Luận án: Nghiên cứu tổ hợp vật liệu sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon và định hướng sử dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- NGUYỄN BÁ NGỌC NGHIÊN CỨU TỔ HỢP VẬT LIỆU SƠN CHỊU NHIỆT TRÊN CƠ SỞ NHỰA SILICON VÀ ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC HÀ NỘI – 2021 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- NGUYỄN BÁ NGỌC NGHIÊN CỨU TỔ HỢP VẬT LIỆU SƠN CHỊU NHIỆT TRÊN CƠ SỞ NHỰA SILICON VÀ ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 9.14 LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Trịnh Đức Công HÀ NỘI – 2021 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của riêng tôi và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số liệu kết quả là trung thực, một số kết quả trong luận án là kết quả của tôi và cộng sự nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của GS.TS Nguyễn Văn Khôi và TS Trịnh Đức Công. Luận án được hoàn thành tại Viện Hóa học và Học viện Khoa học và Công nghệ/ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Nguyễn Bá Ngọc luan an LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Văn Khôi và TS Trịnh Đức Công, những người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học, Học viện Khoa học và Công nghệ/ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, các anh chị em đồng nghiệp Phòng Công nghệ Hóa chất – Viện Công Nghệ/ Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng đã ủng hộ, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cũng như những đóng góp về chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn quan tâm, khích lệ, động viên tôi để hoàn thành bản luận án này. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận án Nguyễn Bá Ngọc luan an i MỤC LỤC MỤC LỤC.

I DANH MỤC CÁC BẢNG. VII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. Giới thiệu về sơn chịu nhiệt. Sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon.

Giới thiệu về nhựa silicon. Phương pháp đóng rắn màng sơn silicon. Khả năng chịu nhiệt của sơn trên cơ sở nhựa silicon. Sơn silicon – thành phần chính và một số phụ gia chịu nhiệt.

Thành phần chính. Một số phụ gia có khả năng làm tăng tính chịu nhiệt của màng sơn. Ảnh hưởng của quá trình xử lý bề mặt và chiều dày màng sơn đến tính chất chịu nhiệt của màng sơn. Biến tính nanosilica và nano zirconi oxit ứng dụng trong sơn chịu nhiệt.

Biến tính bề mặt nanosilica. Tính chất ưa nước của vật liệu nanosilica. Tăng cường khả năng kỵ nước của vật liệu nanosilica. Biến tính vật lý nanosilica.

Biến tính hóa học nanosilica. Biến tính bề mặt nano zirconi oxit. Ứng dụng của sơn chịu nhiệt. Cấu tạo chung của vỏ động cơ và một số loại đạn phản lực.

Cấu tạo chung của động cơ phản lực. Cấu tạo của động cơ CT-18. Lớp phủ gốm chịu nhiệt cho buồng cháy của động cơ phản lực nhiên liệu rắn. Hệ thống chịu nhiệt của các kết cấu động cơ phản lực dòng thẳng sử dụng nhiên liệu rắn .38 luan an ii 1.

Lớp sơn phủ chịu nhiệt cho tàu vũ trụ “BURAN”. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu. Nguyên liệu, hóa chất. Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp chế tạo sơn. Chuẩn bị mẫu sơn. Phương pháp sơn phủ trong lòng vỏ động cơ CT-18 và đạn phản lực.

Phương pháp xử lý bề mặt. Phương pháp sơn phủ. Các phương pháp xác định tính chất của màng sơn. Phương pháp xác định độ cứng của màng sơn.

Phương pháp xác định chiều dày màng sơn. Xác định độ bền uốn màng sơn. Xác định độ bền va đập của màng sơn. Xác định độ bám dính của màng sơn.

Xác định độ nhớt của màng sơn. Xác định thời gian khô của màng sơn. Xác định hàm lượng chất không bay hơi trong sơn. Xác định độ mịn của màng sơn.

Các phương pháp kiểm tra khả năng chịu tác động môi trường của các mẫu sơn chịu nhiệt. Khả năng chịu môi trường mù muối. Khả năng chịu môi trường UV. Khả năng chịu môi trường dầu nhờn.

Khả năng chịu môi trường axit. Khả năng chịu môi trường kiềm. Các phương pháp khảo sát tính chất của vật liệu. Phương pháp tán xạ ánh sáng động (DLS).

Kính hiển vi điện tử quét FE-SEM. Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) .52 luan an iii 2. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX). Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA.

Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Biến tính bề mặt nanosilica và nano zirconi oxit bằng polydimetyl siloxan (PDMS). Các phương pháp thử nghiệm khả năng chịu nhiệt của màng sơn silicon. Phương pháp thử nghiệm khả năng chịu nhiệt của màng sơn.

Thử nghiệm trên vỏ động cơ CT-18. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Khảo sát, lựa chọn thành phần chế tạo sơn chịu nhiệt. Khảo sát tính chất bột nhũ nhôm.

Khảo sát tính chất bột độn TiO 2. Khảo sát tính chất của bột nanosilica. Khảo sát tính chất của bột nano zirconi oxit. Khảo sát tính chất của nhựa silicon.

Nghiên cứu biến tính bề mặt nanosilica và nano zirconi oxit bằng PDMS. Biến tính bề mặt nanosilica. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình biến tính bề mặt nanosilica 74 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng nanosilica và PDMS đến quá trình biến tính bề mặt nanosilica.

Đặc trưng tính chất của bột nanosilica biến tính. Biến tính bề mặt nano zirconi oxit. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình biến tính bề mặt nano zirconi oxit. Ảnh hưởng của của tỷ lệ khối lượng nano zirconi oxit và PDMS đến quá trình biến tính bề mặt nano zirconi oxit.

Đặc trưng tính chất của bột nano zirconi oxit biến tính. Chế tạo sơn chịu nhiệt và nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của màng sơn. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bột nhũ nhôm và bột TiO 2 đến khả năng chịu nhiệt và một số tính chất cơ lý của màng sơn trên cơ sở nhựa silicon luan an iv. Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày lớp sơn phủ đến khả năng chịu nhiệt của màng sơn.

Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình sấy đến tính chất của màng sơn. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến khả năng chịu nhiệt và tính chất cơ lý của màng sơn. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nano zirconi oxit đến khả năng chịu nhiệt và tính chất cơ lý của màng sơn. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit chưa biến tính đến khả năng chịu nhiệt và tính chất cơ lý của màng sơn.

Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ hàm lượng hỗn hợp nanosilica biến tính và nano zirconi oxit biến tính đến khả năng chịu nhiệt của màng sơn. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ trong quá trình sơn phủ đến tính chất cơ lý của màng sơn. Ảnh hưởng của quá trình xử lý bề mặt đến tính chất cơ lý màng sơn phủ. Ảnh hưởng của chiều dày màng sơn phủ đến tính chất cơ lý màng sơn.

Ảnh hưởng của quá trình sấy đến sự hình thành màng sơn phủ trong động cơ CT-18. Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện môi trường bên ngoài đến màng sơn silicon. Khả năng chịu môi trường mù muối của màng sơn silicon. Khả năng chịu môi trường UV của màng sơn silicon.

Khả năng chịu môi trường dầu nhờn, kiềm, axit của màng sơn silicon. Bảng chỉ tiêu kỹ thuật của sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon. Định hướng sử dụng của sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon. Thử nghiệm khả năng chịu nhiệt của màng sơn silicon trên tấm mẫu thép.

Thử nghiệm sơn phủ trên vỏ động cơ CT-18. Thử nghiệm thực tế lớp sơn chịu nhiệt sử dụng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit chưa biến tính. Thử nghiệm thực tế lớp sơn chịu nhiệt sử dụng hỗn hợp nanosilica và nano zirconi oxit đã biến tính .127 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN .128 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.129 TÀI LIỆU THAM KHẢO .140 luan an vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Viết tắt Tiếng việt Tiếng Anh 1 PDMS Polydimetyl siloxan Polydimethyl siloxane 2 PMHS Polymetyl hydro siloxan Polymethyl hydro siloxane 3 PPL Poly propylen mạch thẳng Polypropylene liner 4 TES Tetraetyl silicat Tetraethyl silicate 5 DMC Dimetyl cacbonat Dimethyl carbonate Cetyl trimethylamoni 6 CTAB Cetyl trimetylamoni bromua bromide Amino propyl trimethoxy Amino propyl trimethoxy 7 APS silan silane Tetragonal zirconia 8 TZP Vật liệu gốm zirconia polycrystal 9 UV Tia cực tím Ultraviolet 10 XRD Phép đo nhiễu xạ tia X X-ray diffraction Energy-dispersive X-ray 11 EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X spectroscopy Fourier-transform infrared 12 FTIR (IR) Phổ hồng ngoại Fourier spectroscopy Phương pháp tán xạ ánh 13 DLS Dynamic Light Scattering sáng động Kính hiển vi điện tử quét Field Emission Scanning 14 FE-SEM phân giải cao Electron Microscopy Derivative 15 DTG Phân tích nhiệt trọng lượng Thermogravimetry Thermogravimetric 16 TGA Phân tích nhiệt trọng lượng Analysis 17 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Vietnam Standards 18 PP1 Phương pháp 1 - 19 PP2 Phương pháp 2 - luan an vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Một số dòng sản phẩm sơn chịu nhiệt trên thị trường.

So sánh thời gian bán hủy ước tính của một số nhóm chức liên kết cộng hóa trị với Si. Thành phần sơn sử dụng hỗn hợp oxit kim loại. Thành phần sơn sử dụng silicon. Sơn chịu nhiệt cao loại 1.

Khả năng chịu nhiệt của một số loại sơn silicon. Thành phần hóa học của bột nhũ nhôm ZQ-40813. Thành phần hóa học của bột độn TiO 2 mác R996. Thành phần hóa học của bột nanosilica Nanopraticle Labs.

Thành phần hóa học của bột nano zirconi oxit Nanoparticle Labs. Kết quả phân tích chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa polymetyl phenyl siloxan. Thành phần hóa học của bột nanosilica biến tính. Thành phần hóa học của bột nano zirconi oxit biến tính.

Đơn công nghệ chế tạo sơn chịu nhiệt trên cơ sở nhựa silicon .