Nghiên cứu chế tạo màng mỏng bảo vệ vũ khí trang bị quân sự từ sản phẩm dầu mỏ - Luận án Tiến sĩ Hóa học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN VĂN HIỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KÍCH THƯỚC MICROMET TRÊN CƠ SỞ CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ ĐỂ BẢO VỆ VŨ KHÍ TRANG BỊ KỸ THUẬT QUÂN SỰ LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN VĂN HIỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG KÍCH THƯỚC MICROMET TRÊN CƠ SỞ CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ ĐỂ BẢO VỆ VŨ KHÍ TRANG BỊ KỸ THUẬT QUÂN SỰ Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 9 44 01 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Nguyễn Mạnh Tường 2. TS Nguyễn Thế Nghiêm Hà Nội – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các tài liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ.

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Nghiên cứu sinh Trần Văn Hiền ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng. Nghiên cứu sinh xin được chân thành cám ơn PGS.TS Nguyễn Mạnh Tường và PGS. TS Nguyễn Thế Nghiêm đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện luận án. NCS tỏ lòng biết ơn đối với các Thầy, Cô giáo trong và ngoài Quân đội, đặc biệt là các Thầy giáo, các chuyên gia của Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập.

Trân trọng cảm ơn các đồng chí lãnh đạo, thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Phòng Đào tạo/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Viện Hóa học – Vật liệu, các Nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ NCS hoàn thành bản luận án này. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Nghiên cứu sinh Trần Văn Hiền iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT. iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. viii DANH MỤC CÁC BẢNG.

Ăn mòn và chống ăn mòn kim loại. Chống ăn mòn kim loại:. Các phương pháp bảo quản kim loại bằng màng phủ. Màng phủ bảo quản trên cơ sở dầu gốc khoáng.

Màng phủ bảo quản kim loại trên cơ sở mỡ. Màng bảo quản trên cơ sở polyme có chất ức chế ăn mòn kim loại. Một số phụ gia chống ăn mòn, bảo vệ kim loại thông dụng. Phụ gia chống oxi hóa….

Phụ gia chống ăn mòn…. Phụ gia trên cơ sở ống nano cacbon và graphen biến tính. Vật liệu ống nano cacbon. Các phương pháp biến tính ống nano cacbon.

Vật liệu graphen. Các phương pháp biến tính graphen. Các phương pháp chế tạo màng phủ. Phương pháp tạo màng bằng thiết bị phun áp lực….

Kỹ thuật tạo màng bằng phương pháp nhúng …. Những vấn đề nghiên cứu trong luận án …. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Nguyên vật liệu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị.

Nguyên vật liệu, hóa chất. Phương pháp thực nghiệm. Biến tính ống nano cacbon bằng axit stearic. Biến tính graphen bằng axit stearic.

Tổng hợp biến tính graphen oxit bằng dedocyl amin (C12H25NH2). Các kỹ thuật phân tích, đánh giá cấu trúc vật liệu. Xác định cấu trúc của vật liệu. Nghiên cứu công nghệ chế tạo màng phủ bảo quản.

Chế tạo chất tạo màng dầu, mỡ, polyme với phụ gia biến tính. Phương pháp xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của chất tạo màng (dầu, mỡ, polyme). Xác định trị số axit theo TCVN 2695:2008…. xác định độ nhớt động học theo TCVN 3171:2011.

Phương pháp xác nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ theo TCVN 2097:07…. Xác định độ bền oxi hóa theo ASTM D 942-02. Phương pháp xác định độ bám dính theo tiêu chuẩn TCVN 2079: 1993…. Phương pháp xác định độ bền uốn TCVN 2099:2007.

Kỹ thuật đánh giá tính năng bảo quản của màng phủ. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả tổng hợp phụ gia trên cơ sở ống nano cacbon và graphen. Kết quả tổng hợp phụ gia trên cơ sở ống nano cacbon (CNT-SA).

