Nghiên cứu điều chế vật liệu nano fe3o4 và khả năng sử dụng chúng trong chế tạo lớp phủ chống ăn mòn kim loại

+ 60 mẫu sản phẩm tổ hợp nanocompozit epoxy chứa các hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 tổng hợp, -Fe2O3 tổng hợp, thương mại biến tính và không biến tính hữu cơ phủ trên nền thép cacbon kích t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO Fe3O4

VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CHÚNG TRONG CHẾ TẠO

LỚP PHỦ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

Mã số đề tài: QG.12.05

Hà Nội, tháng 9 năm 2014

MỤC LỤC

PHẦN I THÔNG TIN CHUNG 1

PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2

1 Mục tiêu 2

2 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu đã tiến hành 2

3 Nội dung và kết quả nghiên cứu 4

3.1 Mô tả các kết quả nghiên cứu đạt được 4

3.1.1 Tổng hợp các hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 bằng phương pháp thuỷ nhiệt 6

3.1.2 Nghiên cứu tổng hợp oxit sắt đỏ (-Fe2O3) bằng phương pháp thuỷ nhiệt 10

3.1.3 Biến tính hữu cơ hoá các hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 14

3.1.3.1 Biến tính hữu cơ hoá các hạt nano oxit sắt từ Fe 3 O 4 với tác nhân silan 14

3.1.3.2 Biến tính hữu cơ hoá các hạt nano oxit sắt từ Fe 3 O 4 với chất ức chế Alkyl ammonium 2-benzothiazolythio succinic acid 16

3.1.4 Chế tạo các tổ hợp nanocompozit epoxy chứa các hạt nano oxit sắt từ Fe3O4; nano oxit sắt từ hữu cơ hóa cho nền thép cacbon và Đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại của chúng 19

3.1.4.1 Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ bảo vệ có chứa oxit sắt 20

3.1.4.2 Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ bảo vệ nano Fe 3 O 4 với nano Fe 3 O 4 biến tính silan 23

3.1.4.3 Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ bảo vệ nano Fe 3 O 4 với nano Fe 3 O 4 biến tính với chất ức chế ăn mòn 28

KÊT LUẬN 34

3.2 Đánh giá về các kết quả nghiên cứu đã đạt được 36

4 Thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Không 37

PHẦN III SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI/DỰ ÁN 37

1 Sản phẩm khoa học công nghệ và đào tạo 37

1.1 Sản phẩm khoa học công nghệ 37

1.2 Kết quả đào tạo 39

2 Sản phẩm khác: 40

3 Tổng hợp kết quả các sản phẩm KHCN và đào tạo đã đăng ký và hoàn thành của đề tài/ dự án 40

PHẦN IV TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ 41

PHẦN V KIẾN NGHỊ 42 CÁC PHỤ LỤC

- Danh sách các bài báo khoa học, đăng (gửi đăng) trên tạp chí Khoa học chuyên ngành trong nước và quốc tế

- Danh sách NCS, HVCH, Sinh viên đào tạo

- Các văn bản quyết định phê duyệt, báo cáo tiến độ và bản thuyết minh đề tài

PHẦN I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên đề tài: Nghiên cứu điều chế vật liệu nano Fe3O4 và khả năng sử dụng chúng

trong chế tạo lớp phủ chống ăn mòn kim loại

2 Mã số: QG.12.05

3 Danh sách chủ nhiệm, thành viên tham gia thực hiện đề tài/dự án

TT Chức danh, học vị, họ và tên Đơn vị công tác Chức danh thực hiện

Ủy viên

3 TS Nguyễn Minh Ngọc Khoa Hóa học, Trường

Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội

Ủy viên

4 NCV Nguyễn Thị Dung Khoa Hóa học, Trường

Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội

Ủy viên

5 PGS.TS Trịnh Anh Trúc Viện Kỹ thuật Nhiệt đới,

Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam

Ủy viên

4 Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN

5 Thời gian thực hiện: 24 tháng

5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2014

5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm…

5.3 Thực hiện thực tế: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2014

6 Sản phẩm đã đăng ký:

6.1 Sản phẩm khoa học công nghệ:

+ Tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia: 01

+ Tạp chí khoa học chuyên ngành quốc tế (gửi đăng): 01

+ Báo cáo trình bày (oral hoặc poster) tại Hội nghị, Hội thảo khoa học quốc tế, quốc gia: 01

+ 50 g sản phẩm hạt sắt từ Fe3O4 có kích thước nanomet dùng cho việc nghiên cứu quá trình hữu cơ hoá và để chế tạo lớp phủ nanocompozit

+ 60 mẫu sản phẩm tổ hợp nanocompozit epoxy chứa các hạt nano oxit sắt từ

Fe3O4 (tổng hợp), -Fe2O3 (tổng hợp, thương mại) biến tính và không biến tính hữu cơ phủ trên nền thép cacbon (kích thước 10x15 cm2) dùng để khảo sát quá trình bảo vệ chống ăn mòn thép cacbon trong dung dịch NaCl 3%

7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài, dự án: 170 triệu đồng

PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Mục tiêu

- Tạo lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại thân thiện môi trường thông qua việc nghiên cứu hoạt tính và bản chất của lớp phủ polyme nano compozit nền epoxy sử dụng oxit kim loại kích thước nanomet để bảo vệ chống ăn mòn thép cacbon

- Xác định khả năng bảo vệ của các lớp phủ trên cơ sở sử dụng các hạt nano oxit sắt từ (Fe3O4), oxit sắt từ hữu cơ hóa (được tổng hợp tại Phòng thí nghiệm) và so sánh với pigment oxit sắt truyền thống là oxit sắt đỏ (-Fe2O3, hematit thương mại, tổng hợp tại Phòng thí nghiệm)

2 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu đã tiến hành

2.1 Phương pháp tiếp cận

Để thực hiện các mục tiêu đề tài đặt ra, đề tài nghiên cứu được chia làm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Chế tạo vật liệu nano Fe3O4 (kích thước < 100 nm) Nghiên cứu hữu cơ hóa oxit sắt từ

 Tổng hợp vật liệu nano Fe3O4, -Fe2O3 bằng phương pháp thuỷ nhiệt

 Nghiên cứu hữu cơ hóa oxit sắt từ Fe3O4 và/hoặc oxit sắt đỏ truyền thống (-Fe2O3, hematit) bằng các tác nhân 3-Aminopropyl trimethoxy silan hoặc hợp chất 2-benzothiazolythio succinic acid

