Hình 7B và 7C là ảnh SEM của màng sơn PUZnO và PU-CNT. Bề mặt của màng PU chứa nano
ZnO và CNT không xuất hiện các vết nứt như bề
mặt của màng PU, tuy nhiên bề mặt của màng khá
gồ ghề và xuất hiện các vết lõm xung quanh vùng
biên giới các hạt ZnO và CNT. Điều này có thể do
nano ZnO và CNT có khả năng hấp thụ tia UV làm
giảm năng lượng phá hủy mạch đại phân tử PU, bề
mặt màng sơn không xuất hiện các vết nứt [6, 7, 13].
Tuy nhiên ở xung quanh biên giới hạt PU vẫn bị phá
hủy cục bộ dưới tác động của các tia UV. Hình 7D là
ảnh SEM chụp bề mặt màng sơn PU chứa
CNT/ZnO. Bề mặt màng không xuất hiện các vết
nứt đồng thời cũng không thấy xuất hiện các vết
l m. Điều này chứng tỏ rằng dưới tác động của tia
UV màng sơn vẫn chưa bị phá hủy. Điều này có thể
là do sự che chắn và khả năng hấp thụ UV của CNT
và ZnO cùng đồng thời phát huy. Cơ chế này cũng
được nghiên cứu bằng phương pháp phổ IR.
Cấu trúc của màng sơn PU và PU chứa phụ gia
được nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại,
với cùng một điểm chiếu cố định trước và sau khi
chiếu UV. Hình 8 là phổ hồng ngoại của màng PU,
PU-ZnO và PU-CNT/ZnO trước và sau 16 chu k
chiếu UV.
Phổ hồng ngoại của màng sơn polyuretan nghiên
cứu có các đỉnh hấp thụ 3390 cm-1 đặc trưng cho liên
kết -NH/OH, đỉnh 2940 cm-1 đặc trưng cho liên kết
-CH2 của hydrocacbon mạch thẳng, đỉnh 1724 cm-1
đặc trưng cho liên kết -C=O, 1530 cm-1và 1250 cm-1
đặc trưng cho nhóm liên kết C-N trong nhóm
-C-NH. Sau 16 chu kì chiếu UV, đỉnh hấp thụ 3390
cm-1 mở rộng hơn so với trước khi chiếu UV do sự
hình thành nhóm hydro peroxit –R-O-O-H [16];
trong khi đó đỉnh hấp thụ 2940 cm-1 vẫn không đổi.
Chứng tỏ đã diễn ra sự oxi hóa cắt mạch của màng
sơn polyuretan dưới tác động của tia UV.
Phổ hồng ngoại của màng sơn PU-ZnO,
PU-CNT, đỉnh hấp thụ 3390 cm-1 sau khi chiếu UV
mở rộng hơn so với trước khi chiếu UV nhưng vẫn
nhỏ hơn so với sự mở rộng của của đỉnh 3390 cm-1
của phổ hồng ngoại của màng sơn PU, trong khi đó
đỉnh thụ 3390 cm-1 của màng PU-ZnO/CNT trước và
sau khi chiếu UV gần như chồng khít, không có sự
thay đổi nhiều, chứng tỏ màng sơn polyuretan chứa
CNT/ZnO không bị cắt mạch dưới tác động của tia
UV, kết quả này cũng phù hợp với kết quả quan sát
được từ kính hiển vi điện tử quét
7 trang |
Chia sẻ: honghp95 | Lượt xem: 577 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Ảnh hưởng của nanocompozit cnt/zno đến khả năng bảo vệ của màng sơn polyuretan dưới bức xạ của tia tử ngoại - Phạm Gia Vũ, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TẠP CHÍ HÓA HỌC 54(3) 349-355 THÁNG 6 NĂM 2016
DOI: 10.15625/0866-7144.2016-317
349
ẢNH HƯỞNG CỦA NANOCOMPOZIT CNT/ZnO ĐẾN KHẢ NĂNG BẢO VỆ
CỦA MÀNG SƠN POLYURETAN DƯỚI BỨC XẠ CỦA TIA TỬ NGOẠI
Phạm Gia Vũ*, Nguyễn Thị Kim Cúc, Vũ Kế Oánh, Trịnh Anh Trúc, Tô Thị Xuân Hằng
Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Đến Tòa soạn 8-12-2015; Chấp nhận đăng 10-6-2016
Abstract
The deposition of ZnO on CNTs has been prepared by a sol–gel method. The CNT/ZnO nanocomposites
synthesized were characterized by Fourier Transform Infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron
microscopy (SEM) methods. The analyses show that the nano ZnO deposition on CNT was crystalline in the form of
hexagonal wurtzite structure. The average particle size of ZnO deposition on CNT is about 10 nm. The CNT/ZnO
nanocomposites were incorporated into a polyurethane coating for improving the UV resistance of the coating. The
Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurement was performing during UV exposure for characterize the
UV resistance of the coating. The corrosion resistance of polyurethane coatings containing 0.1 wt.% CNT/ZnO in UV
radiation was higher than that polyurethane and polyurethane coatings containing CNT or ZnO at the same rate.
