Đồ án Nghiên cứu biến tính polyme vô cơ trên cơ sở hệ Alumino Silicat

nghịch, năng lượng nhiệt đủ lớn để các phân tử chuyển động tự do và nhờ có sự quay của các phân tử lớn, biến dạng dẻo phát triển nhanh trong toàn khối vật liệu. Thời gian lay động rất nhỏ, do đó toàn bộ năng lượng dồn cho chuyển động tự do các phân tử (lớn và nhỏ) lay động nhưng không thoát ra khỏi vị trí cấu trúc trong mạng. Ở trạng thái chảy nhớt, các phân tử đều chuyển động. Sự dịch chuyển này tùy thuộc vào kích thước phân tử. Khi sự chảy nhớt kèm theo sự quay các phân tử lớn sẽ làm tăng tính biến dạng cho đến trạng thái chảy lỏng. Do đó độ nhớt khi chảy lỏng sẽ tăng dần trong vật liệu polyme. Polyme vô định hình sẽ ở dạng thủy tinh ở nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ chuyển hóa sang dạng bán lỏng. Nhiệt độ thủy tinh hóa được xác định qua hai yếu tố: Khả năng uốn khúc của khung xương và nhóm cạnh. Độ thể tích tự do được xác định bằng các nhóm cạnh. Các khung xương có chứa liên kết P-N liên kết Si-O cho các giá trị tz thấp nhất vì chúng tạo ra tính dễ xoắn tốt. Do đó việc tổ hợp các nguyên tố vô cơ trong khung xương của polyme sẽ tạo điều kiện tốt để điều khiển tz trên phạm vi nhiệt độ rất rộng. Và chính nhiệt độ này sẽ tạo ra vật liệu polyme ở thể đàn hồi, thể thủy tinh hay dạng nhựa. I.2. POLYME VÔ CƠ TRÊN CƠ SỞ Si: I.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển của polyme trên cơ sở Silic [1,5]. Từ những năm 1950 đã có hàng loạt các công trình nghiên cứu để tổng hợp các polyme trên cơ sở Si. Các công trình này đã có những đóng góp rất quan trọng trong sự phát triển của ngành công nghệ vật liệu và các lĩnh vực khác trong cuộc sống. Polyme trên cơ sở Si mang đầy đủ những đặc điểm và tính chất của polyme vô cơ nói chung, nhưng ngoài ra chúng còn có những tính chất ưu việt hơn so với các polyme vô cơ khác. Chúng có khả năng chịu được nhiệt độ từ 13000C-14000C; khả năng chịu axit ở nồng độ cao; có khả năng chống lại sự xâm thực của môi trường là rất tốt. Polyme của hợp chất Si có rất nhiều loại như (SiC)n có cấu tạo tinh thể hình khối lập phương, với tỷ trọng lớn hơn 3,2 g/cm3. Chúng có nhiệt độ chảy lỏng rất cao 26000C, và độ rắn chỉ sau kim cương, vì vậy thường được làm bột mài và điện cực và có tính dẫn điện tốt. Cacbuasilic được chế tạo bằng cách đốt nóng hỗn hợp cát thạch anh và cốc trong lò điện ở 18000C-20000C theo phản ứng : SiO2 + 3C = 2CO + SiC Ngoài Cacbuasilic, còn có NiticSilic (S2N4)n cũng thuộc polyme rắn có tỷ trọng 3,44g/cm3. Loại này rất bền hoá ở nhiệt độ 19000C mới bị phân huỷ. Phổ biến nhất trong các loại polyme của Silicat NatriSilicat. Loại nàyđược chế tạo rất đơn giản, chỉ việc cho SiO2 tác dụng với kiềm ở nhiệt độ thấp hay nhiệt độ cao tuỳ theo phương pháp khô hay ướt. Natri Silicat có thể tồn tại ở dạnh rắn hay lỏng. Theo phương pháp ướt ta có Silicat ở dạng lỏng: 2NaOHdd + SiO2 = Na2SiO3dd + H2O Theo phương pháp khô ta có phản ứng sau: Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2 Nếu đem Na2SiO3 rắn hoà tan trong nước được dung dịch nhớt gọi là: Thuỷ tinh lỏng. Muốn có thuỷ tinh rắn phải thay đổi tỉ lệ mol giữa Na2O/SiO2 và thêm các phụ gia để làm giảm độ tan của Na2CO3 trong nước. Khi phân ly trong nước NatriSilicat tạo các cation Na+ và các anion monome dưới dạng [H3SiO4]-. Khi dung dịch đặc hơn, các mức độ polyme hoá khác nhau theo cơ chế : O(-) O(-) O(-) O(-) HO-Si-OH + HO-Si-OH →HO-Si-O-Si –OH + H2O OH OH OH OH O(-) O(-) O(-) O(-) O(-) O(-) HO-Si-OH + HO-Si-O-Si-OH →HO-Si-O-Si –O-Si-OH + H2O OH OH OH OH OH OH O(-) O(-) O(-) HO-Si-OH + HO- Si- O - H →HO - Si - O - H + H2O OH OH n OH (n+1) Cân bằng giữa các polyme va monome phụ thuộc vào nồng độ và pH của dung dịch do môi trường có tác động làm thuỷ phân polyme. Axit Silicic là axit yếu ít bị phân ly do đó dung dịch NatriSilicat có tính kiềm, khi bị axit hoá thì các cation Natri được thay thế bằng các proton, còn axit Silicic tạo thành sẽ nhanh chóng ngưng tư để giải phóng nước và tạo gel của poly axit Silicic dưới dạng xH2O.ySiO2. Chúng có cấu tạo mạch thẳng ở dạng lớp hay không gian của tứ diện bên trong tư diện còn chứa một số nhóm hydroxyl. Phân tử lượng của poly axit Silicic có thể đạt tới 107 hoặc cao hơn. Độ bền vững của nó trong dung dịch phụ thuộc vào nồng độ pH của môi trường. Khi pha loãng nồng độ sẽ tạo ra polyme có phân tử lượng thấp hơn. Gel của poly axit Silicic ở pH=5÷6 bị tách ra dưới dạng kết tủa. Khi đốt cháy, dung dịch Gel bị trương nở trong nước và kèm theo quá trình ngưng tụ tiếp tục để tách nước của poly axit Silicic. Khi mất nước hoàn toàn sẽ được polyme xốp và giòn, chứa nhiều nhóm hydroxyl được dung làm chất phụ rất tốt. Nếu cho ngưng tụ đồng thời dung dịch axit Silicic và Nhôm Hydroxyl sẽ tạo polyme có cấu trúc không gian gọi là các Silicat phức tạp, có thể có cấu trúc mắt xích, lớp hay không gian được dung làm chất hấp phụ chọn lọc trong kỹ thuật. Nhận thấy những đặc điểm, tính chất ưu việt của polyme trên cơ sở Si. Một xu hướng mới đươc đưa ra để nghiên cứu và tổng hợp là các màng phủ trên cơ sở polyme Si. Các màng này được phủ trên bề mặt kim loại sẽ có nhiều ứng dụng rộng rãi trong việc bảo vệ các thiết bị chịu ở nhiệt độ cao, chống lại sự xâm thực, khả năng ăn mòn của môi trường hay trong các thiết bị chịu axit. Màng phủ vô cơ trên cơ sở Silic chia làm 2 loại [12]. - Màng phủ trên cơ sở keo Si và kim loại kiềm. - Màng phủ trên cơ sở keo Si và nhóm Alkyl. Màng phủ trên cơ sở keo Si và kim loại kiềm: Các kim loại kiềm thường là: Natri, Kali, Liti. Quá trình tổng hợp màng trên cơ sở Si và kim loại kiềm tương đối đơn giản, khi hoà tan trong nước chúng phụ thuộc vào tỉ lệ của Silic và oxit của các kim loại kiềm, khi tỷ lệ đó khác nhau thì sẽ tạo ra các màng có tính chất khác nhau. Sau đây là bảng tỉ lệ có thể sử dụng để tổng hợp các màng phủ [12]. Bảng 4: Tỷ lệ thành phần nguyên liệu tạo màng phủ Stt Tên màng Thành phần Tỷ lệ 1 Natri Silic SiO2:Na2O (2,4÷4,5)/1 2 Kali Silic SiO2:K2O (2,1÷5,3)/1 3 Liti Silic SiO2:Li2O (2,1÷8,5)/1 Màng phủ trên cơ sở keo của Si và Alkyl: Các hợp chất tạo màng trên keo Si– Alkyl: Methyl silicat, Etyl silicat Với mỗi loại Akyl có thể tạo ra rất nhiều các keo Alkyl khác nhau. Tuy nhiên sự hình thành keo Si-Alkyl phụ thuộc vào các hệ số : hàm lượng nước, nồng độ axit, kích cỡ của nhóm Alkyl [12]. Cơ sở: RO RO R-O- Si-OH +H+ → R– O - Si – O(+) - H RO RO H RO RO RO RO R-O- Si-O(+)-H + HO - Si – OR → RO- Si - O- Si-OR + H2O + H+ RO H OR OR OR (R là nhóm Alkyl) Ngoài ra với các poly axit silicic còn phản ứng với ion Zn2+ tạo ra Gel Silicat: HO OH OH OH OH 2 HO- Si-O- Si– O - Si –O – Si-O-Si - OH + Zn2+ HO OH OH OH OH HO OH OH OH OH HO- Si-O- Si– O - Si –O – Si-O-Si - OH O OH OH OH OH Zn + H2 O OH OH OH OH HO- Si-O- Si– O - Si –O – Si-O-Si - OH HO OH OH OH OH + Zn2+ Zn Zn O O -Si – O – Si - O O Zn Zn O O - Si – O - Si - O O polyme Kẽm Silicat Zn Zn n I.2.2. Giới thiệu polyme trên cơ sở hệ Alumino-Siliccate: Trong một vài năm gần đây thì một xu hướng mới về nghiên cứu vật liệu polyme vô cơ là sự quan tâm đặc biệt tới poly silicates và polyme trên quan hệ các đơn vị Alumino Silicat. Với những tính chất vật lý và hoá học làm cho chúng có thể lựa chọn để thay thế cho các nhựa và xi măng thông thường. Và quá trình tổng hợp các polyme này ở nhiệt độ thấp, điều kiện môi trường than thiện hơn so với sự tổng hợp các vật liệu cũ mà mang lại hiệu quả cao hơn. Các polyme silicat trên cơ sở các đơn vị Alumino Silicate như là: Sialat [-Si-O-Al-O-] ký hiệu là PS; Sialate Siloxo [-Si-O-Al-O-Si-O-] ký hiệu là PSS; hoặc Sialate disiloxo [-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-] ký hiệu là PSDS. Khi mà các vật liệu polyme chỉ chứa Al thì sự cân bằng điện tích đạt được bởi sự có mặt của Na+ hay K+. Cơ chế của phản ứng tổng hợp polyme là phản ứng tách (OH) của AluminoSilicate (cao lanh, đất sét..và các loại khoáng khác) với tỷ lệ chính xác của SiO2 và oxit kim loại kiềm, dưới sự kiểm soát nghiêm ngặt của hàm lượng nước [11]. Các polyme AluminoSilicate tổng hợp trên cơ sở nguyên liệu từ các khoáng cao lanh hay đất sét, sản phẩm phụ thuộc vào hàm lượng SiO2, Al2O3, H2O, Na2O mà sẽ có các sản phẩm khác nhau. Có tất cả 7 sản phẩm Na-polyme Silicate siloxo (PSS) [-Si-O-Al-O-Si-O-] được chỉ ra ở bảng sau [13]. Bảng 5: Tỷ lệ nguyên liệu để tạo các loại PSS STT SiO2/Al2O3 Na2O/SiO2 H2O/Na2O Na-PSS 1 3,3 0,25 10 Na-PSS 2 3,3 0,25 25 Na-PSS 3 3,3 0,45 10 Na-PSS 4 3,3 0,45 25 Na-PSS 5 4,5 0.33 10 Na-PSS 6 4,5 0,33 25 Na-PSS 7 3,8 0,3 17,5 I.2.3. Sự hình thành polyme hệ Si-O-Al [5]. Khi Silandol phản ứng với Al sẽ xảy ra việc loại các nguyên tử hydro và tạo thành các polyme phức tạp có chứa mối liên kết (Si-O-Al). Khi phân tích các sản phẩm phản ứng cho thấy khi tham gia phản ứng nguyên tử nhôm sẽ thay thế nguyên tử hydro theo tỷ lệ đương lượng. Phản ứng cơ bản trong trường hợp 1, 3 dihydroxyl tetraetyl đisiloxan có thể được mô tả như sau : 6HOSi(C2H5)2OSi(C2H5)OH + 2Al → 2[HOSi(C2H5)2OSi(C2H5)O]3Al + 3H2 Hiệu suất tạo thành trietyl Sioxyl Nhôm từ trietylSilanol và nhôm là rất lớn. HCl Khi nghiên cứu các tính chất của trietylSiloxyl Nhôm Anđriandov đã thấy rằng, dưới tác dụng của nước và có mặt của Silic, quá trình thủy phân diễn ra như sau : [(C2H5)3SiO]3Al + 3H2O Al(OH)3 + 3(C2H5)3SiOH Tuy nhiên khi chỉ có một lượng nước nhỏ tham gia vào quá trình thủy phân thì sẽ tạo thành một polyme mà các mắt xích trong phân tử của nó được xây dựng trên cơ sở các nguyên tử oxy và Nhôm ban đầu với các nguyên tử tiếp theo và tạo thành các nhóm trietyl Siloxyl. Các bước của chuỗi phản ứng để tạo thành sản phẩm polytrietyl Siloxyl. Các bước của chuỗi phản ứng để tạo thành sản phẩm polytrietyl Siloxyl Aluminnoxan là như sau: [(C2H5)3SiO]3Al + H2O → [(C2H5)3SiO]2AlOH + (C2H5)3SiOH 2[(C2H5)3SiO]2AlOH → [(C2H5)3SiO]2Al-O-Al[OSi(C2H5)3]2 + H2O (C2H5)3 – Al - O – Al – O – Al –OSi(C2H5)3 O Si(C2H5)3 O Si(C2H5)3 n O Si(C2H5)3 Nếu quá trình thủy phân diễn ra trong dung dịch axeton ở 200C thì cùng với thời gian và sự tăng dần của nước tham gia phản ứng sẽ tạo thành trạng thái polyme thủy tinh. I.3. BIẾN TÍNH POLYME TRÊN CƠ SỞ HỆ Al – Si: Một trong những ứng dụng của polyme vô vơ là làm chất phủ bảo vệ. Do đặc điểm lớp phủ bằng polyme vô cơ bám dính tốt trên nền kim loại và trên nền các chất vô cơ khác, có hệ số giãn nở nhỏ và có thể chịu được nhiệt độ làm việc cao hơn so với các màng sơn hữu cơ phủ bảo vệ, do đó một trong những hướng ứng dụng của polyme vô cơ là làm chất phủ bảo vệ trong môi trường có nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn trong các xí nghiệp sản xuất hóa chất hiện nay. Để khảo sát tính chất bảo vệ của lớp phủ bằng polyme vô cơ trên cơ sở hệ (Al – Si) chúng ta cần phải đưa các phụ gia đóng rắn khác nhau vào để nghiên cứu độ bám dính và các tính chất của polyme với các phụ gia đó. Trên cơ sở đó ta sẽ tìm được tỷ lệ rắn lỏng thích hợp đối với các chất phụ gia. Khi hóa trị của các hợp chất phụ gia đưa vào khác nhau thì có thể giải thích sự hình thành các polyme khác nhau. Khi hợp chất phụ gia thể hiện hóa trị 3 thì có thể dự đoán rằng cấu tạo của các mắt xích polyme trong trường hợp chất phụ gia là X2O3 (X là Fe hay Cr) có thể như sau : Nếu X nằm trong mạch thẳng : - Si- O- Al- O - X – O - Al- O – Si - Nếu X nằm trong mạch nhánh: -Si –O - Al- O – Si- O O - X – O – Si - X có thể nằm trong cả mạch thẳng và mạch nhánh: - Si- O - Al - O - X – O – Si - O O - X – O - Al - O - Khi hợp chất phụ gia có hóa trị 4 cũng có thể giải thích bằng cách dự đoán sự hình thành các mắt xích trong mạch polyme : YO2 ( Y là Ti). - Nếu Y nằm trong mạch thẳng : - Si –O –Al – Y – O – Si - Nếu Y nằm vừa trong mạch thẳng vừa mạch nhánh : - Si – O – Al – O – Y – O - O - Y – O – Al – O – Si - Trên cơ sở đó trong quá trình nghiên cứu đã thêm một số các hợp chất phụ gia như : Fe2O3, Cr2O3, TiO2, vào hệ polyme Al – Si để khảo sát và tìm ra tỷ lệ rắn lỏng thích hợp cho từng loại chất phụ gia. Từ đó ta có hệ polyme đạt được các tính chất theo mong muốn. * Các thông số vật lý của các chất phụ gia [10]. 1.Oxit sắt (Fe2O3): - Là chất bột màu đỏ. - Khối lượng riêng: 5,04 – 5,27 g/cm3 . - Nhiệt độ nóng chảy: 1565oC. - Nhiệt độ thăng hoa: 2000oC. 2.Oxit Crôm (Cr2O3): - Chất bột màu lục thẩm. - Khối lượng riêng: 5,21 g/cm3. - Nhiệt độ nóng chảy: 2140oC. - Có từ tính, không tan trong axit, kiềm. 3. Oxit Titan (TiO2): - Chất bột vô định hình màu trắng tuyết. - Khối lượng riêng: 4,13 – 4,25 g/cm3. - Nóng chảy xấp xỉ: 1800oC. PHẦN II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1. PHƯƠNG PHÁP PHỔ HỒNG NGOẠI (IR) [2]. Thực chất là phương pháp phân tích theo phổ dao động, đây là phương pháp dùng tia hồng ngoại IR (Infrared). Phương pháp này giúp chúng ta xác định được cấu trúc phân tử, các nhóm chức có trong đó. II.1.1.Cơ sở của phương pháp: Các chất có khả năng hấp thụ chọn lọc IR sẽ hình thành phổ hấp thụ IR. Khi hấp thụ IR các nguyên tử, nhóm nguyên tử sẽ liên kết và dao động với các tần số khác nhau.Do đó khi phát triển tần số nào đó sẽ tìm được nguyên tử, nhóm nguyên tử đó, vì mỗi nhóm dao động với tần số riêng. Vùng hồng ngoại gần (NIR): từ 12500 cm-1 (0,8µm)÷ 4000cm-1 (2,5µm). Vùng hồng ngoại giữa (IR): từ 4000cm-1(2,5µm) ÷1300cm-1 (7,69µm). Vùng hồng ngoại xa (FIR): từ 667cm-1 ÷10cm-1 . II.1.2. Điều kiện hấp thụ bức xạ hồng ngoại: Như ta đã biết, các bước chuyển mức năng lượng dao động thương khá bé, tương đương với năng lượng bức xạ hồng ngoại trong thang các bức xạ điện từ. Do đó người ta hay gọi phổ dao động là phổ hồng ngoại. Tuy nhiên không phải bất kỳ phân tử nào cũng có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại để cho hiệu ứng phổ dao động. Người ta đã chứng minh được rằng chỉ có các phân tử khi dao động có gây ra sự thay đổi momen lưỡng cực điện mới có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại để cho hiệu ứng phổ dao động. Qui tắc chọn lọc cho phổ dao động: Điều kiện cần để phân tử có thể hấp thụ bức xạ hồng ngoại, chuyển thành trạng thái kích thích dao động là phải có sự thay đổi momen lưỡng cực điện khi dao động. Theo qui tắc này ,các phân tử có hai nguyên tử giống nhau không cho hiệu ứng phổ dao động. Đồng thời một sự thay đổi bất kỳ về phương hay giá trị của momen lưỡng cực khi phân tử dao động đều làm xuất hiện các lưỡng cực dao động.Chính các lưỡng cực dao động này tương tác với thành phần điện trường của dao động bức xạ hồng ngoại và kết quả là phân tử sẽ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Trong đồ án này sử dụng phương pháp phổ hồng ngoại để xác định các sự có mặt của các nhóm liên kết trong dung dịch polyme vô cơ. Từ đó có thể dự đoán được có các nhóm liên kết gì trong polyme vô cơ. II.2. PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X [2]. Nguyên tắc: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy luật xác định. Khi chùm tia Rơnghen tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng lưới tinh thể thì mạng lưới này đóng vai trò như một cấu tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X tới sẽ tạo thành các tâm phát ra các tia phản xạ. Mặt khác, các nguyên tử, ion này được phân bố trên các mặt phẳng song song. Do đó, hiệu quang trình của hai tia phản xạ bất kỳ trên hai mặt phẳng song song cạnh nhau được tính như sau: Δ= 2dsinq. Trong đó: d-là độ dài khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song.(A0) q-là góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ.(độ) Theo điều kiện giao thoa, để các sóng phản xạ trên hai mặt phẳng cùng pha thì hiệu quang trình phải bằng số nguyên lần độ dài bước sóng. Do đó: 2dsinq=nl, n=1; 2; 3,...; l là bước sóng của tia X. Đây là hệ thức Vufl- Bragg, là phương trình cơ bản để nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể. Căn cứ vào các cực đại nhiễu xạ trên giản đồ, tìm được 2q. Từ đó suy ra d theo hệ thức Vufl- Bragg. So sánh giá trị d tìm được với d chuẩn sẽ xác định được thành phần cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu. Vì vậy, phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật chất. II.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH [4]. II.3.1. Xác định hàm lượng Na2O: Lấy 10ml dung dịch cần phân tích cho vào bình định mức 250ml bằng nước cất. Lấy từ bình định mức ra 5ml cho vào bình nón và chuẩn bằng HCl 0,1N với chỉ thị phenolphthalein, khi dung dịch chuyển từ mầu hồng sang không màu. Ghi thể tích HCl đã sử dụng VHCl . Phần trăm Na2O được xác định theo công thức sau: %Na2O = , % Trong đó: V: Là thể tích dung dịch HCl chuẩn. (ml) N: Là nồng độ đương lượng gam của dung dịch HCl chuẩn.(N) a: Là thể tích pha loãng định mức dung dịch ban đầu.(ml) 31 và 1000: Là các hệ số chuyển đổi. b: Là số dung dịch lấy để phân tích. (ml) c: Là số dung dịch đã được pha loãng lấy để chuẩn. (ml) d: Là tỷ trọng của dung dịch đã lấy.(g/ml) II.3.2. Xác định hàm lượng Al2O3: II.3.2.1. Cơ sở lý thuyết: Thực chất là phương pháp: xác định Al bằng ComplexonIII bằng phương pháp định phân ngược. Cho một lượng EDTA dư (ComplexonIII dư), sau đó chuẩn EDTA dư bằng dung dịch chuẩn ZnSO4 , dùng Xilen da cam làm chất chỉ thị. Al3+ + H2Y2- AlY- + 2H+ H2Y2- + Zn2+ ZnY2- + 2H+ Zn2+ + Xilen da cam Phức mầu đỏ (pH = 5 ÷ 6). II.3.2.2. Cách xác định: Lấy 10ml dung dịch chứa Al3+ cho vào bình nón. Cho thêm vào đó 10ml EDTA O,05M + 1ml HCl 0,1N , sau đó đun sôi nhẹ. Làm nguội bằng Natriaxetat, điều chỉnh pH= 5 ÷ 6, thêm chỉ thị Xilen da cam. Định phân bằng dung dịch ZnCl2 0,05M. Ghi thể tích ZnCl2 tiêu tốn: VHCl . II.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG [3]. Sử dụng phương pháp phân tích khối lượng để xác định hàm lượng (SiO3) 2- có trong dung dịch thông qua SiO2. Lấy 10ml dung dịch cần phân tích cho dư axit HCl 20% vào sẽ tạo kết tủa (thử bằng phenolphtalein): (SiO3) 2- + 2H+ = 2H2SiO3. Lấy kết tủa thu được đem đi lọc chân không, sau đó đem đi sấy khô ở 1000C, tiếp tục đem đi rửa bằng nước ấm cho tới khi hết Cl- (thử bằng AgNO3) . Kết tủa đem sấy khô trước khi đưa vào lò nung ở 9000C trong 1giờ, theo phương trình phản ứng sau: H2SiO3 SiO2 + H2O Phần trăm của SiO2 trong sẽ được tính như sau: %SiO2 = , % Trong đó: Dm: Là khối lượng kết tủa thu được sau khi nung.(gam) d: Là tỷ trọng của dung dịch đem phân tích.(gam/ml) V: Là thể tích của dung dịch khi lấy đem phân tích.(ml) II.5. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT VI SAI: Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (Differential Scanning Callorimetry-DSC) là kỹ thuật phân tích nhiệt dùng để đo nhiệt độ và dòng nhiệt truyền trong vật liệu theo hàm thời gian và nhiệt độ. Phép đo này cho biết định tính và định lượng về các quá trình hoá lý xảy ra thông qua các quá trình thu nhiệt, toả nhiệt hay biến đổi nhiệt dung. Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermal Gravity Analysis-TGA) đo sự biến đổi khối lượng mẫu khi tăng nhiệt độ. Thiết bị phân tích nhiệt TA SDT 2960 kết hợp đo đồng thời cả DSC và TGA đến 15000C. Đặc điểm nổi bật của thiết bị này là có thể phân tích định lượng DSC do dòng nhiệt được xác định rất chính xác nhờ kỹ thuật chuẩn hoá động. Số liệu DSC được chuẩn hoá liên tục bằng cách chia tín hiệu dòng nhiệt cho khối lượng mẫu. Sự chuẩn hoá này cho phép định lượng được nhiệt nóng chảy, nhiệt phản ứng,. Phần TGA có độ nhạy đến 0,1mg và ổn định trên toàn thang nhiệt độ. Các mẫu chế tạo đều được khảo sát trên thiết bị này tại Trung tâm Khoa học Vật liệu. Trên cơ sở đó ta có thể điều chỉnh được nhiệt độ của chế độ nung, ủ nhiệt khi tạo mẫu, cũng như tốc độ nâng nhiệt, nhiệt độ thiêu kết (nhiệt độ perovskite hoá) để tạo ra mẫu có chất lượng tốt. II.6. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT CỦA DUNG DỊCH: II.6.1.Cơ sở lý thuyết: Trước khi tiến hành đo độ nhớt của dung dịch cao phân tử ta nên xem lại khái niệm độ nhớt của dung dịch nói chung. Xét trường hợp sau: Tác dụng của một lực ngoài vào lớp dung dịch mỏng 1 nằm nằm song song với mặt thoáng làm nó chuyển động với một vận tốc không lớn lắm u1, đồng thời khi đó các lớp dưới cũng sẽ chuyển động theo với tốc độ giảm dần, tỷ lệ thuận với khoảng cách. Trị số lực ngoài sẽ bằng lực ma sát nội nhưng có hướng ngược lại và tỷ lệ thuận với tiết diện S cũng như tỷ lệ thuận với gradien tốc độ giữa các lớp du/dx. F = η.S. Trong đó, hệ số tỷ lệ η được gọi là hệ số nhớt hoặc độ nhớt. Thứ nguyên của η là Poaz (g.cm-1.s-1). Về thực nghiệm, độ nhớt có thể được xác định bằng nhiều phương pháp như phương pháp hạt rơi, phương pháp nghiên cứu độ chảy cua dung dịch qua mao quản,.... Trong đồ án này ta sử dụng phương pháp dùng nhớt kế Ostwald. II.6.2. Đo độ nhớt bằng nhớt kế Ostwald: Nhớt kế Ostwald được mô tả ở hình bên, là một dụng cụ thủy tinh hình chữ U gồm nhánh 1 và 2. Nhánh 2 là một mao quản có đường kính xác định, có khắc vạch định mức a và b. Khi đó, ta xác định thời gian mà chất lỏng chảy từ mức a đến mức b. Trước khi tiến hành đo, cần phải rửa sạch nhớt kế, tráng bằng nước cất. Nhớt kế được đặt trong bình ổn nhiệt độ, mức nước cần vượt qua mức a của nhánh 2. Dùng pipet hút 10ml chất lỏng vào nhánh 1. Dùng ống cao su nối vào nhánh 1 và bơm từ từ (để tránh có bọt lẫn trong chất lỏng) chất lỏng lên quá mức a chừng 1cm . Khi đó, chất lỏng vẫn còn ở đáy bầuto của nhánh 1. Để chất lỏng chảy tự nhiên và dùng đồng hồ bấm giây xác định thời gian chất lỏng chảy từ mức a đến mức b. Làm lại ít nhất 3 lần để lấy giá trị trung bình. Đặt máy ổn nhiệt ở nhiệt độ cố định, xác định độ nhớt của nước nguyên chất, sau đó của những dung dịch cần đo với các nồng độ khác nhau. 1 2 a b Hình 2: Nhớt kế Ostwald II.6.3. Cách tính toán: Khi cho chất lỏng chảy qua mao quản thì độ nhớt của nó tỷ lệ thuận với thời gian chảy t và khối lượng riêng ρ theo hệ thức: η = k.ρ.t Trong đó, k là hằng số nhớt kế. Có thể xác định k bằng cách đo thời gian chảy của nước cất. Tiến hành đo ở cùng nhiệt độ và cùng thể tích chất lỏng, ta có: η0 = k.ρ0.t0 Với η0 là độ nhớt của nước cất, giá trị độ nhớt của nước cất (xem bảng 6), ρ0 là khối lượng riêng của nước cất, t0 là thời gian chảy của nước cất từ mức a đến mức b. Từ đó ta có : = Hay: η = η0. Bảng 6: Độ nhớt của nước cất ở các nhiệt độ khác nhau Nhiệtđộ, 0C 0 10 20 25 30 40 50 60 η0(Poaz) 1,972 1,308 1,005 0,894 0,801 0,656 0,549 0,469 II.7. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA MÀNG PHỦ POLYME VÔ CƠ: II.7.1. Độ bền uốn cong: Phủ polyme lên bề mặt của vật liệu chế tạo bằng thép CT3, bề mặt được đánh bóng bằng giấy ráp. Để khô tự nhiên sau đó sấy ở 1000C, đem ra uốn cong với các góc uốn khác nhau từ 00; 300; 600; 900; 1200; 1500; 1800. Sau mỗi lần uốn tương ứng với các góc khác nhau kiểm tra khả năng bám dính của polyme bằng cách: Cân vật liệu trước khi phủ đã được sấy khô có khối lượng: m1.(gam) Cân vật liệu sau khi phủ đã được sấy khô có khối lượng: m2 . (gam) Cân vật liệu đã uốn cong tương ứng với góc uốn có khối lượng: m3(gam) Ta có: Δm = m2 – m1 : Khối lượng lớp màng phủ khô.(gam) Δm1 = m2 - m3 : Khối lượng màng phủ còn lại sau khi uốn cong.(gam) Phần trăm bám dính được tính theo công thức sau: %Bám dính = , % II.7.2. Độ bền cào xước: Nguyên tắc xác định: Mẫu sau khi đã phủ polyme được để khô, sau đó dung mũi dao nhọn chia trên bề mặt mẫu 1cm2, trong 1cm2 đó chia làm 100 ô vuông nhỏ. Những vết cắt phải xuyên qua lớp màng phủ nhưng không được quá sâu vào vật liệu nền. Khả năng cào xước được xác định thông qua việc đếm số lượng ô vuông nhỏ trên diện tích 1cm2 được vạch bị bong tróc. Độ bám dính của màng phủ được đánh giá theo thang điểm từ 0 ÷ 4. Nếu số lượng các ô tróc nhỏ nằm trong khoảng từ: 0÷4 ô tương ứng với bậc 0 – Độ bám dính tốt. 5÷10 ô tương ứng với bậc 1 – Độ bám dính trung bình. 11÷15 ô tương ứng với bậc 2 – Độ bám dính kém. 16÷20 ô tương ứng với bậc 3 – Độ bám dính là rất kém. Trên 20 ô ứng với bậc 4 coi như không bám hoàn toàn. II.7.3. Độ bền kéo: Phủ một polyme trên bề mặt 2mẫu vật liệu CT3 trong một đơn vị diện tích xác định:0,5cm2, 1cm2, 2cm2 . Dùng 2 mẫu đã được phủ dính lên bề mặt của nhau, để cố định cho khô trong vòng 24 giờ. Sau đó dùng lực kế kéo một mẫu theo chiều ngang còn một mẫu để cố định. Bằng lực kế phù hợp và bề mặt phủ được xác định chúng ta có thể nghiên cứu khả năng bám dính của polyme. PHẦN III. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BIỆN LUẬN III.1. KHẢO SÁT HỆ POLYME VÔ CƠ Si - Al BAN ĐẦU: Xác định hàm lượng Na2O bằng phương pháp phân tích thể tích. Xác định hàm lượng Al2O3 bằng phương pháp phân tích thể tích. Xác định hàm lượng SiO2 bằng phương pháp phân tích khối lượng. Hệ polyme Alumino Silicate đã tổng hợp được xác định có thành phần khác nhau như sau: Thành phần (%) Na2O Al2O3 SiO2 PLM 1 6,973 0,202 20,565 PLM 2 8,252 0,245 21,96 Tiến hành trộn polyme 1 và 2 có khuấy ở nhiệt độ 400C với tỷ lệ khác nhau sẽ có những polyme có độ nhớt khác nhau: Tạo polyme mới PLM1 (ml) PLM2 (ml) Mẫu I 40 0 Mẫu II 30 10 Mẫu III 20 20 Mẫu IV 10 30 Mẫu V 0 40 Tiến hành xác định độ nhớt và khôi lượng riêng của 5 mẫu polyme mới tạo thành: Mẫu I Mẫu II Mẫu III Mẫu IV Mẫu V Khối lượng riêng (g/ml) 1,325 1,346 1,350 1,362 1,365 Độ nhớt (Poaz) 6,844 7,829 8,656 9,588 11,093 Với các hệ polyme có độ nhớt khác nhau chắc chắn sẽ có một kết quả biến tín