LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
ỜI CẢM ƠN 1
MỤCLỤC 2
LỜI MỞ ĐẦU 4
PHẦN I. TỔNG QUAN 5
I.1. GIỚI THIỆU VỀ POLYME VÔ CƠ 5
I.1.1. Xu thế phát triển của các loại polyme vô cơ 5
I.1.2. Phạm vi ứng dụng và giới hạn 5
I.1.3. Phân loại polyme vô cơ: 7
I.1.4. Cấu trúc của vật liệu polyme 9
I.1.4.1. Polyme vô cơ ở dạng rắn 9
I.1.4.2. Polyme vô cơ ở dạng lỏng 9
I.1.4.3. Polyme vô cơ ở dạng thuỷ tinh 9
I.1.4.4. Polyme trong dung dịch 10
I.1.4.5. Kết luận 10
I.1.5. Tính chất của polyme vô cơ 11
I.1.5.1. Sự liên kết của các phân tử 11
I.1.5.2. Một số tính chất điển hình của polyme vô cơ 13
I.1.5.2.1. Tính chịu uốn 13
I.1.5.2.2. Tính giãn nở 13
I.1.5.2.3. Tính cuộn tròn 14
I.1.5.2.4. Tính cơ nhiệt 14
I.2. POLYME VÔ CƠ TRÊN CƠ SỞ Si 16
I.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển của polyme trên cơ sở Silic 16
I.2.2. Giới thiệu polyme trên cơ sở hệ Alumino-Siliccat 20
I.2.3. Sự hình thành polyme hệ Si-O-Al 20
I.3. BIẾN TÍNH POLYME TRÊN CƠ SỞ HỆ Al – Si 22
PHẦN II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
II.1. PHƯƠNG PHÁP PHỔ HỒNG NGOẠI (IR) 24
II.1.1.Cơ sở của phương pháp 24
II.1.2. Điều kiện hấp thụ bức xạ hồng ngoại 24
II.2. PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X 25
II.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 25
II.3.1. Xác định hàm lượng Na2O 25
II.3.2. Xác định hàm lượng Al2O3 26
II.3.2.1. Cơ sở lý thuyết 26
II.3.2.2. Cách xác định 26
II.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG 26
II.5. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT VI SAI 27
II.6. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT CỦA DUNG DỊCH 27
II.6.1.Cơ sở lý thuyết 27
II.6.2. Đo độ nhớt bằng nhớt kế Ostwald 28
II.6.3. Cách tính toán 29
II.7. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA MÀNG PHỦ POLYME VÔ CƠ 30
II.7.1. Độ bền uốn cong 30
II.7.2. Độ bền cào xước 30
II.7.3. Độ bền kéo 30
PHẦN III. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN 32
III.1. KHẢO SÁT HỆ POLYME VÔ CƠ Si - Al BAN ĐẦU 32
III.1.1. Phân tích thành phần hóa học trong hệ polyme ban đầu 33
III.1.2. Xác định các nhóm liên kết trong hệ polyme ban đầu bằng phổ hồng ngoại 33
TỔNG QUAN
I.1. GIỚI THIỆU VỀ POLYME VÔ CƠ:
I.1.1. Xu thế phát triển của các loại polyme vô cơ:
Khái niệm: Hợp chất polyme là hợp chất được hình thành từ các phần tử nhỏ (nguyên tử, phân tử) thành các phần tử lớn có cấu trúc đại phân tử. Các phần tử nhỏ liên kết với nhau tạo thành mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng hay dạng mạch không gian [1].
Hoá học polyme hữu cơ được phát triển từ rất sớm, các phương pháp tổng hợp, đặc tính và quá trình của các polyme hữu cơ đã được coi là một trong những nghiên cứu chính cứu hoá học hiện đại. Với đặc điểm là dẻo, dễ gia công tạo sản phẩm, polyme hữu cơ được phát triển rộng rãi, tuy nhiên cũng không đáp ứng được yêu cầu của công nghệ cao đó là làm việc ở nhiệt độ cao và trong các môi trường xâm thực. Vì vậy trong những năm gần đây đã xuất hiện những nghiên cứu và ứng dụng của các vật liệu mới.
Từ những năm 1950, đã có hàng loạt những công trình nghiên cứu để tổng hợp polyme vô cơ bao gồm: polyphotphat, polysilicon, polysilicat, polyborat. Các vật liệu này đóng vai trò rất quan trọng trong công nghiệp.
