Nghiên cứu độ bền môi trường của các màng sơn phủ trên cơ sở Flopoyme và polyuretan trong điều kiện nhiệt đới

40 Chöông 2 THÖÏC NGHIEÄM Toaøn boä quaù trình thöïc nghieäm ñöôïc tieán haønh theo sô ñoà sau ñaây: 2.1. Cheá taïo maãu 2.1.1. Cheá taïo maãu thöû nghieäm gia toác vaø phôi maãu töï nhieân Naêm heä sôn ñöôïc ñöa vaøo thöû nghieäm so saùnh, trong ñoù coù hai heä chöùa lôùp phuû ngoaøi laø flopolyme ñoùng raén nguoäi vaø polyuretan. Keát caáu cuûa caùc heä sôn ñöôïc trình baøy chi tieát treân baûng 2.1. Cheá taïo maãu Khaûo saùt ñoä beàn thôøi tieát : - baûo toàn ñoä boùng - hình thaùi beà maët - bieán ñoåi hoùa hoïc Khaûo saùt ñoä beàn trong moâi tröôøng gia toác: - ñoä boùng - quan traéc aên moøn Khaûo saùt ñoä beàn aên moøn baèng phöông phaùp toång trôû: - thaám nöôùc - quaù trình aên moøn. Khaûo saùt ñieàu kieän aùp duïng phöông phaùp catoát baûo veä boå sung maøng sôn Khaûo saùt dieãn bieán moâi tröôøng taïi caùc ñieåm thöû nghieäm (TP HCM, Nha Trang, Hueá) Ñaùnh giaù ñoä beàn maøng sôn flopolyme vaø polyuretan trong ñieàu kieän nhieät ñôùi id1039828 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - 41 Baûng 2.1. Keát caáu caùc heä sôn khaûo saùt Heä sôn phuû Neàn Lôùp loùt Lôùp giöõa Lôùp ngoaøi Toång ñoä daøy,  Pigment Kyù hieäu TiO2 A1 Alkyd Theùp, phun caùt Choáng gæ Alkyd ~100 Fe2O3 A2 TiO2 C1 Caosu clo hoùa Theùp, phun caùt Epoxy giaøu Zn Caosu clo hoùa Caosu clo hoùa ~150 Fe2O3 C2 TiO2 E1 Epoxy Theùp, phun caùt Loùt keõm voâ cô Epoxy Epoxy ~150 Fe2O3 E2 TiO2 U1 Polyuretan Theùp, phun caùt Loùt keõm voâ cô Epoxy Polyuretan ~150 Fe2O3 U2 TiO2 F1 Flopolyme Theùp, phun caùt Loùt keõm voâ cô Epoxy Flopolyme ~100 Fe2O3 F2 2.1.1.1. Neàn theùp Sôn ñöôïc sôn phuû treân neàn theùp cacbon kích thöôùc 150x75x3mm. Theùp coù thaønh phaàn ñònh danh nhö treân baûng 2.2, sau khi taåy daàu môõ vaø taåy gæ ñöôïc phun caùt ñeán ñoä saïch Sa 2,5 theo tieâu chuaån ISO 8501-1:1998 [53]. Baûng 2.2. Thaønh phaàn ñònh danh cuûa maãu theùp (% khoái löôïng) C Mn Si S P Ni Cr 0,140,22 0,30,65 0,150,35 < 0,05 < 0,04 < 0,3 < 0,3 2.1.1.2. Maãu sôn Caùc maãu sôn ñeàu laø caùc sôn thöông maïi vaø cuõng do haõng Dai Nippon Toryo (Nhaät Baûn) cung caáp. Sôn flopolyme phuû ngoaøi do Dai Nippon Toryo cheá taïo, maøng sôn ñöôïc ñoùng raén ôû nhieät ñoä thöôøng baèng diizoxyanat. Pigment söû duïng laø Fe2O3 (maøu naâu) vaø TiO2 (maøu traéng). TiO2 ñaõ ñöôïc xöû lyù ñeå giaûm hoaït tính xuùc taùc quang hoùa. Chaát taïo maøng flopolyme coù caáu truùc ñöôïc moâ taû treân hình 2.1 vôùi X laø nhoùm F, CF3, Cl, coøn R1, R2: goác alkyl vaø R3, R4: goác alkylen. Trong hình naøy, nhoùm R1 ñoùng vai troø laøm taêng ñoä tan trong dung moâi, ñoä boùng, ñoä cöùng; R2 taêng ñoä meàm deûo; OR3OH laøm taêng khaû naêng ñoùng raén, baùm dính; OR4COOH giuùp 42 taêng ñoä töông hôïp vôùi pigment, ñoä baùm dính coøn caùc ñoaïn maïch chöùa F ñoùng vai troø taêng ñoä beàn thôøi tieát cuûa maøng sôn [81], [100], [101]. Moät vaøi thoâng soá cô baûn cuûa caùc heä sôn söû duïng ñöôïc trình baøy trong baûng 2.3. Baûng 2.3. Thoâng soá kyõ thuaät cuûa caùc heä sôn söû duïng Kyù hieäu Teân thöông maïi Chaát taïo maøng Theå tích raén (%) Maøu saéc Ghi chuù A Suboid QD under coat Suboid SR top coat Alkyd Alkyd 85 75 Traéng Naâu Lôùp loùt Lôùp ngoaøi E Zinclite type 2HB Eponics#310 DV intermediate coat Eponics#310 DV top coat Keõm voâ cô Epoxy Epoxy 75 63 70 Traéng Naâu Lôùp loùt Lôùp giöõa Lôùp ngoaøi C Zinclite type 2HB Rubber tight#100 intermediate coat Rubber tight#100 top coat Keõm voâ cô Cao su clo hoùa Cao cu clo 75 55 56 Traéng Naâu Lôùp loùt Lôùp giöõa Lôùp ngoaøi U Zinclite type 2HB V-Top H intermidiate coat V-Top H top coat Keõm voâ cô Epoxy Polyuretan 75 68 63 Traéng Naâu Lôùp loùt Lôùp giöõa Lôùp ngoaøi F Zinclite type 2HB V-FLON#100 intermediate V-FLON#100 top coat Keõm voâ cô Epoxy Flopolyme 75 68 60 Traéng Naâu Lôùp loùt Lôùp giöõa Lôùp ngoaøi Sôn polyuretan hai thaønh phaàn treân cô sôû nhöïa polyol coäng hôïp vôùi diizoxianat. Maøng sôn chöùa pigment Fe2O3 (hoaëcTiO2, tuøy maãu), dung moâi xylen vaø moät soá phuï gia khaùc. C F C X F F C O R1 H C FH H C C F X F R2 X F F F CC OH COOH OR4 H H H C X F C F F C H OR3 C H H CC F X F F CC H O C H H C Hình 2.1. Caáu truùc maïch flopolyme söû duïng trong maøng sôn 43 Caùc lôùp sôn laàn löôït ñöôïc phun vaø ñeå khoâ phuø hôïp vôùi tieâu chuaån. Maãu sôn xong ñöôïc löu trong moâi tröôøng oån ñònh trong voøng 1 thaùng, sau ñoù ñem ñi thöû nghieäm taïi caùc ñòa ñieåm moâ taû trong chöông 3. 2.1.1.3. Kí hieäu maãu Caùc maãu thöû nghieäm ñöôïc kyù hieäu nhö trong baûng 2.1 vaø baûng 2.3. Caùc maãu sôn cuøng loaïi thöû nghieäm töï nhieân ôû caùc ñòa ñieåm khaùc nhau ñöôïc kyù hieäu töông öùng: TPHCM – SG, Nha Trang – NT vaø Hueá – HU. Maãu chöa thöû nghieäm hoaëc maãu thöû gia toác khoâng keøm theo kyù hieäu ñòa ñieåm thöû. Ví duï: Maãu A1 laø maãu sôn alkyd chöùa pigment maøu traéng. Maãu SG-A1 laø maãu sôn alkyd chöùa pigment maøu traéng ñöôïc thöû nghieäm phôi maãu taïi TPHCM. 2.1.2. Cheá taïo maãu ño thaám nöôùc vaø aên moøn 2.1.2.1. Neàn theùp Kim loaïi neàn duøng trong thöû nghieäm ño toång trôû laø theùp carbon ABS–A cuûa haõng Dongkuk Steel Mill (Haøn Quoác), coù thaønh phaàn ñònh danh theo baûng 2.4. Baûng 2.4. Thaønh phaàn ñònh danh cuûa theùp cacbon ABS – A (% khoái löôïng) C Si Mn P S Al Cr Ni Mo Nb V Ti 0,15 0,24 0,87 0,013 0,011 0,029 0,01 0,02 0,02 0,001 0,003 0,014 Maãu theùp neàn ñöôïc gia coâng cô hoïc ñeán kích thöôùc 150x100x3 mm, sau ñoù taåy daàu môõ, taåy gæ, vaø phun caùt ñeán ñoä saïch Sa 2,5 theo tieâu chuaån ISO 8501– 1:1998, tuaân thuû ñuùng quy trình kyõ thuaät chuaån bò beà maët ñang ñöôïc aùp duïng trong coâng nghieäp. 2.1.2.2. Maãu sôn Theùp neàn sau khi chuaån bò beà maët ñöôïc phuû sôn theo quy trình kyõ thuaät coâng nghieäp baèng maùy phun sôn trong ñieàu kieän moâi tröôøng phuø hôïp (nhieät ñoä moâi tröôøng 33oC, ñoä aåm töông ñoái 65%, nhieät ñoä ñieåm söông 250C, nhieät ñoä beà 44 maët theùp 340C). Ñoä daøy maøng sôn khoâ ñöôïc khoáng cheá trong khoaûng 100  5 m vaø ñöôïc ño baèng maùy Elcometer 345 (Anh). Thoâng soá kyõ thuaät cuûa caùc heä sôn loùt ñöôïc trình baøy trong baûng 2.5. Baûng 2.5. Thoâng soá kyõ thuaät cuûa caùc heä sôn söû duïng Kyù hieäu Teân thöông maïi Chaát taïo maøng Theå tích raén (%) Maøu saéc Coâng duïng E3 Primastic universal aluminium Epoxy bieán tính 75 ± 2 Nhoâm E4 Jotaguard Epoxy bieán tính nhöïa than ñaù 65 ± 2 Ñen E5 Penguard HB Epoxy khoái löôïng phaân töû cao 54 ± 2 Xaùm Lôùp loùt choáng aên moøn 2.1.3. Cheá taïo maãu ño phaân boá theá Caùc maãu theùp cacbon kích thöôùc 1.500x1.000x3 mm coù thaønh phaàn ñònh danh nhö trong baûng 2.2, ñöôïc söû duïng ñeå laøm neàn cho maøng sôn nhaèm xaùc ñònh ñoä phaân boá theá. Theùp ñöôïc phuû hai lôùp sôn: lôùp loùt laø sôn epoxy vaø lôùp ngoaøi laø sôn polyuretan vôùi toång chieàu daøy laø ~100 m. Maãu ñöôïc ñeå oån ñònh trong voøng 30 ngaøy ôû ñieàu kieän 25 oC vaø 70 % ñoä aåm tröôùc khi ño. Maãu ñöôïc kyù hieäu laø Uo trong tröôøng hôïp khoâng ñöôïc aùp theá vaø Up trong tröôøng hôïp coù aùp theá. 2.2. Xaùc ñònh tính naêng cô lyù maøng sôn Tính naêng cô lyù maøng sôn ñöôïc xaùc ñònh theo caùc tieâu chuaån Vieät Nam hieän haønh, coù so saùnh vôùi caùc tieâu chuaån ISO töông ñöông vaø caäp nhaät cho phuø hôïp vôùi caùc thieát bò ño ñaïc hieän ñaïi hieän coù. 2.2.1. Ñoä boùng maøng sôn Ñoä boùng maøng sôn ñöôïc ño treân thieát bò BYK – Gardner Glossmeter (Myõ) vaø ñaùnh giaù theo tieâu chuaån TCVN 2101. Nguyeân lyù ño ñöôïc thöïc hieän nhö sau: 45 Thieát bò bao goàm moät nguoàn saùng chieáu chuøm tia saùng qua moät thaáu kính leân beà maët maøng sôn caàn ño. Aùnh saùng phaûn xaï ñöôïc tieáp nhaän thoâng qua moät thaáu kính, moät maùy thu aûnh coù teá baøo quang ñieän. Khi ño ñoä boùng truïc quang hoïc cuûa heä thoáng chieáu saùng vaø maùy thu aûnh phaûi ôû döôùi moät goùc baèng nhau vaø goùc naøy coù theå laø 200; 600 hoaëc 850 ( 0,5). Maøng sôn coù ñoä boùng caøng thaáp thì phaûi söû duïng goùc chieáu saùng caøng lôùn. Ñoä boùng chuaån ñöôïc ño treân taám göông phaúng (thöû ôû 3 vò trí khaùc nhau) sao cho caùc giaù trò khoâng vöôït quaù moät ñôn vò ñoä boùng. Ñoä boùng maøng sôn ñöôïc ño ít nhaát ôû 5 vò trí khaùc nhau, neáu keát quaû cuûa caùc trò soá khoâng leäch nhau 2 ñôn vò thì quaù trình ño ñaït yeâu caàu vaø laáy giaù trò trung bình. Ñoái vôùi maãu sôn nghieân cöùu, goùc chieáu laø 600 ñöôïc söû duïng ñeå ño. Ñoä boùng cuûa maãu chuaån trong tröôøng hôïp naøy laø 95,5. Baûo toàn ñoä boùng laø ñaïi löôïng tính baèng % cuûa ñoä boùng ño ñöôïc so vôùi ñoä boùng ban ñaàu. Trong moät soá tröôøng hôïp khaùi nieäm toån hao ñoä boùng (coù yù nghóa ngöôïc vôùi baûo toàn ñoä boùng) laø ñaïi löôïng tính baèng % ñoä boùng maát ñi so vôùi ñoä boùng ban ñaàu. 2.2.2. Ñoä baùm dính cuûa maøng sôn Ñoä baùm dính cuûa maøng sôn ñöôïc ño baèng thieát bò Erichsen Model 413 (Erichsen GMBH & Co). Keát quaû ño ñöôïc ñaùnh giaù theo tieâu chuaån TCVN 2097. Trong phöông phaùp naøy, dao coù löôõi saéc baèng theùp ñöôïc söû duïng ñeå taïo caùc ñöôøng caét chính xaùc. ÖÙng vôùi töøng khoaûng ñoä daøy maøng cuûa töøng loaïi neàn meàm cöùng khaùc nhau coù tieâu chuaån veà khoaûng caùch giöõa caùc ñöôøng caét khaùc nhau. Ñoä baùm dính ñöôïc ñaùnh giaù theo ñieåm vôùi 1 laø maøng khoâng bò bong. 2.2.3. Ñoä beàn uoán cuûa maøng sôn Ñoä beàn uoán cuûa maøng sôn ñöôïc ño treân duïng cuï ño chuyeân duïng vaø ñaùnh giaù keát quaû döïa theo tieâu chuaån TCVN 2099. 