Keywords. Carbon nanotube, nano ZnO, nano composite CNT/ZnO, polyurethane, UV resistance.
1. MỞ ĐẦU
Hiện nay, nano oxit kẽm (ZnO) đã được được sử
dụng làm phụ gia chống UV trong các lĩnh vực dược
phẩm, công nghệ sơn do có khả năng hấp thụ các tia
UVA và UVB[1]. Bên cạnh đó, nano ZnO còn có
khả năng ứng dụng trong ngành công nghệ polime
nhờ các hiệu ứng ở kích thước nano. Shailesh K.
Dhoke đã nghiên cứu sử dụng nano-ZnO với kích cỡ
hạt dưới 50 nm trong lớp phủ alkyd và lớp phủ
alkyd-silicon [2, 3]. Kết quả cho thấy với nồng độ
nano ZnO rất thấp (dưới 0,3 %) có thể tăng khả năng
chống ăn mòn, chống cào xước và chống mài mòn
của lớp phủ. Thêm vào đó, sự có mặt của nano ZnO
không ảnh hưởng đến độ trong quang học của lớp
phủ, thay vào đó các hạt nano còn có khả năng tăng
độ bền của polyme, giảm lão hóa. Một số nghiên
cứu khác về vai trò của nano ZnO trong nhựa acrylic
[4], nhựa polyuretan [5] cũng cho thấy sự cải thiện
các tính chất cơ học và một số tính chất đặc biệt như
chống tĩnh điện, chống vi khuẩn khi nano ZnO được
đưa vào lớp phủ. Tuy nhiên, hoạt động của ZnO gây
ra một số tương tác với polyme và có trường hợp
ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn của màng phủ.
Nano ZnO và nano ZnO biến tính bằng silan đã
được sử dụng làm chất hấp thụ UV ứng dụng trong
lớp phủ polyuretan [6, 7]. Nano ZnO ở nồng độ thấp
0,1 % đã tăng đáng kể độ bền UV của màng sơn và
có tác dụng tăng khả năng bảo vệ chống ăn mòn của
lớp phủ polyuretan.
Các tính chất xúc tác quang của nano ZnO trong
vùng UVA và UVC cũng được nâng cao khi biến
tính với các hợp chất vô cơ khác như oxit titan, SiO2
và ống các bon nano đa vách [8].
Bên cạnh đó, ống cacbon nano tube (CNT) cũng
đang được ứng dụng rộng rãi để làm phụ gia cho vật
liệu polyme nhờ có cấu trúc đặc biệt và nhiều tính
chất nổi trội như có độ bền kéo đứt modun đàn hồi
cao nhờ liên kết sp2 của các nguyên tử cacbon, có
tính dẫn nhiệt, dẫn điện như một kim loại hoặc chất
bán dẫn tùy thuộc vào độ tinh khiết. Cấu trúc của
CNT gồm 2 cấu trúc chính: cấu trúc đơn vách và đa
vách. CNT đơn vách có cấu trúc 1 lớp graphit tạo
thành ống hình trụ, đường kính khoảng 1 nm và
chiều dài có thể gấp hàng ngàn lần hoặc hơn. Cấu
trúc của CNT đa vách gồm nhiều lớp graphit cuộn
lại với nhau tạo thành ống hình trụ có đường kính từ
50 đến 150 nm và chiều dài khoảng 200 µm tùy theo
điều kiện chế tạo [9]. Các kết quả nghiên cứu cho
thấy CNT được oxi hóa [10] và biến tính CNT bằng
oxit sắt từ [11], bằng các hợp chất hữu cơ silan [12],
hấp thụ các chất hữu cơ bảo vệ có thể ứng dụng
trong chế tạo ra các lớp phủ epoxy và polyuretan
nanocompozit có các tính chất cơ lý, khả năng bảo
vệ chống ăn mòn và độ bền UV được cải thiện.
Nghiên cứu kết tủa nano ZnO lên bề CNT có thể
làm giảm lực lực liên kết Van der Waals giữa bề mặt
CNT, làm tăng khối lượng riêng của vật liệu, giúp
cho quá trình phân tán và ổn định hơn trong polyme
đồng thời còn có thể tạo ra các hiệu ứng cộng hưởng
và kết hợp các tính chất quí của hai loại vật liệu này.
TCHH, 54(3), 2016 Phạm Gia Vũ và cộng sự
350
Nanocompozit trên cơ sở CNT và nano ZnO sẽ kết
hợp được các tính chất của cả hai loại phụ gia nano
sẽ có tác dụng gia cường tốt cho lớp phủ polime
nanocompozit bảo vệ che chắn chống UV. CNT và
ZnO trong màng polyme đều có khả năng chống UV
theo cơ chế tác dụng khác nhau. Do vậy, vật liệu
CNT/ZnO nanocompozit có khả năng làm tăng hiệu
ứng chịu UV. Nanocompozit trên cơ sở CNT và
nano ZnO sẽ kết hợp được các tính chất của cả hai
loại phụ gia nano có tác dụng gia cường tốt cho lớp
phủ polyme nanocompozit bảo vệ chống ăn mòn và
bền thời tiết. Vì vậy việc nghiên cứu lắng đọng nano
ZnO lên CNT có khả năng tạo ra vật liệu có khả
năng ứng dụng rộng rãi làm phụ gia tăng cường các
tính chất của màng polyme. Trong nghiên cứu này,
chúng tôi chế tạo nanocompozit CNT/ZnO và
nghiên cứu ảnh hưởng của chúng đến khả bảo vệ
chống ăn mòn của màng sơn polyuretan dưới tác
động của các tia UV.
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên liệu
- Ống nano cacbon đa vách (CNT)
NANOCYL
TM
NC7000, Vương quốc Bỉ, có đường
kính ống trung bình 9,5 nm, có độ dài trung bình 1,5
µm, hàm lượng cacbon 90 %, hàm lượng oxit kim
loại 10 %, diện tích bề mặt riêng là 250-300 m2/g.
- Axetat kẽm độ tinh khiết trên 98 %, Sigma-
Aldrich,
- Hydroxit natri độ tinh khiết 97 %, Sigma-
Aldrich.
- Etanol 97%, Merck.
- Nhựa polyuretan (PU) của hãng Bayer:
+ Polyol: Desmophen - A 160 X, loại
polyacrylat mang nhóm hydroxyl, khối lượng phân
tử khoảng 1065, hàm lượng nhóm OH là 1,6±0,3 %,
dạng lỏng có độ nhớt động học ở 23 oC khoảng
1800±500 mPa.s, khối lượng riêng khoảng 0,98
g/cm
3
.
+ Chất đóng rắn Desmodur N75, loại
polyisocyanat mạch thẳng có khối lượng phân tử
khoảng 250, hàm lượng nhóm NCO 16,5±0,3 %, độ
nhớt động học ở 23 oC 150± 60 mPa.s.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kính hiển vi điện tử quét: các
mẫu được chụp trên máy FE-SEM Hitachi S-4800.
- Phổ hồng ngoại IR đo trên máy Nexus 670 của
hãng Nicolet, sử dụng phương pháp KBr với độ
phân giải 1 cm-1, dải đo từ 400-4000 cm-1.
- Giản đồ nhiễu xạ tia X, đo trên máy Siemens
D5000 với ống nhiễu xạ Cu có bước sóng (CuK) =
1,54 Å.
- Phương pháp thử nghiệm gia tốc UV, nhiệt ẩm:
màng sơn được thử nghiệm gia tốc tử ngoại nhiệt ẩm
trong tủ ATLAS-UVCON-UC-327-2 theo tiêu chuẩn
ASTM-G-53-96.
- Phổ tổng trở được đo trên máy AUTOLAB
P30. Sơ đồ đo tổng trở là hệ 3 điện cực: điện cực
làm việc là mẫu thép phủ màng sơn được chụp ống
PVC hình trụ có chứa dung dịch NaCl 3 %, diện tích
tiếp xúc của bề mặt mẫu với môi trường xâm thực là
28 cm
2, điện cực so sánh là điện cực calomen bão
hòa, điện cực đối là điện cực platin. Các phép đo đặt
ở chế độ quét tự động trong dải tần số từ 100 kHz
đến 10 mHz.
