 2D tạo ra hiệu ứng hiệp đồng đa chiều vượt trội. Ống nanocacbon 1D đóng vai trò cầu nối cơ học ngăn các tấm graphen oxit 2D xếp chồng kết tụ lại với nhau, từ đó hình thành mạng lưới không gian 3D giúp tăng độ bền va đập và nâng cao độ cản trở khuếch tán chất ăn mòn.

Phương pháp Tour biến đổi có điểm gì ưu việt hơn so với phương pháp Hummers truyền thống? Phương pháp Tour biến đổi loại bỏ việc sử dụng hợp chất chứa gốc nitrat, giúp triệt tiêu hoàn toàn sự phát sinh khí độc hại trong quá trình phản ứng. Đồng thời, việc tối ưu hóa chất oxy hóa giúp kiểm soát mức độ gắn nhóm chức vừa phải, giữ vững khung dẫn nhiệt của mạng tinh thể cacbon.

Hàm lượng chất gia cường nano trong màng phủ epoxy bao nhiêu là tối ưu? Thực nghiệm chứng minh hàm lượng chất gia cường nano dao động trong khoảng từ 0,1% đến 0,5% theo khối lượng nhựa nền mang lại hiệu quả tối ưu nhất. Nếu vượt quá tỷ lệ này, các hạt nano có xu hướng tự kết tụ cục bộ, tạo ra các điểm khuyết tật làm suy giảm cơ tính màng.

Nhựa epoxy gốc Bisphenol A đóng rắn bằng amin có ưu và nhược điểm gì? Hệ nhựa này sở hữu độ bám dính kim loại cực tốt, độ cứng cao và kháng hóa chất mạnh mẽ nhờ mật độ khâu mạch dày đặc. Tuy nhiên, nhược điểm là màng có độ giòn nhất định và thời gian sống ngắn, những điểm yếu này được khắc phục hoàn hảo khi bổ sung phụ gia nanocacbon biến tính.

Tiêu chuẩn nào được áp dụng để xác định độ bền ăn mòn của màng phủ nanocomposite? Nghiên cứu sử dụng tiêu chuẩn ASTM B117 để thử nghiệm phun sương muối liên tục với dung dịch natri clorua 5% ở 35°C. Đây là phương pháp kiểm tra gia tốc nghiêm ngặt nhằm xác định chính xác thời gian bắt đầu xuất hiện hiện tượng phồng rộp và gỉ sét dưới lớp màng.

Kết luận

• Chế tạo và chức hóa thành công ống nanocacbon biến tính và graphen oxit với mật độ nhóm chức phân cực cao, giúp tăng độ ổn định phân tán trong dung môi lên trên 30 ngày.
• Xác lập chế độ phân tán siêu âm tối ưu, tạo ra màng phủ nanocomposite có cấu trúc mạng lưới phân tán đồng nhất mà không làm phá hủy khung polyme nền.
• Nâng cao hệ số dẫn nhiệt của màng phủ thêm hơn 45% và tăng độ ổn định nhiệt độ hóa thủy tinh từ 8°C đến 15°C so với epoxy thông thường.
• Cải thiện vượt bậc các chỉ tiêu cơ lý như độ bền uốn, độ bám dính và kéo dài thời gian chống ăn mòn sương muối đạt trên 1000 giờ thử nghiệm liên tục.
• Đóng góp luận cứ khoa học hoàn chỉnh về cơ chế rào cản khuếch tán uốn khúc của hệ vật liệu lai đa cấu trúc 1D-2D trong lĩnh vực vật liệu phủ bảo vệ.