Ngày nay, việc nghiên cứu và tổng hợp ngày càng được mở rộng và đã đạt được những thành tựu trong việc tìm kiếm và ứng dụng các loại polyme có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn mạnh.
Với các phương pháp như phương pháp trùng hợp, trùng ngưng, phương pháp đa tụ, phương pháp phối trí và sự thay đổi các nguyên tố vô cơ, các nhóm gốc đã tạo ra mảng vật liệu đa dạng, có chức năng thay đổi phù hợp với yêu cầu công nghệ. Thêm vào đó, sự phát triển của hoá học hiện đại giúp cho việc tìm ra các điều kiện để có thể tổng hợp và đạt được cấu trúc như chức năng toàn vẹn của vật liệu. Đây chính là mục tiêu của khoa học công nghệ vật liệu.
I.1.2. Phạm vi ứng dụng và giới hạn:
Với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, đòi hỏi vật liệu ngày càng phải có những chức năng phù hợp. Động lực chính trong sự phát triển của các loại polyme vô cơ chính là các chức năng ưu việt của chúng mà vật liệu polyme hữu cơ không có được, đó là tính bền nhiệt và tính chịu ăn mòn.
Với các đặc tính như bền nhiệt, có tính bền vững trong phạm vi nhiệt độ rộng, tính kị nước, khả năng chống bám dính, cách nhiệt tốt, polyme silicon được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ bán dẫn, các chất cách điện ở nhiệt độ cao, làm vòng đệm trong động cơ phản lực, làm chất phụ gia cao cấp để tăng độ bóng hay dùng để xử lý nước cho công nghệ thuộc da. Loại vật liệu này có thể ở một số dạng như lỏng, nhớt, chất dẻo hay nhựa.
Polyme chứa kim loại, mà điển hình là polyme chứa liên kết Al-N có độ cứng rất cao, dẫn nhiệt và cách điện tốt, bền nhiệt bền hoá, nên được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chịu nhiệt cao như [7]:
Phủ bảo vệ các chi tiết tiếp xúc với các kim loại nóng chảy như nồi nấu thép nồi nấu thuỷ tinh.
Phủ trên các bề mặt thép, graphit, hay các vật liệu phi kim loại mà tiếp xúc với môi trường ăn mòn mạnh.
Làm chất cách điện ở nhiệt độ cao, làm đế hay nền cho các mạch thích hợp.
Làm các thiết bị trao đổi nhiệt, các bộ thoát nhiệt trong các thiết bị năng lượng điện.
Cho vào các hợp kim của kim loại nhôm, và của một số kim loại khác để tăng mô đun đàn hồi, tăng độ bền nhiệt, có thể tạo ra các vật liệu bán dẫn.
Gần đây xuất hiện một loại polyme mới là phốtpho nitrin clorit với khối lượng hạn chế, được ứng dụng nhiều trong thực tế như :
Làm các chất kết dính để gắn các vật liệu kim loại và phi kim loại.
Tạo lớp sơn phủ chịu nhiệt cao. Lớp sơn phủ này có thể chịu nhiệt độ 350oC, so với sơn thông thường khả năng chịu nhiệt đã tăng lên rất nhiều.
Làm chất bôi trơn. Cho thêm khoảng 1-3% vào mỡ bôi trơn, mỡ sẽ không bị phân huỷ ở nhiệt độ cao.
Có thể tạo ra sản phẩm trung gian để làm các chất chịu nhiệt, ví dụ như hỗn hợp với 2,3-dibrompropanol với sự có mặt của chất phụ gia hữu cơ pridin, tẩm vào vải bông làm cho vải bông chịu được nhiệt độ 180oC. hay tạo lớp phủ trong hỗn hợp butyl ete photpho etylclorit và nitroxenlulo với các ete của axetic thì sẽ tạo được màng phủ dẻo, ít bắt lửa so với lớp phủ xenlulo thông thường.
Có thể tăng độ chịu nhiệt khi đun nóng, vì vậy có thể sử dụng làm chất hóa dẻo trong các vật liệu mang sơn phủ.
Nhiều loại polyme có tiềm năng không giới hạn. Thực nghiệm đã xác định rằng độ bền nhiệt tăng theo độ phân cực của liên kết. Ví dụ trong các loại polysilan kim loại thì kim loại có độ dương điện lớn hơn nên liên kết kim loại oxy phân cực hơn liên kết Si-O do đó có độ bền nhiệt tăng lên rất nhiều. Từ đó mở ra hướng nghiên cứu mới là thêm hay thay thế các kim loại khác nhau để tăng độ bền nhiệt cho vật liệu [9].