Kết quả tổng hợp phụ gia trên cơ sở graphen biến tính (GO-SA). Phụ gia trên cơ sở graphen oxit biến tính amin hóa. Kết quả khảo sát vật liệu và lớp phủ bảo quản. Kết quả khảo sát phụ gia CNT-SA với chất tạo màng dầu CS100.

Khả năng bảo vệ kim loại của màng dầu CS100/CNT-SA. Kết quả khảo sát phụ gia GO-SA với chất tạo màng dầu SN150. Khảo sát sự tương hợp của phụ gia GO-SA với dầu SN150. Kết quả khảo sát khả năng bảo vệ kim loại của màng dầu SN150/GO-SA.

Kết quả đánh giá tính năng phụ gia GO-Amin với dầu HD50. Kết quả khảo sát sự tương hợp của phụ gia GO-Amin với dầu HD50. Kết quả khảo sát một số tính năng của dầu khi pha phụ gia GO-Amin. Kết quả khảo sát mỡ hydrocacbon với phụ gia CNT-SA và GO-SA.

Khảo sát khả năng tương hợp của phụ gia với mỡ hydrocacbon. Kết quả khảo sát khả năng bảo vệ của màng phủ trên mỡ hydrocacbon. Kết quả khảo sát phụ gia CNT-SA với chất tạo màng PVA. Đánh giá sự tương hợp của phụ gia CNT-SA với PVA.

Kết quả khảo sát các tính chất của màng PVA. Kết quả khảo sát khả năng bảo vệ kim loại của màng phủ PVA. Kết quả thử nghiệm thực trong điều kiện thực tế. Kết quả thử nghiệm trong điều kiện khắc nghiệt.

Kết quả thử nghiệm thực tế bảo quản vật tư, vũ khí trang bị quân sự. 117 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC Ã CÔNG BỐ. 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 120 vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ASTM: Tiêu chuẩn Mỹ (American Society for Testing and Material) CNT: Nanocacbon tube CNT-O: Ống nanocacbon oxy hóa CNT-SA: Ống nanocacbon biến tính với axit stearic CS100: Dầu gốc khoáng cSt: Độ nhớt động học CT3: Thép cacbon GO: Graphen oxit GO-SA: Graphen biến tính với axit stearic GO-Amin: Graphen biến tính với amin GOST: Tiêu chuẩn quốc gia Nga HC: Hợp cách HQBV: Hiệu quả bảo vệ HD50: Dầu động cơ IR: Phổ hồng ngoại k: Hằng số KL: Khối lượng NDA: Nitrit dixiclohexylamin max: Cực đại mcr: (micromet) Đơn vị độ dày màng min: Cực tiểu MWCNT: Ống nano cacbon đơn lớp PVA: Polyvinyl ancol PVK: Mỡ bảo quản hydrocacbon R*: Gốc tự do vii SA: Axit stearic SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) SN150: Dầu gốc công nghiệp SWCNT: Ống nano cacbon đa lớp t: Thời gian chảy, [s] TAN: Trị số axit TBN: Trị số kiềm tổng TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TGA: Phân tích nhiệt trọng lượng ƯCBH: Chất ức chế bay hơi v: Độ nhớt động học VKTBKT: Vũ khí trang bị kỹ thuật XRD: Phổ nhiễu xạ tia X wt: Độ dày màng ướt w: Khối lượng mẫu [mmg] viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Bảo quản khí tài quân sự bằng màng mỡ hydrocacbon .2: Bảo quản súng bộ binh bằng màng polyme có chất ức chế ăn mòn .3: Sự hình thành lớp màng bảo vệ lên bề mặt kim loại.4: Số công trình công bố về CNT và graphen trong 10 năm gần đây.5: Sự phân bố của các công trình công bố liên quan đến hai vật liệu CNT và graphen trên thế giới.6: Mô tả cấu trúc của SWCNT và MWCNT.

Một số nhóm chức được biến tính. Sơ đồ nguyên lý biến tính vật liệu CNT .9: Quá trình biến tính CNT với amin.10: Biến tính CNT bằng chất lỏng ion. Graphen hiện hữu với mặt lồi lõm của không gian 3 chiều.12: Sơ đồ tổng hợp GO bằng phương pháp Hummer. So sánh sản phẩm và hiệu suất của các mẫu GO khác nhau.