2.3. Tổng hợp nano CNT/ZnO và chế tạo màng
sơn PU chứa nano ZnO, CNT và CNT/ZnO
2.3.1. Tổng hợp nano nano CNT/ZnO
Nano ZnO kết tủa trên CNT được tổng hợp dựa
trên cơ sở phản ứng thủy phân dung dịch axetat kẽm
trong môi trường kiềm. Sơ đồ phản ứng theo phương
trình (1) và (2).
Zn(CH3COO)2 + 2NaOH →
Zn(OH)2 + 2CH3COONa (1)
Zn(OH)2 → ZnO + H2O (2)
Hòa tan 1,6 g NaOH trong 160 ml etanol tuyệt
đối (dd1); hòa 4,4 g (CH3COO)2Zn và CNT vào 240
ml etanol tuyệt đối (dd2). Cho từ từ dd1 vào dd2
trong khi khuấy dd2 liên tục. Phản ứng được tiến
hành trong cốc thủy tinh 1 lít trên máy khuấy từ.
Phản ứng được tiến hành trong khoảng 4 giờ ở nhiệt
độ phòng. Sau khi kết thúc phản ứng, sản phẩm
được để lắng trong khoảng 24 giờ sau đó được rửa
với dung dịch etanol/nước cất (50/50) và tách bằng
phương pháp ly tâm ở tốc độ quay 9000 v/p. Quá
trình rửa khoảng 5 lần cho đến khi pH của dung dịch
nước rửa về môi trường trung tính. CNT/ZnO thu
được được sấy ở nhiệt độ 120 oC cho đến khối lượng
không đổi. Sản phẩm thu được được phân tích, trộn
và nghiền với nhựa Desmophen A 160.
2.3.2. Chế tạo màng sơn PU chứa nano ZnO, CNT
và CNT/ZnO
CNT/ZnO, CNT và ZnO 0,1% theo khối lượng so
với nhựa polyuretan được nghiền trên máy nghiền
bi. Mẫu thép được làm sạch dầu mỡ bằng xà phòng,
rửa sạch bằng nước cất, etanol, sấy khô. Màng được
chế tạo bằng phương pháp tạo màng ly tâm trên máy
Filmfuge 1110N (Sheen). Chiều dày màng sau khi
khô khoảng 30 m.
TCHH, 54(3), 2016 Ảnh hưởng của nanocompozit CNT/ZnO
351
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hình thái cấu trúc nano CNT/ZnO
Hình thái cấu trúc của nano CNT/ZnO được
đánh giá bằng các phương pháp phổ hồng ngoại, phổ
nhiễu xạ tia X và kính hiển vi điện tử quét.
Hình 1: Phổ hồng ngoại của CNT/ZnO
Hình 1 là phổ hồng ngoại của CNT/ZnO có đỉnh
ở vị trí 3440 cm-1 1654 cm-1 là đỉnh dao động tương
ứng với liên kết C=C trong CNT [13], đỉnh trong
khoảng 470-480 cm-1 là các đỉnh đặc trưng cho liên
kết Zn-O [14].
20 30 40 50 60 70
0
1x10
5
2x10
5
3x10
Góc 2 (độ)
C
ư
ờ
ng
đ
ộ
(C
p
s) 1
1
2
1
1
0
1
0
3
1
0
1
0
0
2
1
0
0
1
0
2
5
Hình 2: Phổ nhiễu xạ tia X của CNT/ZnO
Phổ nhiễu xạ tia X của CNT/ZnO (hình 2) cho
thấy các pic tương ứng với các mặt phản xạ (100),
(002), (101), (102), (110), (103), (200) của tinh thể
ZnO [15]. Điều này chứng tỏ rằng các hạt kết tủa
trên bề mặt CNT là tinh thể ZnO.
Ảnh SEM của CNT/ZnO (hình 3) cho thấy các
hạt oxit kẽm bám rất đều trên bề mặt CNT, kích
thước của hạt oxit kẽm cũng rất đồng đều và có kích
thước nhỏ hơn đường kính của ống cacbon khoảng
10 nm. Các kết quả phân tích hồng ngoại, nhiễu xạ
tia X và kính hiển vi điện tử quét cho thấy các hạt
nano oxit kẽm đã được tổng hợp và lắng đọng đều
đặn trên bề mặt CNT với kích thước các hạt khoảng
10 nm.
