Nghiên cứu xác định bản chất hóa học của vật liệu sơn EP-51 sử dụng trong chế tạo và lắp ráp tên lử PKTT - Đặng Trần Thiêm

Hãa häc Đ.T.Thiêm, N.H.Phong, L.Q.Tuấn, “Nghiên cứu xác định ... lắp giáp tên lửa PKTT.” 126 NGHIªN CøU X¸C ®Þnh B¶N CHÊT HãA HäC CñA vËt liÖu s¬n EP-51 sö dông trong chÕ t¹o vµ l¾p r¸p tªn löa PKTT ĐẶNG TRẦN THIÊM, NGUYỄN HÙNG PHONG, LÊ QUANG TUẤN Tóm tắt: Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu xác định bản chất hoá học của vật liệu sơn EP-51 sử dụng trong chế tạo, lắp ráp tên lửa PKTT. Qua kết quả đo đạc một số tính năng cơ lý lý, phổ hồng ngoại, phân tích X-ray đã xác định được bản chất hoá học của vật liệu sơn EP-51 do Nga chế tạo là loại vật liệu tổ hợp chất tạo màng este epoxy - alkyd và nhựa nitroxenlulo có sử dụng các bột màu vô cơ. Từ khóa: Sơn men EP-51, Nhựa este epoxy-alkyd, Hàm lượng chất rắn. 1. MỞ ĐẦU Theo tài liệu Dự án I triển khai, chế tạo lắp ráp tên lửa 9M39C, pha C, có rất nhiều loại sơn men được sử dụng như: sơn men EP-525, sơn men EP- 572, sơn men EP-567 v.v. Các loại sơn men này đã được nghiên cứu kỹ lưỡng từ rất lâu và được chỉ định sử dụng cho các mục đích quân sự. Trong nhiều loại sơn men được trên, sơn men EP-51 được sử dụng làm lớp phủ cho nền kim loại với mục đích bảo vệ, trang trí trong các điều kiện khí hậu khác nhau. Sơn có độ bám dính tốt lên nền kim loại, màng sơn mềm dẻo và chịu được các tác nhân ăn mòn[5]. Trong qui trình lắp ráp tên lửa Igla, sơn EP-51 được dùng để sơn bảo vệ cho các chi tiết kim loại, nhựa, ở các vị trí khác nhau như: khoang lái, ngòi và các vị trí đai ốc. Nghiên cứu xác định bản chất hóa học của vật liệu sơn EP-51 là cơ sở cho việc chế tạo vật liệu sơn men thay thế cho các sản phẩm cùng loại do đối tác Nga chế tạo. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất và thiết bị - Mẫu vật liệu sơn EP-51 sử dụng trong chế tạo, lắp ráp tên lửa PKTT do Nga sản xuất (mẫu do Công ty X23 nhập và cung cấp). Các loại dung môi, hóa chất dùng để phân tích mẫu vật liệu sơn EP-51 của Nga đều là các hóa chất tinh khiết như: axeton, butyl, etanol, toluen. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Mẫu vật liệu gốc của Nga được tiến hành đo đạc các tính năng cơ lý theo các tiêu chuẩn TCVN áp dụng cho vật liệu sơn mầu. Phân tích thành phần, và các tính chất đặc trưng của vật liệu như sau: Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (IR): Sử dụng thiết bị FTIR Shimadzu 8010 (Nhật) và thiết bị Nexus 670-Nicolet (Mỹ). Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD). 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả đo độ bền cơ lý mẫu vật liệu sơn men EP-51 Độ bền cơ lý là một trong những tiêu chuẩn quan trọng quyết định khả năng ứng dụng của vật liệu[2]. Kết quả đo đạc các tính năng cơ lý của sơn EP-51 ở bảng 1, cho thấy, vật liệu sơn gốc do Nga chế tạo có chỉ tiêu độ bền uốn, độ cứng và độ bóng rất điển hình: tính chất mềm dẻo, bám dính tốt. Đặc điểm này, gần với tính chất của các hệ sơn alkyd biến tính từ dầu thực vật. Độ bóng của vật liệu sơn khá thấp phù hợp với mục đích sử dụng sơn trong lĩnh vực quân sự. Qua tham khảo tài liệu công bố, chất tạo màng dùng để chế tạo sơn men EP-51 là nhựa tổ hợp este epoxy- alkyd E-30 với nhựa nitroxenlulo[4]. Trong tổ hợp vật liệu chế tạo chất tạo màng cho sơn EP-51, nhựa este làm tăng độ bền bám dính, độ bền Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 30, 04 - 2014 127 uốn còn nhựa nitroxenlulo làm tăng độ cứng, khả năng khô nhanh, ổn định màng sau khi gia công[6;7]. Bảng 1. Độ bền cơ lý cơ lý của vật liệu sơn EP-51. 3.2. Kết quả phân tích thành phần các chất rắn không bay hơi mẫu vật liệu sơn EP-51 Việc phân tích hàm lượng các chất rắn không bay hơi được tiến hành theo tiêu chuẩn TCVN. Mẫu sơn được pha loãng bằng dung môi thích hợp rồi tiến hành sa lắng để tách riêng phần chất tạo màng và các bột màu, chất độn vô cơ. Các kết quả phân tích hàm lượng các chất rắn không bay hơi của sơn EP-51 của Nga được trình bày ở bảng 2. Bảng 2. Kết quả phân tích hàm lượng các chất rắn không bay hơi của sơn EP-51. Các kết quả cho thấy sơn EP-51 là loại sơn có tỷ lệ khối lượng bột màu so với chất tạo màng khá cao. Đâylà đặc điểm chung của các loại sơn quân sự nói chung và sơn ngụy trang nói riêng[2]. Kết quả này phù hợp với kết quả đo độ bóng màng sơn EP-51 có giá trị khá thấp ở bảng 1. Các kết quả phân tích hàm lượng các chất rắn không bay hơi được dùng vào việc phân tích bản chất các thành phần của sơn EP-51 được trình bày ở các phần sau. 3.3. Kết quả phân tích Phổ hồng ngoại mẫu vật liệu sơn EP-51 Để tiến hành phân tích mẫu liệu sơn EP-51 gốc của Nga, chúng tôi sử dụng phương pháp hòa tan mẫu, tách bỏ bột màu và phần chất tan phân loại trong các dung môi khác nhau. Mẫu vật liệu thu được sau quá trình hòa tan tách mẫu được tiến hành ghi phổ hồng ngoại trên cuvet KBr. Phổ hấp thụ hồng ngoại của chất tạo màng sơn EP-51 được thể hiện ở hình1a và 1b. Tiến hành so sánh các dao động đặc trưng trên phổ hấp thụ hồng ngoại của chất tạo màng sơn EP-51 được hòa tan trong hai dung môi khác nhau, kết quả được trình bày ở bảng 3[1]. Tên chỉ tiêu Đơn vị đo Tiêu chuẩn Nga GOST 9640-85 Kết quả đo Hàm khô % Từ 23 đến 26 25 Độ cứng của màng sơn - ≥ 0,18 0,19 Độ bền bám dính của màng sơn điểm  2 2 Độ bền uốn của màng sơn mm  1 1 Độ bóng của màng sơn % ≥ 10 17 Tên chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị Hàm khô tổng % 25 Hàm lượng chất tạo màng % 13 Tỷ lệ khối lượng bột mầu/ chất tạo màng - 12/13 Hãa häc Đ.T.Thiêm, N.H.Phong, L.Q.Tuấn, “Nghiên cứu xác định ... lắp giáp tên lửa PKTT.” 128 Hình 1a. Phổ hồng ngoại của chất tạo màng được hòa tan trong toluen. Hình 1b. Phổ hồng ngoại của chất tạo màng được hòa tan trong axeton. Bảng 3. So sánh các dao động đặc trưng hấp thụ hồng ngoại chất tạo màng sơn EP-51. Vạch phổ đặc trưng Số sóng(cm-1) Mẫu hòa tan trong toluen Mẫu hòa tan trong axeton 1 νOH 3495 3464 2 νCH3 2926 - 3 νCH2 2854 - 4 ν C=O(este) 1730 5 νa N=o - 1657 6 νs N=O - 1280 7  N=O - 745 vµ 688 Từ kết quả ở bảng 3 cho thấy các dao động của phổ hấp thụ hồng ngoại chất tạo màng sơn EP-51 được tách bằng hai loại dung môi có đặc trưng khác nhau thể hiện ở cường độ và vị trí số sóng. Mẫu hòa tan trong toluen có các đặc trưng của nhựa alkyd thể hiện qua các vạch hấp thụ nhóm este, nhóm metyl, liên kết đôi ở 1730cm-1, 2926 cm-1. Mẫu hòa tan trong axeton có đặc trưng của hợp chất nitro bởi các vạch hấp thụ νa N=O, νs N=O,  N=O ở 1657cm-1, 1280cm-1, 745 cm-1 và 688cm-1. Kết quả này phù hợp với các tài liệu kỹ thuật do dự án I cung cấp, chất tạo màng sơn EP-51 được chế tạo từ sự phối trộn nhựa polyeste với nhựa nitroxenlulo. 3.3. Kết quả phân tích Phổ hồng ngoại mẫu vật liệu sơn EP-51 Các chất màu sau khi được tách theo phương pháp ly tâm được rửa sạch bằng dung môi, sấy khô và được phân tích các đặc trưng nhiễu xạ tia X. Hình 2 dưới đây là các đặc trưng nhiễu xạ tia X của bột màu cho sơn EP-51. Quan sát phổ nhiễu xạ tia X(XRD) của phần bột mầu được tách ra từ sơn EP-51 có đặc trưng góc 2 ở 27,5; 36; 55 là các đặc trưng của TiO2; 28,8 của bột talc(MgO5SiO2.H2O) và 26,2; 30,2 của SrCrO4[1;3]. Như vậy, các thành phần bột mầu cơ bản của sơn EP-51 bao gồm : TiO2, bột talc, SrCrO4, được phối hợp với phần nhỏ bột than kỹ thuật để tạo thành màu ghi xám cho sơn. Kết quả phân tích định tính thành phần các bột mầu ở trên là cơ sở để lựa chọn, khảo sát đơn phối mầu cho sơn thay thế sản phẩn EP-51 Hình 2. Phổ nhiễu xạ tia X của phần bột màu được tách ra từ sơn EP-51. Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 30, 04 - 2014 129 màu xám do Nga chế tạo. 4. KẾT LUẬN Qua các kết quả đo độ bền cơ lý, phân tích phổ hồng ngoại, chúng tôi đã xác định được bản chất hóa học chất tạo màng của vật liệu sơn EP-51 do Nga chế tạo là nitroxenlulo, este epoxy alkyd trên cơ sở biến tính nhựa epoxy bằng nhựa alkyd có chỉ số axit thích hợp[6]. Các kết quả phân tích nhiễu xạ tia X- ray cho thấy thành phần bột màu vô cơ chủ yếu là TiO2, SrCrO4, bột talt được phối trộn với phần nhỏ bột than để tạo thành màu xám cho sơn. Kết quả phân tích xác định bản chất hóa học của vật liệu sơn Ep-51do Nga chế tạo phù hợp với các tài liệu tham khảo có liên quan [2,4] làm cơ sở khoa học giúp chúng tôi định hướng nghiên cứu chế tạo được loại vật liệu sơn EP-51 đạt được các tính năng kỹ thuật tương đương trên cơ sở các nguồn vật tư, hóa chất và thiết bị công nghệ có sẵn trong nước. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Đình Triệu, “Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý”, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2001. [2]. Nguyễn Việt Bắc “Vật liệu sơn và chất tạo màng bảo vệ ”, Giáo trình cao học, Trung tâm Khoa học Kỹ thuật - Cụng nghệ Quân sự, Hà Nội, 2000. [3]. “Corrosion control through organic coating,” Amy Forsgren, Corrosion Technology, Taylor & Francis Group, 2006. [4]. Epoxy resin, Ningbo Today, The proposed projects for international economic and technical cooperation in 2001, China, 2001. [5]. OCT 9640 -85, sơn men, Điều kiện kỹ thuật. [6]. А. Ф. Николаев (1980), Синтетические Полимеры и Пластические Массы на их основе, Издательство, “Химия” Москва. [7]. П. И. Захарченко, Ф. И. Яшунская, В. Ф. Евстратое, П. Н. Орловский, (1971) СПравочник Резинщика, Издательство “Химия Москва”. ABSTRACT RESEARCH ON DETERMINING THE CHEMICAL NATURE OF THE EP-51 COATING MATERIAL USED FOR MANUFACTURING, ASSEMBLING LOW- ALTITUDE AIR DEFENCE MISSILE This report present some results of research on determining the chemical nature of the EP-51 coating material used for manufacturing, assembling low- altitude air defence missile. The result of a measurement of the features of the glass, infrared spectrocopy, XRD analysis show that the chemical nature of the EP-51 coating material is a Russian-made compositte material binder epoxy estes-alkyd resin and nitroxenlulo that use inoganic pigment. Keywords: Enamel EP-51, Alkyd-epoxy resin, Mass fraction of solids. Nhận bài ngày 09 tháng 07 năm 2013 Hoàn thiện ngày 05 tháng 02 năm 2014 Chấp nhận đăng ngày 19 tháng 04 năm 2014 Địa chỉ: Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KH-CNQS.