 Khảo sát các đặc trưng của các hạt nano Fe3O4 tổng hợp, -Fe2O3 bằng các phương pháp : cấu trúc dựa trên nhiễu xạ tia X (XRD), hình thái học bề mặt thông qua kỹ thuật chụp ảnh SEM (hoặc FESEM, TEM), hoặc phân bố kích thước hạt, sự chuyển pha hoặc dạng thù hình bằng phân tích nhiệt vi sai TDA/TG/DSC

 Đo khảo sát điện tích bề mặt hạt (thế Zeta) trước và sau khi hữu cơ hoá, cơ

sở giải thích khả năng ghép nối hoặc hấp phụ (UV-vis) trên bề mặt của hạt nano Fe3O4, -Fe2O3

Giai đoạn 2: Nghiên cứu các tính chất và khả năng bảo bệ chống ăn mòn của lớp phủ epoxy chứa nano Fe3O4; epoxy chứa nano oxit sắt từ hữu cơ hóa; nanocompozit epoxy chứa với pigment oxit sắt truyền thống là oxit sắt đỏ (-Fe2O3, hematit)

 Chế tạo lớp phủ epoxy, lớp phủ epoxy chứa nano Fe3O4 và nano oxit sắt từ hữu cơ hóa

 Chế tạo lớp phủ compozit epoxy chứa với pigment oxit sắt truyền thống là oxit sắt đỏ (-Fe2O3, hematit) trên nền thép cacbon kỹ thuật

 Đánh giá tính chất cơ lý màng compozit: độ bám dính và/hoặc độ bền va đập

 Khảo sát khả năng bảo vệ chống ăn mòn của các lớp phủ bằng phương pháp tổng trở điện hóa

 Mô hình hóa và đưa ra các sơ đồ mạch điện tương đương cho phép xác định tính chất điện hóa của màng và tính toán các thông số điện hóa Một số phép phân tích cấu trúc khác cũng sẽ được khảo sát nghiên cứu (TEM, FESEM,

IR, DSC, …)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu, đặc trưng tính chất cho vật liệu chế tạo chính sau:

 Xác định pha bằng nhiễu xạ tia X trên thiết bị nhiễu xạ D5005 Siemens và D8 Advance Bruker (λCuKα = 1.5418 Å, 2θ steps = 0.03°/step)

 Hình thái học bề mặt các hạt nano Fe3O4 và α-Fe2O3 chế tạo, mặt cắt của các màng sơn chế tạo được quan sát trên thiết bị SEM Hitachi-S4800,

 Các hạt nano Fe3O4 chế tạo, và sau khi được biến tinh hữu cơ hóa với các tác

Các màng sơn chế tạo được chụp phổ hồng ngoại trên thiết bị FT-IR Nexus 670 Nicolet, và thiết bị Jasco FTIR/6300

 Đo điện thế bề mặt hạt và khảo sát độ bền các hạt vật liệu trước và sau khi biến tính hữu cơ hóa theo môi trường thông qua thiết bị đo Zeta Phoremeter IV (CAD instrumentation)

 Khảo sát lượng chất hữu cơ hấp phụ trên thiết bị đo quang 2800/ UV-vis spectrometer (Cole Parmer) và D4000 Hach, sử dụng cuvet thạch anh

 Tính chất từ (độ từ hóa bão hòa của vật liệu từ tính trên thiết bị đo từ kế mẫu rung DMS 880 - Digital Measurement Systems

 Xác định độ bền nhiệt của vật liệu chế tạo trên thiết bị phân tích nhiệt vi sai Labsys TG/DSC SETARAM và DTG-60H Shimadzu (gia nhiệt đến 900oC, tốc độ gia nhiệt 10oC/phút, trong khí quyển không khí)

 Phổ tổng trở được đo trên máy AUTOLAB P30 Các phép đo đặt ở chế độ quét

tự động trong dải tần số từ 100kHz đến 10 mHz Phổ tổng trở điện hóa cục bộ trên thiết

bị Solartron 1275

 Xác định độ bám dính cuả các màng sơn chế tạo trên hệ ADHESION TESTER model 525 của hãng Erichsen, theo tiêu chuẩn ASTM D-4541 Và phương pháp 3 điểm (ISO 14679-1997), trên hệ Instron1 3367 (Norwood, Massachusetts, USA)

 Độ bền va đập của màng sơn được đo trên máy Erichsen model 304 theo tiêu chuẩn ISO D-58675

3 Nội dung và kết quả nghiên cứu

Việt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, có bờ biển dài khoảng 3000 km, nên việc nghiên cứu chống sự lão hóa vật liệu nói chung và sự ăn mòn kim loại nói riêng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Cho đến nay vẫn chưa có thống kê chính thức sự thiệt hại do ăn mòn gây ra tại Việt Nam

Bảo vệ chống ăn mòn kim loại là vấn đề đang được các quốc gia hết sức quan tâm bởi thiệt hại do ăn mòn gây ra Theo thống kế của Tổ chức ăn mòn thế giới, thiệt hại do ăn mòn hàng năm chiếm khoảng 3% tổng thu nhập quốc dân của thế giới [1] Ăn mòn kim loại xảy ra

ở mọi địa điểm: trong môi trường đất, không khí, nước (môi trường tự nhiên), môi trường biển Do đó, việc nghiên cứu bảo vệ chống ăn mòn kim loại được nhiều nhà khoa học trên

thế giới quan tâm nghiên cứu từ nhiều năm nay Có rất nhiều phương pháp khác nhau để bảo

vệ kim loại chống lại sự ăn mòn đã được tổng kết như: bảo vệ catot, dùng chất ức chế hữu cơ, bọc bằng vật liệu bền ăn mòn cao, sử dụng lớp phủ hợp kim hay dùng các lớp sơn phủ bảo vệ, [2] Việc sử dụng nano oxit kim loại phân tán trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn đã bước đầu phát triển trong vài năm gần đây, do kích thước nhỏ của hạt nên có thể sử dụng ở nồng độ thấp và giữ nguyên được các tính chất của polyme nền Trong các công trình nghiên cứu đã công bố, các hạt nano được sử dụng phổ biến nhất là SiO2, TiO2, ZnO, Al2O3, nano clay, cacbon nanotube, Các hạt/sợi này được thêm vào nền epoxy, alkyd hoặc polyanilin như một hệ nanocompozit để bảo vệ chống ăn kim loại và đã ghi nhận được sự gia tăng khả năng bảo vệ chống ăn mòn [3-7]