Với vật liệu bền nhiệt mà có thể tan trong dung môi hữu cơ thường được dùng để tạo lớp màng, lớp sơn hay lớp màng chất dẻo bảo vệ chịu nhiệt độ và áp suất cao.
Nhìn chung polyme vô cơ được sử dụng rộng rãi và đặc biệt là làm việc trong môi trường khắc nghiệt ở nhiệt độ cao, ăn mòn mạnh, áp suất lớn. Tuy vậy loại vật liệu này có một yếu điểm là giòn, khó gia công chế tạo, chịu va đập kém. Do đó nhiệm vụ đề ra cho khoa học vật liệu là phải khắc phục các nhược điểm này để nâng cao chất lượng vật liệu. Và một xu hướng hiện nay là nghiên cứu và tổng hợp các polyme có nguồn gốc cả vô cơ và hữu cơ, tạo ra các vật liệu mới mà có thể tổ hợp nhiều ưu điểm và hạn chế những nhược điểm.
I.1.3. Phân loại polyme vô cơ:
Người đầu tiên phân loại polyme vô cơ là nhà khoa học người Mỹ, Maye, dựa trên sự thay đổi về cấu trúc polyme ở trạng thái rắn. Tuy nhiên, hiện nay phương pháp này không phù hợp .
Phương pháp phân loại thứ 2 do Korshok và Mozgova đưa ra. Polyme được chia làm hai loại [1,6,7].
Polyme đồng nhất: được tạo ra từ các nguyên tố cùng loại.
Polyme không đồng nhất: được tạo ra từ các nguyên tố khác loại.
Những nguyên tố tạo polyme đồng nhất, nguyên tố tạo polyme không đồng nhất (những nguyên tố được bôi đen) được cho trong các bảng sau [6,7].
Bảng 1:Những nguyên tố tạo polyme đồng nhất .
Chu kì
Nhóm
I
II
III
IV
V
VI
VII
VII
O
1
(H)
He
2
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
4
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
ZN
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
5
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Te
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
6
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pd
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
7
Fr
Ra
Ac
(Th)
(Pa)
(U)
Bảng 2: Những nguyên tố tạo polyme không đồng nhất.
Chu kì
Nhóm
I
II
III
IV
V
VI
VII
VII
O
1
(H)
He
2
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
4
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
ZN
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
5
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Te
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
6
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pd
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
7
Fr
Ra
Ac
(Th)
(Pa)
(U)
Khả năng tạo polyme đồng nhất và không đồng nhất phụ thuộc vào năng lượng liên kết của mắt xích. Dựa vào thực nghiệm người ta đã xác định được giá trị năng lượng liên kết của một số loại polyme như sau [7].
Bảng 3: Năng lượng liên kết của một số loại polyme.
Liên kết
Năng lượng
(kcal/mol)
Liên kết
Năng lượng (kcal/mol)
C-C
80,0
Sb-Sb
42,0
S-S
63,0
Ge-Ge
39,2
P-P
53,0
As-As
39,0
Se-Se
50,0
N-N
37,0
Te-Te
49,0
O-O
34,0
Si-Si
45,0
C-N
66,0
B-O
119,3
As-O
64,5
B-N
104,3
Al-C
610,6
Si-O
89,3
C-S
61,5
B-C
89,0
Si-S
69,9
P-O
81,7
C-Si
57,6
Năng lượng liên kết của các liên kết N-N và O-O được ghi lại để so sánh. Cả 2 nguyên tố đều không có khả năng tạo polyme đồng nhất vì năng lượng liên kết của chúng thấp, Korhak và Mozogova đã tổng kết rằng polyme đồng nhất chỉ tạo ra khi năng lượng liên kết của mắt xích lớn hơn 37 kcal/mol. Năng lượng liên kết trong polyme vô cơ đồng nhất nhỏ hơn 80 Kcal/mol là giá trị năng lượng liên kết C-C trong hữu cơ. Như vậy polyme vô cơ đồng nhất không bền bằng polyme hữu cơ ở điều kiện thường. Đối với polyme vô cơ không đồng nhất, nhiều loại có năng lượng liên kết lớn hơn liên kết C-C, và hầu hết là lớn hơn của polyme vô cơ không đồng nhất. Điều này giải thích được xu hướng tạo polyme không đồng nhất và độ bền nhiệt của các loại vật liệu này.