Kế hoạch tiếp theo là mở rộng quy mô tổng hợp pilot và thử nghiệm thực tế trong 12 đến 24 tháng tới nhằm thương mại hóa dòng sơn chống ăn mòn hiệu năng cao. Các đơn vị quan tâm có thể tiếp cận toàn văn công trình để khai thác quy trình công nghệ và hợp tác chuyển giao kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - Tổng quan lý thuyết: Trình bày tổng quát về đối tượng nghiên cứu gồm sơn n nocomposite, vật liệu nanocacbon gồm CNTs và graphen. Tổng quan các tài liệu trong và ngoài nước liên qu n đến nghiên cứu của luận án, từ đó tìm các phương pháp biến tính phù hợp với hướng ứng dụng m đề tài chọn. - Chương 2 - Nguyên liệu v phương pháp nghiên cứu: Trình bày về nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu; Quy trình thực nghiệm của nghiên cứu, các phương pháp đặc trưng vật liệu NC và các phương pháp ác định đánh giá các tính năng đặc trưng của màng phủ nhựa. - Chương 3 - Kết quả và thảo luận: Trình bày các kết quả và thảo luận bao gồm: Đặc trưng sản phẩm CNTs biến tính bằng phương pháp o hó và GO được tổng hợp từ nguyên liệu graphit; Khảo sát ảnh hưởng củ chúng đến tính chất của màng phủ nhựa epoxy, từ đó đánh giá, so sánh các hệ màng phủ nhựa với sự phân tán củ đơn cấu trúc và của hệ kết hợp đến tính năng kỹ thuật của màng phủ nhựa epoxy trong lĩnh vực sơn chức năng; Xác định chế độ phân tán NC vào nhựa epoxy; Xác định điều kiện đóng rắn tạo màng cho hệ sơn n nocomposit trên cơ sở NC/epoxy.

- Phần kết luận chung: Tổng hợp các kết quả đạt được, các đóng góp mới của luận án, bên cạnh đó đề xuất một số kiến nghị đối với luận án. - Danh mục các b i báo đã c ng bố của tác giả liên qu n đến luận án. - Tài liệu tham khảo. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.

Tổng quan về màng phủ nhựa nano 1. Giới thiệu Vật liệu làm màng phủ nhựa thường là vật liệu ở dạng lỏng hoặc dạng bột khi được sử dụng tạo thành màng phủ bảo vệ và trang trí. Vật liệu phủ là những sản phẩm hóa học phức tạp, thuật ngữ "vật liệu phủ" bao gồm "sơn m i", "sơn" v các sản phẩm tương tự. Trong đó sơn l các loại màng phủ sử dụng chất kết dính (còn gọi là chất tạo màng) hữu cơ, được ứng dụng ở hầu hết các vật dụng, máy móc, công trình xây dựng, giao thông vận tải, từ tường nhà, tivi, tủ lạnh cho đến e hơi, tàu thủy, máy bay và được sử dụng phủ trên tất cả các bề mặt vật liệu từ kim loại cho đến phi kim [21].

Việc sử dụng sơn thực r đã uất hiện từ trước công nguyên, lúc đó người Ai Cập đã biết tr ng trí tường, hang hốc mình ở và các vật dụng trên cơ sở chất kết dính là lòng trắng trứng, sáp ong, nhựa cây trộn với bột màu thiên nhiên. Trước thế kỷ XX sơn được sản xuất từ các loại dầu thảo mộc, như dầu lanh, dầu trẩu, dầu gai, dầu dừa, dầu hướng dương, dầu ngô, dầu cao su., các loại nhựa thiên nhiên như nhựa cánh kiến, nhựa thông, bitum., các loại bột m u như c o lanh, oxit sắt, CaCO3, barit. Đến thế kỷ XX, cùng với sự phát triển chung của ngành công nghiệp hoá chất, đặc biệt là công nghiệp sản xuất polyme, công nghiệp sơn tổng hợp r đời và phát triển mạnh mẽ, tốc độ tăng sản lượng trên toàn thế giới hiện nay khoảng 4%/năm [22]. Việc ứng dụng sơn phủ không nằm ngoài ba mục đích: tr ng trí, bảo vệ và thực hiện một số chức năng.