Với sự phát triển của khoa học công nghệ và vật liệu nano với các tính chất nổi trội của vật liệu được phát hiện đã kéo theo một loạt các ứng dụng tiềm năng cho loại vật liệu này Trong số đó, các hạt nano có từ tính như FeO, Fe3O4, Fe2O3, được tập trung nghiên cứu nhiều

từ năm 2000 trở lại đây Nhờ có độ từ hóa bão hòa cao và ở dạng kích thước nano, và đồng nhất về kích thước nó là đối tượng tiềm năng định hướng cho nhiều ứng dụng quan trọng: sử dụng làm vật liệu hấp phụ asen trong quá trình xử lý nước nhiễm asen, trong sinh-dược học, tách triết làm giàu AND, tác nhân tạo độ tương phản cho thiết bị cộng hưởng từ MRI, chế tạo bio-sensơ, vật liệu dẫn truyền thuốc,… [8-11] Với xu hướng phát triển các vật liệu tiên tiến, việc nghiên cứu các polyme nanocompozit với hạt nano đa chức năng có thể đáp ứng được nhu cầu chế tạo các vật liệu thông minh Ví dụ một tổ hợp epoxy nanocompozit với hạt phân tán là ống nano cacbon bao bọc bằng oxit sắt từ hoặc nano oxit sắt từ có thể tạo nên vật liệu mang cùng lúc các tính chất quý báu như từ tính, quang điện, cảm biến, hấp thụ sóng điện từ… [7,12-16] Các hạt nano oxit sắt (FeO, Fe3O4, Fe2O3,…) đã được nhiều công trình nghiên cứu

đề cập đến ở dạng độc lập như một pigment trong các lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn [17-21] Những nghiên cứu này cũng mới chỉ dừng lại ở mức độ khảo sát, trong nhiều trường hợp cơ chế vận chuyển và vi cấu trúc còn chưa được hiểu rõ Vì vậy, đòi hỏi phải có sự nghiên cứu kỹ lưỡng hơn Một điểm bất lợi trong phân tán nano Fe3O4 trong polyme nền là tính dễ co cụm của hạt; vì vậy, việc xử lý hữu cơ hóa khi sử dụng trong màng là cần thiết, một mặt làm cho hạt dễ phân tán hơn, mặt khác làm tăng khả năng tương thích của pha vô cơ và hữu cơ nền, tạo thành màng đặc khít hơn, điều này chưa thấy đề cập đến trong các tài liệu tham khảo

Tiếp cận những nghiên cứu trên thế giới và nhằm mở rộng hướng ứng dụng của vật liệu này tại Việt Nam, trong nghiên cứu này chúng tôi điều chế vật liệu dạng bột nano Fe3O4

và nano α-Fe2O3 bằng phương pháp thủy nhiệt, và thực hiện biến tính hữu cơ hóa chúng với các tác nhân hữu cơ hóa như Aminopropyl trimethoxy silane, muối alkyl ammonium của axit 2-benzothiazolythio succinic; cơ sở đề chế tạo các tổ hợp nanocompozit epoxy chứa các hạt nano oxit sắt định hướng ứng dụng làm các lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại

3.1 Mô tả các kết quả nghiên cứu đạt được

3.1.1 Tổng hợp các hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 bằng phương pháp thuỷ nhiệt

Các hỗn hợp phản ứng được chuẩn bị theo tỷ lệ mol Fe2+/Fe3+ = 1,0 trong môi trường kiềm cao của KOH 6M và chuyển hoàn toàn vào hệ thiết bị phản ứng thủy nhiệt Hỗn hợp phản ứng được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ 150oC, và thời gian phản ứng 7 giờ Sản phẩm sau phản ứng được trung hòa về pH = 7, lọc rửa sạch hết ion tạp và hoạt hóa trong cồn tuyệt đối để bảo vệ bề mặt của hạt tránh khỏi sự oxi hóa bởi oxi của không khí trong quá trình sấy khô

Vật liệu sau khi tổng hợp được khảo sát tính chất từ một cách định tính bằng nam châm, khảo sát định lượng và dưới đây là các kết quả thu được:

Hình 1: Khảo sát định tính tính chất từ của vật liệu và đường cong từ hóa của vật liệu Vật liệu sau khi tổng hợp được đều có tính chất từ tính tốt và có thể so sánh với các nghiên cứu khác [10, 25] Từ đồ thị hình 1 ta thấy vật liệu Fe3O4 cóđộ từ bão hòa là

79.9 emu/g, Trong bảng 1 biểu thị mối liên quan giữa từ độ bão hòa (Ms), từ dư (Mr) và

Hình 2: GiTất cả các pic trên gi

(thuộc cấu trúc lập phương, nhóm đ

code: 159959) [22, 23] Không tìm th

Fe2O3, FeO, hay FeOOH

Kết quả chụp phổ hồng ngoại của mẫu Fe

O trong cấu trúc Fe3O4 tương

trưng cho liên kết –OH đ

Hình thái học và kích thư

SEM ở các độ phân giải khác nhau

Hình 3: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe

Có thể thấy hình thái h

dạng hạt Kích thước hạt trung b

Hình 2: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu vật liệu Fe

ên giản đồ nhiễu xạ đều đặc trưng cho pha tinh th

ương, nhóm đối xứng Fd-3m, a = 8.393(1) Å, ICSD collection

Không tìm thấy sự có mặt của các pha tạ

có mặt trên giản đồ nhiễu xạ

ết quả chụp phổ hồng ngoại của mẫu Fe3O4: các pic đặc tr

tương ứng tại 586, 434 cm–1, các pic tại 3440, 1624 cm

ều xuất hiện trên phổ hồng ngoại [24]

à kích thước hạt của vật liệu nano Fe3O4 được giới thiệu tr

ở các độ phân giải khác nhau

Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 tại các độ phóng đại khác nhau

