Nghiên cứu tổ hợp vật liệu sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon và định hướng sử dụng (study on heat resistant paint material complex based on silicone and its applications)

Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bột nhũ nhôm và bột TiO2 đến khả năng chịu nhiệt và một số tính chất cơ lý của màng sơn trên cơ sở nhựa silicon... Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng hỗn h

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

NGUYỄN BÁ NGỌC

NGHIÊN CỨU TỔ HỢP VẬT LIỆU SƠN CHỊU NHIỆT

TRÊN CƠ SỞ NHỰA SILICON VÀ ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 9.44.01.14

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS TS Nguyễn Văn Khôi

2 TS Trịnh Đức Công

HÀ NỘI – 2021

Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của riêng tôi và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác Các số liệu kết quả là trung thực, một số kết quả trong luận án là kết quả của tôi và cộng sự nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của GS.TS Nguyễn Văn Khôi và TS Trịnh Đức Công Luận án được hoàn thành tại Viện Hóa học và Học viện Khoa học và Công nghệ/ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Tác giả luận án

Nguyễn Bá Ngọc

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Văn Khôi và TS Trịnh Đức Công, những người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học, Học viện Khoa học và Công nghệ/ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, các anh chị em đồng nghiệp Phòng Công nghệ Hóa chất – Viện Công Nghệ/ Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng đã ủng hộ, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cũng như những đóng góp về chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn

bè đã luôn quan tâm, khích lệ, động viên tôi để hoàn thành bản luận án này

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận án Nguyễn Bá Ngọc

MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC CÁC BẢNG VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ X

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về sơn chịu nhiệt 3

1.1.1 Sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon 4

1.1.1.1 Giới thiệu về nhựa silicon 4

1.1.1.2 Phương pháp đóng rắn màng sơn silicon 6

1.1.1.3 Khả năng chịu nhiệt của sơn trên cơ sở nhựa silicon 11

1.1.2 Sơn silicon – thành phần chính và một số phụ gia chịu nhiệt 12

1.1.2.1 Thành phần chính 12

1.1.2.2 Một số phụ gia có khả năng làm tăng tính chịu nhiệt của màng sơn 14

1.1.2.3 Ảnh hưởng của quá trình xử lý bề mặt và chiều dày màng sơn đến tính chất chịu nhiệt của màng sơn 24

1.2 Biến tính nanosilica và nano zirconi oxit ứng dụng trong sơn chịu nhiệt 26

1.2.1 Biến tính bề mặt nanosilica 26

1.2.1.1 Tính chất ưa nước của vật liệu nanosilica 26

1.2.1.2 Tăng cường khả năng kỵ nước của vật liệu nanosilica 27

1.2.1.3 Biến tính vật lý nanosilica 29

1.2.1.4 Biến tính hóa học nanosilica 29

1.2.2 Biến tính bề mặt nano zirconi oxit 33

1.3 Ứng dụng của sơn chịu nhiệt 36

1.3.1 Cấu tạo chung của vỏ động cơ và một số loại đạn phản lực 36

1.3.1.1 Cấu tạo chung của động cơ phản lực 36

1.3.1.2 Cấu tạo của động cơ CT-18 37

1.3.2 Lớp phủ gốm chịu nhiệt cho buồng cháy của động cơ phản lực nhiên liệu rắn 38

1.3.3 Hệ thống chịu nhiệt của các kết cấu động cơ phản lực dòng thẳng sử dụng nhiên liệu rắn 38

1.3.4 Lớp sơn phủ chịu nhiệt cho tàu vũ trụ “BURAN” 39

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 41

2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 41

2.1.1 Nguyên liệu, hóa chất 41

2.1.2 Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu 42

2.2 Phương pháp nghiên cứu 43

2.2.1 Phương pháp chế tạo sơn 43

2.2.2 Chuẩn bị mẫu sơn 46

2.2.3 Phương pháp sơn phủ trong lòng vỏ động cơ CT-18 và đạn phản lực 46

2.2.3.1 Phương pháp xử lý bề mặt 47

2.2.3.2 Phương pháp sơn phủ 48

2.2.4 Các phương pháp xác định tính chất của màng sơn 48

2.2.4.1 Phương pháp xác định độ cứng của màng sơn 48

2.2.4.2 Phương pháp xác định chiều dày màng sơn 48

2.2.4.3 Xác định độ bền uốn màng sơn 48

2.2.4.4 Xác định độ bền va đập của màng sơn 49

2.2.4.5 Xác định độ bám dính của màng sơn 49

2.2.4.6 Xác định độ nhớt của màng sơn 50

2.2.4.7 Xác định thời gian khô của màng sơn 50

2.2.4.8 Xác định hàm lượng chất không bay hơi trong sơn 50

2.2.4.9 Xác định độ mịn của màng sơn 50

2.2.5 Các phương pháp kiểm tra khả năng chịu tác động môi trường của các mẫu sơn chịu nhiệt 50

2.2.5.1 Khả năng chịu môi trường mù muối 50

2.2.5.2 Khả năng chịu môi trường UV 51

2.2.5.3 Khả năng chịu môi trường dầu nhờn 51

2.2.5.4 Khả năng chịu môi trường axit 51

2.2.5.5 Khả năng chịu môi trường kiềm 51

2.2.6 Các phương pháp khảo sát tính chất của vật liệu 51

2.2.6.1 Phương pháp tán xạ ánh sáng động (DLS) 51

2.2.6.2 Kính hiển vi điện tử quét FE-SEM 52

2.2.6.3 Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) 52

2.2.6.4 Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) 52

2.2.6.5 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA 53

2.2.6.6 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 53

2.2.7 Biến tính bề mặt nanosilica và nano zirconi oxit bằng polydimetyl siloxan (PDMS) 53

2.2.8 Các phương pháp thử nghiệm khả năng chịu nhiệt của màng sơn silicon 55

2.2.8.1 Phương pháp thử nghiệm khả năng chịu nhiệt của màng sơn 55

2.2.8.2 Thử nghiệm trên vỏ động cơ CT-18 58

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 59

3.1 Khảo sát, lựa chọn thành phần chế tạo sơn chịu nhiệt 59

3.1.1 Khảo sát tính chất bột nhũ nhôm 59

3.1.2 Khảo sát tính chất bột độn TiO2 62

3.1.3 Khảo sát tính chất của bột nanosilica 66

3.1.4 Khảo sát tính chất của bột nano zirconi oxit 69

3.1.5 Khảo sát tính chất của nhựa silicon 73

3.2 Nghiên cứu biến tính bề mặt nanosilica và nano zirconi oxit bằng PDMS 74

3.2.1 Biến tính bề mặt nanosilica 74

3.2.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình biến tính bề mặt nanosilica 74 3.2.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng nanosilica và PDMS đến quá trình biến tính bề mặt nanosilica 76

3.2.1.3 Đặc trưng tính chất của bột nanosilica biến tính 77

3.2.2 Biến tính bề mặt nano zirconi oxit 80

3.2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình biến tính bề mặt nano zirconi oxit 80

3.2.2.2 Ảnh hưởng của của tỷ lệ khối lượng nano zirconi oxit và PDMS đến quá trình biến tính bề mặt nano zirconi oxit 82

3.2.2.3 Đặc trưng tính chất của bột nano zirconi oxit biến tính 83

3.3 Chế tạo sơn chịu nhiệt và nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của màng sơn 87 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bột nhũ nhôm và bột TiO2 đến khả năng chịu nhiệt và một số tính chất cơ lý của màng sơn trên cơ sở nhựa silicon

873.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày lớp sơn phủ đến khả năng chịu nhiệt của màng sơn 903.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình sấy đến tính chất của màng sơn 913.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến khả năng chịu nhiệt và tính chất cơ lý của màng sơn 933.3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nano zirconi oxit đến khả năng chịu nhiệt và tính chất cơ lý của màng sơn 983.3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit chưa biến tính đến khả năng chịu nhiệt và tính chất cơ lý của màng sơn 1023.3.7 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ hàm lượng hỗn hợp nanosilica biến tính

và nano zirconi oxit biến tính đến khả năng chịu nhiệt của màng sơn 1063.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ trong quá trình sơn phủ đến tính chất cơ lý của màng sơn 1113.4.1 Ảnh hưởng của quá trình xử lý bề mặt đến tính chất cơ lý màng sơn phủ 1113.4.2 Ảnh hưởng của chiều dày màng sơn phủ đến tính chất cơ lý màng sơn 1123.4.3 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến sự hình thành màng sơn phủ trong động cơ CT-18 1133.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện môi trường bên ngoài đến màng sơn silicon 1163.5.1 Khả năng chịu môi trường mù muối của màng sơn silicon 1163.5.2 Khả năng chịu môi trường UV của màng sơn silicon 1173.5.3 Khả năng chịu môi trường dầu nhờn, kiềm, axit của màng sơn silicon 1173.6 Bảng chỉ tiêu kỹ thuật của sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon 1183.7 Định hướng sử dụng của sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon 1193.7.1 Thử nghiệm khả năng chịu nhiệt của màng sơn silicon trên tấm mẫu thép 1193.7.2 Thử nghiệm sơn phủ trên vỏ động cơ CT-18 122