Cơ chế hình thành GO từ graphit .15: Quá trình biến tính graphen bằng chất lỏng ion và tác dụng chống mài mòn của phụ gia GO- Chất lỏng ion.16: Sơ đồ mô hình quá trình phun tạo màng .17: Tạo màng bằng phương pháp nhúng.2: Quá trình oxi hóa CNT.3: Quá trình biến tính CNT-O bằng axit stearic.4: Sơ đồ quá trình biến tính ống nano cacbon .5: Cấu trúc graphen và GO .6: Phản ứng biến tính GO bằng axit stearic .7: Khả năng phân tán của GO- SA trong dầu .8: Sơ đồ quá trình biến tính GO-SA.9: Sơ đồ quá trình biến tính GO-Amin.10: Màn hình hiển thị kính hiển vi kỹ thuật số .11: Quy trình các bước trong công nghệ chế tạo màng .12: Sơ đồ quy trình chế tạo mỡ hydrocacbon .13: Thiết bị đo độ dày màng mỏng theo tiêu chuẩn TCVN 9760:2013 .14: Mẫu thử nghiệm đo độ bám dính và bảng phân loại kết quả.15: Thiết bị đo độ bền uốn của màng mỏng .16: Mẫu thử nghiệm đo độ bền uốn của màng mỏng.17: Mẫu trước thử ăn mòn (a) và thiết bị đo ăn mòn nhiệt ẩm (b).18: Thiết bị thử nghiệm mù muối Erichsen, LB Đức .1: Phổ hồng ngoại của vật liệu CNT.2: Phổ hồng ngoại của vật liêu CNT-O .3: Phổ hồng ngoại của vật liệu CNT-SA.4: Giản đồ XRD của mẫu CNT, CNT-O, CNT-SA .5: Giản đồ XRD của axít stearic (SA)[65] .6: Giản đồ phân tích nhiệt TGA của ống nanocacbon .7: Giản đồ phân tích nhiệt TGA của CNT oxy hóa .8: Giản đồ phân tích nhiệt của CNT-SA .9: Ảnh SEM hình thái học bề mặt của CNT (a) hoạt hóa, CNT sau khi hoạt hóa CNT-O (b) và vật liệu CNT-O sau biến tính CNT-SA (c) .10: Sự phân tán của CNT (a) và CNT-O (b) trong nước .11: Phổ hồng ngoại của graphit (a) và graphen oxit (GO)(b).12: Phổ hồng ngoại của GO-SA .13: Giản đồ XRD của graphite, GO và GO-SA .14: Giản đồ phân tích nhiệt TGA của graphit và GO .15: Giản đồ phân tích nhiệt TGA của GO-SA .16: Ảnh SEM hình thái học của graphit(a), graphen oxit(b), và GO-SA(c).17: Phổ hồng ngoại của GO-Amin .18: Phân tích nhiệt TGA của GO-Amin.19: Giản đồ XRD của mẫu GO-Amin .20: Ảnh chụp SEM của mẫu GO sau khi biến tính amin.21: Sự phân tán của phụ gia CNT-SA trong dầu gốc CS100.22: Bề mặt phân bố phụ gia CNT-SA nồng độ 0,15% và 0,20%KL .23: Đồ thị đường cong Tafel của màng dầu CS100/CNT-SA trên điện cực đồng .24: Đồ thị sự thay đổi hiệu quả bảo vệ trên điện cực đồng.25: Đồ thị đường cong Tafel đo trên điện cực sắt của màng dầu CS100/ CNT-SA .26: Đồ thị sự thay đổi hiệu quả bảo vệ kim loại trên điện cực sắt .27: Đồ thị đường cong Tafel của màng dầu CS100/CNT-SA trên điện cực nhôm .28: Đồ thị sự thay đổi của hiệu quả bảo vệ kim loại .