Phương pháp phân loại thứ 3 là của Sowerby và Audrieth sau này được Shaw phát triển thêm. Theo phương pháp này polyme được chia thành 3 dạng tùy thuộc vào phương pháp điều chế [7].
Polyme trùng ngưng: được tạo thành nhờ các phản ứng trùng ngưng.
Polyme đa tụ: được tạo thành khi cộng mạch các phân tử monome chưa bão hòa.
Polyme phối trí: được tạo ra bằng liên kết giữa nguyên tử kim loại với Ligan hữu cơ hay vô cơ phù hợp.
Kiểm tra khả năng bám dính khi chịu tác dụng của lực kéo. Tiến hành thực nghiệm với bề mặt dính là 0,5cm2, sử dụng lực kế 4 kg để thưc hiện, nhưng không bị bật ra, điều đó khẳng định rằng polyme đã phủ có chất phụ gia TiO2 có khả năng bám dính là rất tốt.
III.2.3.4. Biện luận sự có mặt của TiO2 trong hệ:
Từ kết quả khảo sát thành phần phối liệu ta nhận thấy rằng tỷ lệ chất phụ gia và polyme thích hợp là: 1,0gam TiO2/ 5ml polyme. Điều này chứng tỏ rằng khi thêm một lượng TiO2 thích hợp vào hệ polyme đã làm thay đổi thành phần và tính chất của hệ.
Tương tự như đối với Fe2O3, và Cr2O3 để kiểm tra điều này trong quá trình nghiên cứu đã tiến hành chụp nhiễu xạ tia X (XRD) với các mẫu khi tiến hành với TiO2:
Mẫu I: Phụ gia TiO2. (Hình 18).
Mẫu II: Màng phủ polyme đã bổ sung phụ gia TiO2. (Hình19).
Kết quả chụp thu được cho trên các phổ sau:
So sánh sự xuất hiện TiO2 (Mẫu I) trong polyme đã bổ sung TiO2 (Mẫu II) thông qua các phổ XRD thu được:
- Nhận thấy ở mẫu I và mẫu II có xuất hiện các pic ở pha Titanium Oxide–TiO2:
Khi chiếu ở góc quét 27o có d(I) =3,44 còn d(II)=3,431.
Khi chiếu ở góc quét 28o có d(I) =3,310 còn d(II)=3,307.
Khi chiếu ở góc quét 29,5o có d(I) =3,091 còn d(II) =3,090.
Khi chiếu ở góc quét 43o có d(I) =2,116 còn d(II)=2,115.
So sánh sự khác nhau của hai phổ chồng của TiO2 và polyme đã trộn TiO2, ta nhận thấy sự khác nhau về khoảng cách hai mặt tinh thể ở pha Tianium Oxide:
- Si –O –Al – Ti – O – Si -
Hay:
- Si – O – Al – O – Ti – O -
O
- Ti – O – Al – O – Si -
KẾT LUẬN
1. Đã phân tích thành phần hóa học, xác định cấu trúc pha của hệ polyme Alumino Silicat dùng trong nghiên cứu biến tính. Kết quả cho thấy trong thành phần của hệ polyme có 6,973% Na2O; 0,202% Al2O3; 20,565% SiO2. Tương ứng với các pha:
Tridymite – SiO2.
Cristobalite – β SiO2.
Alumino Silicate – AlSi0,5O2,5/0,5SiO2.0,5Al2O3.
2. Đã khảo sát quá trình biến tính polyme bằng các oxít kim loại Fe2O3, Cr2O3, TiO2 với các tỷ lệ khác nhau. Kết quả thu được cho thấy các tỷ lệ của oxit kim loại (Fe2O3 và Cr2O3: polyme) nằm trong khoảng (1,2:6,626), với TiO2 là (1,0:6,626).
3. Đã khảo sát khả năng bám dính của lớp màng phủ polyme trước và sau biến tính. Kết quả nhận được cho thấy rằng khả năng chịu cào xước, khả năng chịu uốn cong và khả năng bám dính có bậc 0.