ình thái học và kích thước hạt của Fe3O4 khá đ

ớc hạt trung bình nhỏ hơn 100 nm

2 Theta (deg.)

ẫu vật liệu Fe3O4.ưng cho pha tinh thể của Fe3O4

= 8.393(1) Å, ICSD collection

ạp chất nào khác như

ặc trưng của liên kết Fe–

ại 3440, 1624 cm–1 đặc

ợc giới thiệu trên ảnh

ại các độ phóng đại khác nhau

khá đồng nhất về hình

Hình 4: Giản đồ phân tích nhiệt TG/DTA của mẫu vật liệu Fe3O4

Pic tỏa nhiệt tại 174,5oC đặc trưng cho quá trình oxi hóa các hạt nano oxit sắt từ,

Fe3O4 thành γ-Fe2O3 với cấu trúc tinh thể tương tự cấu trúc của nano Fe3O4 Sau đó, pic tỏa nhiệt tại 570oC tương ứng cho sự chuyển dạng thù hình của các dạng oxit sắt (III), ε-Fe2O3 hoặc α-Fe2O3 [26-28]

Để khẳng định các giải thích trên, một lượng mẫu bột nano-Fe3O4 tổng hợp từ phản ứng thủy nhiệt được nung hóa trong lò nung dưới sự có mặt của oxi không khí ở các khoảng nhiệt độ khác nhau dựa trên kết quả phân tích nhiệt vi sai TG/DTA: 190 oC,

400 oC và 650 oC với thời gian ít nhất 2 giờ Mẫu nung xong được lấy ngay ra khỏi lò nung ở nhiệt độ cao và làm nguội trong bình hút ẩm Sản phẩm được phân tích nhiễu

xạ tia X, kết quả thu được chỉ ra trên hình 5

Hình 5 Giản đồ của mẫu bột Fe3O4 tổng hợp bằng thủy nhiệt (150 oC/ 7 h) được nung trong không khí tại các nhiệt độ: a) - 25 oC, b) - 190 oC, c) - 400 oC, d) - 650 oC

Từ hình 5, ta có thể xác định được duy nhất pha γ-Fe2O3 cho 2 mẫu nano-Fe3O4

được nung tại nhiệt độ 190 oC và 400 oC, và pha α-Fe2O3 cho mẫu nung tại nhiệt độ

Màu sắc bột oxit sắt:

Màu nâu – đỏ Màu nâu Màu nâu Màu đen

650 oC Kết quả thu được là phù hợp với các phân tích từ giản đồ TG/DTA về sự chuyển pha và dạng thù hình của Fe3O4 theo các bước: Fe3O4  γ-Fe2O3  α-Fe2O3

Hình 6 là đường cong từ hóa của của mẫu bột Fe3O4 tổng hợp bằng thủy nhiệt (150 oC/ 7 h) và các mẫu bột Fe3O4 được nung trong không khí tại các nhiệt độ khác nhau

Sự chuyển dạng thù hình từ pha Fe3O4 sang pha γ-Fe2O3 đã làm giảm từ độ bão hòa của vật liệu từ 79,9 emu/g xuống còn ~ 56 emu/g và gần như không còn từ tính khi chuyển cấu trúc tinh thể hoàn toàn về pha α-Fe2O3 (~ 0,2 emu/g) là hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu đã được công bố về tính chất từ của vật liệu [26, 29]

Hình 6 Đường cong từ hóa của của mẫu bột Fe3O4 được nung trong không khí tại các

nhiệt độ: a) - 25 oC, b) - 190 oC, c) - 400 oC, d) - 650 oC

Kết quả chụp SEM trên vật liệu sau khi nung ở nhiệt độ 650 oC cho thấy các hạt vật liệu đã bị kết dính giữa các biên hạt do sự khuếch tán và tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn

Hình 7: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 sau khi nung ở nhiệt độ 650 oC

Hình 8 là giản đồ phân bố điện thế bề mặt, thế Zeta, của các hạt nano Fe3O4, đo trong môi trường phân tán nước cất

Giản đồ phân bố thế Zeta tại đỉnh cực đại duy nhất chứng tỏ các hạt trong mẫu vật liệu tổng hợp khá đồng nhất về điện thế bề mặt hạt Từ hình cho thấy các hạt đều tập trung chủ yếu điện thế âm trên bề mặt hạt và có các giá trị thế Zeta dao động trong khoảng -25 mV Kết hợp với kết quả phân tích hồng ngoại ở trên ta có thể lý giải cho giá trị âm thế bề mặt của các hạt là do trong môi trường của phản ứng thủy nhiệt có chứa các nhóm OH– dư mang điện âm đã tạo liên kết với bề mặt các hạt theo mô hình: (bề mặt hạt){-O-H-}n Giá trị điểm điện tích không xác định được tại pH = 3,05 nhỏ hơn so với giá trị từ 5,0 – 6,0 được tìm thấy trong các nghiên cứu đã công bố trước đây [30-32]

Hình 8: Giản đồ phân bố điện thế bề mặt – Thế Zeta của Fe3O4

3.1.2 Nghiên cứu tổng hợp oxit sắt đỏ (-Fe2O3) bằng phương pháp thuỷ nhiệt

Cân muối FeCl3-6H2O, cho vào cốc thủy tinh 100 ml Thêm nước cất vào cốc, khuấy đến khi tan hết muối Tiếp đến, thêm từ từ dung dịch KOH 6M đến khi thấy lượng kết tủa màu nâu đỏ Chỉnh pH của hỗn hợp đến khoảng 8 Lọc thu lấy kết tủa và rửa kết tủa bằng nước cất Sau đó, chuyển toàn bộ lượng kết tủa đã lọc rửa trên vào cốc thủy tinh 100 ml, thêm nước cất và KOH Toàn bộ dung dịch hỗn hợp phản ứng được chuyển hết vào bình phản ứng thủy nhiệt Xử lý hỗn hợp phản ứng ở 180 oC/ 15h Sau khi kết thúc phản ứng, lấy sản phẩm ra lọc, rửa sạch đến hết ion clo Sấy sản phẩm ở

120 oC, trong 12h

Để hiểu rõ hơn cơ chế và con đường hình thành vật liệu nano α-Fe2O3 bằng phương pháp thủy nhiệt, phương pháp đo thế Zeta đã được sử dụng để khảo sát điện thế bề mặt hạt vật liệu trước và sau khi phản ứng thủy nhiệt Hình 9 là giản đồ thế Zeta của mẫu trước khi thực hiện phản ứng thủy nhiệt (và không được lọc loại hết ion của môi trường phản ứng) và sản phẩm của nó sau khi thực hiện phản ứng thủy nhiệt