3.7.2.1 Thử nghiệm thực tế lớp sơn chịu nhiệt sử dụng hỗn hợp nanosilica

và nano zirconi oxit chưa biến tính 122

3.7.2.2 Thử nghiệm thực tế lớp sơn chịu nhiệt sử dụng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit đã biến tính 124

KẾT LUẬN 127

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 128

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 129

TÀI LIỆU THAM KHẢO 130

PHỤ LỤC 140

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 PDMS Polydimetyl siloxan Polydimethyl siloxane

2 PMHS Polymetyl hydro siloxan Polymethyl hydro siloxane

3 PPL Poly propylen mạch thẳng Polypropylene liner

4 TES Tetraetyl silicat Tetraethyl silicate

6 CTAB Cetyl trimetylamoni bromua Cetyl trimethylamoni

10 XRD Phép đo nhiễu xạ tia X X-ray diffraction

11 EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X Energy-dispersive X-ray spectroscopy

12 FTIR (IR) Phổ hồng ngoại Fourier Fourier-transform infrared spectroscopy

13 DLS Phương pháp tán xạ ánh

sáng động Dynamic Light Scattering

14 FE-SEM Kính hiển vi điện tử quét

phân giải cao Field Emission Scanning Electron Microscopy

15 DTG Phân tích nhiệt trọng lượng Thermogravimetry Derivative

16 TGA Phân tích nhiệt trọng lượng Thermogravimetric Analysis

17 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Vietnam Standards

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Một số dòng sản phẩm sơn chịu nhiệt trên thị trường 3

Bảng 1.2 So sánh thời gian bán hủy ước tính của một số nhóm chức liên kết cộng hóa trị với Si 11

Bảng 1.3 Thành phần sơn sử dụng hỗn hợp oxit kim loại 22

Bảng 1.4 Thành phần sơn sử dụng silicon 22

Bảng 1.5 Sơn chịu nhiệt cao loại 1 23

Bảng 1.6 Khả năng chịu nhiệt của một số loại sơn silicon 25

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của bột nhũ nhôm ZQ-40813 61

Bảng 3 2 Thành phần hóa học của bột độn TiO2 mác R996 65

Bảng 3.3 Thành phần hóa học của bột nanosilica Nanopraticle Labs 68

Bảng 3.4 Thành phần hóa học của bột nano zirconi oxit Nanoparticle Labs 72

Bảng 3.5 Kết quả phân tích chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa polymetyl phenyl siloxan 73

Bảng 3.6 Thành phần hóa học của bột nanosilica biến tính 79

Bảng 3.7 Thành phần hóa học của bột nano zirconi oxit biến tính 85

Bảng 3.8 Đơn công nghệ chế tạo sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon 87

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của hàm lượng bột nhũ nhôm/TiO2 đến khả năng chịu nhiệt của màng sơn 87

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của hàm lượng bột nhũ nhôm/TiO2 trong sơn silicon đến một số tính chất cơ lý của màng sơn 89

Bảng 3.11 Đơn công nghệ chế tạo sơn chịu nhiệt theo mẫu MAl12Ti9 90

Bảng 3.12 Ảnh hưởng chiều dày lớp sơn phủ đến khả năng chịu nhiệt của màng sơn MAl12Ti9 91

Bảng 3.13 Thành phần các đơn nghiên cứu sơn silicon với hàm lượng nanosilica khác nhau 94

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến khả năng chịu nhiệt của màng sơn 94Bảng 3.15 Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica trong sơn silicon đến một số tính chất cơ lý của màng sơn 97Bảng 3.16 Thành phần các đơn nghiên cứu sơn silicon với hàm lượng nano zirconi oxit khác nhau 98Bảng 3.17 Ảnh hưởng của hàm lượng nano zirconi oxit đến khả năng chịu nhiệt của màng sơn 99Bảng 3.18 Ảnh hưởng của hàm lượng nano zirconi oxit trong sơn silicon đến một

số tính chất cơ lý của màng sơn 101Bảng 3.19 Thành phần đơn nghiên cứu sơn silicon với hàm lượng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit chưa biến tính khác nhau 102

Bảng 3.20 Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit chưa

biến tính đến khả năng chịu nhiệt của sơn silicon 103Bảng 3.21 Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica và nano zirconi oxit chưa biến tính đến một số tính chất cơ lý của màng sơn 106Bảng 3.22 Thành phần các đơn nghiên cứu sơn silicon với hàm lượng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit biến tính khác nhau 107

Bảng 3.23 Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit đã

biến tính đến khả năng chịu nhiệt của màng sơn silicon 107Bảng 3.24 Đơn nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ trong quá trình sơn phủ đến tính chất cơ lý của màng sơn 111Bảng 3.25 Ảnh hưởng của quá trình xử lý bề mặt đến tính chất cơ lý của màng sơn silicon 112Bảng 3.26 Ảnh hưởng chiều dày màng sơn phủ đến các tính chất cơ lý của màng sơn 113Bảng 3.27 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến sự hình lớp màng phủ trong động cơ CT-18 114

Bảng 3.28 Chỉ tiêu kỹ thuật của sơn chịu nhiệt silicon (theo mẫu MSi0,45Zr1,05BT) 119Bảng 3.29 Kết quả thử nghiệm khả năng chịu nhiệt màng sơn bằng ngọn lửa đèn

khò axetylen đối với các loại sơn khác nhau 120

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cơ chế đóng rắn bằng hơi nước 7

Hình 1.2 Quá trình đóng rắn bằng hơi nước của sơn silicon (theo công bố của nhà sản xuất GA Lindberg ChemTech) 7

Hình 1.3 Cơ chế đóng rắn bằng nhiệt độ 8

Hình 1.4 Polydimetyl siloxan với nhóm cuối hydroxyl 9

Hình 1.5 Sơ đồ phản ứng đóng rắn ngưng tụ 9

Hình 1.6 Phản ứng giữa gốc tự do với phân tử polymetyl vinyl siloxan 10

Hình 1.7 Phản ứng tạo cầu nối etylen 10

Hình 1.8 Quá trình oxy hóa của silicon 11

Hình 1.9 Cấu trúc phân tử của bột nhũ nhôm 15

Hình 1.10 Cấu trúc tinh thể rutil và anatas 15

Hình 1.11 Cấu trúc tinh thể SiO2 16

Hình 1.12 Cấu trúc ZrO2 dạng tứ diện 18

Hình 1.13 Minh họa khuynh hướng kết tụ của silica 27

Hình 1.14 Sơ đồ biến tính bề mặt vật liệu nanosilica 28

Hình 1.15 Sơ đồ phản ứng biến tính bề mặt nanosilica bằng hợp chất silan 30

Hình 1.16 Sơ đồ ghép mạch polyme vào bề mặt silica 30

Hình 1.17 Sơ đồ phản ứng gắn PDMS dạng hình sao vào bề mặt silica 30

Hình 1.18 Sơ đồ phản ứng ghép 3-(trimetoxysily)propyl metacrylat 31

Hình 1.19 Sơ đồ phản ứng ghép PMHS vào bề mặt silica 32

Hình 1.20 Các phản ứng của quá trình biến tính hạt nano ZrO2 35

Hình 1.21 Cấu tạo vỏ động cơ phản lực 37

Hình 1.22 Cấu tạo vỏ đạn phản lực 37

Hình 1.23 Khoang động cơ CT-18 37

Hình 2.1 Máy khuấy đũa Eurostar 20 high speed digital – IKA……… 42

Hình 2.2 Máy nghiền hạt ngọc ZM1.4DB3311 42

Hình 2.3 Thiết bị phản ứng autoclave có lõi PPL 43

Hình 2.4 Sơ đồ quá trình công nghệ chế tạo sơn 44

Hình 2.5 Sơ đồ quy trình công nghệ sơn phủ tấm mẫu thử nghiệm 46

Hình 2.6 Thiết bị SE 1000FN hãng Sheen (Anh) 48

Hình 2.7 Thiết bị đo độ bền uốn màng sơn Ref 801 hãng Sheen 49

Hình 2.8 Thiết bị đo độ bền va đập màng sơn 49

Hình 2.9 Thiết bị đo độ bám dính kẻ ô màng sơn 49

Hình 2.10 Tủ khí hậu ATLAS UV/CON Model UC-327-2 51

Hình 2.11 Sơ đồ quá trình biến tính bề mặt nanosilica hoặc nano zirconi oxit bằng PDMS 55

Hình 2.12 Lò nung Nabertherm 1300oC 56

Hình 2.13 Nhiệt kế hồng ngoại cầm tay nhiệt độ cao OS524E-SC 57

Hình 2.14 Sơ đồ thử nghiệm khả năng chịu nhiệt của tấm mẫu đã sơn phủ sử dụng đèn khò ôxi - axetylen theo tiêu chuẩn ASTM-E285-08 57

Hình 2.15 Lớp sơn phủ trong lòng vỏ động cơ CT-18 58

Hình 3.1 Đồ thị phân bố kích thước cỡ hạt của bột nhũ nhôm ZQ-40813……… 59

Hình 3.2 Đồ thị phân bố kích thước cỡ hạt của bột nhũ nhôm GLS-65 59

Hình 3.3 Hình thái cấu trúc của bột nhũ nhôm ZQ-40813 60

Hình 3.4 Kết quả phổ tán xạ năng lượng tia X – EDX của bột nhũ nhôm ZQ-40813 61

Hình 3.5 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X – XRD của bột nhũ nhôm ZQ-40813 62

Hình 3.6 Đồ thị phân bố kích thước cỡ hạt của bột độn TiO2 mác R996 63

Hình 3.7 Đồ thị phân bố kích thước cỡ hạt của bột độn TiO2 mác R5566 63

Hình 3.8 Hình thái cấu trúc của bột độn TiO2 mác R996 64

Hình 3.9 Kết quả phổ tán xạ năng lượng tia X – EDX của bột độn TiO2 mác R996 64Hình 3.10 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X – XRD của bột độn TiO2 mác R996 65Hình 3.11 Đồ thị phân bố kích thước cỡ hạt bột nanosilica Nanoparticle Labs 66Hình 3.12 Đồ thị phân bố kích thước cỡ hạt bột nanosilica mác Fusil-300 66Hình 3.13 Hình thái cấu trúc của bột nanosilica Nanopraticle Labs 67Hình 3.14 Kết quả phổ tán xạ năng lượng tia X – EDX của bột nanosilica Nanopraticle Labs 68Hình 3.15 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X – XRD của bột nanosilica Nanopraticle Labs 69Hình 3.16 Đồ thị phân bố kích thước cỡ hạt bột nano zirconi oxit Nanoparticle Labs 70Hình 3.17 Đồ thị phân bố kích thước cỡ hạt bột nano zirconi oxit mác XFI-013 70Hình 3.18 Hình thái cấu trúc của bột nano zirconi oxit Nanoparticle Labs 71Hình 3.19 Kết quả phổ tán xạ năng lượng tia X – EDX của bột nano zirconi oxit Nanoparticle Labs 72Hình 3.20 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X – XRD của bột nano zirconi oxit Nanoparticle Labs 73Hình 3.21 Phổ phân tích nhiệt nhựa polymetyl phenyl siloxan 74Hình 3.22 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của quá trình biến tính bề mặt nanosilica 75Hình 3.23 Ảnh hưởng của tỷ lệ nanosilica/PDMS đến hiệu suất của quá trình biến tính bề mặt nanosilica 76Hình 3.24 Phổ hồng ngoại FT-IR của bột nanosilica biến tính và chưa biến tính 77Hình 3.25 Cấu trúc hình thái của bột nanosilica biến tính và chưa biến tính bề mặt 78Hình 3.26 Phổ tán xạ năng lượng tia X – EDX của bột nanosilica biến tính 79

Hình 3.27 Khả năng phân tán bột nanosilica biến tính và chưa biến tính trong dung môi xylen 80Hình 3.28 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của quá trình biến tính bề mặt nano zirconi oxit 81Hình 3.29 Ảnh hưởng của tỷ lệ nano zirconi oxit/PDMS đến hiệu suất của quá trình biến tính bề mặt nano zirconi oxit 82Hình 3.30 Phổ hồng ngoại FT-IR của bột nano zirconi oxit biến tính và chưa biến tính bề mặt 83Hình 3.31 Cấu trúc hình thái của bột nano zirconi oxit biến tính và chưa biến tính

bề mặt 84Hình 3.32 Phổ tán xạ năng lượng tia X-EDX của bột nano zirconi oxit biến tính 85Hình 3.33 Khả năng phân tán bột nano zirconi oxit trước và sau biến tính bề mặt trong dung môi xylen 86Hình 3.34 Ảnh hưởng của tỷ lệ bột nhũ nhôm/ bột TiO2 đến tính chất nhiệt của màng sơn trên cơ sở nhựa silicon 88Hình 3.35 Sơ đồ quá trình sấy với các tấm mẫu sơn phủ 92Hình 3.36 Hình ảnh tấm mẫu sơn phủ sau khi sấy 92Hình 3.37 Hình ảnh các tấm mẫu sơn phủ với hàm lượng nanosilica khác nhau sau khi thử nghiệm ở 700oC 95Hình 3.38 Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến tính chất nhiệt của màng sơn 96Hình 3.39 Hình ảnh các tấm mẫu sơn phủ với hàm lượng nano zirconi oxit khác nhau sau khi thử nghiệm ở 900oC 99Hình 3.40 Ảnh hưởng của hàm lượng nano zirconi oxit đến tính chất nhiệt của màng sơn 100Hình 3.41 Hình ảnh các tấm mẫu sơn phủ với hàm lượng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit chưa biến tính khác nhau sau khi thử nghiệm ở 1050oC 103

Hình 3.42 Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit chưa biến tính đến tính chất nhiệt của màng sơn 105Hình 3.43 Hình ảnh bề mặt màng sơn phủ của các tấm các mẫu trước và sau khi thử nghiệm sốc nhiệt dưới kính hiển vi quang học 109Hình 3.44 Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit biến tính đến tính chất nhiệt của màng sơn 110Hình 3.45 Sơ đồ quá trình sấy lớp sơn phủ trong động cơ CT-18 114Hình 3.46 Hình ảnh lớp sơn phủ trong lòng động cơ CT-18 với các phương pháp sấy khác nhau 116Hình 3.47 Hình ảnh kết quả thử nghiệm đánh giá khả năng chịu mù muối của màng sơn silicon 117Hình 3.48 Hình ảnh thử nghiệm khả năng chịu tia UV của màng sơn 117Hình 3.49 Hình ảnh các mẫu sơn trước khi thử nghiệm 118Hình 3.50 Hình ảnh các tấm mẫu sơn sau khi thử nghiệm môi trường dầu nhờn, kiềm, axit 118Hình 3.51 Phương pháp thử nghiệm khả năng chịu nhiệt sử dụng đèn khò axetylen 120Hình 3.52 Kết quả thử nghiệm khả năng chịu nhiệt trên tấm mẫu bằng ngọn lửa đèn khò axetylen đối với 3 loại sơn khác nhau 121Hình 3.53 Hình ảnh thử nghiệm khả năng chịu nhiệt của màng sơn sử dụng đèn khò axetylen 122Hình 3.54 Hình ảnh đốt thử nghiệm động cơ CT-18 sử dụng mẫu sơn MSi0,75Zr0,75 và mẫu sơn của Nga 123Hình 3.55 Nhiệt độ dưới đáy vỏ động cơ CT-18 trong quá trình đốt thử nghiệm 124Hình 3.56 Hình ảnh đốt thử nghiệm mẫu động cơ CT-18 sử dụng mẫu sơn

MSi0,45Zr1,05BT và mẫu sơn của Nga 125

Sự phát triển của ngành công nghiệp điện gắn liền với sự phát triển các loại vật liệu chịu nhiệt và cách nhiệt mới Ngày nay, yêu cầu về tính chất cách điện của vật liệu là phải làm việc lên đến 3 năm ở 150°C Các yêu cầu cao hơn về độ ổn định nhiệt cũng được đặt ra đối với các vật liệu cho ngành công nghệ vũ trụ ở điều kiện nhiệt độ lên đến hàng nghìn độ

Theo báo cáo mới được công bố bởi tạp chí Fior Markets, thị trường sơn nước toàn cầu được dự đoán sẽ tăng từ 74,21 tỷ USD vào năm 2019 lên 106,34 tỷ USD vào năm 2027 với tốc độ tăng trưởng hàng năm là 4,6% trong giai đoạn dự báo 2020-2027

Dưới tác động nhiệt lên màng polyme, bất kể hiệu ứng này đến từ chất nền hay từ bên ngoài, những thay đổi hóa học không thể đảo ngược trong polyme được đặc trưng bởi khả năng chịu nhiệt, xảy ra nhờ sự phá vỡ các liên kết phân tử và một phần là do tốc độ của các quá trình phản ứng Ảnh hưởng quyết định đến khả năng chịu nhiệt là do cấu trúc của polyme, cấu trúc các chuỗi của chúng Tùy theo cấu tạo

và tính chất của nhóm nguyên tử mà các polyme có giá trị năng lượng phân ly các liên kết hóa học khác nhau, giá trị này càng cao thì polyme càng bền nhiệt