4. Đã khảo sát khả năng chịu nhiệt của lớp màng phủ polyme ở 1000C, 1500C, 2000C. Kết quả thu được cho thấy các màng phủ trước khi biến tính chỉ chịu được nhiệt độ ở 1000C và 1500C còn khi đến 2000C thì màng polyme bị phá hủy. Sau khi biến tính bằng các oxit kim loại thì màng polyme chịu được ở 2000C là rất tốt.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
ỜI CẢM ƠN 1
MỤCLỤC 2
LỜI MỞ ĐẦU 4
PHẦN I. TỔNG QUAN 5
I.1. GIỚI THIỆU VỀ POLYME VÔ CƠ 5
I.1.1. Xu thế phát triển của các loại polyme vô cơ 5
I.1.2. Phạm vi ứng dụng và giới hạn 5
I.1.3. Phân loại polyme vô cơ: 7
I.1.4. Cấu trúc của vật liệu polyme 9
I.1.4.1. Polyme vô cơ ở dạng rắn 9
I.1.4.2. Polyme vô cơ ở dạng lỏng 9
I.1.4.3. Polyme vô cơ ở dạng thuỷ tinh 9
I.1.4.4. Polyme trong dung dịch 10
I.1.4.5. Kết luận 10
I.1.5. Tính chất của polyme vô cơ 11
I.1.5.1. Sự liên kết của các phân tử 11
I.1.5.2. Một số tính chất điển hình của polyme vô cơ 13
I.1.5.2.1. Tính chịu uốn 13
I.1.5.2.2. Tính giãn nở 13
I.1.5.2.3. Tính cuộn tròn 14
I.1.5.2.4. Tính cơ nhiệt 14
I.2. POLYME VÔ CƠ TRÊN CƠ SỞ Si 16
I.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển của polyme trên cơ sở Silic 16
I.2.2. Giới thiệu polyme trên cơ sở hệ Alumino-Siliccat 20
I.2.3. Sự hình thành polyme hệ Si-O-Al 20
I.3. BIẾN TÍNH POLYME TRÊN CƠ SỞ HỆ Al – Si 22
PHẦN II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
II.1. PHƯƠNG PHÁP PHỔ HỒNG NGOẠI (IR) 24
II.1.1.Cơ sở của phương pháp 24
II.1.2. Điều kiện hấp thụ bức xạ hồng ngoại 24
II.2. PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X 25
II.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 25
II.3.1. Xác định hàm lượng Na2O 25
II.3.2. Xác định hàm lượng Al2O3 26
II.3.2.1. Cơ sở lý thuyết 26
II.3.2.2. Cách xác định 26
II.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG 26
II.5. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT VI SAI 27
II.6. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT CỦA DUNG DỊCH 27
II.6.1.Cơ sở lý thuyết 27
II.6.2. Đo độ nhớt bằng nhớt kế Ostwald 28
II.6.3. Cách tính toán 29
II.7. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA MÀNG PHỦ POLYME VÔ CƠ 30
II.7.1. Độ bền uốn cong 30
II.7.2. Độ bền cào xước 30
II.7.3. Độ bền kéo 30
PHẦN III. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN 32
III.1. KHẢO SÁT HỆ POLYME VÔ CƠ Si - Al BAN ĐẦU 32
III.1.1. Phân tích thành phần hóa học trong hệ polyme ban đầu 33
III.1.2. Xác định các nhóm liên kết trong hệ polyme ban đầu bằng phổ hồng ngoại 33
TỔNG QUAN
I.1. GIỚI THIỆU VỀ POLYME VÔ CƠ:
I.1.1. Xu thế phát triển của các loại polyme vô cơ:
Khái niệm: Hợp chất polyme là hợp chất được hình thành từ các phần tử nhỏ (nguyên tử, phân tử) thành các phần tử lớn có cấu trúc đại phân tử. Các phần tử nhỏ liên kết với nhau tạo thành mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng hay dạng mạch không gian [1].
Hoá học polyme hữu cơ được phát triển từ rất sớm, các phương pháp tổng hợp, đặc tính và quá trình của các polyme hữu cơ đã được coi là một trong những nghiên cứu chính cứu hoá học hiện đại. Với đặc điểm là dẻo, dễ gia công tạo sản phẩm, polyme hữu cơ được phát triển rộng rãi, tuy nhiên cũng không đáp ứng được yêu cầu của công nghệ cao đó là làm việc ở nhiệt độ cao và trong các môi trường xâm thực. Vì vậy trong những năm gần đây đã xuất hiện những nghiên cứu và ứng dụng của các vật liệu mới.
Từ những năm 1950, đã có hàng loạt những công trình nghiên cứu để tổng hợp polyme vô cơ bao gồm: polyphotphat, polysilicon, polysilicat, polyborat. Các vật liệu này đóng vai trò rất quan trọng trong công nghiệp.