Có thể nhận thấy rằng, sau khi thực hiện kết tủa ion Fe3+ trong môi trường kiềm của KOH, các tiền chất là sản phẩm Fe(OH)3 được tạo thành Kết quả hoàn toàn phù hợp khi xác định điện thế bề mặt chủ yếu tập trung ở giá trị dương Khi không lọc rửa tiền sản phẩm mà thực hiện phản ứng luôn trong môi trường còn chứa các ion của chất phản ứng thì sản phẩm thu được không phải là α-Fe2O3 mà chỉ thu được pha α-FeOOH Một cách tương tự cũng chỉ thu được sản phẩm oxi hidroxit của Fe khi thay đổi pH của môi trường phản ứng cũng như nhiệt độ và thời gian phản ứng

Hình 9 Giản đồ phân bố điện thế bề mặt của tiền sản phẩm (a) và sản phẩm phản ứng thủy nhiệt (b), giản đồ XRD và phổ FT-IR của sản phẩm thủy nhiệt tương ứng Hình 10 là ảnh chụp SEM của một mẫu bột α-FeOOH Ta thấy chủ yếu vật liệu

có hình dạng que hoặc dạng tấm với kích thước không đồng đều

Hình 10: Ảnh chụp SEM c

Như vậy, việc hình thành pha

hydoxit sắt bị cản trở bởi nhiều yếu tố khác nhau, m

của các ion còn dư trong môi trư

chứng, tiền sản phẩm của phản ứng thủy nhiệt đ

quả đo thế bề mặt và phổ hồng ngoại đ

Hình 11: Điện thế bề mặt của sản phẩm lọ

Trên giản đồ thế Zeta, giá trị thế bề mặt trung b

điện tích 0, phổ hồng ngoại chụp cho thấy sản phẩm không c

chỉ đặc trưng cho pha ferrihydrit Ti

môi trường KOH và điều chỉnh pH ~ 8 v

kết quả như sau: Hình 12

Lọc trước

thủy nhiệt

Ảnh chụp SEM của một mẫu bột α-FeOOH ở các độ phóng đại khác nhau

ình thành pha α-Fe2O3 trong phản ứng tổng hợp thủy nhiệt từ

ắt bị cản trở bởi nhiều yếu tố khác nhau, mà trong đó ph

ư trong môi trường phản ứng là một trong các yếu tố chính Để minh ứng, tiền sản phẩm của phản ứng thủy nhiệt đã được lọc bỏ và lo

ổ hồng ngoại được chỉ ra trên hình 11

ện thế bề mặt của sản phẩm lọc trước thủy nhiệt v

ản đồ thế Zeta, giá trị thế bề mặt trung bình tập trung chuyển dịch về

ện tích 0, phổ hồng ngoại chụp cho thấy sản phẩm không còn lẫn ion v

ưng cho pha ferrihydrit Tiếp tục phân tán tiền sản phẩm đ

ều chỉnh pH ~ 8 và thực hiện phản ứng thủy nhiệt theo quy tr12a là giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu α-Fe

ở các độ phóng đại khác nhau

ản ứng tổng hợp thủy nhiệt từ

à trong đó phải kể đến sự có mặt

ột trong các yếu tố chính Để minh

à loại hết ion dư, kết

Hình 12 Giản đồ nhiễu xạ tia X (a), ảnh chụp SEM (b) và đường cong phân bố cỡ hạt

bằng tia Laser (c) của α-Fe2O3

Từ giản đồ nhiễu xạ tia X so sánh giữa mẫu tổng hợp với giản đồ chuẩn của

α-Fe2O3, có thể nhận thấy rõ ràng sự có mặt của pha α-Fe2O3 được xác định bởi các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng trùng với các đỉnh nhiễu xạ của cấu trúc α-Fe2O3 trong cơ sở dữ liệu

ICSD (nhóm đối xứng R-3c, a = 5,035 Å, c = 13,753 Å) và tương tự các nghiên cứu khác

đã công bố [22, 33, 34] Tương ứng với đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của α-Fe2O3 là các mặt phẳng mạng tinh thể với cường độ lớn gồm: (012), (104), (110), (113), (024), (116), (018), (214), (300) Các dạng cấu trúc khác của Fe2O3 như beta, gamma hoặc epsilon, cũng như hyđroxit Fe(OH)3 không được tìm thấy trên giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu tổng hợp

Thông số mạng tinh thể thực nghiệm của mẫu vật liệu α-Fe2O3 tổng hợp : a = 5,03454 Å, c = 13,7520 Å được xác định bằng phân tích Rietveld sử dụng phần mềm

tính toán PowderCell Từ ảnh chụp SEM cho thấy các hạt α-Fe2O3 thu được có hình dạng hạt tương đối đồng nhất với kích thước khoảng 100 nm (hình 12b) Kết quả chụp phân bố cỡ hạt bột α-Fe2O3 khi phân tán trong môi trường nước trên hình 12c cho giá trị kích thước hạt trung bình bằng 96 nm Các phân bố về kích thước hạt được xác định tại các giá trị 10,0% D, 50,0% D và 90,0% D tương ứng bằng 68, 95 và 138 nm Với đơn pic trên đường cong phân bố một lần nữa cho phép khẳng định sự đồng nhất về kích thước hạt vật liệu

(a)

(c)

(b)

Từ phổ IR (hình 13a) ta thấy xuất hiện 4 pic đặc trưng, trong đó pic ở 3427 và

1628 cm–1 đặc trưng cho nước hấp phụ và của nhóm hyđroxyl Các pic tại 559 và 476

cm–1 đặc trưng của liên kết Fe-O trong cấu trúc của α-Fe2O3 [24]

Hình 13: Phổ FTIR (a) và giản đồ phân bố điện thế bề mặt (b) của nano α-Fe2O3Trên hình 13b là giản đồ phân bố điện thế bề mặt của các hạt nano α-Fe2O3 xác định trên máy đo thế điện động (thế Zeta) Khi phân tán trong môi trường nước cất, thế

bề mặt của các hạt tập trung chủ yếu ở giá trị –40 mV Giá trị thế Zeta trung bình đo được là –39,07 mV Giá trị điện thế âm có thể giải thích do sự gắn kết của các nhóm hyđroxyl có mặt trong môi trường phản ứng lên trên bề mặt hạt α-Fe2O3 Ta có thể kết luận các hạt α-Fe2O3 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt phân tán tồn tại bền trong môi trường phân tán nước cất Trên đồ thị tập trung đơn pic nên có thể kết luận hạt α-