Trên thế giới và tại Việt Nam đã có một số nghiên cứu về chế tạo sơn chịu nhiệt với nhiều loại khác nhau, cả sơn vô cơ chịu nhiệt và sơn hữu cơ chịu nhiệt như các hãng sơn Nippon, Jotun, Lemax, sơn Hải Âu, sơn Đại Bàng, nhưng chưa có loại sơn chịu nhiệt nào sử dụng đồng thời các hạt nanosilica, nano zirconi oxit chưa biến tính và đã biến tính làm phụ gia chịu nhiệt Chính vì vậy, sơn chịu nhiệt trên cơ

sở nhựa silicon được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu trong luận án: “Nghiên

cứu tổ hợp vật liệu sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon và định hướng sử dụng”

Với mục tiêu “Chế tạo sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon và một số phụ gia chưa biến tính và đã biến tính bề mặt như nanosilica, nano zirconi oxit,… để áp dụng sơn phủ vào vỏ động cơ CT-18”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về sơn chịu nhiệt

Sơn chịu nhiệt là loại sơn đặc thù trong ngành sơn, chịu được tác động của nhiệt độ cao, giảm nhiệt lượng thoát ra môi trường bên ngoài và tránh sự ăn mòn, han gỉ cho vật dụng trong môi trường chịu ảnh hưởng nhiều về mặt nhiệt độ Sơn chịu nhiệt vừa là lớp sơn trang trí, vừa có tác dụng bảo vệ vật liệu được sơn ở nhiệt

độ cao, ngoài ra còn có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với những loại sơn thông thường khác Sơn chịu nhiệt được phân chia thành loại sơn vô cơ và sơn hữu cơ dựa trên bản chất của chất tạo màng sử dụng trong lớp sơn phủ

So với sơn hữu cơ, sơn vô cơ có số lĩnh vực ứng dụng hạn chế hơn nhưng

trong những lĩnh vực đó chúng tỏ ra vô cùng hiệu quả Một đặc tính ưu việt của polyme vô cơ đó là các hệ tan trong nước, không chứa các dung môi hữu cơ dễ bay hơi – rất có lợi trong công tác bảo vệ môi trường

Với khả năng chịu nhiệt độ cao, sơn vô cơ chịu nhiệt được sử dụng làm sơn phủ bảo vệ bề mặt các chi tiết, thiết bị kim loại khỏi ăn mòn ở nhiệt độ cao, trong môi trường xăng dầu hoặc các dung môi hữu cơ và chống cháy cho các công trình dân dụng và công nghiệp như đường ống dẫn khí nóng, khí thải công nghiệp, các ống xả xe hơi, xe gắn máy, các loại lò đốt, lò nung, tủ sấy,

Sơn hữu cơ chịu nhiệt là hỗn hợp polyme hữu cơ và các loại bột độn có khả năng chịu nhiệt độ cao bảo vệ bề mặt các chi tiết, sản phẩm hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao khỏi các quá trình oxy hóa Khả năng chịu nhiệt của lớp sơn phủ phụ thuộc rất nhiều vào khả năng chịu nhiệt của loại chất tạo màng sử dụng

Hiện nay, trên thị trường có các dòng sản phẩm sơn chịu nhiệt từ 250oC trở lên, dưới đây là bảng tổng hợp một số dòng sản phẩm sơn chịu nhiệt trên thị trường theo công bố của các nhà sản xuất (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Một số dòng sản phẩm sơn chịu nhiệt trên thị trường

TT Tên sản phẩm Chất tạo màng Hãng sản xuất Nhiệt độ làm việc tối đa

1 SM5002 – Silver zinc

coating spray Nhựa epoxy thuật công nghệ Công ty CP Kỹ

oC

2 Heat-Resisting paint Nhựa silicon Rainbow 500oC

3 Metatherm HR 300 Nhựa silicon Sơn Á Đông 300oC

4 Sơn epoxy chịu nhiệt

Kova Nhựa epoxy Tập đoàn sơn KOVA 600oC

5 Sơn chịu nhiệt Nippon Nhựa silicon Nippon 600oC

6 Sơn chịu nhiệt Jotun Gốc silicon

Công ty CPTM

và SX Hóa chất thiết bị Thịnh Quang

1000oC

1.1.1 Sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon

1.1.1.1 Giới thiệu về nhựa silicon

* Cấu trúc của nhựa silicon

Nhựa silicon được tạo thành từ nguyên tố silic cùng với cacbon, hydro và oxy Tên silicon được đề xuất vào năm 1901 bởi Kipping để mô tả các hợp chất mới

có công thức chung là R2SiO Sau đó, các hợp chất này được xác định là polyme và tương ứng với polydialkylsiloxan, với công thức như sau [1]:

Si

OSi

OSi

OSi

Trong đó, R1, R2, R3 là đại diện cho các nhóm metyl, phenyl, vinyl hoặc trifluoropropyl, metoxyl

Sự có mặt đồng thời của các nhóm chức hữu cơ (nhóm metyl, phenyl, ) gắn vào mạch chính vô cơ (-Si-O-) đã làm cho nhựa silicon có được sự kết hợp của nhiều tính chất đặc biệt Các tính chất này của silicon bắt nguồn từ sự định vị của các electron dọc theo mạch chính của đại phân tử và phụ thuộc vào bản chất của các nhóm thế gắn vào mạch đại phân tử, cấu trúc và trọng lượng phân tử của polyme Năng lượng liên kết Si-O lớn hơn rất nhiều so với năng lượng liên kết của nhóm C-C, điều này có ảnh hưởng sâu rộng đến sự ổn định và khả năng chống lại các tác động của silicon với nhiều ảnh hưởng khác nhau, cho phép nhựa silicon được sử

dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như hàng không vũ trụ (đặc tính chịu nhiệt độ thấp và chịu được nhiệt độ cao), điện tử (khả năng cách điện), trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe (do có khả năng tương thích sinh học tuyệt vời) hoặc được sử dụng trong ngành công nghiệp xây dựng (do khả năng chống chịu thời tiết tốt)

Trong mạch đại phân tử polysiloxan chỉ chứa các liên kết Si-O, đặc điểm liên kết Si-O quyết định chính đến các tính chất nhiệt của phân tử Chiều dài của liên kết Si-O thường từ 1,61 Ao đến 1,67 Ao, dài hơn hầu hết các liên kết nguyên bản của các liên kết C-C phổ biến khác, đồng thời ngắn hơn tổng chiều dài bán kính nguyên

tử Si (1,17 Ao) và nguyên tử Oxy (0,66 Ao) Do đó, đây không phải là liên kết σ bình thường, mà là liên kết phức tạp hơn Liên kết này là liên kết phân cực, mang một phần liên kết ion, đây là kết quả của sự khác biệt tương đối lớn về độ âm điện của silicon (theo Pauling giá trị là 1,8) và các nguyên tử oxy (theo Pauling giá trị là 3,5) Điều này dẫn đến tính chất ion của liên kết Si-O chiếm từ 37% đến 51% tùy thuộc vào phương trình thực nghiệm để tính toán Ngoài ra có một phần liên kết đôi

do sự chồng chéo một phần của obitan 3d năng lượng thấp, trống với quỹ đạo p của nguyên tử O Sự khác biệt tương đối lớn về kích thước của nguyên tử tạo điều kiện

để cặp electron chưa tham gia liên kết của nguyên tử oxy tham gia hình thành liên kết dᴨ - pᴨ cùng với sự hình thành của liên kết σ bình thường giữa 2 nguyên tử Chính những tính chất cơ bản của liên kết siloxan trong mạch đại phân tử quyết định trực tiếp đến một số tính chất đặc trưng nhất của polysiloxan Trong đó, năng lượng liên kết Si-O (liên kết ion và liên kết đôi) ảnh hưởng trực tiếp đến các biến đổi hóa học và khả năng chịu nhiệt độ cao, còn độ dài liên kết Si-O là yếu tố chính quyết định đến độ mềm dẻo của polysiloxan ở nhiệt độ thấp [2]

Các liên kết ion và liên kết đôi của siloxan đều làm tăng lực liên kết giữa các nguyên tử silicon và oxy, năng lượng phân ly liên kết Si-O 108 kcal/mol, cao hơn đáng kể so với các liên kết C-C (82,6 kcal/mol) hay liên kết C-O (85,2 kcal/mol)

Do đó, liên kết Si-O có thể chịu được nhiệt độ tiếp xúc cao hơn so với các liên kết thông thường trong các phân tử polyme hữu cơ khác, vì vậy các loại polysiloxan được coi là nhóm polyme thể hiện sự ổn định nhiệt cao hơn so với các polyme hữu

cơ còn lại

* Tính chất nhiệt của nhựa silicon

Tính chất nhiệt là một trong những tính chất đặc trưng nhất, đồng thời cũng

là tính chất công nghệ quan trọng hàng đầu của polysiloxan Chúng bao gồm sự kết hợp giữa mức độ đàn hồi cao trong điều kiện nhiệt độ thấp, đồng thời sự ổn định nhiệt cao và chống sự oxy hóa ở nhiệt độ cao Các tính chất này của polysiloxan bắt nguồn từ sự tương tác cơ bản của các mắt xích trong mạch đại phân tử Do đó, các tính chất này đều xuất hiện trong hầu hết các loại polyme silicon Đồng thời, các

tính chất này có tầm quan trọng vượt trội vì không chỉ phân biệt polyme silicon với các loại polyme hữu cơ (chứa liên kết C-C trong mạch chính) mà còn làm cho các loại polysiloxan trở thành vật liệu được lựa chọn ưu tiên hàng đầu cho nhiều ứng dụng trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, trong khi khó có thể tìm ra loại polyme nào khác có thể đáp ứng được các yêu cầu đó [2]