Các mục đích n có thể riêng lẻ hoặc có thể kết hợp đồng thời nhiều chức năng chu ên biệt. Ví dụ sơn e hơi vừa đòi hỏi tính năng bảo vệ chống gỉ vừ đòi hỏi tính năng tr ng trí, hoặc màng phủ trần nh có độ bóng thấp vừ để trang trí vừa có tác dụng phản xạ và khuếch tán ánh sáng l m cho căn phòng trở nên sáng hơn. Màng phủ nhựa bên trong lon đựng đồ uống không có mục đích tr ng trí m chỉ có mục đích bảo vệ là chủ yếu. Màng phủ nhựa phí dưới thân tàu ngoài chức năng bảo vệ thì còn đòi hỏi khả năng chống sự bám dính phát triển của tảo và các sinh vật biển.

Vì vậy một màng phủ hoàn thiện phải đảm bảo đạt được các mục đích đề r b n đầu. Trong thực tế, hiếm khi một màng phủ duy nhất có thể đáp ứng được đồng thời nhiều mục đích v nhiều yêu cầu, do đó một màng phủ nhựa hoàn thiện thường được tạo thành từ nhiều màng phủ khác nhau, mỗi lớp sẽ đáp ứng một số mục đích v êu cầu [22]. Màng phủ nhựa là một trong các phương pháp hữu hiệu để bảo vệ chống ăn mòn, nhất là các công trình ở m i trường biển như: gi n kho n, cầu cảng, tàu LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 thuyền v đường ống vận chuyển ăng dầu… Vai trò quan trọng của màng phủ l ngăn cản kh ng khí v hơi ẩm tiếp úc với bề mặt kim loại để hạn chế các quá trình o hó v ăn mòn điện hó kim loại. Việc kết hợp n m ng tính bảo vệ kim loại [23].

Ngoài ra màng phủ nhựa còn có công dụng rất quan trọng nữa là tạo vẻ ngoại qu n, đảm bảo tính thẩm mỹ, trang trí các bề mặt sản phẩm trong các ngành chế tạo cơ khí, to, e má , thiết bị, máy móc, công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủ điện, vật liệu xây dựng, đồ nội thất, thiết bị gia dụng… [23]. Trong đó các ếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của màng phủ có thể kể đến l : đặc trưng của màng phủ, đặc tính bề mặt nền, tính chất của bề mặt màng phủ/bề mặt và sự tác động g ăn mòn củ m i trường [21]. Để đáp ứng các yêu cầu sử dụng màng phủ nhựa trong công nghiệp ngày nay, việc khảo sát tính chất của polyme và việc tìm kiếm các vật liệu đóng v i trò như bột màu, chất độn để cải thiện, hỗ trợ và gia cường tính năng cho ứng dụng trong màng phủ đã tăng lên trong nhiều năm qu. Trong đó đáng chú ý l việc sử dụng công nghệ nano trong phát triển loại vật liệu composite trong ứng dụng với chức năng đặc biệt [1, 3].

Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp (kết hợp) của hai hay nhiều vật liệu thành phần khác nhau về hình dạng hoặc thành phần hóa học nhằm tạo nên một vật liệu mới có tính năng vượt trội so với từng vật liệu thành phần [2, 3]. Sự tổ hợp hai hay nhiều vật liệu khác nhau trong composite nhằm tạo nên một sản phẩm với các tính chất tối ưu, b o gồm tính chất cơ học, tính chất hóa học và tính chất vật lý như tính chất nhiệt, tính chất điện, tính chất quang học, tính cách m… Vật liệu composite được xem là vật liệu cấu tạo bởi hai hay nhiều thành phần gồm một hay nhiều loại vật liệu gi cường (pha gián đoạn) phân bố trong thành phần vật liệu nền (pha liên tục) [2]. Vật liệu nền đóng v i trò liên kết các vật liệu gi cường rời rạc tạo nên một hệ thống liên tục. Vật liệu gia cường (cốt) thường đóng v i trò chính s u: Chịu tải trọng tác dụng lên vật liệu composite nên tính chất cơ lý của vật liệu gi cường thường c o hơn so với vật liệu nền; Tạo độ cứng, độ bền, ổn định nhiệt, và các tính chất cấu trúc khác của composite; Tạo cho sản phẩm có tính cách điện hay dẫn điện tùy thuộc vào vật liệu gi cường.

