VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----oOo-----

NGUYỄN THU TRANG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LỚP PHỦ POLYME
NANOCOMPOZIT BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN
SỬ DỤNG NANO OXIT SẮT TỪ Fe3O4

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội, 2018


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----oOo----- NGUYỄN
THU TRANG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LỚP PHỦ POLYME
NANOCOMPOZIT BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN
SỬ DỤNG NANO OXIT SẮT TỪ Fe3O4

Chuyên ngành

: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp

Mã số

: 62.44.01.25

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Trịnh Anh Trúc
2. PGS.TS. Nguyễn Xuân Hoàn

Hà Nội, 2018


LỜI CẢM ƠN
Luận án Tiến sĩ này được thực hiện tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn
lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam và Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến:
- PGS.TS. Trịnh Anh Trúc và PGS.TS. Nguyễn Xuân Hoàn - người hướng
dẫn khoa học;
- TS. Trần Hùng Thuận cùng các cán bộ các cán bộ nghiên cứu Trung tâm
Công nghệ Vật liệu - Viện Ứng dụng Công nghệ;
- PGS.TS. Tô Thị Xuân Hằng, TS. Phạm Gia Vũ, ThS. Nguyễn Thùy
Dương, KS. Vũ Kế Oánh, CN. Bùi Văn Trước – Phòng nghiên cứu sơn bảo vệ Viện Kỹ thuật Nhiệt đới;
- Người thân, bạn bè.
đã giúp tôi hoàn thành luận án này.
Nghiên cứu trong luận án này được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí
nghiên cứu từ các nguồn của đề tài Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ
Quốc gia Việt Nam (NAFOSTED, 104.01-2011.01) và Đại học Quốc gia Hà Nội
(QG.12.05).
Xin chân thành cảm ơn.

Tác giả

Nguyễn Thu Trang


i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS. Trịnh Anh Trúc và PGS.TS. Nguyễn Xuân Hoàn. Các số
liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong các công trình khác.

Tác giả luận án

Nguyễn Thu Trang

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ..................................................... ix
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN ........................................................................... 3

1.1. TỔNG QUAN VỀ OXIT SẮT................................................................... 3
1.1.1. Sắt (II) oxit .......................................................................................... 3
1.1.2. Sắt (III) oxit ......................................................................................... 3
1.1.3. Oxit sắt từ (Fe3O4)............................................................................... 5

1.1.3.1. Cấu trúc và tính chất của Fe3O4 .................................................... 5
1.1.3.2. Các phương pháp điều chế nano oxit sắt từ Fe3O4 ....................... 6
1.1.3.3. Một số ứng dụng của nano oxit sắt từ Fe3O4............................... 11
1.2. BIẾN TÍNH BỀ MẶT HẠT OXIT SẮT TỪ ........................................... 12
1.2.1. Đặc tính bề mặt của hạt nano sắt từ .................................................. 12
1.2.2. Biến tính bề mặt oxit sắt từ ............................................................... 13
1.3. LỚP PHỦ POLYME NANOCOMPOZIT BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN
KIM LOẠI....................................................................................................... 16
1.3.1. Lớp phủ hữu cơ bảo vệ chống ăn mòn.............................................. 16
1.3.1.1. Thành phần .................................................................................. 16
1.3.1.2. Cơ chế hoạt động của lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn ................. 18
1.3.2. Giới thiệu về epoxy ........................................................................... 21
1.3.2.1. Nhựa epoxy .................................................................................. 21
1.3.2.2. Đóng rắn nhựa epoxy .................................................................. 23
1.3.3. Màng phủ nanocompozit chứa hạt nano oxit sắt từ bảo vệ chống ăn
mòn kim loại ............................................................................................... 26
1.3.3.1. Lớp gỉ sắt - vai trò trong ăn mòn và bảo vệ chống ăn mòn......... 26
1.3.3.2. Màng phủ nanocompozit mang oxit sắt bảo vệ chống ăn mòn.... 28
iii


1.3.3.3. Màng phủ nanocompozit trên nền nhựa epoxy mang nano oxit sắt
từ bảo vệ chống ăn mòn ............................................................................ 29
CHƯƠNG 2.

THỰC NGHIỆM ................................................................... 33

2.1. NGUYÊN LIỆU - HÓA CHẤT ............................................................... 33
2.2. TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH NANO OXIT SẮT .................................. 34
2.2.1. Chế tạo nano oxit sắt bằng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt ......... 34

2.2.1.1. Chế tạo nano α-Fe2O3 .................................................................. 34
2.2.1.2. Chế tạo nano Fe3O4 ..................................................................... 34
2.2.1.3. Chế tạo nano γ-Fe2O3 .................................................................. 35
2.2.2. Biến tính nano oxit sắt từ với các hợp chất hữu cơ........................... 35
2.2.2.1. Biến tính nano oxit sắt từ với silan .............................................. 35
2.2.2.2. Biến tính nano oxit sắt từ với chất ức chế ăn mòn ...................... 35
2.3. CHẾ TẠO MÀNG SƠN CHỨA CÁC HẠT NANO OXIT SẮT VÀ
NANO OXIT SẮT TỪ BIẾN TÍNH HỮU CƠ HÓA
................................................. 36
2.4. PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU ................................... 36
2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X .............................................................. 36
2.4.2. Phương pháp phổ hồng ngoại ........................................................... 36
2.4.3. Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến ................................................. 37
2.4.4. Phương pháp phân tích nhiệt............................................................. 37
2.4.5. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM ............................................ 37
2.4.6. Phương pháp đo thế Zeta .................................................................. 38
2.4.7. Phương pháp đo từ độ bão hòa ......................................................... 38
2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT MÀNG PHỦ........... 39
2.5.1. Các phương pháp đánh giá tính chất cơ lý........................................ 39
2.5.1.1. Độ bền va đập .............................................................................. 39
2.5.1.2. Độ bám dính................................................................................. 39
2.5.2. Phương pháp đánh giá khả năng bảo vệ ăn mòn của màng sơn ....... 40
2.5.2.1. Phương pháp tổng trở điện hóa ................................................... 40
4


2.5.2.2. Phương pháp thử nghiệm mù muối.............................................. 42

5



CHƯƠNG 3.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 43

3.1. TÍNH CHẤT VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC HẠT NANO OXIT SẮT......
43
3.1.1. Đặc trưng tính chất của hạt nano oxit sắt từ ..................................... 43
3.1.2. Đặc trưng tính chất của hạt nano α-Fe2O3 ........................................ 45
3.1.3. Đặc trưng tính chất của hạt nano γ-Fe2O3 ......................................... 47
3.1.4. Khảo sát khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ chứa các hạt
nano oxit sắt
......................................................................................................... 51
3.1.5. Đặc tính cơ lý của các lớp phủ hữu cơ chứa hạt nano oxit sắt ......... 56
3.1.6. Hình thái cấu trúc lớp phủ epoxy chứa 3% nano oxit sắt từ Fe3O4 .. 58
3.2. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG BẢO VỆ CỦA LỚP MÀNG PHỦ EPOXY
CHỨA CÁC HẠT NANO OXIT SẮT TỪ Fe3O4 VÀ NANO OXIT SẮT TỪ
BIẾN TÍNH HỮU CƠ HÓA ........................................................................... 60
3.2.1. Khảo sát khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ epoxy chứa hạt
nano oxit sắt từ biến tính silan .................................................................... 60
3.2.1.1. Đặc trưng hạt nano oxit sắt từ biến tính silan............................. 61
3.2.1.2. Khảo sát khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ epoxy chứa
hạt nano oxit sắt từ biến tính silan ........................................................... 69
3.2.2. Khảo sát khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ epoxy chứa hạt
nano oxit sắt từ biến tính với chất ức chế ăn mòn gốc hữu cơ ................... 76
3.2.2.1. Các đặc trưng của hạt nano oxit sắt từ biến tính chất ức chế ăn
mòn gốc hữu cơ ......................................................................................... 76
3.2.2.2. Đường cong phân cực.................................................................. 84
3.2.2.3. Tổng trở điện hóa của các lớp màng epoxy chứa hạt nano oxit sắt
từ biến tính chất ức chế hữu cơ................................................................. 88

3.2.2.4. Hình thái cấu trúc lớp phủ epoxy chứa các oxit sắt từ biến tính
hợp chất ức chế ăn mòn hữu cơ
....................................................................... 90
5


3.2.2.5. Độ bền cơ lý ................................................................................. 91
3.2.2.6. Thử nghiệm mù muối ................................................................... 93
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 97

6


NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN................................................. 98
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ....................................... 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 100
PHỤ LỤC ......................................................................................................... 111

7


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
APTS:

N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane

DMPS:

Diethoxy(methyl)phenylsilane


BTSA:

2-(1,3-Benzothiazol-2-ylthio) succinic axit

DSC:

Phân tích quét nhiệt vi sai

EDTA:

Etylendiamin tetraxetic axit

Epoxy/Fe3O4:

Màng epoxy chứa hạt nano oxit sắt từ Fe3O4

Epoxy/α-Fe2O3:

Màng epoxy chứa hạt nano oxit α-Fe2O3

Epoxy/γ-Fe2O3:

Màng epoxy chứa hạt nano oxit γ-Fe2O3

Fe3O4/APTS:

Nano oxit sắt từ biến
aminopropyltrimethoxysilane

Fe3O4/ DMPS:


Nano oxit sắt từ biến tính Diethoxy(methyl)phenylsilane

Fe3O4/TEOS:

Nano oxit sắt từ biến tính Tetraethoxysilane

Fe3O4/IBA:

Nano oxit sắt từ biến tính Indol 3-Butyric axit

Fe3O4/BTSA

Nano oxit sắt từ biến tính 2-(1,3-Benzothiazol-2-ylthio)

tính

N-(2-Aminoethyl)-3-

succinic axit
FTIR:

Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

IBA:

Indol 3-Butyric axit

KT:


Kỹ thuật

PEG:

poly (ethylen glycol)

PLGA:

Poly(lactic-co-glycolic axit)

PVA:

poly (vinyl ancol)

PVP:

Poly (vinyl pyrrolidon)

SEM/ FE-SEM:

Kính hiển vi điện tử quét/ Hiển vi điện tử quét phát xạ trường

TG/TGA:

Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng

TEOS:

Tetraethoxysilane


UV-Vis:

Phổ tử ngoại khả kiến

XRD:

Nhiễu xạ tia X
vii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Các dao động đặc trưng trên phổ hồng ngoại của vật liệu nano oxit sắt
từ Fe3O4 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt................................................ 45
Bảng 3.2. Các dao động đặc trưng trên phổ hồng ngoại của các vật liệu nano αFe2O3 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt .................................................... 47
Bảng 3.3. Các dao động đặc trưng trên phổ IR của vật liệu nano γ-Fe2O3 ......... 50
Bảng 3.4. Độ bám dính theo phương pháp kéo giật và độ bền va đập của màng
epoxy và epoxy chứa các hạt nano oxit sắt ......................................................... 57
Bảng 3.5. Các đặc trưng dao động trên phổ IR trong mẫu nano oxit sắt từ trước
và sau khi biến tính silan: APTS, DMPS và TEOS .................................................
62
Bảng 3.6. Độ bám dính theo phương pháp kéo giật và độ bền va đập của màng
epoxy chứa các hạt nano oxit sắt, nano oxit sắt từ biến tính silan ......................
74
Bảng 3.7. Các đỉnh đặc trưng trên phổ hồng ngoại của các hạt nano oxit sắt từ
biến tính IBA, và BTSA. ..................................................................................... 78
Bảng 3.8. Giá trị thế bề mặt của vật liệu oxit sắt từ Fe3O4/IBA ......................... 80
Bảng 3.9. Giá trị thế bề mặt của vật liệu oxit sắt từ Fe3O4/BTSA ...................... 80
Bảng 3.10. Bảng các thông số ăn mòn của các mẫu điện cực thép trong các dung
dịch NaCl và dung dịch NaCl chứa IBA, Fe3O4, Fe3O4/IBA............................. 86
Bảng 3.11. Độ bám dính theo phương pháp kéo giật và độ bền va đập của màng

epoxy chứa nano Fe3O4 và nano biến tính chất ức chế hữu cơ ...........................
92
Bảng 3.12. Đánh giá kết quả thử nghiệm mù muối ............................................ 93
8


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể FeO ............................................................................ 3
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể α-Fe2O3 ...................................................................... 4
Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể γ-Fe2O3 ...................................................................... 4
Hình 1.4. Cấu trúc tinh thể Fe3O4.......................................................................... 5
Hình 1.5. Mô hình cấu tạo chất lỏng từ [66] ....................................................... 12
Hình 1.6. Biến tính bề mặt hạt nano oxit sắt từ bằng các hợp chất hữu cơ [86]. 14
Hình 1.7. Các dạng khuếch tán trong màng sơn [7]. .......................................... 19
Hình 1.8. Sơ đồ đóng rắn epoxy bằng amin mạch thẳng. ................................... 24
Hình 2.1. Phổ tổng trở khi màng sơn ngăn cách hoàn toàn dung dịch điện li với
kim loại................................................................................................................ 41
Hình 2.2. Phổ tổng trở khi dung dịch điện li ngấm vào màng sơn ..................... 41
Hình 2.3. Phổ tổng trở khi dung dịch điện li tiếp xúc với bề mặt kim loại ........ 41
Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu oxit sắt từ .................................... 43
Hình 3.2. Ảnh SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 ....................................................... 44
Hình 3.3. Phổ FTIR của vật liệu oxit sắt từ ........................................................ 44
Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu α-Fe2O3 ....................................... 45
Hình 3.5. Ảnh SEM của mẫu vật liệu α-Fe2O3 ................................................... 46
Hình 3.6. Phổ FTIR của vật liệu α-Fe2O3 tổng hợp ............................................ 47
Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu a) Fe3O4 và b) γ-Fe2O3 ................ 48
Hình 3.8. Đường cong từ hóa của vật liệu Fe3O4 và γ- Fe2O3. Ảnh chụp các hạt
nano sắt từ bị hút bởi nam châm (hình nhỏ) ....................................................... 49
9



Hình 3.9. Ảnh SEM của mẫu vật liệu γ-Fe2O3.................................................... 49
Hình 3.10. Phổ tổng trở dạng Nyquist của màng phủ epoxy .............................. 52
Hình 3.11. Phổ tổng trở dạng Nyquist của màng phủ epoxy chứa 3 % hạt nano αFe2O3.................................................................................................................... 52
Hình 3.12. Phổ tổng trở dạng Nyquist của màng phủ epoxy chứa 3 % hạt nano γFe2O3.................................................................................................................... 53
Hình 3.13. Phổ tổng trở dạng Nyquist của màng phủ epoxy chứa 3 % hạt nano
Fe3O4.................................................................................................................... 53
Hình 3.14. Sơ đồ mạch điện tương đương của hệ màng phủ epoxy trên bề mặt
thép ...................................................................................................................... 54
Hình 3.15. Biến thiên giá trị modul tổng trở tại tần số 1Hz của các mẫu màng phủ
epoxy, epoxy/Fe3O4, epoxy/ α-Fe2O3 và epoxy/γ-Fe2O3 .................................... 55
Hình 3.16. Diện tích mất bám dính theo thời gian ngâm trong nước của lớp phủ
epoxy
(a), lớp phủ epoxy chứa nano oxit sắt: Fe3O4 (b), α-Fe2O3 (c), γ-Fe2O3
(d).................. 58
Hình 3.17. Ảnh SEM mặt cắt màng phủ epoxy chứa 3% hạt nano Fe3O4 .......... 59
Hình 3.18. Phổ hồng ngoại của nano oxit sắt từ Fe3O4 và nano Fe3O4 biến tính
với các silan ATPS, DMPS, và TEOS
...................................................................... 61
Hình 3.19. Giản đồ TG/DTA của vật liệu nano Fe3O4 chế tạo ........................... 63
Hình 3.20. Giản đồ DTA của mẫu vật liệu Fe3O4 và Fe3O4 biến tính APTS ..... 64
Hình 3.21. Giản đồ DTA của mẫu vật liệu Fe3O4 và Fe3O4 biến tính TEOS..... 65
Hình 3.22. Giản đồ DTA của mẫu vật liệu Fe3O4 và Fe3O4 biến tính DMPS.... 65
Hình 3.23. Giản đồ phân bố điện thế bề mặt của hạt nano Fe3O4 và nano Fe3O4
10


biến tính ba loại silan: APTS, DMPS và TEOS.................................................. 66

11



Hình 3.24. Đường cong từ hóa của các vật liệu nano oxit sắt từ biến tính silan:
APTS, DMPS và TEOS ...................................................................................... 69
Hình 3.25. Phổ tổng trở dạng Nyquist của màng sơn epoxy chứa hạt nano Fe3O4
biến tính APTS .................................................................................................... 70
Hình 3.26. Phổ tổng trở dạng Nyquist của màng sơn epoxy chứa các hạt nano
Fe3O4 biến tính DMPS ........................................................................................ 70
Hình 3.27. Phổ tổng trở dạng Nyquist của màng sơn epoxy chứa các hạt nano
Fe3O4 biến tính TEOS ......................................................................................... 71
Hình 3.28. Biến thiên giá trị modul tổng trở tại tần số 1Hz của các mẫu màng
phủ
chứa hạt Fe3O4 và Fe3O4 biến tính silan theo thời gian ngâm trong dung dịch
NaCl
3%........................................................................................................................ 71
Hình 3.29. Ảnh SEM mặt cắt màng phủ epoxy chứa hạt nano Fe3O4 biến tính
silan
APTS ................................................................................................................... 72
Hình 3.30. Ảnh SEM mặt cắt màng phủ epoxy chứa hạt nano Fe3O4 biến tính
silan
DMPS .................................................................................................................. 73
Hình 3.31. Ảnh SEM mặt cắt màng phủ epoxy chứa hạt nano Fe3O4 biến tính
silan
TEOS ................................................................................................................... 73
Hình 3.32. Diện tích mất bám dính theo thời gian ngâm trong nước của các lớp
phủ: epoxy/ Fe3O4 (a), epoxy/Fe3O4/APTS(b), epoxy/Fe3O4/DMPS (c),
epoxy/Fe3O4/TEOS (d)........................................................................................ 74
Hình 3.33. Phổ hồng ngoại Fe3O4 biến tính IBA và IBA (a), Fe3O4 biến tính
BTSA
và BTSA (b) ........................................................................................................ 77

12


Hình 3.34. Giản đồ DTA của các mẫu vật liệu Fe3O4 và Fe3O4 biến tính IBA
(trái)
và BTSA (phải) ................................................................................................... 78

13


Hình 3.35. Điện thế bề mặt Zeta của các hạt nano oxit sắt từ biến tính IBA và
BTSA ................................................................................................................... 79
Hình 3.36. Mô hình hấp phụ IBA lên bề mặt hạt nano oxit sắt từ Fe3O4 ........... 81
Hình 3.37. Đồ thị hấp phụ các chất ức chế hữu cơ IBA và BTSA lên bề mặt hạt
nano Fe3O4 ........................................................................................................... 82
Hình 3.38. Biến thiên hàm lượng giải thoát IBA và BTSA từ hạt nano oxit sắt từ
biến tính trong các môi trường pH khác nhau..................................................... 83
Hình 3.39. Đường cong từ hóa của của vật liệu nano oxit sắt từ biến tính các chất
ức chế hữu cơ ...................................................................................................... 84
Hình 3.40. Các đường cong phân cực thu được đối với điện cực thép cacbon
trong dung dịch NaCl 0,1M sau 24 giờ ngâm: (○) 3% Fe3O4, (●) Fe3O4/IBA,
(▼) IBA
10-3M, (—) dung dịch chỉ chứa NaCl ................................................................. 85
Hình 3.41. Ảnh chụp điện các điện cực sau 24 giờ ngâm trong dung dịch NaCl
0,1M .................................................................................................................... 85
Hình 3.42. Biến thiên thế ăn mòn theo thời gian thử nghiệm của các mầu màng
phủ epoxy và epoxy chứa các hạt nano............................................................... 87
Hình 3.43. Phổ tổng trở dạng Nyquist của màng sơn epoxy chứa các hạt nano
Fe3O4 biến tính IBA ............................................................................................ 88
Hình 3.44. Phổ tổng trở dạng Nyquist của màng sơn epoxy chứa các hạt nano

Fe3O4 biến tính BTSA ......................................................................................... 89
Hình 3.45. Biến thiên modul tổng trở các mẫu màng chứa hạt Fe3O4 và Fe3O4
biến tính
....................................................................................................................... 90

xii


Hình 3.46. Ảnh SEM mặt cắt màng phủ epoxy chứa 3% hạt nano Fe3O4 biến tính
hợp chất ức chế hữu cơ........................................................................................ 91

xii


Hình 3.47. Diện tích mất bám dính theo thời gian ngâm trong nước của lớp phủ
epoxy/Fe3O4 (a), epoxy/Fe3O4/BTSA (b), Fe3O4/IBA (c)................................... 93
Hình 3.48. Hình ảnh sau 240 giờ thử nghiệm mù muối của mẫu thép phủ màng
epoxy và epoxy chứa hạt nano Fe3O4

biến tính IBA và BTSA tại các nồng độ:

3%, 5% và 7% ..................................................................................................... 95

xiii


MỞ ĐẦU
Kim loại và hợp kim là vật liệu nền tảng đã được con người sử dụng từ rất
lâu trong đời sống hàng ngày và dần trở thành vật liệu khó có thể thay thế trong
công nghiệp hiện đại. Với khả năng hoạt động hóa học cao, kim loại và hợp kim

của chúng rất dễ bị ăn mòn trong môi trường, đặc biệt là môi trường có nhiệt độ
cao hoặc tiếp xúc với các dung dịch điện ly, gây ra những tổn thất vô cùng lớn cả
về kinh tế, sức khỏe và môi trường. Ước tính hằng năm có khoảng 1/3 lượng kim
loại khai thác được sẽ không sử dụng được nữa do ăn mòn kim loại gây ra [1-6].
Ngoài những thiệt hại trực tiếp mà con người có thể tính được, ăn mòn kim loại
còn có thể gây ra những thiệt hại gián tiếp như làm giảm độ bền máy móc và
chất lượng sản phẩm, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu tới an toàn lao
động. Do đó, việc bảo vệ chống ăn mòn kim loại khỏi tác động của môi trường
xâm thực đang trở thành vấn đề vô cùng bức thiết.
Bảo vệ kim loại bằng lớp phủ hữu cơ đã được sử dụng rộng rãi bởi tính
hữu hiệu, dễ gia công và giá thành hợp lý. Hiện nay, xu thế mới trong lĩnh vực
lớp phủ hữu cơ là nghiên cứu để tìm ra những chất ức chế mới thay thế cho hoạt
chất cromat độc hại, tạo ra lớp phủ thân thiện với môi trường [4, 7],... Ngày nay,
công nghệ nano đã đi vào đời sống và tạo ra những bước đột phá vô cùng lớn.
Các bột màu hoạt tính cao với kích thước nano khi đưa vào lớp phủ hữu cơ bảo
vệ chống ăn mòn kim loại với nồng độ từ 2 - 3% cho thấy tính chất đột phá [811]. Trong đó, các oxit sắt được coi là bột màu được sử dụng nhiều trong sơn với
đủ mọi gam màu tùy thuộc vào dạng oxit sắt được sử dụng [12-16], đặc biệt là
oxit sắt từ Fe3O4, khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho đến nay cơ chế vẫn chưa rõ
ràng [17].
Với mong muốn được góp phần nghiên cứu đề ra các giải pháp bảo vệ kim
loại, cũng như làm giảm tác động của ăn mòn kim loại đến đời sống con người.
Luận án được thực hiện với đề tài “Nghiên cứu chế tạo lớp phủ polyme
nanocompozit bảo vệ chống ăn mòn sử dụng nano oxit sắt từ Fe3O4” nhằm
1


nghiên cứu, chế tạo một lớp phủ nanocompozit trên cơ sở epoxy/nano
Fe3O4, và

2



epoxy/nano Fe3O4 hữu cơ hóa có tính chất cơ lý tốt và khả năng bảo vệ chống ăn
mòn cao.
Luận án này đã tiến hành thực hiện với những nội dung nghiên cứu chính
như sau:
- Chế tạo và đặc trưng tính chất hạt nano oxit sắt từ Fe3O4, hạt nano Fe2O3, hạt γ-Fe2O3 bằng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt. So sánh khả
năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp màng epoxy chứa các hạt oxit sắt đã
tổng hợp.
- Chế tạo và đánh giá hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn thép của lớp màng
epoxy chứa hạt nano oxit sắt từ và nano oxit sắt từ biến tính hữu cơ hóa
với một số hợp chất silan và với hợp chất ức chế ăn mòn.
- Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tích vi cấu trúc làm rõ vai trò
của các hạt nano trong việc nâng cao tính năng bảo vệ chống ăn mòn của
sản phẩm.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ OXIT SẮT
Oxit sắt (ferrites) là nhóm vật liệu quan trọng, có ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực, đặc biệt là oxit sắt từ Fe3O4.
1.1.1. Sắt (II) oxit



Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể FeO
FeO (hay còn gọi là Wustite) là chất bột màu đen có nhiệt độ nóng chảy
tonc

= 1368 oC, khối lượng riêng d = 5,9 g/cm3. FeO tan trong axit nhưng không tan
trong nước. FeO có cấu trúc tinh thể dạng B1 tương tự cấu trúc của muối ăn
NaCl (a = 0,4302 ÷ 0,4275 nm), số phân tử trong mỗi ô cơ sở là 4. FeO chỉ ổn
định ở nhiệt độ trên 560 oC, dưới nhiệt độ này bị phân hủy thành α-Fe2O3 và
Fe3O4 [18].
1.1.2. Sắt (III) oxit
Fe2O3 là oxit sắt phổ biến nhất trong thiên nhiên. Sự tồn tại của Fe2O3 vô
định hình và 4 pha tinh thể khác (α, β, γ và ε) đã được xác nhận [19], trong đó αFe2O3 (hay còn gọi là hematite) có dạng tinh thể mặt thoi hoặc lục giác giống với
cấu trúc corundum của nhôm và γ-Fe2O3 (maghemite) có cấu trúc lập phương
spinel đã được tìm thấy trong tự nhiên.
Dưới 260 K, hematite α-Fe2O3 có tính phản sắt từ, trên 260 K, hematite thể
4


hiện tính sắt từ yếu [18, 20].

5