Ngày nay, việc nghiên cứu và tổng hợp ngày càng được mở rộng và đã đạt được những thành tựu trong việc tìm kiếm và ứng dụng các loại polyme có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn mạnh.
Với các phương pháp như phương pháp trùng hợp, trùng ngưng, phương pháp đa tụ, phương pháp phối trí và sự thay đổi các nguyên tố vô cơ, các nhóm gốc đã tạo ra mảng vật liệu đa dạng, có chức năng thay đổi phù hợp với yêu cầu công nghệ. Thêm vào đó, sự phát triển của hoá học hiện đại giúp cho việc tìm ra các điều kiện để có thể tổng hợp và đạt được cấu trúc như chức năng toàn vẹn của vật liệu. Đây chính là mục tiêu của khoa học công nghệ vật liệu.
I.1.2. Phạm vi ứng dụng và giới hạn:
Với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, đòi hỏi vật liệu ngày càng phải có những chức năng phù hợp. Động lực chính trong sự phát triển của các loại polyme vô cơ chính là các chức năng ưu việt của chúng mà vật liệu polyme hữu cơ không có được, đó là tính bền nhiệt và tính chịu ăn mòn.
Với các đặc tính như bền nhiệt, có tính bền vững trong phạm vi nhiệt độ rộng, tính kị nước, khả năng chống bám dính, cách nhiệt tốt, polyme silicon được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ bán dẫn, các chất cách điện ở nhiệt độ cao, làm vòng đệm trong động cơ phản lực, làm chất phụ gia cao cấp để tăng độ bóng hay dùng để xử lý nước cho công nghệ thuộc da. Loại vật liệu này có thể ở một số dạng như lỏng, nhớt, chất dẻo hay nhựa.
Polyme chứa kim loại, mà điển hình là polyme chứa liên kết Al-N có độ cứng rất cao, dẫn nhiệt và cách điện tốt, bền nhiệt bền hoá, nên được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chịu nhiệt cao như [7]:
Phủ bảo vệ các chi tiết tiếp xúc với các kim loại nóng chảy như nồi nấu thép nồi nấu thuỷ tinh.
Phủ trên các bề mặt thép, graphit, hay các vật liệu phi kim loại mà tiếp xúc với môi trường ăn mòn mạnh.
Làm chất cách điện ở nhiệt độ cao, làm đế hay nền cho các mạch thích hợp.
Làm các thiết bị trao đổi nhiệt, các bộ thoát nhiệt trong các thiết bị năng lượng điện.
Cho vào các hợp kim của kim loại nhôm, và của một số kim loại khác để tăng mô đun đàn hồi, tăng độ bền nhiệt, có thể tạo ra các vật liệu bán dẫn.
Gần đây xuất hiện một loại polyme mới là phốtpho nitrin clorit với khối lượng hạn chế, được ứng dụng nhiều trong thực tế như :
Làm các chất kết dính để gắn các vật liệu kim loại và phi kim loại.
Tạo lớp sơn phủ chịu nhiệt cao. Lớp sơn phủ này có thể chịu nhiệt độ 350oC, so với sơn thông thường khả năng chịu nhiệt đã tăng lên rất nhiều.
Làm chất bôi trơn. Cho thêm khoảng 1-3% vào mỡ bôi trơn, mỡ sẽ không bị phân huỷ ở nhiệt độ cao.
Có thể tạo ra sản phẩm trung gian để làm các chất chịu nhiệt, ví dụ như hỗn hợp với 2,3-dibrompropanol với sự có mặt của chất phụ gia hữu cơ pridin, tẩm vào vải bông làm cho vải bông chịu được nhiệt độ 180oC. hay tạo lớp phủ trong hỗn hợp butyl ete photpho etylclorit và nitroxenlulo với các ete của axetic thì sẽ tạo được màng phủ dẻo, ít bắt lửa so với lớp phủ xenlulo thông thường.
Có thể tăng độ chịu nhiệt khi đun nóng, vì vậy có thể sử dụng làm chất hóa dẻo trong các vật liệu mang sơn phủ.
Nhiều loại polyme có tiềm năng không giới hạn. Thực nghiệm đã xác định rằng độ bền nhiệt tăng theo độ phân cực của liên kết. Ví dụ trong các loại polysilan kim loại thì kim loại có độ dương điện lớn hơn nên liên kết kim loại oxy phân cực hơn liên kết Si-O do đó có độ bền nhiệt tăng lên rất nhiều. Từ đó mở ra hướng nghiên cứu mới là thêm hay thay thế các kim loại khác nhau để tăng độ bền nhiệt cho vật liệu [9].
