Nghiên cứu gia tăng tính chất của bảo vệ của lớp phủ epoxy bằng bột khoáng TALC

Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Hình 1.2: Talc dưới kính hiển vi điện tử quét Tinh thể talc có dạng hình vẩy. Thường tập hợp tạo các lá, vẩy hay khối sít đặc (hình 1.2). Do lực liên kết các vảy nhỏ nên sờ tay có cảm giác mỡ. Trong các loại khoáng chất có trong tự nhiên, bột talc là loại bột mềm nhất (độ cứng 1 Mohs), có màu trắng sáng bóng, có khả năng giữ mùi thơm lâu và đặc biệt là có độ sạch cao. Tỷ trọng của bột talc dao động trong khoảng 2,5-2,8 g/cm3. Bề mặt chính hay bề mặt cơ sở trên các phiến cơ sở của talc không chứa các nhóm hyđroxyl hay các ion hoạt động, điều này giải thích tính kỵ nước và trơ về mặt hóa học của talc. Talc không tan trong nước cũng như trong dung dịch axit hay bazơ yếu. Khi nung talc có hiệu ứng nhiệt mạnh bắt đầu từ 9000C, thông thường là 920-10600C nếu nung nóng trong môi trường không khí. Ở khoảng nhiệt độ này talc bị mất nước hóa học tạo thành magie metasilicat [12, 13]: 3MgO.4SiO2.H2O  3(MgO.SiO2) + 6SiO2 + H2O Tạp chất Al2O3 và CaO làm giảm độ chịu lửa của sản phẩm. FeO có trong nguyên liệu silicat magie sẽ bị oxi hóa ở nhiệt độ 500-600°C. Ở nhiệt độ cao hơn nó sẽ phản ứng với forsterite để tạo metasilicat magie theo phản ứng: 2MgO.SiO2 + Fe2O3 → MgO.SiO2 + MgO.Fe2O3 Sự oxi hóa sắt sẽ làm mủn sản phẩm đồng thời lại tiêu tốn MgO để biến thành 2MgO.SiO2 cho nên phải hạn chế oxit sắt trong nguyên liệu. Talc không bị phân hủy bằng axit trừ HF nó có thể sử dụng làm vật liệu chịu lửa forsterite theo phản ứng : 3.MgO.4SiO2.H2O + 5MgO → 4[2MgO.SiO2] + H2O Talc nóng chảy ở 15000C. 2.1.2. Ứng dụng Nguyễn Thị Huyền Hóa 11 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 2.1.2.1. Talc trong các ngành công nghiệp Hình 1.3: Ứng dụng talc trong các ngành công nghiệp khác nhau ở Hoa Kỳ năm 2003 Hình 1.3 và bảng 1.1 cho thấy các số liệu thống kê và tỉ lệ sử dụng talc tại Hoa Kỳ trong các năm từ 2003 đến 2007. Bảng 1.1: Thống kê sử dụng bột talc trong các lĩnh vực khác nhau ở Hoa Kỳ (Đơn vị: nghìn tấn) Lĩnh vực 2004 2005 2006 2007 Gốm sứ 227 220 248 209 8 8 10 16 Sơn 147 139 153 128 Giấy 114 114 124 143 Chất dẻo 34 36 41 31 Tấm lợp 63 58 61 51 Cao su 24 21 23 26 Khác 95 95 100 77 Tổng cộng 712 693 760 681 Mỹ phẩm (Nguồn: U.S. Geological Survey, 2006, 2007, 2008) • Nông nghiệp và thực phẩm Talc là một tác nhân chống đóng bánh hiệu quả, là tác nhân phân tán và cố định chất nhờn, do đó talc được sử dụng để kiểm soát độ chảy, độ đóng bánh trong thức ăn gia súc. Trong các hỗn hợp và chất hóa học dùng trong Nguyễn Thị Huyền Hóa 12 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp nông nghiệp như thuốc trừ sâu, talc là một chất mang lý tưởng. Talc cũng được sử dụng như một tác nhân phủ chống dính trong một số thực phẩm phổ biến như kẹo cao su, kẹo ngọt, các loại thịt chế biến sẵn,… • Gốm sứ và thủy tinh Talc có thể được sử dụng cả ở hai dạng: thành phần chính của sứ ốp lát và chất bổ sung kiểm soát giãn nở nhiệt ở các khe mạng. Talc sử dụng trong công nghiệp gốm sứ yêu cầu có hàm lượng sắt và cacbonat thấp, đồng nhất về thành phần hóa học và độ co ngót, cứng, hạt mịn, màu trắng hoặc gần trắng. Khi sử dụng talc, sẽ không có một lượng lớn khí sinh ra như sử dụng các khoáng chất cacbonat. Điều này giúp cho nhiệt độ tăng nhanh hơn trong giai đoạn đầu của quá trình nung và cho phép thời gian nung rút ngắn hơn cũng như giảm các hư hỏng đi kèm như các lỗ nhỏ lưu khí trong lớp men. • Giấy Talc có thể được sử dụng với ba vai trò: chất độn, chất phủ bề mặt, và chất hấp phụ hắc ín. Ưu điểm của talc như một vật liệu phủ giấy là độ trơn bóng, độ trắng cáo và độ trầy xước thấp. Vì vậy, sản xuất giấy cao cấp sử dụng talc sẽ làm giảm độ ma sát bề mặt giấy, giảm sự nhòe mực. • Cao su Talc làm giảm độ nhớt của các hợp chất cao su, do đó làm cho các bộ phận đúc và ép dễ dàng hơn. Trong các chất nhồi và các loại đệm cao su, chúng cung cấp khả năng kháng nén tốt. Trong dây cáp điện, talc hoạt động như chất cách điện. Talc cũng giúp các nhà sản xuất lốp xe giảm độ dày lốp. • Chất dẻo Talc dạng tấm được sử dụng để gia cố và/hoặc độn cho cả thiết bị chịu nhiệt và chất dẻo chịu nhiệt – chủ yếu là chất dẻo chịu nhiệt. Talc được sử dụng trong chất dẻo chịu nhiệt để kiểm soát sự chảy do nhiệt, sự dão nhiệt ở Nguyễn Thị Huyền Hóa 13 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp các bộ phận đúc, tăng chu kỳ đúc, tăng độ chịu chênh lệch nhiệt và cải thiện sự ổn định các chiều tăng cao. • Mỹ phẩm và dược phẩm Trong mỹ phẩm, talc được sử dụng để trang điểm và làm bột rắc. Do bột talc ưa dầu và có độ hấp thụ tốt nên nó dễ dàng bám trên cơ thể người, hút dầu và khi loại bỏ đi sẽ tạo ra làn da khô và mượt. Với tính chất kị nước, bột talc giúp bảo vệ làn da trẻ em khỏi bị ướt,... Trong dược phẩm, talc được sử dụng để sản xuất các viên thuốc với vai trò như một chất độn và bôi trơn, và như một chất tăng cường trong chất phủ màng mỏng, chất bôi trơn cho cao su. • Tấm lợp Talc có màu kém, giá thành thấp được sử dụng trong tấm lợp nhằm tăng trọng lượng nhưng hạ giá thành tính theo diện tích, tăng khả năng chống tia cực tím, ngăn sự thấm dầu và di chuyển, và tăng khả năng chống cháy. • Các ứng dụng khác Talc còn được sử dụng làm chất ngăn ngừa tạo bấc trong sơn lót ô tô, chất đóng đường viền cho thảm và sản phẩm dệt may, chất độn trong hợp phần các chất và vữa làm ván lát tường, và như chất độn chức năng cho chất kết dính và chất bịt kín. Trong công thức sản xuất chất kết dính và chất bịt kín, talc dạng tấm được nghiền và phân loại cỡ hạt từ 0,75-15 mm và được sử dụng với 5 đến 30% (trọng lượng) nhằm giảm giá thành, kiểm soát độ lưu biến, hoạt động như một chất độn bán gia cố, tăng độ bền axit và nước. 2.1.2.2. Ứng dụng của talc trong sơn Có rất nhiều vật dụng, chi tiết, nhà cửa, công trình,... được sơn phủ. Tác dụng đầu tiên của sơn phủ phải kể đến là khả năng bảo vệ cho bề mặt vật cần được sơn khỏi tác dụng xấu từ môi trường, nâng cao tuổi thọ cho chi tiết. Thứ Nguyễn Thị Huyền Hóa 14 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp hai là về mặt mỹ thuật, nó tạo cho chi tiết có màu sắc đẹp hơn và người ta có thể phân loại các chi tiết khác nhau nhờ lớp sơn phủ bên ngoài. Hơn thế nữa với một số loại sơn đặc chủng có thể giải quyết được nhiều yêu cầu về mặt kỹ thuật như sơn chống nấm mốc, sơn chống hà, sơn phản quang, sơn phát quang, sơn chịu hoá chất, sơn chịu nhiệt, sơn cách nhiệt, sơn hấp thụ sóng điện từ,... để có được các tính chất này, các chất độn có trong sơn đóng vai trò chủ yếu mang lại các đặc tính cho sơn trong đó có bột khoáng talc. Talc được sử dụng chủ yếu trong vật liệu phủ như là TiO2. Nó cũng góp phần làm ổn định huyền phù, kiểm soát độ phẳng và ánh, tăng độ bền hóa học, phủ lấp để tạo mặt phẳng, hoàn thiện tấm phim sơn, và chống chịu tác động thời tiết. Talc thường tự lơ lửng trong sơn và hỗ trợ các chất tạo màu khác lơ lửng, khi sự lắng xảy ra thì nó thường tự động trở lại trạng thái lơ lửng do nó rất nhẹ. Mặc dù talc là chất kị nước nhưng nó lại phân tán dễ dàng trong hầu hết các loại sơn bao gồm cả môi trường dung dịch nước. Hầu hết talc đạt yêu cầu sử dụng trong công nghiệp sản xuất sơn có các đặc tính diện tích bề mặt cao và khả năng hấp thụ dầu cao. Mặc dù các tính chất này hạn chế lượng talc kết hợp trong sơn nhưng sự có mặt của nó với hàm lượng trung bình góp phần làm tăng độ lưu biến – chống quá trình lắng sơn, khả năng sơn quét, làm phẳng, và duy trì độ cong. Talc cũng hạn chế sự lão hóa và phá hủy sơn. Một số loại talc nhất định có khả năng làm phẳng giúp kiểm soát độ bóng của lớp tráng men. Các loại talc này có cỡ hạt 10 m và cỡ hạt lớn nhất là 25 m. Sơn kỹ thuật thường sử dụng talc -325 dạng mắt lưới, trong khi sơn công nghiệp thì thường sử dụng talc cấp hạt micro. Talc tremolit có tinh thể hình trụ và khả năng hấp thụ dầu thấp hơn nên loại talc này có độ phân tán Nguyễn Thị Huyền Hóa 15 Lớp K35C - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp cao hơn, mức tải cao hơn, độ phẳng thấp hơn và tạo lớp da khô tốt hơn so với talc dạng tấm. Nó cũng tạo độ bền tốt hơn khi ứng dụng trong sản xuất sơn ngoài trời và sơn giao thông. 2.2. Biến đổi bề mặt bột talc bằng hợp chất silan Trong các lĩnh vực cao su, sơn, vật liệu phủ và đặc biệt là trong lĩnh vực chất dẻo (PP, PE,…) talc là một chất gia cường có hiệu quả. Không chỉ làm cho quá trình gia công trở nên dễ dàng hơn, việc sử dụng bột talc còn đem lại nhiều tính chất quý cho sản phẩm. Tuy nhiên, cũng như nhiều vật liệu vô cơ khác như sợi thuỷ tinh, mica, các oxit kim loại,... talc thường tương tác bề mặt kém với các vật liệu polyme. Khi sử dụng talc làm chất gia cường cho các loại vật liệu thì cần phải nâng cao độ tương tác giữa các pha để sản phẩm đạt được các tính năng cơ lý hoá cao. Tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng mà bột khoáng talc cần được biến tính bề mặt để tạo ra sự tương tác thích hợp của talc với các vật liệu nền lựa chọn. Biến đổi bề mặt khoáng talc bằng các hợp chất silan là một phương pháp đang được sử dụng phổ biến hiện nay. 2.2.1. Hợp chất silan Các hợp chất silan là các hợp chất hóa học của nguyên tử silic với hợp chất hóa học đơn giản nhất là SiH4 (silan). Trong các hợp chất silan, nếu có chứa ít nhất 1 liên kết Si-C được gọi là các hợp chất silan hữu cơ. Tác nhân ghép nối silan là các hợp chất hóa học của nguyên tử silic có chứa hai nhóm hoạt động vô cơ và hữu cơ trên cùng một nguyên tử với cấu trúc điển hình của nó là: (RO)3SiCH2CH2CH2-X Trong đó RO là nhóm có khả năng thủy phân như: metoxy, etoxy hay acetoxy,… và X là nhóm chức hữu cơ như: amino, metacryloxy, epoxy,… Nguyễn Thị Huyền Hóa 16 Lớp K35C -