Hình 3: Ảnh SEM của CNT/ZnO
3.2. Tính chất bảo vệ chống ăn mòn của màng
polyuretan chứa CNT/ZnO trong điều kiện chịu
tác động của tia tử ngoại (UV)
Để đánh giá khả năng kháng tử ngoại của các
màng sơn polyuretan chứa CNT/ZnO trên nền thép,
các mẫu sơn được chiếu UV theo thời gian. Phương
pháp tổng trở điện hóa được sử dụng để đánh giá sự
suy giảm của màng dưới tác động của tia tử ngoại.
Màng polyuretan chứa CNT/ZnO (PU-CNT/ZnO)
được so sánh với màng sơn polyuretan (PU), màng
sơn polyuretan chứa CNT (PU-CNT) và màng sơn
polyuretan chứa ZnO (PU-ZnO).
Hình 4 là phổ tổng trở của các màng sơn PU,
PU-ZnO, PU-CNT và PU-CNT/ZnO trước khi chiếu
UV. Hình dạng và giá trị tổng trở của các mẫu trước
khi chiếu UV khác nhau. Màng sơn PU thể hiện một
cung bán nguyệt tại vùng tần số cao và hai cung
không xác định r tại vùng tần số thấp. Màng sơn
PU-CNT có hình dạng một cung tròn. Bên cạnh đó
hai mẫu sơn PU-ZnO và PU-CNT/ZnO có hình dạng
1 cung chưa xác định r tại vùng tần số cao và 1
đường thẳng tại vùng tần số thấp. Sự khác nhau về
hình dạng và giá trị tổng trở cho thấy bản chất của
màng thay đổi khi thêm phụ gia nano ZnO, CNT
hoặc CNT/ZnO. Giá trị tổng trở của màng sơn PU
chứa phụ gia đều cao hơn giá trị tổng trở của màng
sơn PU, chứng tỏ khả năng ngăn cách tốt hơn so với
màng sơn PU.
Hình 5 là phổ tổng trở của các màng sơn PU,
PU-ZnO, PU-CNT và PU-CNT/ZnO sau 9 chu k
chiếu UV. So với phổ tổng trở trước khi thử nghiệm
UV, hình dạng và giá trị tổng trở của các màng sơn
PU và PU chứa phụ gia thay đổi nhiều. Phổ tổng trở
1000 2000 3000 4000
Số sóng (cm-1)
4
6
8
3
4
4
0 1
6
5
4
TCHH, 54(3), 2016 Phạm Gia Vũ và cộng sự
352
của PU đã hình thành hai cung r rệt; Phổ tổng trở
của màng PU-CNT thể hiện hai phần, 1 cung bán
nguyệt ở tần số cao, và 1 đường thẳng ở tần số thấp;
Hai mẫu PU-ZnO và PU- CNT/ZnO phổ tổng trở chỉ
có dạng một cung với giá trị tổng trở cao, giá trị tổng
trở của PU-CNT/ZnO cao hơn giá trị tổng trở của
màng PU-ZnO.
0
2x10
9
4x10
9
0 2x10
9
4x10
9
6x10
9
8x10
9
0
1x10
7
2x10
7
0 1x10
7
2x10
7
3x10
7
4x10
7
0
5x10
7
1x10
8
0 5x10
7
1x10
8
1.5x10
8
2x10
8
Phần thực ( .cm2)
P
h
ầ
n
ả
o
(
.c
m
2
)
PU-ZnO
PU
PU-CNT
PU-CNT/ZnO
0
2.5x10
9
5x10
9
0 2.5x10
9
5x10
9
7.5x10
9
1x10
10
Hình 4: Phổ tổng trở của PU, PU-ZnO, PU-CNT và
PU-CNT/ZnO trước khi chiếu UV
Sự suy giảm của các màng sơn PU và PU chứa
phụ gia dưới tác động của UV được theo d i thông
qua việc sự biến đổi giá trị modun tổng trở tại tần số
cao (Z1Hz) của các màng sơn theo thời gian chiếu UV
(hình 6). Hình 6 cho thấy giá trị Z1Hz của màng sơn
PU giảm liên tục theo thời gian, màng sơn PU-ZnO
giảm nhanh trong thời gian đầu rồi ổn định cho đến
9 chu k chiếu UV, màng sơn PU-CNT giảm nhanh
trong 4 chu k đầu, sau đó ổn định cho đến 9 chu k .