46 Duïng cuï ño bao goàm moät baûn leà coù caùc truïc hình truï, vôùi ñöôøng kính cuûa caùc truïc töø 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 16; 20; 25; 32 mm. Khoaûng caùch giöõa beà maët caùc truïc vaø taám baûn leà laø 0,05 - 0,55 mm. Hai maët phaúng duïng cuï ñöôïc quay töï do treân truïc quay cuûa duïng cuï vaø ngöøng laïi khi maët taám maãu thöû ñöôïc uoán cong tôùi vò trí song song. Maãu ñöôïc ñaùnh giaù ngay sau khi uoán maø khoâng caàn phaûi laáy ra khoûi duïng cuï. Neáu khoâng thaáy xuaát hieän caùc veát nöùt, troùc thì tieáp tuïc thöû vôùi taám maãu khaùc treân truïc nhoû hôn. Thí nghieäm ñöôïc laëp ñi laëp laïi cho ñeán khi quan traéc baèng kính luùp phaùt hieän thaáy veát nöùt, troùc cuûa maøng. Ñoä beàn uoán cuûa maøng sôn ñöôïc bieåu dieãn baèng ñöôøng kính cuûa truïc ñeå xaûy ra hieän töôïng naøy. 2.2.4. Ño ñoä cöùng cuûa maøng sôn Ñoä cöùng ñöôïc ño treân thieát bò Erichsen Model 240 (Erichsen GMBH & Co). Keát quaû ño ñöôïc ñaùnh giaù theo tieâu chuaån TCVN 2098. Phöông phaùp döïa treân cô sôû xaùc ñònh tyû soá thôøi gian giöõa hai laàn dao ñoäng cuûa con laéc ñaäp leân lôùp maøng sôn nghieân cöùu vaø treân taám kính phaúng chuaån ôû cuøng moät bieân ñoä dao ñoäng ñaàu laø 30 hoaëc 60. 2.2.5. Ñoä beàn va ñaäp cuûa maøng sôn Ñoä beàn va ñaäp cuûa maøng sôn ñöôïc ño treân thieát bò Erichsen Model 304 (Erichsen GMBH & Co). Keát quaû ño ñöôïc ñaùnh giaù theo tieâu chuaån TCVN 2100. Khi ño ñaët taám maãu phaûi kieåm tra vôùi maët ñöôïc sôn höôùng leân treân. Sau ñoù, cho taûi troïng rôi vaø xaùc ñònh ñoä rôi cuûa taûi troïng maø ôû ñoù maøng sôn bò gaõy hoaëc boùc taùch do söï bieán daïng cuûa taám neàn kim loaïi sau khi taûi troïng rôi vaøo. Duïng cuï ño ñoä beàn va ñaäp bao goàm moät ñeá coù ñe tyø leân hai truï ñöùng coá ñònh baèng thanh ngang, oáng ñònh höôùng, buùa taûi troïng vaø ñaàu buùa coù vieân bi. Khoái löôïng cuûa buùa taûi troïng laø 1 kg theo TCVN 2100 (hoaëc 2 pounds theo tieâu chuaån töông ñöông cuûa Anh). Buùa ñöôïc cho rôi töï do trong oáng ñònh höôùng nhôø 47 moät boä phaän gaù ñeå giöõ hay nhaû buùa. Tieán haønh cho taûi troïng rôi theo töøng baäc moät. Xaùc ñònh ñoä cao trung bình vaø khoái löôïng taûi troïng maø taïi ñoù treân beà maët maøng sôn xuaát hieän söï gaõy hay söï bong troùc. Ñoä beàn va ñaäp cuûa maøng sôn ñöôïc bieåu thò baèng kg.cm laø chieàu cao cöïc ñaïi (cm) maø töø ñoù taûi troïng coù khoái löôïng (kg) rôi treân taám maãu ôû gia toác töï do, nhöng ôû ñoù khoâng gaây neân söï phaù huyû veà maët cô hoïc nhö gaõy, bong, troùc… 2.3. Thöû nghieäm töï nhieân Thöû nghieäm töï nhieân ñöôïc thöïc hieän phuø hôïp vôùi tieâu chuaån ISO 2810 vaø JIS Z 2381 [52], [56]. Quaù trình thöû nghieäm ñöôïc tieán haønh töø naêm 1998 taïi 3 ñòa ñieåm: TPHCM, Nha Trang vaø Hueá. Ñaëc ñieåm ñòa hình vaø dieãn bieán moâi tröôøng caùc ñòa ñieåm naøy ñöôïc moâ taû kyõ trong chöông 3. Trong moät soá tröôøng hôïp soá lieäu thöû nghieäm cuûa cuøng loaïi maãu naøy ñöôïc so saùnh vôùi soá lieäu thöïc hieän taïi caùc ñòa ñieåm Baõi Chaùy, Haø Noäi (Vieät Nam), Okinawa, Omaezaki (Nhaät Baûn). 2.3.1. Xaùc ñònh caùc thoâng soá moâi tröôøng taïi caùc traïm phôi maãu 2.3.1. 