Với vật liệu bền nhiệt mà có thể tan trong dung môi hữu cơ thường được dùng để tạo lớp màng, lớp sơn hay lớp màng chất dẻo bảo vệ chịu nhiệt độ và áp suất cao.
Nhìn chung polyme vô cơ được sử dụng rộng rãi và đặc biệt là làm việc trong môi trường khắc nghiệt ở nhiệt độ cao, ăn mòn mạnh, áp suất lớn. Tuy vậy loại vật liệu này có một yếu điểm là giòn, khó gia công chế tạo, chịu va đập kém. Do đó nhiệm vụ đề ra cho khoa học vật liệu là phải khắc phục các nhược điểm này để nâng cao chất lượng vật liệu. Và một xu hướng hiện nay là nghiên cứu và tổng hợp các polyme có nguồn gốc cả vô cơ và hữu cơ, tạo ra các vật liệu mới mà có thể tổ hợp nhiều ưu điểm và hạn chế những nhược điểm.
I.1.3. Phân loại polyme vô cơ:
Người đầu tiên phân loại polyme vô cơ là nhà khoa học người Mỹ, Maye, dựa trên sự thay đổi về cấu trúc polyme ở trạng thái rắn. Tuy nhiên, hiện nay phương pháp này không phù hợp .
Phương pháp phân loại thứ 2 do Korshok và Mozgova đưa ra. Polyme được chia làm hai loại [1,6,7].
Polyme đồng nhất: được tạo ra từ các nguyên tố cùng loại.
Polyme không đồng nhất: được tạo ra từ các nguyên tố khác loại.
Những nguyên tố tạo polyme đồng nhất, nguyên tố tạo polyme không đồng nhất (những nguyên tố được bôi đen) được cho trong các bảng sau [6,7].
Bảng 1:Những nguyên tố tạo polyme đồng nhất .
Chu kì
Nhóm
I
II
III
IV
V
VI
VII
VII
O
1
(H)
He
2
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
4
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
ZN
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
5
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Te
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
6
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pd
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
7
Fr
Ra
Ac
(Th)
(Pa)
(U)
Bảng 2: Những nguyên tố tạo polyme không đồng nhất.
Chu kì
Nhóm
I
II
III
IV
V
VI
VII
VII
O
1
(H)
He
2
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
4
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
ZN
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
5
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Te
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
6
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pd
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
7
Fr
Ra
Ac
(Th)
(Pa)
(U)
Khả năng tạo polyme đồng nhất và không đồng nhất phụ thuộc vào năng lượng liên kết của mắt xích. Dựa vào thực nghiệm người ta đã xác định được giá trị năng lượng liên kết của một số loại polyme như sau [7].
Bảng 3: Năng lượng liên kết của một số loại polyme.
Liên kết
Năng lượng
(kcal/mol)
Liên kết
Năng lượng (kcal/mol)
C-C
80,0
Sb-Sb
42,0
S-S
63,0
Ge-Ge
39,2
P-P
53,0
As-As
39,0
Se-Se
50,0
N-N
37,0
Te-Te
49,0
O-O
34,0
Si-Si
45,0
C-N
66,0
B-O
119,3
As-O
64,5
B-N
104,3
Al-C
610,6
Si-O
89,3
C-S
61,5
B-C
89,0
Si-S
69,9
P-O
81,7
C-Si
57,6
Năng lượng liên kết của các liên kết N-N và O-O được ghi lại để so sánh. Cả 2 nguyên tố đều không có khả năng tạo polyme đồng nhất vì năng lượng liên kết của chúng thấp, Korhak và Mozogova đã tổng kết rằng polyme đồng nhất chỉ tạo ra khi năng lượng liên kết của mắt xích lớn hơn 37 kcal/mol. Năng lượng liên kết trong polyme vô cơ đồng nhất nhỏ hơn 80 Kcal/mol là giá trị năng lượng liên kết C-C trong hữu cơ. Như vậy polyme vô cơ đồng nhất không bền bằng polyme hữu cơ ở điều kiện thường. Đối với polyme vô cơ không đồng nhất, nhiều loại có năng lượng liên kết lớn hơn liên kết C-C, và hầu hết là lớn hơn của polyme vô cơ không đồng nhất. Điều này giải thích được xu hướng tạo polyme không đồng nhất và độ bền nhiệt của các loại vật liệu này.