Vật liệu nền đóng v i trò chính s u: Liên kết các vật liệu gi cường lại với nhau; Phân bố tải trọng tác dụng lên vật liệu composite bằng cách truyền tải trọng sang vật liệu gi cường; Bảo vệ vật liệu khỏi sự tấn công của hóa chất v hơi ẩm…[2, 4]. Vật liệu gi cường được trộn vào pha nền để l m tăng tính chất cơ học, tính chất nhiệt, độ kết dính, khả năng chống mài mòn, chống ước. của vật liệu nền [4]. Ngày nay, nhằm đáp ứng nhu cầu cao cả chất lượng và số lượng về các loại màng phủ nhựa đã th i thúc các nh nghiên cứu và nhà sản xuất không ngừng tìm LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 kiếm nghiên cứu để cho ra các loại sơn với những tính năng ưu việt hơn như chịu ăn mòn cao, bền chịu thời tiết, hóa học, chịu nhiệt, chống cháy, độ thẩm mỹ cao, bền bỉ theo thời gian, tính năng th ng minh như tự sửa chữa khi có sự hư hỏng xảy ra, tự làm sạch, diệt khuẩn, chống bám bẩn, chống hà bám …[22].

Ngành công nghiệp sơn đã định hướng tìm kiếm những công nghệ và vật liệu mới để nâng cao hiệu quả của màng phủ nhựa với các lợi ích kinh tế và mối quan tâm về tác động m i trường ng c ng tăng [24]. Sự khám phá và phát triển công nghệ vật liệu nano do vậy cũng nh nh chóng được chú ý và quan tâm nhiều trong ứng dụng làm chất gia cường trong màng phủ nhựa. Việc sử dụng kết hợp vật liệu nano trong chất tạo m ng để gi cường tính năng của màng phủ nhựa có thể xem là màng phủ nano (nanocoatings) [25, 26]. Những năm gần đ kỹ thuật hiện đại đã được phát triển để đặc trưng v m tả một cách khoa học các vật liệu có kích thước và cấu trúc nano [3].

Do đó, có thể điều chỉnh quá trình sản xuất và sử dụng vật liệu cấu trúc nano trong ngành công nghiệp sơn với các ứng dụng khác nhau. Các loại màng phủ nano hay còn gọi sơn phủ nano với các ứng dụng khác nhau tương ứng với các vai trò như chống ăn mòn, chống cháy, chịu nhiệt, chống UV, chống vi khuẩn… được gọi l sơn n no chức năng [26]. Việc nghiên cứu chế tạo các loại sơn với các chức năng chuyên biệt ngoài chức năng th ng thường là tạo ngoại quan và bảo vệ là nhu cầu thiết thực trong lĩnh vực này.1 dưới đ đã th ng kê v dự báo nhu cầu về sơn phủ nano chức năng trên to n cầu được đăng bởi Tạp chí Nanotech [25]. Thống kê và dự báo nhu cầu về sơn nano chức năng toàn cầu [25] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Phân loại - Tính chất của màng phủ sơn Một cách tổng quát, sơn có thể được hiểu là hệ phân tán gồm nhiều thành phần như chất tạo màng, bột màu, chất độn, các phụ gia, sau khi phủ lên bề mặt vật liệu nền nó tạo thành lớp màng liên tục, bám chắc, có tác dụng bảo vệ và trang trí bề mặt vật liệu cần sơn.