Fe2O3 điều chế được có sự phân bố điện tích các hạt khá đồng nhất và cũng có thể ngoại suy sự tương đồng về kích thước hạt của vật liệu α-Fe2O3 tổng hợp, kết quả thu được khá phù hợp với ảnh chụp SEM và đường cong phân bố về kích cỡ hạt của vật liệu đã chỉ ra trên hình 12b,c

3.1.3 Biến tính hữu cơ hoá các hạt nano oxit sắt từ Fe3O4

3.1.3.1 Biến tính hữu cơ hoá các hạt nano oxit sắt từ Fe 3 O 4 với tác nhân silan

Cân x gam hạt sắt từ Fe3O4 (với tỉ lệ khối lượng silan/hạt là 20%), Pha 100 ml hỗn hợp cồn/ nước cất 2 lần (tỉ lệ 19/1) vào bình nón, khuấy đều 10 phút Cho thêm 1.0

ml silan đưa vào bình nón và tiếp tục khuấy trong 10 phút để thủy phân silan, sau đó cho từ từ x gam hạt Fe3O4 đã chuẩn bị từ trước vào hỗn hợp Khuấy đều khoảng 5 phút sau đó đưa vào bình siêu âm trong 10 phút, Giữ hỗn hợp ở nhiệt độ 60oC và khuấy liên tục trong 60 phút Lọc thu hồi sản phẩn trên giấy lọc, tráng rửa bằng etanol để loại silan

dư chưa phản ứng Sau đó sấy khô ở nhiệt độ 50oC/ 1h

Sau khi biến tính ghép nano Fe3O4-silan ta tiến hành đo khảo sát các liên kết trong vật liệu tổng hợp thu được bằng phương pháp đo hồng ngoại IR (FTIR) Các mẫu

(a)

(b)

silan được chọn là (2-Aminoethyl)-3-aminopropyl trimethoxy silane (viết tắt là APS) và Aminopropyl trimethoxy silane (viết tắt là γ-APS)

N-Hình 14: Phổ hồng ngoại FTIR của (a) Fe3O4 chưa biến tính silan, (b) Fe3O4 biến tính

với -APS và (c) Fe3O4 biến tính với N-APS

Từ phổ hồng ngoại (FTIR) của Fe3O4 chưa biến tính silan, Fe3O4 biến tính với APS và N-APS, ta thấy có các liên kết pic với cường độ khá rộng trong vùng bước sóng 3400-3447 cm–1 đặc trưng cho dao động hoá trị của nhóm –OH, và pic ở vị trí khoảng 1626 cm–1 đặc trưng cho dao động biến dạng của nhóm –OH Các pic tại 1057

-và 997 cm–1 đặc trưng cho dao động hoá trị và dao động biến dạng của liên kết Si–O, pic tại bước sóng 2923 cm–1 đặc trưng cho dao động hoá trị của nhóm –CH2 trong nhóm propyl của aminopropyl trimethoxy silan [35] Các pic đặc trưng của liên kết Fe–

O trong cấu trúc Fe3O4 tương ứng tại 586, 434 cm–1[24], đều có sự dịch chuyển pic đặc trưng của liên kết Fe–O tại 586, 434 cm–1 về 579, 439 cm–1 đối với biến tính với N-APS và 584, 453 cm-1 đối với biến tính -APS

Hình 15 là các giản đồ phân bố điện thế bề mặt, thế Zeta, của các hạt nano

Fe3O4 và nano Fe3O4 biến tính với silan được đo trong môi trường phân tán nước cất

Từ các giản đồ phân bố thế Zeta, ta có thấy rằng cả ba mẫu đều có pic cực đại tại vùng giá trị âm, chứng tỏ các hạt trong mẫu vật liệu tổng hợp khá đồng nhất về điện thế bề mặt hạt và bền trong môi trường nước cất

chất ức chế muối alkyl ammonium của axit 2

ammonium 2-benzothiazolythio succinic acid, g

ị 0 thì cả 3 mẫu đều xuất hiện píc nhưng píc c

ớn nhất, nhỏ nhất là mẫu nano Fe3O4 Từ cũng cho thấy các hạt

ự dịch chuyển điện thế về vùng dương do sự thay thế nhóm

–O làm cho điện thế bề mặt hạt Fe3O4 lớn h

ị thế Zeta của mẫu Fe3O4 là -23,1 mV thì giá trị thế Zeta của 2 mẫu ghép

15,99 mV và –16,71 mV

ến tính hữu cơ hoá các hạt nano oxit sắt từ Fe 3

Alkyl ammonium 2-benzothiazolythio succinic acid

00ml dung dịch cồn-nước tỉ lệ cồn/nước = 19/1 h

ất ức chế muối alkyl ammonium của axit 2-benzothiazolythio succinic (

benzothiazolythio succinic acid, gọi tắt là Irgacor 153

ợng oxit sắt từ Fe3O4 Lắc 30’ và để yên để đạt cân bằng hấp phụ

ọc và sấy ở 50 oC trong 10 h, nghiền và phân tích đTG/DTA và IR (trong không khí từ nhiệt độ phòng đến 900

ình còn lại (50-60 oC) tới khi gần cạn hết dung môi đem sấy, hân tích đặc trưng TG/DTA và IR

ết quả phân tích nhiệt: Sự hấp phụ của mẫu ức chế trên b

ên hình 16 So sánh với đường DTA của mẫu oxit Fe

ả nhiệt xuất hiện trên đường DTA trong khoảng nhiình phân hủy nhiệt của hợp chất Irgacor 153, hoàn toàn kh

ự có mặt của các chất ức chế trên bề mặt hạt nano sắt từ

Fe 3 O 4 --APS

u biến tính nano Fe3O4

ưng píc của mẫu nano Fe3O4

ừ cũng cho thấy các hạt

ự thay thế nhóm –OH– trên bề mặt

ớn hơn khi chưa ghép

ị thế Zeta của 2 mẫu ghép

3 O 4 với chất ức chế

ớc = 19/1 hòa tan 20%

benzothiazolythio succinic (Alkyl

Irgacor 153) Cho vào mỗi

nhiệt độ từ 200 đến 500 hoàn toàn khẳng định

Zeta Potential, mV

Hình 16: Giản đồ phân tích nhiệt vi sai TG/DTA mẫu Fe3O4 sau khi hấp phụ chất ức

chế Irgacor 153 theo 2 cách khác nhau

Kết quả chụp hồng ngoại (hình 17) cho thấy các pic đặc trưng cho phân tử Irgacor 153 [36, 37], đã khẳng định các hạt đã hấp phụ các phân tử chất ức chế

991 900 800 722

633

4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600.0 0.0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110.0

cm-1

%T

39023746

3414 2925

2559 2337 2177 2032

1630 1396 1261 1118 866 632

Furnace temperature /°C

TG/%

-3 -2 -1 0 1 2 3

d TG/%/min

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 HeatFlow/µV

-60 -40 -20 0 20 40

Mass variation: -2.92 %

Peak :324.52 °C Peak :251.31 °C

Procedure: RT > 800C (10C.min-1) (Zone 2) Labsys TG

d TG/%/min

-6 -4 -2

0 HeatFlow/µV

-60 -40 -20 0 20 40

Mass variation: -2.89 %

Mass variation: -4.93 %

Mass variation: -3.26 %

Peak :191.97 °C Peak :257.30 °C

Procedure: RT > 800C (10C.min-1) (Zone 2) Labsys TG

TG

Để xác định lượng chất ức chế Irgacor 153 đã hấp phụ trên oxit Fe3O4, chúng tôi

đã tiến hành nghiên cứu sự hấp phụ dựa trên thiết bị UV-Vis đã xác định được bước sóng cực đại Abs = 292 nm Bằng việc lập đường chuẩn để xác định lượng chất sau hấp phụ trong môi trường etanol kết quả ghi trên hình 18

Hình 18: Đường chuẩn của chất ức chế hữu cơ trong ethanol tuyệt đối

Thực hiện tiếp khảo sát cân bằng hấp phụ trong môi trường ethanol tuyệt đối (bảng 3), như vậy, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 15 phút

Bảng 3: Ảnh hưởng của thời gian đến cân bằng hấp phụ Irgacor 153

Γ (mg/g)

Cs/ Γ (mg/l)

Bằng phương pháp đo thế Zeta trong của hạt oxit Fe3O4 trước và sau khi biến tính hữu cơ hóa với chất ức chế Irgacor 153 trong môi trường etanol ta thu được kết quả trong bảng 5

Bảng 5: Điện thế bề mặt của mẫu Fe3O4 và Fe3O4 hấp phụ các phân tử Irgacor 153

mV sang vùng điện thế dương ~ +22,5 mV

3.1.4 Chế tạo các tổ hợp nanocompozit epoxy chứa các hạt nano oxit sắt từ Fe3O4;

nano oxit sắt từ hữu cơ hóa cho nền thép cacbon và Đánh giá khả năng bảo

vệ chống ăn mòn kim loại của chúng

Mẫu thép được sử dụng là thép CT3 có kích thước (10x15x0,2 cm) Mẫu thép được bảo quản ngâm trong dầu Mẫu được rửa sạch dầu bằng xà phòng, lau và sấy khô Sau đó tiến hành loại bỏ gỉ sắt trên mẫu thép bằng máy mài, đánh bóng bằng giấy giáp

có độ mịn 400, rửa sạch bằng nước cất, cồn tuyệt đối và sấy khô Màng sơn được tạo trên mẫu thép bằng máy tạo màng spin-coating

Cân vật liệu nano Fe3O4 hoặc -Fe2O3, (có và không biến tính hữu cơ hóa)

hoặc 50ml) Thêm dung môi trợ phân tán, siêu âm khoảng 15 phút cho hạt phân tán hoàn toàn Sau đó tiếp tục thêm từ từ epoxy vào hỗn hợp trên, vừa rung siêu âm Cuối cùng cho thêm 1 lượng đóng rắn nhất định vào hỗn hợp, khuấy nhẹ rồi tiến hành tạo màng sơn

3.1.4.1 Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ bảo vệ có chứa oxit sắt

Nghiên cứu tính chất bảo vệ của màng epoxy có chứa nano oxit sắt được tiến hành với 4 mẫu sơn: mẫu epoxy không chứa phụ gia, mẫu epoxy chứa 1% nano Fe3O4, nano -Fe2O3 và nano γ-Fe2O3 Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng sơn được khảo sát bằng phương pháp đo tổng trở điện hóa theo thời gian ngâm trong môi trường NaCl 0,5M

Hình 19 trình bày phổ tổng trở dạng Bode của màng sơn epoxy và epoxy chứa nano oxit sắt sau 1 ngày, 14 ngày và 70 ngày thử nghiệm trong dung dịch NaCl 0,5M

Phổ tổng trở của 4 mẫu sơn khác nhau, cả dạng phổ và giá trị tổng trở Đối với mẫu sơn epoxy không chứa phụ gia (hình 19a), sau 1 ngày thử nghiệm phổ tổng trở có

1 bậc thang trên nhánh modul và 1 điểm uốn ở vùng tần số cao trên nhánh góc pha, thể hiện khả năng ngăn cách của màng Tuy nhiên, sau 2 tuần thử nghiệm, giá trị modul và góc pha đồng thời sụt giảm Theo các tài liệu công bố, sự sụt giảm này do sự bong rộp màng sơn, hậu quả của sự thẩm thấu nước và chất điện ly qua màng Sau thời gian dài thử nghiệm (70 ngày), đường góc pha của mẫu epoxy xuất hiện thêm 1 điểm uốn ở vùng tần số thấp, đặc trưng cho quá trình điện hóa xảy ra tại ranh giới màng/bề mặt kim loại

Đối với mẫu sơn epoxy chứa nano -Fe2O3 (hình 19b), đường modul tổng trở có

1 bậc thang ở vùng tần số cao và một đường thẳng ở vùng tần số thấp, đường thẳng này đặc trưng cho quá trình khuyếch tán xảy ra qua màng sơn Giá trị modul giảm dần theo thời gian thử nghiệm, cho thấy sự suy giảm của màng

Đối với mẫu sơn epoxy chứa nano γ-Fe2O3, phổ tổng trở giữ nguyên hình dạng theo thời gian, nhưng giá trị giảm dần, thể hiện sự suy giảm của màng (hình 19c)

Đối với mẫu sơn epoxy chứa nano Fe3O4 (hình 19d), trong thời gian thử nghiệm ngắn (1ngày và 14 ngày), đường modul tổng trở và đường góc pha hầu như không đổi, với 1 bậc thang, chứng tỏ khả năng ngăn cách cao của màng sơn Sau thời gian thử nghiệm dài (70 ngày), đường modul tổng trở và đường góc pha đều xuất hiện điểm uốn

ở vùng tần số thấp, thể hiện quá trình điện hóa trên bề mặt kim loại, chứng tỏ nước và các tác nhân ăn mòn đã ngấm qua màng tới bề mặt kim loại So sánh 4 mẫu sơn thử nghiệm, mẫu sơn epoxy chứa nano Fe3O4 có giá trị modul tổng trở lớn nhất và ổn định trong môi trường thử nghiệm

Hình 19: Phổ tổng trở dạng Bode của thép phủ màng epoxy (a), epoxy chứa nano

-Fe2O3 (b), epoxy chứa nano γ-Fe2O3 (c) và epoxy chứa nano Fe3O4 sau 1 ngày (○),

14 ngày (●) và 70 ngày (×) thử nghiệm trong dung dịch NaCl 0,5M

Chiều dày màng sơn 35±1 µm

Quá trình suy giảm của màng sơn có thể được đánh giá bằng cách theo dõi

modul tổng trở tại tần số 100 mHz theo thời gian thử nghiệm [6,36] Hình 20 trình bày

biến thiên của gía trị modul tổng trở tại tần số 100 mHz theo thời gian thử nghiệm

trong môi trường NaCl 0,5M của mẫu sơn epoxy và epoxy chứa nano oxit sắt các loại

Giá trị modul tổng trở của các mẫu thử nghiệm đều có xu hướng giảm dần theo

thời gian, thể hiện sự suy giảm của màng trong môi trường xâm thực Tuy nhiên quá

trình suy giảm của các mẫu sơn khác nhau, phụ thuộc vào loại chất nano oxit sắt đưa

4 5 6 7 8 9

0 20 40 60 80

0 20 40 60 80

-2 -1 0 1 2 3 4 5

(a)

đó giữ ổn định ở giá trị thấp, thấp nhất so với các mẫu khác Giá trị Z100mHz của mẫu epoxy chứa 1% nano -Fe2O3 và γ-Fe2O3 giảm dần theo thời gian, sau 70 ngày thử nghiệm Z100mHz của mẫu chứa -Fe2O3 đến giá trị của mẫu epoxy Sự biến thiên của giá trị Z100mHz của mẫu chứa nano γ-Fe2O3 giồng mẫu chứa nano -Fe2O3 nhưng giá trị

ngày, sau đó giảm dần theo thời gian thử nghiệm Tuy nhiên giá trị Z100mHz của mẫu sơn chứa Fe3O4 cao nhất so với các mẫu thử nghiệm khác

Hình 20: Biến thiên của giá trị modul tổng trở tại tần số 100 mHz theo thời gian thử nghiệm trong môi trường NaCl 0,5M của mẫu sơn epoxy (○), epoxy chứa nano

-Fe2O3 (×), epoxy chứa nano γ-Fe2O3 () và epoxy chứa nano Fe3O4 (●)

Các kết quả đo tổng trở điện hóa của màng sơn epoxy chứa nano oxit sắt khác nhau cho thấy sự có mặt của nano oxit sắt ở hàm lượng thấp (1%) làm gia tăng khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng sơn epoxy Trong số các loại nano oxit sắt sử dụng, nano oxit sắt từ (Fe3O4) có khả năng gia cường tốt nhất cho màng sơn epoxy

Kết hợp với phương pháp đo tổng trở điện hóa, các tính chất cơ lý của màng sơn chứa nano oxit sắt cũng được khảo sát Bảng 6 trình bày các tính chất cơ lý của mẫu sơn epoxy và epoxy chứa nano oxit sắt trên hệ đo Adhesion Tester model 525 theo tiêu chuẩn ASTM D-4541 và ISO D-58675

Bảng 6: Kết quả đo độ bám dính và độ bền va đập của các màng sơn epoxy chứa nano

oxit sắt

(MPa)

Độ bền va đập (Kg.cm)

Các kết quả khảo sát khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng sơn epoxy chứa các nano oxit sắt α-Fe2O3, γ-Fe2O3 và Fe3O4 cho thấy sự có mặt của nano oxit sắt chỉ với hàm lượng thấp 1%, tính chất bảo vệ chống ăn mòn và tính chất cơ lý của màng sơn epoxy được gia tăng, trong đó đáng kể nhất là màng sơn epoxy chứa nano Fe3O4

3.1.4.2 Khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ bảo vệ nano Fe 3 O 4 với nano

Fe 3 O 4 biến tính silan

Nano Fe3O4 được biến tính nano với 2 loại silan là aminopropyl trimethoxy silane (viết tắt là N-APS) và aminopropyl trimethoxy silan (viết tắt là -APS), sau đó các hạt nano biến tính (3%) được phân tán vào màng epoxy

N-(2-Aminoethyl)-3-để bảo vệ chống ăn mòn thép

Hình 21 trình bày phổ tổng trở dạng Bode của màng sơn epoxy chứa

nano-Fe3O4 (Fe), nano-Fe3O4 biến tính N-APS (Fe-N-APS) và nano-Fe3O4 biến tính γ-APS (Fe- γ-APS)

Hình 21: Phổ tổng trở dạng Bode của thép phủ màng epoxy chứa Fe3O4 (a), epoxy

chứa nano Fe3O4-N-APS (b) và epoxy chứa nano Fe3O4-γ-APS sau 1 ngày (○), 14 ngày

(●) và 70 ngày (×) thử nghiệm trong dung dịch NaCl 0,5M

Chiều dày màng sơn 35±1 µm Quan sát phổ tổng trở màng sơn cho thấy, màng sơn epoxy chứa nano Fe3O4

(hình 21a) có tính năng bảo vệ chống ăn mòn khá tốt, các tính chất điện hóa của màng

không thay đổi cho tới 70 ngày thử nghiệm trong môi trường xâm thực Màng sơn

epoxy chứa nano Fe3O4 biến tính với N-APS (hình 21b) có các tính năng điện hóa

tương tự như màng sơn chứa nano Fe3O4 không biến tính Sự biến tính hạt nano-Fe3O4

bằng hợp chất silan N-APS không làm cải thiện các tính chất bảo vệ chống ăn mòn của

màng sơn epoxy chứa nano sắt từ

0 20 40 60 80

20 40 60 80