Phương pháp phân loại thứ 3 là của Sowerby và Audrieth sau này được Shaw phát triển thêm. Theo phương pháp này polyme được chia thành 3 dạng tùy thuộc vào phương pháp điều chế [7].
Polyme trùng ngưng: được tạo thành nhờ các phản ứng trùng ngưng.
Polyme đa tụ: được tạo thành khi cộng mạch các phân tử monome chưa bão hòa.
Polyme phối trí: được tạo ra bằng liên kết giữa nguyên tử kim loại với Ligan hữu cơ hay vô cơ phù hợp.
Kiểm tra khả năng bám dính khi chịu tác dụng của lực kéo. Tiến hành thực nghiệm với bề mặt dính là 0,5cm2, sử dụng lực kế 4 kg để thưc hiện, nhưng không bị bật ra, điều đó khẳng định rằng polyme đã phủ có chất phụ gia TiO2 có khả năng bám dính là rất tốt.
III.2.3.4. Biện luận sự có mặt của TiO2 trong hệ:
Từ kết quả khảo sát thành phần phối liệu ta nhận thấy rằng tỷ lệ chất phụ gia và polyme thích hợp là: 1,0gam TiO2/ 5ml polyme. Điều này chứng tỏ rằng khi thêm một lượng TiO2 thích hợp vào hệ polyme đã làm thay đổi thành phần và tính chất của hệ.
Tương tự như đối với Fe2O3, và Cr2O3 để kiểm tra điều này trong quá trình nghiên cứu đã tiến hành chụp nhiễu xạ tia X (XRD) với các mẫu khi tiến hành với TiO2:
Mẫu I: Phụ gia TiO2. (Hình 18).
Mẫu II: Màng phủ polyme đã bổ sung phụ gia TiO2. (Hình19).
Kết quả chụp thu được cho trên các phổ sau:
So sánh sự xuất hiện TiO2 (Mẫu I) trong polyme đã bổ sung TiO2 (Mẫu II) thông qua các phổ XRD thu được:
- Nhận thấy ở mẫu I và mẫu II có xuất hiện các pic ở pha Titanium Oxide–TiO2:
Khi chiếu ở góc quét 27o có d(I) =3,44 còn d(II)=3,431.
Khi chiếu ở góc quét 28o có d(I) =3,310 còn d(II)=3,307.
Khi chiếu ở góc quét 29,5o có d(I) =3,091 còn d(II) =3,090.
Khi chiếu ở góc quét 43o có d(I) =2,116 còn d(II)=2,115.
So sánh sự khác nhau của hai phổ chồng của TiO2 và polyme đã trộn TiO2, ta nhận thấy sự khác nhau về khoảng cách hai mặt tinh thể ở pha Tianium Oxide:
- Si –O –Al – Ti – O – Si -
Hay:
- Si – O – Al – O – Ti – O -
O
- Ti – O – Al – O – Si -
KẾT LUẬN
1. Đã phân tích thành phần hóa học, xác định cấu trúc pha của hệ polyme Alumino Silicat dùng trong nghiên cứu biến tính. Kết quả cho thấy trong thành phần của hệ polyme có 6,973% Na2O; 0,202% Al2O3; 20,565% SiO2. Tương ứng với các pha:
Tridymite – SiO2.
Cristobalite – β SiO2.
Alumino Silicate – AlSi0,5O2,5/0,5SiO2.0,5Al2O3.
2. Đã khảo sát quá trình biến tính polyme bằng các oxít kim loại Fe2O3, Cr2O3, TiO2 với các tỷ lệ khác nhau. Kết quả thu được cho thấy các tỷ lệ của oxit kim loại (Fe2O3 và Cr2O3: polyme) nằm trong khoảng (1,2:6,626), với TiO2 là (1,0:6,626).
3. Đã khảo sát khả năng bám dính của lớp màng phủ polyme trước và sau biến tính. Kết quả nhận được cho thấy rằng khả năng chịu cào xước, khả năng chịu uốn cong và khả năng bám dính có bậc 0.
4. Đã khảo sát khả năng chịu nhiệt của lớp màng phủ polyme ở 1000C, 1500C, 2000C. Kết quả thu được cho thấy các màng phủ trước khi biến tính chỉ chịu được nhiệt độ ở 1000C và 1500C còn khi đến 2000C thì màng polyme bị phá hủy. Sau khi biến tính bằng các oxit kim loại thì màng polyme chịu được ở 2000C là rất tốt.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: