Nghiên cứu tổng hợp polyme aluminosilicat

- LÊ THỊ HIÊN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYME ALUMINOSILICAT Chuyên ngành : Công nghệ các chất vô cơ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VÔ CƠ Người hướng dẫn khoa học: TS.
- TỔNG QUAN 1.1 Polyme vô cơ.
- Giới thiệu về polyme vô cơ.
- Cấu trúc của polyme vô cơ.
- Tính chất của polyme vô cơ.
- Ứng dụng của polyme vô cơ.
- Đặc điểm cấu trúc của polyme Aluminosilicat .
- Tính chất lý học và hóa học của polyme Aluminosilicat.
- Ứng dụng của polyme Aluminosilicat.
- Đông học quá trình hòa tan.
- Phương pháp nghiên cứu động học quá trình hòa tan.
- Phương pháp xác định cấu trúc và thành phần pha.
- Nghiên cứu cấu trúc và một số tính chất của polyme Aluminosilicat.
- Nghiên cứu ứng dụng của polyme Aluminosilicat làm chất phủ bảo vệ .51 4.4.1.
- Kiểm tra khả năng chịu nhiệt của polyme.
- HỌC VIÊN Lê Thị Hiên 2 LỜI MỞ ĐẦU Có thể nói, ở đâu có mặt của sự sống của con người ở đó có sự xuất hiện của các loại vật liệu.
- Gần gũi với con người đó là các loại vật liệu được sử dụng để chế tạo các vật dụng sinh hoạt hàng ngày, chế tạo các đồ trang trí, các công cụ lao động, vật liệu được sử dụng trong xây dựng nhà cửa, các công trình giao thông, thủy lợi, các phương tiện đi lại.
- Trong các ngành khoa học và công nghệ khác, đương nhiên cũng không thể không có mặt của các loại vật liệu, sử dụng trong việc chế tạo thiết bị, máy móc, thiết bị, nhà xưởng… Với những ứng dụng rộng rãi như vậy, ngành công nghệ vật liệu thực sự nắm giữ vai trò quan trọng trong đời sống con người.
- Song song với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, ngành công nghệ vật liệu cũng đứng trước yêu cầu phải tạo ra những loại vật liệu có những tính năng đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt ra.
- Chính vì thế các vật liệu ứng dụng trong đời sống phải đáp ứng được yêu cầu đó.
- Yêu cầu đối với vật liệu là phải có độ bền cơ học, có khả năng chống chịu tốt trước những điều kiện khắc nhiệt của môi trường.
- Đồng thời vật liệu xây dưng phải tạo nên môi trường vi khí hậu thích hợp cho con người, đó là khả năng chịu nhiệt, cách âm, chống nóng, lạnh, chống nấm mốc.
- Vì vậy con người không ngừng hoàn thiện, cải tiến và tìm kiếm vật liệu mới.
- Đây là mục tiêu mũi nhọn của khoa học và công nghệ vật liệu, so với các polimer hữu cơ thì polyme vô cơ có phạm vi ứng dụng vẫn hẹp hơn.
- Tuy nhiên với tính năng ưu việt của polyme vô cơ là bền nhiệt, chịu hóa, có khả năng chống chịu các điều kiện môi trường khắc nhiệt, việc nghiên cứu ứng dụng polyme vô cơ trong công nghệ chế tạo vật liệu xây dựng là một hướng đi rất có triển vọng.
- 3 Trên thế giới, tại các nước phát triển đã tiến hành nghiên cứu và ứng dụng thành công các loại vật liệu xây dưng sử dụng polyme vô cơ làm nguyên liệu như các loại bêtông nhẹ, vật liệu cách nhiệt, chống thấm, các loại gạch xây dựng … có độ bền cao, hay sử dụng polimer vô cơ làm nguyên liệu xây dựng đường giao thông có độ chịu nén ép cao.
- Các nghiên cứu sử dụng polimer vô cơ trong chế tạo vật liệu xây dựng, nếu thành công sẽ đem lại những lợi ích vô cùng to lớn.
- Trước tiên, nó sẽ đánh dấu sự phát triển của khoa học vật liệu trong nước.
- Quan trọng hơn các nghiên cứu thành công sẽ giúp giải quyết yêu cầu ngày một cao đối với vật liệu xây dựng, nó sẽ thay thế cho các vật liệu đương đại đang dần dần không còn đáp ứng được yêu cầu kiến trúc xây dựng, tận dụng được nguồn nguyên liệu rất dồi dào sẵn có trong nước, giảm được chi phí trong xây dựng các công trình.
- Để có được vật liệu mới đạt được những tính năng ưu việt thì phải chế tạo được polimer vô cơ có khả năng kết dính và chịu được sự ăn mòn… Ngày nay các ý tưởng được áp dụng và nghiên cứu phát triển đối với chất kết dính cần phải có nồng độ cao, mức độ ngưng tụ để tạo ra cá pha hiđrat.
- Do vậy chế tạo polyme vô cơ mới là làm xuất hiện khả năng dính kết dựa trên cơ sở phát triển của hợp chất.
- Như vậy triển vọng nghiên cứu các hợp chất vô cơ có khả năng cho tính chất keo phải có tính chất sau: Tính quy luật của sự xuất hiện tính dính kết, có khả năng polyme hóa thủy phân khi hòa tan, có khả năng tạo polime dạng anion bằng cách đa tụ.
- 4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 POLYME VÔ CƠ 1.1.1.
- Giới thiệu về polyme vô cơ Polyme vô cơ thuộc loại vật liệu hay hợp chất có phân tử lượng lớn hay còn gọi là hợp chất cao phân tử, thuộc hệ polyme nói chung, được hình thành từ các hợp chất hay đơn chất có phân tử bé gọi là monomer bằng phương pháp đa tụ hay trùng ngưng.
- Polyme vô cơ có thể chia làm 3 nhóm sau.
- Cũng có một số tác giả quan niệm khác cho rằng polyme vô cơ chỉ nên chia làm 2 nhóm.
- Polyme đồng nhất được hình thành từ 1 loại nguyên tử do liên kết cộng hóa trị, được gọi là polyme vô cơ dù nguồn gốc có thể là nguyên tố vô cơ, kim loại hay phi kim loại.
- Loại này có thể tồn tại ở dạng muối rắn như các polyme sunfat, polyphotphat hay dạng lỏng dưới dạng các dung dịch keo của hydroxit kim loại, phôtphat kim loại hóa trị cao hay silicat kim loại hóa trị thấp Như vậy vật liệu polyme vô cơ có thể hình thành từ nhiều nguyên tố trong các nhóm của bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleep.
- Cấu trúc của polyme vô cơ Việc tìm hiểu cấu trúc của polyme vô cơ là rất khó khăn.
- Polyme vô cơ dạng rắn: 5 Đây là dạng tồn tại phổ biến nhất.Trong dạng này, polyme có thể cấu trúc mạch thẳng, mạch nhánh, cấu trúc lớp hoặc cấu trúc không gian.
- Các nguyên tố trong polyme có cấu trúc này thường ở nhóm IIIB đến IVB trong bảng hệ thống tuần hoàn.
- Polyme vô cơ dạng lỏng: Polyme vô cơ dạng lỏng thường là polimer không đồng nhất.
- Cấu trúc của loại này cũng có thể có mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng, cấu trúc không gian.
- Polyme vô cơ ở dạng thủy tinh: Các polyme loại này là polyphotphat, poly borat, poly silicat.
- Cấu trúc của các photphat, silicat, borat ở trạng thái nóng chảy và thủy tinh phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ hỗn hợp các nguyên tố .
- Cho đến nay vẫn chưa có lý thuyết nào giải thích cặn kẽ, chi tiết về cấu trúc polimer vô cơ dạng thủy tinh.
- Tính chất của polyme vô cơ 1.
- Tính chịu uốn: Các polyme mạch vòng hay mạch thẳng có nguồn gốc vô cơ hay hữu cơ đều được hợp thành từ các phân tử nhỏ để tạo thành các phân tử lớn, mạch của polyme càng cao thì độ bền uốn càng cao và tạo ra tính dẻo của polyme.
- Nguyên nhân tạo ra tính dẻo là do cấu trúc trong phân tử lớn dài, có nhiều mối nối giữa các nguyên tử.
- Tính giãn nở: Các polyme có 2 đặc tính quan trọng là các phân tử lớn có tham gia vào chuyển động nhiệt và có xác suất tạo mạng không gian trong cấu trúc.
- Do cấu trúc xít đặc khác nhau của vật liệu dẫn đến sự khác nhau của độ giãn nở đối với các polyme.
- Độ sít đặc càng lớn thì độ giãn nở càng nhỏ làm cho khả năng dung môi bị thấm vào vật liệu càng ít.
- Điều này tạo nên độ bền nhiệt, bền hóa của vật liệu.
- Tính cuộn tròn: Trong phân tử polyme mạch nhánh chúng có xu hướng cuộn tròn các nhánh lại để tạo phân tử lớn có cấu trúc không gian nhỏ gọn do có trạng thái gấp khúc tồn tại bên trong.
- Ví dụ: Polyme photpho nitrin clorit ở nhiệt độ phòng sau một tuần sẽ có tinh thể (PNCl2)n kết tinh và mất dần tính dẻo do trong polyme tinh thể các phân tử lớn được sắp xếp rất chặt chẽ và giữ nguyên vị trí trong mạch cấu trúc nhờ lực liên kết giữa các phân tử.
- Tính cơ nhiệt: Đây là tính chất quan trọng của polyme vì nó phản ánh đặc trưng cấu trúc của polyme.
- Khi thay đổi nhiệt độ và có lực tác dụng vào vật liệu sẽ gây ra những biến dạng rõ rệt ở các phân tử nhưng chưa thoát khỏi phân tử lớn để chuyển động tự do nhưng làm cho hệ có độ giãn nở cao.
- Nhiệt độ đủ lớn để gây ra biến dạng đó là nhiệt độ giòn của polyme.
- Đây là nhiệt độ giới hạn gia công của polyme tạo sản phẩm.
- Trong trạng thái biến dạng thuận nghịch, năng lượng nhiệt đủ lớn sẽ làm cho biến dạng dẻo trong toàn khối vật liệu chuyển sang trạng thái chảy lỏng dần dần polyme bị phân hủy.
- Các tính năng ưu việt của polyme vô cơ là tính bền cơ, bền nhiệt, tính chịu ăn mòn, chính là động lực cho sự phát triển của các loại vật liệu này.
- Với đặc tính bền nhiệt, kị nước và khả năng chống bám dính, cách nhiệt, cách điện tốt polimer silicon được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ bán dẫn, làm các chất cách điện ở nhiệt độ cao, làm vòng đệm trong động cơ phản lực…loại vật liệu này có thể ở dạng lỏng, chất dẻo hoặc nhựa.
- Làm vật liệu phủ bảo vệ các chi tiết tiếp xúc với nhiệt độ cao như: Nồi nấu thép, nồi nấu thủy tinh.
- Vật liệu phủ bề mặt các chi tiết tiếp xúc với môi trường ăn mòn mạnh.
- Làm chất kết dính để gắn các vật liệu kim loại và phi kim loại.
- Nhìn chung, polyme vô cơ rất có tiềm năng, việc nghiên cứu và ứng dụng chúng vào công nghệ chế tạo vật liệu sẽ đem lại những hiệu quả to lớn.
- Bên cạnh những tính chất ưu việt thì vật liệu này cũng có những yếu điểm như giòn, khó gia công chế tạo, chịu va đập kém.
- Nhiệm vụ của khoa học vật liệu là phải khắc phục những nhược điểm này để nâng cao chất lượng vật liệu.
- Một xu hướng hiện nay là nghiên cứu và tổng hợp các polyme co nguồn gốc cả hữu cơ và vô cơ tạo ra vật liệu có thể tổ hợp nhiều ưu điểm và hạn chế các nhược điểm.
- Đặc điểm cấu trúc của polyme aluminosilicat 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 polyme silicat và polyme trên cơ sơ quan hệ các đơn vị Alumino silicat.
- Quá trình tổng hợp các polyme ở nhiệt độ thấp, điều kiện môi trường thân thiện hơn so với sự tổng hợp các vật liệu cũ mà mang lại hiệu quả cao hơn.
- Quá trình polyme hóa vô cơ aluminosilicat là phản ứng hóa học diễn ta rất nhanh trong môi trường kiềm của khoáng silic – nhôm.
- Kết quả của phản ứng là mạch không gian 3 chiều và cấu trúc chuỗi bao gồm bộ khung Si – O – Al – O.
- Thành phần hóa học của polyme vô cơ aluminosilicat tương tự như các vật liệu zeolit tự nhiên nhưng nó có cấu trúc dạng vô định hình.
- Sự hình thành sản polyme vô cơ alumino silicat được giải thích như sau: n(Si2O5Al2O2.
- 2nSiO2 + 4nH2O + NaOH → Na++ n(OH)3–Si–O–Al-–O–Si–(OH)3 (Vật liệu giàu Si–Al) (OH)2 n(OH)3–Si–O–Al-–O–Si–(OH)3 + NaOH → Na+–(Si–O–Al-–O–Si–O.
- 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+.
- Có tất cả 7 sản phẩm Na - polyme silicat siloxo được chỉ ra ở bảng sau: STT SiO2/Al2O3 Na2O/SiO2 H2O/Na2O Na- PSS Na- PSS Na- PSS Na- PSS Na- PSS Na- PSS Na- PSS Bảng 1: tỷ lệ nguyên liệu để tạo ra các loại PSS Polymer Alumino silicat là một dạng keo - chất liên kết đó là trạng thái giả bền chuyển đổi quá bão hóa trước keo của dung dịch polyme vô cơ có cấu trúc ion, một phần của dung dịch này ở trạng thái sơ cấp.
- Tính chất lý học và hóa học của polyme Alumino silicat Polyme Alumino silicat có đầy đủ tính chất của vật liệu polyme vô cơ.
- Một số tính chất khác của polyme Alumino silicat.
- Các vật liệu khi đốt nóng thường bị giãn nở nhiệt, sau khi làm nguội nó lại trở về thể tích ban đầu.
- Tỷ nhiệt là tỷ số giữa nhiệt dung riêng của vật liệu với nhiệt dung riêng của nước.
- Khối lượng riêng của vật liệu phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa.
- Thường khối lượng riêng của polyme Alumino silicat là nhỏ nhưng chất lượng rất tốt.
- Vật liệu polyme Alumino silicat có độ bền cơ học tương đối cao.
- Đây là tính chất quan trọng cuả polyme vì nó phản ánh được đặc trưng cấu trúc của polyme.
- Vật liệu polyme alumino silicat có cấu trúc xít đặc, độ giãn nở nhiệt nhỏ và có khả năng khuếch tán dung môi vào vật liệu ít nên tính bền nhiệt và bền hóa cao.
- Vật liệu polyme Alumino silicat xít đặc nên độ hút nước rất nhỏ.
- Vật liệu polyme Alumino silicat có cấu trúc mạch nên độ dẫn nhiệt nhỏ, vì vậy được dùng làm vật liệu cách nhiệt.
- Phương pháp tổng hợp Polyme vô cơ Alumino silicat được tổng hợp bằng cách sử dụng dung dịch thủy tinh lỏng (Na2SiO3) và cao lanh nung ở các nhiệt độ khác nhau và thời gian lưu khác nhau khuấy trên máy khuấy từ ở các nhiệt độ từ (50 – 80)oC, với thời gian khuấy từ 2 giờ đến 6 giờ.
- Những ứng dụng của polyme silicat Với các tính chất điển hình về độ bền cơ, bền nhiệt, bền hóa, khả ăng chống chịu các điều kiện môi trường khắc nhiệt nên polyme vô cơ Alumino silicat ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
- Làm ngói màu bằng polyme vô cơ: Cũng với nguyên liệu là đất sét, phụ gia, phối trộn và tạo hình, sấy, sơn màu bằng sơn vô cơ nhằm thu được một loại vật liệu composite vô cơ có tính chất cơ lý hóa tốt, bền màu, nhẹ và sử dụng tiện lợi, giá cả phù hợp do đặc trưng về nguyên liệu.
- 12 - Xây dựng giao thông bằng polyme vô cơ: Đây là một dạng nền composite vô cơ hiện đại.
- Sản phẩm có thể sử dụng để chế tạo gạch ngói, làm đường giao thông, chế tạo vật liệu composite vô cơ.
- Làm men nguội, lớp phủ polyme vô cơ chống trầy xước, chịu nhiệt, chịu axit: Nguyên liệu đất sét, đất các loại, đem sử lý nhiệt, nghiền mịn đến kích thước hạt ximăng, phối trộn với phụ gia lỏng, đóng gói.
- Thông thường sự kết hợp của dung môi với pha răn diễn ra trên bề mặt của hạt, trong một số trường hợp sự tương tác này có thể cản trở bởi cấu trúc xốp trong lòng hạt rắn.
- Có thể chia ra hai dạng cơ bản của phản ứng quá trình hòa tan.
- Ví dụ quá trình này là quá trình hòa tan các cấu trúc tinh thể dạng ion trong nước với sự tạo thành dung dịch quá bão hòa và kết tinh chúng.
- Ví dụ cho quá trình này từ các phân tử có cấu trúc ion hoặc là thủy tinh trong các chất lỏng phân cực hoặc không phân cực.
- Trong loại này phải kể đến phản ứng tương tác của các phân tử có cấu trúc tinh thể hoặc ion với dung dịch phân cực và không phân cực, dẫn đến sự tạo thành ion phân tử solvat

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt