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

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





MỤCLỤC

 

LỜI 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

III.1.4. Kiểm tra khả năng bám dính của màng phủ 35

III.1.5. Kiểm tra khả năng chịu nhiệt của màng phủ 35

III.2. BIẾN TÍNH HỆ Si – Al BẰNG CÁC CHẤT PHỤ GIA KHÁC NHAU 38

III.2.1. Khảo sát hệ polyme khi thêm phụ gia là Fe2O3 38

III.2.1.1. Đặc điểm thành phần Fe2O 38

III.2.1.2. Khảo sát thành phần phối liệu rắn lỏng 38

III.2.1.3. Kiểm tra khả năng bám dính của màng phủ sau biến tính 40

III.2.1.4. Biện luận sự có mặt của Fe2O3 trong hệ polyme 40

III.2.2. Khảo sát hệ polyme khi thêm phụ gia là Cr2O3 44

III.2.2.1. Đặc điểm thành phần Cr2O3 44

III.2.2.2. Khảo sát thành phần phối liệu rắn lỏng 44

III.2.2.3. Kiểm tra khả năng bám dính của màng phủ sau biến tính 46

III.2.2.4. Biện luận sự có mặt của Cr2O3 trong hệ polyme 46

III.2.3. Khảo sát hệ polyme khi thêm phụ gia là TiO2 50

III.2.3.1. Đặc điểm thành phần là TiO2 50

III.2.3.2. Khảo sát thành phần phối liệu rắn lỏng 50

III.2.3.3. Kiểm tra khả năng bám dính của màng phủ sau biến tính 52

III.2.3.4. Biện luận sự có mặt của TiO2 trong hệ polyme 52

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

 

 





Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.

Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn


Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:


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 hay 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; hay 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 nhô...

Music ♫

Copyright: Tài liệu đại học ©