Giá trị Z1Hz của mẫu sơn chứa CNT/ZnO cao hơn giá
trị Z1Hz của mẫu sơn chứa ZnO và cao hơn hẳn so
với các mẫu sơn PU và PU chứa CNT. Điều này cho
thấy mẫu PU-CNT/ZnO có khả năng bảo vệ tốt nhất
trong điều kiện tác động của tia UV.
0
2.5x10
6
5x10
6
0 2.5x10
6
5x10
6
7.5x10
6
1x10
7
PU
0
3.7x10
6
7.5x10
6
0 3.75x10
6
7.5x10
6
1.125x10
7
1.5x10
7
PU-CNT
0
2.5x10
7
5x10
7
0 2.5x10
7
5x10
7
7.5x10
7
1x10
8
PU-ZnO
Phần thực ( .cm2)
P
h
ầ
n
ảo
(
.c
m
2
)
PU-CNT/ZnO
0
5x10
7
1x10
8
0 5x10
7
1x10
8
1.5x10
8
2x10
8
Hình 5: Phổ tổng trở của PU, PU-ZnO, PU-CNT và
PU-CNT/ZnO sau 9 chu k chiếu UV
1x10
3
1x10
4
1x10
5
1x10
6
1x10
7
1x10
8
0 2 4 6 8 10 12
Thời gian chiếu UV (chu kỳ)
Z
1
H
z
(
.c
m
2
)
Hình 6: Giá trị modun tổng trở tại tần số 1 Hz (Z1Hz)
của màng sơn PU (), PU-ZnO (), PU-CNT () và
PU-CNT/ZnO () theo thời gian chiếu UV
TCHH, 54(3), 2016 Ảnh hưởng của nanocompozit CNT/ZnO
353
Hình 7 là ảnh SEM chụp bề mặt của màng sơn
PU, PU-ZnO, PU-CNT và PU-CNT/ZnO sau 16 chu
k chiếu tia UV. Dưới tác động của tia UV, bề mặt
của màng PU (hình 7A) xuất hiện các vết lõm và vết
nứt tế vi, điều này có thể do các tia UV có năng
lượng cao gây đứt mạch các mạch đại phân tử của
PU [13].
B
D
C
A
Hình 7: Ảnh SEM chụp bề mặt màng PU (A),
PU-ZnO(B) và PU-CNT (C), PU-CNT/ZnO
sau 16 chu k chiếu UV
Hình 7B và 7C là ảnh SEM của màng sơn PU-
ZnO và PU-CNT. Bề mặt của màng PU chứa nano
ZnO và CNT không xuất hiện các vết nứt như bề
mặt của màng PU, tuy nhiên bề mặt của màng khá
gồ ghề và xuất hiện các vết lõm xung quanh vùng
biên giới các hạt ZnO và CNT. Điều này có thể do
nano ZnO và CNT có khả năng hấp thụ tia UV làm
giảm năng lượng phá hủy mạch đại phân tử PU, bề
mặt màng sơn không xuất hiện các vết nứt [6, 7, 13].
Tuy nhiên ở xung quanh biên giới hạt PU vẫn bị phá
hủy cục bộ dưới tác động của các tia UV. Hình 7D là
ảnh SEM chụp bề mặt màng sơn PU chứa
CNT/ZnO. Bề mặt màng không xuất hiện các vết
nứt đồng thời cũng không thấy xuất hiện các vết
l m. Điều này chứng tỏ rằng dưới tác động của tia
UV màng sơn vẫn chưa bị phá hủy. Điều này có thể
là do sự che chắn và khả năng hấp thụ UV của CNT
và ZnO cùng đồng thời phát huy. Cơ chế này cũng
được nghiên cứu bằng phương pháp phổ IR.
Cấu trúc của màng sơn PU và PU chứa phụ gia
được nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại,
với cùng một điểm chiếu cố định trước và sau khi
chiếu UV. Hình 8 là phổ hồng ngoại của màng PU,
PU-ZnO và PU-CNT/ZnO trước và sau 16 chu k
chiếu UV.
Phổ hồng ngoại của màng sơn polyuretan nghiên
cứu có các đỉnh hấp thụ 3390 cm-1 đặc trưng cho liên
kết -NH/OH, đỉnh 2940 cm-1 đặc trưng cho liên kết
-CH2 của hydrocacbon mạch thẳng, đỉnh 1724 cm
-1
đặc trưng cho liên kết -C=O, 1530 cm-1và 1250 cm-1
đặc trưng cho nhóm liên kết C-N trong nhóm
-C-NH. Sau 16 chu kì chiếu UV, đỉnh hấp thụ 3390
cm
-1
mở rộng hơn so với trước khi chiếu UV do sự
hình thành nhóm hydro peroxit –R-O-O-H [16];
trong khi đó đỉnh hấp thụ 2940 cm-1 vẫn không đổi.
Chứng tỏ đã diễn ra sự oxi hóa cắt mạch của màng
sơn polyuretan dưới tác động của tia UV.
Phổ hồng ngoại của màng sơn PU-ZnO,
PU-CNT, đỉnh hấp thụ 3390 cm-1 sau khi chiếu UV
mở rộng hơn so với trước khi chiếu UV nhưng vẫn
nhỏ hơn so với sự mở rộng của của đỉnh 3390 cm-1
của phổ hồng ngoại của màng sơn PU, trong khi đó
đỉnh thụ 3390 cm-1 của màng PU-ZnO/CNT trước và
sau khi chiếu UV gần như chồng khít, không có sự
thay đổi nhiều, chứng tỏ màng sơn polyuretan chứa
CNT/ZnO không bị cắt mạch dưới tác động của tia
UV, kết quả này cũng phù hợp với kết quả quan sát
được từ kính hiển vi điện tử quét.
Từ các kết quả nghiên cứu bằng hình ảnh SEM
và phổ hồng ngoại, cơ chế suy giảm điện trở của
màng PU dưới tác động UV là do sự phá hủy bề mặt
của các mẫu, tạo ra các vết nứt tế vi, làm cho môi
trường chất điện ly ngấm đến nền kim loại. Mẫu PU-
CNT/ZnO ít chịu tác động của tia UV nhất, mẫu
không bị nứt và khả năng ngăn cách của mẫu vẫn
TCHH, 54(3), 2016 Phạm Gia Vũ và cộng sự
354
tốt. Mẫu PU-ZnO và PU-CNT bề mặt tuy không bị
nứt nhưng màng sơn bị bào mòn dưới tác động của
tia UV, làm giảm khả năng ngăn cách của màng so
với mẫu PU-CNT/ZnO.
1000 2000 3000 4000
PU-CNT
a b
1000 2000 3000 4000
a
b
PU
1000 2000 3000 4000
a
b
PU-ZnO
1000 2000 3000 4000
PU-CNT/ZnO
a
b
Số sóng (cm-1)
3
3
9
0
2
9
4
0
1
7
2
4
1
5
3
0
Hình 8: Phổ hồng ngoại của màng PU, PU-ZnO và
PU-CNT/ZnO trước và sau khi chiếu UV
sau 16 chu k chiếu UV
4.KẾT LUẬN
Đã nghiên cứu chế tạo được nano CNT/ZnO,
các hạt nano ZnO có cấu trúc tinh thể bát diện và có
kích thước khoảng 10 nano mét kết tủa đều đặn trên
bề mặt CNT.
Sự có mặt của nanocompozit CNT/ZnO với
hàm lượng nhỏ làm nâng cao đáng kể khả năng chịu
UV của màng sơn polyuretan so với màng
polyuretan chứa nano ZnO, CNT và màng
polyuretan trong dẫn đến khả năng bảo vệ chống ăn
mòn của màng polyuretan chứa CNT/ZnO dưới tác
động của tia UV tốt hơn so với màng sơn
polyuretan, màng sơn polyuretan chứa ZnO và CNT
với cùng hàm lượng.
Lời cảm ơn. Công trình này được hỗ trợ kinh phí
nghiên cứu từ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam (đề tài VAST 03.05/15-16); kinh phí từ đề
tài cấp cơ sở Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. N. R. Panda, D. Sahu, B. S. Acharya, P. Nayak. High
UV absorption efficiency of nanocrystalline ZnO
synthesized by ultrasound assisted wet chemical
method, Current Applied Physics, 15, 389-396
(2015).
2. Shailesh K. Dhoke, A. S. Khanna, T. Jai Mangal
Sinha. Effect of nano-ZnO particles on the corrosion
behavior of alkyd-based waterborne coatings,
Progress in Organic Coatings, 64, 371-382 (2009).
3. Shailesh K. Dhoke, Rohit Bhandarib, A.S. Khanna.
Effect of nano-ZnO addition on the silicone-modified
alkyd-based waterborne coatings on its mechanical
and heat-resistance properties, Progress in Organic
Coatings, 64, 39-46 (2009).
4. T. Xu, C. S. Xie. Tetrapod-like nano-particle
ZnO/acrylic resin composite and its multi-function
property, Progress in Organic Coatings, 46, 297-301
(2003).
5. Aswini K. Mishra, Rama Shanker Mishra, Ramanuj
Narayan, K.V.S.N. Raju. Effect of nano ZnO on the
phase mixing of polyurethane hybrid dispersions,
Progress in Organic Coatings, 67, 405-413 (2010).
6. Ngo Thanh Dung, To Thi Xuan Hang, Nguyen Thuy
Duong, Nguyen Thi Thuc Hien. Synthesis of nano
ZnO and application in polyurethane coating to
improve the UV resistance. Tạp chí Hóa học, 50(6B),
200-203 (2012).
7. Tô Thị Xuân Hằng, Ngô Thanh Dung, Trịnh Anh
Trúc, Bùi Văn Trước, Đinh Thị Mai Thanh, Thái
Hoàng. Nghiên cứu ảnh hưởng của nano ZnO biến
tính silan đến độ bền tử ngoại của lớp phủ
polyuretan, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 51(3A),
271-278 (2013).
8. Bozena Czech, Waldemar Budab, Sylwia Pasieczna-
Patkowskac, Patryk Oleszczuk. MWCNT–TiO2–SiO2
nanocomposites possessing the photocatalyticactivity
TCHH, 54(3), 2016 Ảnh hưởng của nanocompozit CNT/ZnO
355
in UVA and UVC, Applied Catalysis B:
Environmental, 162, 564-572 (2015).
9. T. Filleter, R. A. Berrnal, S. Li, and H. D. Espinosa.
Ultrahigh Strength and Stiffness in Cross-Linked
Hierarchical Carbon Nanotube Bundles, Adv.
Mater., 25, 2855-2860 (2011).
10. Phạm Gia Vũ, Nguyễn Anh Sơn. Nghiên cứu ảnh
hưởng của sự oxi hóa bề mặt ống nano cacbon bằng
hiđrô preroxit đến tính chất của lớp phủ epoxy
nanocompozit, Tạp chí Hoá học, 51(2AB), 576-580
(2013).
11. Gia Vu Pham, Anh Truc Trinh, Thi Xuan Hang To,
Thuy Duong Nguyen, Thu Trang Nguyen and Xuan
Hoan Nguyen. Incorporation of Fe3O4/CNTs
nanocomposite in an epoxy coating for corrosion
protection of carbon steel. Adv. Nat. Sci.: Nanosci.
Nanotechnol., 5, (7pp) (2014).
12. Phạm Gia Vũ, Nguyễn Anh Sơn. Nghiên cứu biến
tính bề mặt ống nano cacbon bằng hợp chất silan để
chế tạo lớp phủ epoxy nanocompozit bảo vệ chống ăn
mòn cho thép cacbon, Tạp chí Khoa học và Công
nghệ, 51, 125-134 (2013).
13. Phạm Gia Vũ, Vũ Kế Oánh, Tô Thị Xuân Hằng,
Trịnh Anh Trúc, Nguyễn Thùy Dương. Nghiên cứu
chế tạo lớp phủ polyuretan nanocompozit clay - ống
nanocabon bền thời tiết, Tạp chí Hoá học, 52(3),
367-371 (2014).
14. Narayani Rajagopalan, A. S. Khanna. Effect of size
and morphology on UV-blocking property of nano
ZnO in epoxy coating, International Journal of
Scientific and Research Publications, 3(4) (2013).
15. D. Sridevi and K. V. Rajendran. Synthesis and
optical characteristics of ZnO nanocrystals, Bull.
Mater. Sci., 32(2), 165-168 (2009).
16. Clive H. Hare. Paint film degradation mechanisms
and control, book, chapter 39, 333.
Liên hệ: Phạm Gia Vũ
Viện Kỹ thuật nhiệt đới
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Số 18, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
E-mail: pgiavu@yahoo.com.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- pham_gia_vu_9463_2084364.pdf