Ở các điều kiện nhiệt độ cao, các loại polyme silicon thường vẫn giữ được các tính chất hữu ích của chúng để tăng thời gian chịu nhiệt ở một nhiệt độ nhất định hoặc trong cùng thời gian với nhiệt độ cao hơn so với hầu hết các polyme hữu

cơ khác Ví dụ như đối với các polyme silicon có thể chịu được nhiệt độ đến 500oC, còn đối với các loại polyme hữu cơ chỉ có thể chịu được nhiệt độ không quá 200oC Đồng thời polysiloxan cũng có nhiệt độ hóa thủy tinh thấp hơn nhiều so với nhiệt

độ hóa thủy tinh của các polyme hữu cơ nên chúng có khả năng chịu được ở nhiệt

độ thấp hơn mà không làm mất đi các tính chất cơ lý khác Chính vì vậy, nhiều loại polysiloxan mạch thẳng, polysiloxan mạch vòng được ứng dụng như các chất lỏng

ổn định nhiệt, chất bôi trơn, vật liệu đàn hồi (cao su), chất bịt kín, lớp phủ (sơn) trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ, trong các thiết bị gia nhiệt, luyện kim, điện tử,

1.1.1.2 Phương pháp đóng rắn màng sơn silicon

Chất lượng của màng sơn phủ phụ thuộc trực tiếp vào các điều kiện đóng rắn Ví dụ, các tính chất cơ học tốt của sơn chỉ có thể được đảm bảo nếu toàn bộ quá trình đóng rắn được tiến hành chính xác, trong trường hợp ngược lại độ bám dính của sơn sẽ rất thấp Tuy nhiên, nếu vượt quá nhiệt độ đóng rắn tối đa cho phép, lớp sơn phủ sẽ bị ố vàng và giòn Ngoài ra, còn một yếu tố quan trọng khác đó là thời gian đóng rắn [3] Màng sơn silicon có thể được tạo thành bằng các phương pháp đóng rắn khác nhau: hơi nước, gia nhiệt, ngưng tụ,

* Phương pháp đóng rắn bằng hơi nước

Phản ứng đóng rắn của silicon tiến hành với sự tham gia của hơi nước có trong không khí Sơn silicon đóng rắn bằng hơi nước sẽ khô từ bên ngoài, tức là trước tiên sẽ hình thành một lớp phủ trên bề mặt Quá trình này diễn ra tương đối nhanh, cỡ 10 phút ở nhiệt độ và độ ẩm bình thường Sơn silicon trong điều kiện bình thường đóng rắn với tốc độ 2 mm mỗi ngày Tốc độ của phản ứng này phần lớn phụ thuộc vào phần trăm hơi nước trong không khí, độ ẩm càng thấp thì sự đóng rắn càng chậm Trong điều kiện bình thường, tức là ở nhiệt độ 25°C và độ ẩm tương đối 50%, 1 m3 không khí chứa 18 g hơi nước và cùng 1 m3 không khí ở nhiệt độ 5°C và độ ẩm tương đối 50% chỉ chứa 3 g hơi nước Kết quả là thời gian đóng rắn gần như tăng gấp ba [4]

Hình 1.1 Cơ chế đóng rắn bằng hơi nước

Về mặt hóa học, những gì xảy ra trong quá trình đóng rắn bằng hơi nước của sơn silicon là các phân tử nước nhỏ len lỏi vào silicon Ở đó, chúng phản ứng với các thành phần của nhựa silicon và tạo ra sản phẩm phụ Tùy thuộc vào loại nhựa silicon, các sản phẩm phụ này có thể là rượu, axetic, oxim hoặc là một amin (ít phổ biến hơn)

Hình 1.2 Quá trình đóng rắn bằng hơi nước của sơn silicon (theo công bố của nhà

sản xuất GA Lindberg ChemTech)

Tốc độ đóng rắn bằng hơi nước của sơn silicon phụ thuộc trực tiếp vào: độ

ẩm tương đối, nhiệt độ và bề mặt vật liệu thi công sơn

* Phương pháp đóng rắn bằng nhiệt độ

Các lớp sơn phủ chịu nhiệt dựa trên các dung dịch silicon truyền thống đóng rắn với sự hình thành của một lớp màng không dính bằng sự bay hơi vật lý của dung môi Khi màng này được sấy lần đầu, nó sẽ mềm ra trước khi đóng rắn ở 200°C Trong trường hợp này, chuỗi polyme được ngưng tụ bởi các nhóm hydroxyl dư với

sự hình thành cấu trúc ba chiều, mật độ được xác định bởi mức độ phản ứng của các nhóm chức có mặt và nhiệt độ gia nhiệt [5]

R

Si O R

Si R

Si O R

R

Si R

O

O Si R

O

O Si O

O R

Si

R R

O Si

O

Si O

R HO

Polysiloxan(R = H,Me,

Ph) R

Hình 1.3 Cơ chế đóng rắn bằng nhiệt độ

* Phương pháp đóng rắn ngưng tụ

Cơ sở hóa học của phương pháp đóng rắn ngưng tụ là phản ứng ngưng tụ giữa hợp chất silanol với hợp chất axetoxysilan, hợp chất alkoxysilan hoặc chính hợp chất silanol Tuy nhiên, do khả năng tham gia phản ứng ngưng tụ nội phân tử của các nhóm silanol, người ta không sử dụng trực tiếp hệ ngưng tụ silanol - silanol trong tổng hợp silicon vì việc kiểm soát quá trình khâu mạng là bất khả thi Trên thực tế, người ta đóng rắn silicon dựa trên cơ sở phản ứng thủy phân của hợp chất axetoxysilan hoặc hợp chất metoxylsilan để tạo thành hợp chất silanol, hợp chất

silanol này sau đó tham gia dime hóa với chính các hợp chất axetoxysilan hoặc metoxysilan để tạo thành cầu nối siloxan Quá trình đóng rắn xảy ra theo ba bước: (1) hợp chất polydimetyl siloxan (PDMS) chứa nhóm hydroxy ở hai đầu mạch tác dụng với tác nhân đóng rắn thấp phân tử axetoxysilan đa chức hoặc metoxysilan đa chức để tạo thành hợp chất polysiloxan chứa các nhóm axetoxy hay metoxy dễ thủy phân ở hai đầu mạch, (2) các nhóm axetoxy hay metoxy trên polysiloxan bị thủy phân tạo thành nhóm hydroxy và giải phóng axit axetic hay rượu metylic, và (3) xảy

ra phản ứng ngưng tụ silanol - axetoxysilan hay silanol - metoxysilan để tạo thành mạng lưới không gian ổn định Trong quá trình này có thể xảy ra phản ứng ngưng tụ silanol – silanol, tuy nhiên tốc độ của phản ứng này thấp hơn nhiều so với hai phản ứng ngưng tụ chính [6]

Hình 1.4 Polydimetyl siloxan với nhóm cuối hydroxyl

(C14H8Cl2O4), và bis-2,4-diclorobenzoyl peroxit (C14H6Cl4O4); các dẫn xuất arylalkyl như dicumyl peroxit (C18H22O2); và các dẫn xuất dialkyl như di-t-butyl

peroxit (C8H18O2) và 2,5-dimethyl-2,5-di-t-butylperoxy hexan (C16H34O4) Số

lượng và loại peroxit được sử dụng sẽ quy định nhiệt độ lưu hóa cũng như các đặc tính cuối cùng của silicon Diacetyl peroxit (C4H6O4) có thể được sử dụng với polydimetyl siloxan hoặc với polymetyl vinyl siloxan Bis-2,4-diclorobenzoyl peroxit có tốc độ phân hủy cao nhất và nhiệt độ phân hủy thấp nhất [7]

Si

CH3

CH3

O Si CH

qua sự phân cắt peroxit ở nhiệt độ tương đối cao Các gốc peroxy có thể tách các nguyên tử hydro khỏi các nhóm metyl, tạo thành cầu nối etylen giữa các chuỗi siloxan Trong tài liệu [7], tác giả đã chỉ ra rằng quá trình khâu mạch của polymetyl vinyl siloxan có thể xảy ra theo cơ chế tấn công vào nhóm metyl, tuy nhiên tốc độ của quá trình này thấp hơn so với quá trình khâu mạch thông qua nhóm vinyl

1.1.1.3 Khả năng chịu nhiệt của sơn trên cơ sở nhựa silicon

Polyme silicon hoặc silicon có thể được coi là các hợp chất đã bị oxy hóa một phần có chứa các nhóm Si-O (hình 1.8) Đây là một trong những lý do cho khả năng chịu nhiệt cao hơn của silicon so với vật liệu hữu cơ khác [2]

Si O R

Bảng 1.2 So sánh thời gian bán hủy ước tính của một số nhóm chức liên

nhiệt độ trên 500°C chỉ nên sử dụng silicon làm chất kết dính Trong những trường hợp này, việc sử dụng bột nhôm dẫn đến sự hình thành một lớp phủ gồm có liên kết Si-O-Al mạnh, được hình thành khi các nhóm thế silicon bị đốt cháy [2]

1.1.2 Sơn silicon – thành phần chính và một số phụ gia chịu nhiệt

1.1.2.1 Thành phần chính

Sơn silicon là loại sơn trên cơ sở chất tạo màng là nhựa silicon Lớp phủ

màng sơn silicon chứa một monome silan hữu cơ, silicon hoặc silicon oligome là hệ lớp phủ polyme Sự kết hợp độc đáo các thuộc tính của silicon là rất thích hợp để ứng dụng trong sơn phủ Thông thường sơn có thể chịu được nhiệt độ 200oC, nếu cho vào sơn silicon chịu nhiệt độ cao bột nhôm hoặc silicat thì sơn có thể chịu được nhiệt độ 500oC đến 1000oC [8]

Cũng như đối với các loại sơn khác, sơn silicon cũng bao gồm thành phần chính trong sơn như là chất tạo màng, bột độn, phụ gia, bột màu, dung môi, chất pha loãng, Đối với các tính chất cơ lý và khả năng chịu tác động môi trường bên ngoài của sơn silicon chịu nhiệt chủ yếu phụ thuộc vào bản chất của chất tạo màng và một

số loại phụ gia

* Chất tạo màng

Chất tạo màng là thành phần quan trọng nhất trong hệ sơn, nó quyết định trực tiếp đến các chỉ tiêu kỹ thuật của sơn, là thành phần chính trong sơn, quyết định tính chất màng sơn, thường được gọi là sơn gốc Nhựa tổng hợp có nhiều loại, quy

mô sản xuất công nghiệp lớn, tính năng tốt là cơ sở của sơn hiện đại [8] Và các polyme vô cơ có khả năng chịu nhiệt độ tốt hơn rất nhiều so với các loại polyme có nguồn gốc hữu cơ Điều này là do ở nhiệt độ cao, các liên kết đặc trưng hợp chất hữu cơ như C-C, C-O, dễ dàng bị phân hủy, còn các liên kết hợp chất vô cơ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hơn và trong điều kiện khắc nghiệt hơn

Các chất tạo màng thực hiện một số chức năng quan trọng như: liên kết chất độn và bột màu, tạo một lớp màng bảo vệ và thúc đẩy khả năng bám dính của sơn vào bề mặt đã được xử lý

Các chất tạo màng khác nhau thì khả năng chịu nhiệt độ của chúng khác nhau:

- Các loại chất tạo màng từ nhựa acrylat chịu được nhiệt độ nhỏ hơn

200oC;

- Các loại chất tạo màng từ gốc nhựa cao su chịu được nhiệt độ nhỏ hơn

250oC;

- Các loại chất tạo màng từ nhựa epoxy chịu nhiệt độ khoảng 300oC;

- Các loại chất tạo màng từ silicon chịu nhiệt khoảng trên 350oC, nó là loại nhựa có độ bền nhiệt siêu cao và có khả năng biến tính tốt so với các nhựa hữu cơ khác như: nhựa polyeste, nhựa phenol-formaldehyt, nhựa polyvinyl axetat,

Nhựa silicon có độ bền nhiệt cao, chính vì vậy chất tạo màng của các loại sơn chịu nhiệt chủ yếu sử dụng là các chất tạo màng có nguồn gốc từ silicon

Trong công nghiệp dùng làm sơn phủ bảo vệ kim loại làm việc ở nhiệt độ cao, người ta thường sử dụng silicon ở dạng sau:

* Dung môi

Dung môi pha sơn là dung dịch hay hỗn hợp chuyên dụng để pha loãng hoặc

bổ sung thêm các đặc tính khác như chống thấm, chống bám bẩn, chống rêu,… Dung môi ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định, phương pháp gia công và chất lượng màng sơn Chọn dung môi để điều chỉnh độ nhớt sơn thích hợp phải tương ứng với phương pháp gia công, có tốc độ bay hơi nhất định, độ làm khô màng sơn thích hợp, hình thành màng sơn lý tưởng, nâng cao tính thấm ướt của màng sơn với

bề mặt sản phẩm, tăng độ bám chắc màng sơn, tránh vết nhăn, châm kim biến trắng,

mất bóng, [8] Mục đích cuối cùng là làm cho sơn dễ dàng sử dụng và tăng khối lượng phủ bề mặt của sơn

Theo công bố của nhà sản xuất Waker (Đức), polymetyl phenyl siloxan được bán sẵn ở trạng thái dung dịch trong dung môi xylen, vì vậy, xylen được lựa chọn làm dung môi sử dụng trong sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon

* Bột màu và các phụ gia

Sơn ngoài các thành phần chính là chất tạo màng, dung môi, còn chứa một số nguyên liệu khác với tỷ lệ nhỏ các chất phụ gia Các chất này có ảnh hưởng tích cực đến chất lượng màng sơn và bản thân chúng không thể hình thành màng sơn nhưng chúng tham gia với chất tạo màng làm cho màng sơn có màu sắc hoặc có công năng nào đó có thể gia cường tính chất vật lý của sơn [8] Các chất phụ gia trong sơn thường phân loại theo chức năng, mục đích sử dụng để cải thiện tính chất của sơn

Ví dụ: phụ gia khử bọt, phân tán thấm ướt bột màu, phụ gia chống tạo váng, chống lắng, chống nhăn, chống tia tử ngoại (tia UV), chống rêu mốc, chống thối,…

Một số phụ gia phổ biến dùng trong sơn:

- Phụ gia chống tạo váng: metyl etyl keton,…

- Phụ gia khử bọt: dầu silicon,…

- Phụ gia chống tia UV (tia cực tím): oxit kẽm, cacbon kỹ thuật, bột màu hữu

cơ, bột nhôm, magiê monotitanat MgO.TiO2,

- Phụ gia chống ăn mòn: phốt phát kẽm, borat kẽm,

- Phụ gia chống lắng: gốc bentonit, gốc muội silica, gốc amid,…

Đối với sơn chịu nhiệt, một loại phụ gia không thể thiếu để tăng khả năng chịu nhiệt cho sơn đó là phụ gia chịu nhiệt, ví dụ như: bột nhũ nhôm, TiO2, SiO2,

Cr2O3, ZrO2, Trong phạm vi luận án này sẽ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại phụ gia chịu nhiệt đến khả năng chịu nhiệt và tính chất của màng sơn

1.1.2.2 Một số phụ gia có khả năng làm tăng tính chịu nhiệt của màng sơn

* Bột nhũ nhôm

Bột nhũ nhôm là hạt nhôm kim loại được bao phủ bởi một lớp vỏ nhôm oxit, sáp parafin hoặc sáp stearin Các hạt bột nhũ nhôm có dạng vảy, độ dày của các vảy khoảng 1 µm, chiều dài và chiều rộng từ 40 µm đến 100 µm [9] Nhũ nhôm là chất phụ gia được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp Ứng dụng quan

trọng của bột nhũ nhôm là nó được dùng như chất phụ gia tăng khả năng chịu nhiệt, chống cháy cho các thiết bị, dụng cụ công nghiệp Đặc biệt nhũ nhôm cũng được sử dụng trong ngành sản xuất sơn cao cấp, hoặc sử dụng trong ngành chế tạo hàng không, vũ trụ, quân sự như đạn dược, nhiên liệu rắn hoặc được sử dụng trong nhiều ngành hóa chất khác nhau Trong các ứng dụng này, bột nhũ nhôm được dùng như pigment tăng khả năng chịu nhiệt, chống cháy Bên cạnh đó, bột nhũ nhôm cũng được sử dụng như chất phụ gia trong sản xuất các vật liệu chống gỉ

Hình 1.9 Cấu trúc phân tử của bột nhũ nhôm Trong ngành sản xuất sơn, bột nhũ nhôm được sử dụng rất rộng rãi và mang lại hiệu quả cao như sử dụng trong sơn ô tô, sơn xe máy hay sơn điện thoại di động, máy tính,…

* Điôxit titan

a) Rutil b) Anatas

Hình 1.10 Cấu trúc tinh thể rutil và anatas

Điôxit titan (TiO2) là chất đa hình, nó kết tinh trong hai hệ tinh thể: brookit -

ở dạng hình thoi, rutil (hình 1.10a) và anatas - ở dạng tứ giác (hình 1.10b) nhưng khác nhau về cấu trúc của mạng tinh thể; trong cả hai trường hợp, mỗi nguyên tử titan nằm ở trung tâm của khối bát diện và được bao quanh bởi 6 nguyên tử oxy [9] TiO2 có các tính chất: nhẹ, độ nóng chảy cao (bền nhiệt), ít chịu tác dụng hóa học (bền hóa), độ che phủ lớn, chịu mài mòn, độ cứng lớn nhưng vẫn giữ độ dẻo tốt, ít

nứt gãy, dù ở dạng bột màu hay dạng kim loại vẫn là nguyên liệu quý để chế tạo ra các sản phẩm cao cấp mang các tính chất đặc trưng nổi bật, đặc biệt tổng hợp được tính chất ưu việt từ nhiều kim loại khác như: nhẹ của nhôm, bền hóa của vàng, cứng của thép, chịu nhiệt của zirconi, TiO2 có độ che phủ cao, hạt mịn đều, độ thấm dầu tốt và rất bền dưới tác dụng của không khí ẩm, nước biển, khí H2S, SO2 và không độc Mặt khác, TiO2 có tỷ trọng nhỏ 3,5 - 4,2, có ưu điểm là rất bền hoá học đối với các hợp chất hữu cơ, sản phẩm không bị biến tính theo thời gian

Trong ngành sơn, TiO2 được sử dụng để chế tạo sơn cho cầu cống, các công trình xây dựng; TiO2 có tính không thấm ướt, có độ bền hoá và bền nhiệt cao nên được dùng để sơn vỏ tàu thuỷ, vỏ máy bay, các ống dẫn chịu nhiệt, các thiết bị ngâm trong nước như: ngư cụ, tàu ngầm,…

* Silica

Điôxit silic (silica) - có công thức hóa học là SiO2 Nó có thể tồn tại ở dạng

vô định hình và tinh thể (hình 1.11) Silica tinh thể là một khoáng chất cực kỳ phổ biến trên hành tinh của chúng ta, các dạng chính của nó là thạch anh, tridymit và cristobalit

Hình 1.11 Cấu trúc tinh thể SiO2

Silica vô định hình được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng khoáng chất - hydrat của silica, chẳng hạn như opal, nhưng ở dạng tinh khiết thực tế không tồn tại Silica vô định hình ở dạng nguyên chất chỉ có thể thu được bằng các công nghệ kỹ thuật Màu xám biểu thị cho các silica vô định hình công nghiệp phổ biến nhất Silica tổng hợp là vật liệu không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực của ngành công nghiệp hiện đại do các tính năng sau:

- Trung tính với phần lớn các hợp chất khoáng và hữu cơ hiện có;

- Có diện tích bề mặt riêng cao

Đặc biệt, silica vô định hình tinh khiết dạng bột mịn được sử dụng rộng rãi:

- Tăng độ nhớt của các chế phẩm lỏng (được sử dụng trong sản xuất chất kết dính, vecni, sơn, chất bịt kín, bột nhão, thuốc mỡ, );

- Tăng độ tơi (xốp) và ngăn ngừa vón cục của vật liệu bột (vữa khô, thuốc,

hóa chất gia dụng, );

- Tăng các đặc tính về độ bền và khả năng chống mài mòn của vật liệu (bê tông, cao su, nhựa, );

- Chất hấp thụ trong tất cả các lĩnh vực (y học, sinh thái, );

- Chất cách điện trong việc sản xuất các linh kiện điện tử;

- Làm nguyên liệu ban đầu cho việc sản xuất silic có độ tinh khiết cao

Phạm vi ứng dụng của silica vô định hình có độ tinh khiết cao trong sản xuất công nghiệp đang tăng lên hàng năm [10]

Trong các tài liệu [11, 12] đã chỉ ra rằng sự gia tăng hiệu suất của lớp phủ phụ thuộc chủ yếu vào độ cứng và khả năng chống mài mòn của lớp phủ, có thể bằng cách sử dụng các hạt nanosilica (SiO2) trong thành phần của các loại sơn Các nghiên cứu cho thấy sự gia tăng các đặc tính này đạt được với hàm lượng SiO2

không đáng kể trong lớp phủ (không quá 3-5 %) Điều quan trọng cần lưu ý là lớp phủ phải giữ được độ trong suốt của chúng, có nghĩa là trong trường hợp này các hạt nano có kích thước nhỏ hơn đáng kể so với bước sóng của phổ nhìn thấy được Trong các tài liệu [13, 14] đã chỉ ra rằng các tính chất của lớp phủ có thể bị ảnh hưởng không chỉ bởi kích thước và hàm lượng của các hạt nano trong lớp phủ, mà còn bởi phương pháp điều chế chúng, do phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt của các hạt

và do đó phụ thuộc vào cơ chế tương tác của các hạt nano với các đại phân tử polyme trong quá trình hình thành lớp phủ Để cải thiện khả năng liên kết của các hạt nano với các đại phân tử polyme nên sử dụng các chất có khả năng tương tác với cả hai thành phần của hỗn hợp, thường là silan [15, 16, 17]

Nanosilica với cấu trúc mạng ba chiều, có diện tích bề mặt riêng lớn, cho thấy tính hoạt động tuyệt vời, có thể tạo thành cấu trúc mạng trong sơn khô, đồng thời tăng độ bền của sơn, và cũng cải thiện độ huyền phù của các sắc tố, có thể duy trì màu sơn lâu dài không phai

* Zirconi oxit

Bột nano zirconi oxit (ZrO2) là loại bột độn có tính ổn định nhiệt và cách

nhiệt tốt ở nhiệt độ cao Bột ZrO2 có ba cấu trúc tinh thể khác nhau gồm cấu trúc lập phương (c-ZrO2), cấu trúc tứ diện (t-ZrO2) (hình 1.12) và cấu trúc đơn tà (monocilic) (m-ZrO2), với đặc điểm mỗi cấu trúc tinh thể ổn định trong khoảng nhiệt độ khác nhau [18] Dạng đơn tà ZrO2 thể hiện sự bền nhiệt ở nhiệt độ phòng nhưng ở nhiệt độ trên 1.170oC chuyển sang cấu trúc dạng tứ diện và chuyển cấu trúc dạng lập phương ở nhiệt độ 2.370oC [19] Một số ứng dụng tiên tiến của bột nano-ZrO2 là vật liệu chịu lửa, chất mài mòn, bột màu trong gốm, vật liệu xúc tác, Các loại bột nano ZrO2 chủ yếu được điều chế, tổng hợp bằng các phương pháp tổng hợp ướt trong môi trường nước như phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt và tổng hợp sol-gel Các phương pháp vật lý như nghiền không đáp ứng được các yêu cầu về kích thước cỡ hạt nano trong khi các phương pháp khí – hóa học có chi phí quá cao để áp dụng nó trong thực tế Phương pháp đồng kết tủa được tiến hành bằng cách thêm các chất kết tủa vào dung dịch của hỗn hợp muối zirconi hòa tan trong nước và chất ổn định như yttrium oxit Y2O3 Sau phản ứng tạo kết tủa, các kết tủa không hòa tan trong nước và tồn tại dưới dạng hydroxit, sau đó được làm khô hoặc nung ở nhiệt độ cao để thu được các hạt nano ZrO2 Phương pháp đồng kết tủa có ưu điểm là đơn giản, tuy nhiên có một số nguyên tố trong dung dịch ban đầu còn sót lại nên ảnh hưởng đến các tính chất hạt nano ZrO2

Hình 1.12 Cấu trúc ZrO2 dạng tứ diện Biến thể dạng lập phương được hình thành ở nhiệt độ trên 1400ºC, trong khi

sự hình thành của hai biến thể còn lại có thể trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn Đặc biệt, biến thể tứ giác của ZrO2, không ổn định về nhiệt và thậm chí trở thành dạng đơn nghiêng ở nhiệt độ phòng Có thể ổn định pha tứ giác của ZrO2 bằng cách pha

với các cation và anion khác nhau [20] (có thể làm giảm hoạt tính xúc tác của ZrO2)

và bằng cách giảm kích thước cỡ hạt xuống 30 nm hoặc thấp hơn Vì lý do này, việc thu được ZrO2 nguyên chất không pha tạp rất được chú trọng Trong tài liệu [21] đã

mô tả một phương pháp sản xuất ZrO2 dạng tứ giác ổn định tinh khiết với sự có mặt của các tác nhân định hướng cấu trúc bằng cách phân hủy một tiền chất cơ-kim Phương pháp này có thể sản xuất các hạt nano zirconi oxit có kích thước 15-20 nm với hàm lượng pha tứ giác là 89% [22]

* Vai trò và tác dụng của phụ gia chịu nhiệt đến khả năng chịu nhiệt của sơn

Jun Zhao và cộng sự đã nghiên cứu chế tạo lớp phủ chịu nhiệt độ cao và có

độ phát xạ hồng ngoại thấp đi từ nhựa polysiloxan và bột nhôm Trong nghiên cứu này, silicon sử dụng là polymetylphenyl siloxan (với tỷ lệ metyl/phenyl là 1/1,1 và

có các nhóm Si-OH) Bột vảy nhôm được phân tán vào hỗn hợp dung môi (tỷ lệ khối lượng etyl axetat, butyl axetat và xylen tỷ lệ khối lượng 6:4:3) theo tỷ lệ khối lượng 1:1 Tiếp theo nhựa polysiloxan được thêm vào hỗn hợp trên theo tỷ lệ khối lượng giữa bột nhôm và nhựa siloxan từ 0,5 đến 2,0 Sau đó, thêm hỗn hợp dung môi vào để điều chỉnh độ nhớt, đồng thời kết hợp khuấy cơ học trong 30 phút rồi tiến hành phun lớp sơn phủ lên tấm mẫu Mẫu sau khi phun lớp sơn phủ được làm khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng và đóng rắn hoàn toàn trong 2 giờ sau khi sấy ở nhiệt

độ 200oC Chiều dày lớp sơn phủ của tấm mẫu từ 40 μm đến 50 μm [23]

Thành phần, cấu trúc bề mặt, sự phản xạ hồng ngoại và sự giãn nở nhiệt của các lớp phủ được nghiên cứu bằng cách sử dụng các phương pháp kính hiển vi điện

tử quét (FE-SEM), phổ hồng ngoại (FTIR) và phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Kết quả cho thấy sự phân hủy nhiệt của nền nhựa và sự khác nhau về sự giãn nở nhiệt giữa lớp phủ và chất nền là nguyên nhân gây ra sự phá hủy của lớp phủ ở nhiệt độ cao Một lượng bột nhũ nhôm thích hợp có thể hạn chế sự phân hủy nhiệt của nhựa và có thể làm sự giãn nở nhiệt của nền và lớp phủ có giá trị xấp xỉ nhau dẫn đến tăng cường khả năng chịu nhiệt của lớp phủ Kết quả nghiên cứu cho thấy một lớp phủ có tỷ lệ bột màu/ chất kết dính là 1,0 có thể chịu được nhiệt độ lên đến

600oC và độ phát xạ hồng ngoại thấp 0,27 Do đó, đã thu được một lớp phủ có khả năng chịu nhiệt độ cao và độ phát xạ hồng ngoại thấp Các lớp phủ như vậy có thể được sử dụng cho công nghệ tàng hình hồng ngoại hoặc tiết kiệm năng lượng trong các thiết bị nhiệt độ cao [21]

Vikrant V.Shertukde và cộng sự đã nghiên cứu biến tính silicon với nhựa epoxy và nhựa melamin formandehyt làm chất tạo màng trong sơn hữu cơ chịu nhiệt độ cao Bột màu sử dụng trong nghiên cứu là bột nhôm, sử dụng chất phân tán

và làm ướt bề mặt bột nhôm là sản phẩm BYK 103 (Đức) Hỗn hợp dung môi gồm xylen, butyl cellosolve và metyl isobutyl keton với tỷ lệ về thể tích 1:1:1 Nhựa được trộn với hỗn hợp dung môi trên theo tỷ lệ 10:2 trong vòng 5 phút đến 10 phút

sẽ thu được hỗn hợp đồng nhất Bột màu và các loại phụ gia như chất làm khô và phụ gia thấm ướt được thêm vào hỗn hợp trên, sau đó được trộn với tốc độ cao trong vòng 0,5 giờ Sơn sau đó được phủ lên bề mặt các tấm thép và được kiểm tra các tính chất của lớp màng phủ Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng, sơn gốc epoxy-silicon cùng với các loại bột màu khác có tính chất rất tốt như khả năng chịu nhiệt

từ 400oC đến 500oC, chống ăn mòn cả lúc trước và sau khi xử lý nhiệt, chống tia cực tím, chịu hóa chất, chịu dung môi và có các tính chất cơ học tốt Sơn gốc epoxy-silicon có thể chịu được nhiệt độ lên đến 350oC khi sử dụng bột độn là TiO2

và lên tới 500oC khi sử dụng nhôm là bột độn Việc bổ sung lượng nhỏ nhựa melamin formandehit làm tăng tính chất cơ học, tăng khả năng chịu được ăn mòn bằng phương pháp mù muối trong 240 giờ, vì vậy, chúng có thể ứng dụng khả năng chống ăn mòn cùng với khả năng chịu nhiệt như đối với các ống khói, ống dẫn hóa dầu, bể chứa nước, mặt trước nồi hơi, đường ống và lò trao đổi nhiệt, thiết bị bay hơi, lò phản ứng, [24]

Thorat và cộng sự đã nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nhựa epoxy và silicon làm chất tạo màng cho sơn chịu nhiệt và đánh giá khả năng chịu nhiệt của các mẫu sơn với sự phân tán của các loại bột màu khác nhau như TiO2, than đen, bột nhôm Kết quả đánh giá khả năng chịu nhiệt, chỉ ra rằng chất tạo màng với tỷ lệ khối lượng nhựa epoxy/silicon là 50/50 cho khả năng chịu nhiệt tốt hơn so với các tỷ lệ khác như 60/40 và 75/25 Đồng thời, khả năng chịu nhiệt của lớp phủ sử dụng bột độn là nhôm cao hơn so với than đen, cao hơn so với TiO2 và khi lượng bột độn chịu nhiệt trong sơn tăng lên 10-15 %, khả năng chịu nhiệt của lớp phủ tăng lên và có thể chịu được nhiệt độ 500oC trong 8 giờ Sơn loại này có thể được sử dụng trên bề mặt ngoài, bên trong thiết bị trao đổi nhiệt, ống hơi, ống khói, lò phản ứng, [25]

Keke Huang và cộng sự đã nghiên cứu chế tạo một lớp phủ silicon chịu nhiệt

và quá trình oxy hóa biến đổi lớp phủ silicon hữu cơ thành lớp phủ silicon vô cơ khi

tiếp xúc với nhiệt độ cao ứng dụng trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ Lớp phủ được chế tạo bằng cách phân tán các loại oxit kim loại và hợp chất silicat vào silicon (silicon hữu cơ biến tính có thể chứa các nối đôi trong mạch) Các thử nghiệm này được tiến hành trong động cơ phản lực sử dụng nhiên liệu là khí hydro dạng lỏng, thời gian tiếp xúc nhiệt trong 500 ms ở nhiệt độ 1400oC Kết quả chỉ ra rằng lớp phủ có thể chịu được 50 lần chu kỳ thử nghiệm nhiệt trên và có khả năng chống ăn mòn cao Điều này được cho là do khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, lớp phủ silicon hữu cơ đã kết hợp với các loại oxit kim loại, chất độn để tạo thành hỗn hợp lớp phủ vô cơ, có khả năng chịu nhiệt và chịu ăn mòn cao [26]

Fouad và cộng sự đã tổng hợp các loại bột màu có cấu trúc spinel (công thức chung: A x B y O z , tồn tại 2 dạng cấu trúc: spinel thông thường và spinel ngược) và

ứng dụng làm bột màu trong sơn chịu nhiệt độ cao Nghiên cứu này đã tổng hợp các loại bột màu như Ca2CuO3, Ca3Co2O6 và NiSb2O6 bằng cách sử dụng kỹ thuật tổng hợp đơn giản là phương pháp đồng kết tủa và phương pháp nung hỗn hợp ở trạng thái rắn Các kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy các hợp chất oxit kép được hình thành trong quá trình tổng hợp Đồng thời nhóm tác giả đã đánh giá độ bền vật lý, cơ học, nhiệt và chống ăn mòn của màng sơn Kết quả thu được cho thấy các bột màu từ canxi khi thêm vào lớp phủ làm tăng khả năng chống ăn mòn, khả năng chịu nhiệt và oxit Ca2CuO3 cho các tính chất tốt nhất trong các lớp phủ [27]

Osama và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp các loại bột màu có cấu trúc spinel như CaMnO3, Ca2Cr2O5 và CaSb2O6 bằng hai phương pháp đồng kết tủa và nung hỗn hợp ở trạng thái rắn Các loại bột màu này được phân tán với silicon tạo thành sơn chịu nhiệt độ cao và có khả năng chống ăn mòn [28]

Các lớp phủ được chế tạo dựa trên các loại bột màu là hỗn hợp oxit được tổng hợp thể hiện khả năng chịu nhiệt độ cao tốt, lên đến 600oC và khả năng chịu ăn mòn cao (ngâm trong dung dịch NaCl 5% trong 5 giờ) Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả chỉ ra rằng hàm lượng bột màu sử dụng trong lớp phủ là 1/2 (bột màu/nhựa) là hàm lượng tối ưu, và không làm thay đổi các tính chất cơ lý tính của lớp phủ

Bảng 1.3 Thành phần sơn sử dụng hỗn hợp oxit kim loại