1. Caùc thoâng soá khí haäu Ñaëc tính khí haäu kyõ thuaät cuûa caùc traïm ñöôïc ñaùnh giaù baèng caùch tieán haønh xöû lyù, thu thaäp, toång hôïp soá lieäu caùc thoâng soá khí töôïng vaø oâ nhieãm moâi tröôøng trong nhöõng naêm 1998-2004 ñoái vôùi ñòa ñieåm TPHCM, Nha Trang vaø 1998-2001 ñoái vôùi ñòa ñieåm Hueá. Caùc thoâng soá khí haäu, nhieät ñoä, ñoä aåm, thôøi gian löu aåm ñöôïc ño töï ñoäng 20 phuùt moät laàn baèng Data logger Tinytag cuûa Gemini Data Loggers Ltd. (Anh) vaø xöû lyù baèng phaàn meàm Gemini (Anh). Löôïng möa ñöôïc ño baèng thieát bò chuaån. Böùc xaï ñöôïc tính toaùn theo phöông trình Amstrong döïa treân soá lieäu ño thôøi gian naéng. Heä soá kinh nghieäm ñöôïc laáy töø keát quaû nghieân cöùu cuûa Ñaøi khí töôïng thuûy vaên TPHCM. 48 2.3.1.2. Caùc thoâng soá taïp chaát hoùa hoïc trong khí quyeån Noàng ñoä muoái trong khí quyeån ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông phaùp vaûi khoâ (dry gauze). Trong phöông phaùp naøy taám vaûi boâng khoâ kích thöôùc 1010 cm (hình 2.2) ñöôïc ñaët döôùi maùi che vôùi goùc nghieâng 45o höôùng veà phía bieån. Tieán haønh thu maãu ñònh kyø haøng thaùng. Sau ñoù taùch thu muoái baèng nöôùc caát vaø ñöa phaân tích haøm löôïng Cl-. Ñoä muoái (mg/ m2.ngaøy) laø tæ leä giöõa löôïng muoái thu ñöôïc treân vaûi chia cho dieän tích maãu (0,01 m2) vaø thôøi gian phôi (ngaøy). Hình 2.2. Maãu vaûi khoâ duøng ñeå xaùc ñònh ñoä muoái khí quyeån a vaø b: khung goã, c: taám vaûi boâng Haøm löôïng SO2 vaø NO2 [61] ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch phaân tích maãu haáp thu thuï ñoäng (passive sample) ñònh kyø moãi thaùng moät laàn. Caáu taïo boä haáp thu thuï ñoäng bao goàm caùc phaàn: voû polypropylen, löôùi loïc Teflon, loã ñeå khí khueách taùn qua vaø maøng loïc haáp thu. Chuûng loaïi vaø taùc nhaân haáp thu caùc khí treân ñöôïc lieät keâ trong baûng 2. 6. Caùc chi tieát cuûa boä haáp thu ñöôïc röûa kyõ baèng nöôùc caát tröôùc khi laáy maãu. Maøng loïc haáp thu ñöôïc röûa saïch baèng nöôùc caát 2 laàn trong beå sieâu aâm trong voøng 15 phuùt, sau ñoù ñöa saáy chaân khoâng. Taåm maøng loïc baèng 70 l dung dòch haáp thu vaø saáy chaân khoâng ôû 50oC. 49 Baûng 2.6. Loaïi maøng loïc vaø taùc nhaân haáp thu Ñoái töôïng Loaïi Taùc chaát haáp thu SO2 Xellulo 5 % Na2CO3 NO2 Xellulo 10% trietanolamin (TEA) trong axeton Heä soá chuyeån ñoåi cuûa boä haáp thu thuï ñoäng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: (2.1) Trong ñoù: C – haøm löôïng chaát oâ nhieãm (ppb) A – löôïng chaát oâ nhieãm maøng loïc haáp thu (g)  - thôøi gian phôi maãu (ngaøy) K – heä soá chuyeån ñoåi phuï thuoäc vaøo loaïi maøng haáp thu (ppb.ngaøy/g) Maãu ñöôïc ñaët döôùi maùi che vaø sau khi ñöôïc thu gom töø caùc ñieåm phôi thì ñöa vaøo taùch chieát trong beå sieâu aâm trong thôøi gian 15 phuùt baèng caùc dung moâi töông öùng (baûng 2.7), sau ñoù ñöôïc ñöa ñi phaân tích baèng saéc kyù ion. Dung moâi taùch chieát, theå tích nöôùc chieát vaø caùc thoâng soá khaùc ñöôïc theå hieän treân baûng 2.7. Baûng 2.7. Caùc thoâng soá lieân quan quaù trình taùch chieát chaát haáp thu Ñoái töôïng Dung moâi taùch chieát Theå tích (ml) Nhieät ñoä (oC) Daïng ion SO2 NO2 Dung dòch 0,3% H2O2 Nöôùc caát 5 - 10 5 - 10 50 50 SO42- NO2- 2.3.2. Quy trình thöû nghieäm töï nhieân Maãu cheá taïo theo muïc 2.1.1 ñöôïc ñeå oån ñònh 1 tuaàn trong ñieàu kieän phoøng thí nghieäm, sau ñoù ñoàng loaït ñem phôi ôû caùc ñòa ñieåm thöû nghieäm. Maãu ñeå nghieâng moät goùc 45o höôùng veà phía nam. Trong naêm ñaàu tieân ñònh kyø 3 thaùng quan traéc maãu moät laàn, bao goàm ño ñoä boùng, söï phaán hoùa vaø caùc daáu hieäu bieán ñoåi khaùc theo tieâu chuaån ISO 12944,  AKC  50 ISO 4628 [53], [54]. Trong caùc naêm sau, thoâng thöôøng thöïc hieän caùc coâng vieäc treân moãi naêm moät laàn. Soá lieäu ño ñoä boùng laø trung bình coäng cuûa 5 keát quaû ño. 2.4. Thöû nghieäm gia toác 2.4.1. Thöû nghieäm ñoä beàn thôøi tieát Thöû nghieäm gia toác ñeå ñaùnh giaù ñoä beàn thôøi tieát ñöôïc tieán haønh theo tieâu chuaån ASTM G53:1995 [19] theo cheá ñoä böùc xaï-ngöng tuï aåm vôùi thôøi löôïng 1 chu kyø goàm 4 h böùc xaï UV ôû 70oC vaø 8 h ngöng tuï aåm ôû 50oCø. Sau moãi chu kyø thöû tieán haønh ño ñoä boùng vaø tính toaùn % toån hao (hoaëc baûo toàn). 2.4.2. Thöû nghieäm nhuùng maãu Thöû nghieäm gia toác baèng phöông phaùp nhuùng trong dung dòch nöôùc bieån töï nhieân ñöôïc thöïc hieän ôû nhieät ñoä 300C döïa theo tieâu chuaån ASTM G31-72. Ñònh kyø quan traéc maãu ñeå phaùt hieän thôøi ñieåm xuaát hieän veát aên moøn ñaàu tieân. Khu vöïc ñaùnh giaù laø vuøng beà maët caùch meùp maãu töø 1 cm trôû leân. 2.4.3. Thöû nhieät aåm baõo hoøa Phöông phaùp thöû nhieät aåm baõo hoøa ñöôïc söû duïng ñeå gia toác quaù trình aên moøn trong khi ñaùnh giaù hieäu quaû baûo veä cuûa vieäc aùp theá catoát. Thieát bò thöû nghieäm laø tuû SSC 1000 cuûa haõng Weisstechnik (Ñöùc). Cheá ñoä aåm baõo hoøa ñöôïc duy trì vôùi yeâu caàu ñoä aåm vaø nhieät ñoä nhö sau [134]: - Nhieät ñoä, 0C : 40 ( ± 20C) - Ñoä aåm, % : baõo hoøa Maãu ñöôïc thöû nghieäm trong thôøi gian 7 thaùng song song vôùi thöû nghieäm töï nhieân ngoaøi trôøi. Maãu tröôùc vaø sau thöû nghieäm ñöôïc ñem quan traéc ñoä boùng, daáu hieäu aên moøn vaø ño ñaïc toång trôû. 51 2.5. Caùc phöông phaùp phaân tích beà maët 2.5.1. Chuïp aûnh hieån vi ñieän töû queùt (SEM) Aûnh SEM cuûa maãu ñöôïc thöïc hieän tröôùc vaø sau quaù trình thöû nghieäm 4 vaø 6 naêm. Maãu ñöôïc caét vôùi kích thöôùc 1 cm2, ñöa vaøo thieát bò huùt aåm vaø tieán haønh chuïp aûnh SEM. Maãu sau 6 naêm thöû nghieäm ñöôïc khaûo saùt treân maùy JEOL JSM – 5500 vôùi ñieän theá taêng toác 5 kV, ñoä phoùng ñaïi 5.000 laàn. Aûnh maãu tröôùc vaø sau 4 naêm thöû nghieäm ñöôïc chuïp taïi Nhaät Baûn treân maùy JEOL JSM-5400, ñieän theá 20kV vaø ñoä phoùng ñaïi 1.000 laàn. 2.5.2. Aûnh proâphin beà maët Maøng sôn cuõng ñöôïc khaûo saùt beà maët baèng kính hieån vi laser UBM Laser profilometer (Nhaät Baûn) vôùi khoaûng caùch chuïp laø 31 m, ñoä phoùng ñaïi 637 laàn, toác ñoä chieáu saùng töï ñoäng cuûa tia laser laø 85, cöôøng ñoä maøu laø 0,1 m. Thieát bò naøy cho pheùp tia laser ñöôïc raø treân beà maët maøng sôn, ghi nhaän kích thöôùc theo khoâng gian ba chieàu cuûa töøng vò trí, toång hôïp vaø xöû lyù soá lieäu döôùi daïng phoå, cho ra caùc thoâng soá cô baûn vaø trò soá ñoä nhaùm cuûa beà maët ño. Kyù hieäu caùc thoâng soá ñoä nhaùm beà maët ñöôïc trình baøy treân hình 2.3. Rmax Ñöôøng ñaùy Ñöôøng ñænh Ypm Yvm Si Smi p Hình 2.3. Moâ taû caùc thoâng soá ñoä nhaùm beà maët 52 YÙ nghóa cuûa caùc thoâng soá ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: Ra: sai leäch soá hoïc trung bình cuûa proâphin ñöôïc ñònh nghóa laø trò soá soá hoïc trung bình cuûa caùc giaù trò tuyeät ñoái cuûa sai leäch proâphin trong khoaûng chieàu daøi chuaån l. (2.2) Rz: chieàu cao maáp moâ cuûa proâphin theo 10 ñieåm ñöôïc ñònh nghóa laø trò soá trung bình cuûa toång caùc giaù trò tuyeät ñoái cuûa chieàu cao naêm ñænh cao nhaát vaø chieàu saâu naêm raõnh thaáp nhaát cuûa proâphin trong chieàu daøi chuaån. (2.3) trong ñoù : Ypmi: chieàu cao ñænh thöù i trong 5 ñænh cao nhaát. Yvmi: chieàu saâu raõnh thöù i trong 5 raõnh saâu nhaát. Rmax: chieàu cao lôùn nhaát cuûa caùc maáp moâ proâphin, laø khoaûng caùch giöõa ñöôøng ñænh vaø ñöôøng ñaùy cuûa proâphin trong khoaûng chieàu daøi chuaån. Rmax = Ypmax + Yvmax (2.4) Sm: böôùc trung bình caùc maáp moâ proâphin ñöôïc ñònh nghóa laø giaù trò trung bình caùc böôùc maáp moâ cuûa proâphin trong khoaûng chieàu daøi chuaån. S: böôùc trung bình maáp moâ cuûa proâphin theo ñænh trong chieàu daøi chuaån . tp: chieàu daøi töïa töông ñoái cuûa proâphin ñöôïc ñònh nghóa laø tæ soá giöõa chieàu daøi töïa proâphin vaø chieàu daøi chuaån. p: khoaûng caùch giöõa ñöôøng ñænh vaø ñöôøng trung bình cuûa proâphin. hay gaàn ñuùng 53 2.5.3. Phaân tích hoàng ngoaïi Maãu sau khi thöû nghieäm ñöôïc khaûo saùt phoå hoàng ngoaïi chuyeån ñoåi Fourrier (FT-IR) treân maùy Equinox 55 Spectrophotometer (Bruker, Ñöùc) vôùi giaûi soùng töø 400 ñeán 3600 cm-1 taïi nhieät ñoä phoøng. Phoå hoàng ngoaïi cho pheùp ñaùnh giaù söï thay ñoåi veà maët hoùa hoïc caùc nhoùm lieân keát trong phaân töû maøng sôn. Maãu hoàng ngoaïi cuûa caùc maøng sôn tröôùc khi thöû nghieäm ñöôïc thöïc hieän vaø löu tröõ taïi haõng Dai Nippon Toryo (Nhaät Baûn). 2.5.4. Caùc phöông phaùp khaùc Ngoaøi aûnh SEM vaø aûnh proâphin coøn söû duïng caùc coâng cuï khaùc ñeå khaûo saùt beà maët. Beà maët maãu tröôùc vaø sau khi thöû nghieäm ngaâm trong nöôùc bieån ñöôïc chuïp aûnh baèng kính hieån vi kim töông Olympus BX200 (Nhaät Baûn) vaø aûnh kyõ thuaät soá Panasonic DMC–LC 50, ñoä phaân giaûi 3.2 Mpixels. Möùc ñoä gæ cuûa maãu ñöôïc ñaùnh giaù theo tieâu chuaån ASTM D 610–1 : 2003. 2.6. Caùc phöông phaùp ñieän hoùa khaûo saùt maøng sôn 2.6.1. Phöông phaùp ño phaân boá theá Maãu ño phaân boá theá ñöôïc cheá taïo nhö moâ taû trong muïc 2.1.3. Ñeå ño phaân boá theá maãu ñöôïc laép raùp vaøo heä thoáng baûo veä catoát theo sô ñoà khoái nhö hình 2.4. -- + Hình 2.4. Sô ñoà khoái heä thoáng baûo veä catoát vaø ño phaân boá theá 1: Nguoàn moät chieàu; 2: Anoát; 3: Maøng sôn; 4: Neàn theùp 5: Ñieän cöïc so saùnh; 6: Boä ño phaân boá theá Canin 1 4 3 2 6 5 54 Nguoàn nuoâi coù ñieän theá moät chieàu 12 V. Cöïc aâm cuûa nguoàn ñieän noái tröïc tieáp vôùi beà maët cuûa kim loaïi caàn baûo veä (catoát), trong khi ñoù, cöïc coøn laïi noái vôùi anoát thoâng qua boä khoáng cheá ñieän aùp ñaït ñieän theá baûo veä. Maãu ñöôïc ñaët trong moâi tröôøng taïo aåm baèng dung dòch nöôùc muoái 3,5% ôû ñieàu kieän nhieät ñoä 30oC. Thieát bò phaân tích aên moøn Canin (Proceq, Thuïy Syõ) vôùi ñieän cöïc so saùnh laø ñieän cöïc Cu/CuSO4 ñöôïc söû duïng ñeå ño phaân boá theá. Khi coù gradient ñieän theá (coù söï thay ñoåi giaù trò treân moät ñôn vò chieàu daøi cuûa beà maët sôn) seõ hình thaønh söï khaùc bieät veà ñieän theá giöõa caùc vò trí kim loaïi bò aên moøn vaø khoâng bò aên moøn. Döïa vaøo caùc soá lieäu phaân boá theá ño ñöôïc coù theå laäp baûn ñoà phaân boá theá (mapping) cho beà maët kim loaïi sôn phuû. Vieäc laäp baûn ñoà phaân boá theá ñöôïc thöïc hieän nhôø phaàn meàm Canin vaø xöû lyù soá lieäu baèng Microsoft Excel. Thoâng qua vieäc so saùnh baûn ñoà phaân boá theá treân beà maët kim loaïi sôn phuû cuûa hai ñoái töôïng: beà maët khoâng aùp theá vaø beà maët kim loaïi coù gaén thieát bò aùp theá, coù theå ñaùnh giaù khaû naêng phaân cöïc cuûa thieát bò khaûo saùt. 2.6.2. Phöông phaùp toång trôû ñieän hoaù Phöông phaùp ño toång trôû ñieän hoùa ñöôïc aùp duïng ñeå khaûo saùt quaù trình thaám nöôùc vaø cuõng nhö ñeå ñaùnh giaù tình traïng aên moøn tröôùc vaø sau khi thöû nghieäm töï nhieân, thöû nghieäm baûo veä boå sung baèng aùp theá catoât [29], [99]. 2.6.2.1. Maãu ño vaø moâi tröôøng ño Maãu ño thaám nöôùc kích thöôùc 150x100x3 mm ñöôïc cheá taïo theo muïc 2.1.2. Maãu ño aên moøn ñöôïc caét töø maãu ñaõ thöû nghieäm thöïc teá vôùi kích thöôùc 150x100 mm, phuû epoxy caùc meùp, ñeå oån ñònh trong 1 thaùng tröôùc khi ño. Moâi tröôøng thöû nghieäm laø nöôùc bieån laáy ngoaøi khôi vuøng bieån Nha Trang ôû ñoä saâu 5 m, caùch bôø 3 km. 55 2.6.2.2. Thieát bò vaø quy trình ño Pheùp ño toång trôû ñöôïc thöïc hieän ôû phoøng thí nghieäm theo tieâu chuaån ASTM G106 – 89 treân thieát bò Autolab PGSTAT30 FRA2 cuûa haõng Ecochemie B.V. (Haø Lan) trong ñieàu kieän thoâng khí, ôû nhieät ñoä phoøng (30  1) oC, vôùi heä ba ñieän cöïc: ñieän cöïc nghieân cöùu (WE) laø maãu theùp phuû sôn coù dieän tích khaûo saùt 31,67 cm2, ñieän cöïc ñoái (CE) laø löôùi platin coù dieän tích 15 cm2, ñieän cöïc so saùnh (RE) laø ñieän cöïc calomel baõo hoøa (SCE). Bình ño dung tích 500 ml chöùa dung dòch thöû nghieäm aùp leân beà maët maãu qua moät voøng ñeäm cao su (hình 2.5). Toång trôû ñöôïc ño trong khoaûng taàn soá töø 100 kHz ñeán 5 mHz, bieân ñoä theá 10 mV quanh theá maïch hôû. Keát quaû pheùp ño toång trôû ñöôïc phaân tích baèng phaàn meàm FRA (ñi keøm thieát bò Autolab) theo tieâu chuaån ASTM G3 – 89. Döïa vaøo soá lieäu thöïc nghieäm thu ñöôïc töø phoå toång trôû ñieän hoùa, coù theå xaùc ñònh nhöõng thoâng soá cô baûn cuûa maïch töông ñöông, ñaëc tröng cho chaát löôïng vaø khaû naêng choáng aên moøn cuûa maøng sôn nhö : ñieän trôû maøng (R2 hoaëc Rc) vaø ñieän dung maøng (Cc ), ñieän trôû phaân cöïc (Rp), ñieän dung lôùp keùp (Cdl ), theá ñieän cöïc maïch hôû (OCP), ñoä leäch pha  v.v. Moâ phoûng maïch töông ñöông ñöôïc thöïc hieän baèng phöông phaùp xöû lyù Fit and Simulation (FS). Loàng Faraday Maùy Autolab Maùy Vi tính Bình RE CE WE Maãu maøng sôn Hình 2.5. Heä thoáng thieát bò duøng trong pheùp ño toång trôû 56 2.6.2.3. Xaùc ñònh ñoä thaám nöôùc Maïch töông ñöông moâ phoûng toång trôû cuûa heä kim loaïi - maøng sôn - dung dòch ñieän ly, khi trong heä vaãn chöa coù phaûn öùng ñieän hoùa aên moøn kim loaïi, bao goàm ñieän trôû dung dòch RS maéc noái tieáp vôùi maïch song song goàm ñieän trôû RC vaø ñieän dung CC cuûa maøng sôn [34]. Toång trôû cuûa maïch töông ñöông nhö treân ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình (2.5). 222 2 222 111 CC CC CC C S CC C S RC RCj RC R R RCj R RZ        (2.5) Hai soá haïng cuoái cuûa bieåu thöùc (2.5) laàn löôït laø phaàn thöïc (Z’) vaø phaàn aûo ( Z”) cuûa toång trôû Z. 2221 ' CC C RC R Z   ; (2.6) 2 2 '' )(1 CC CC CR CR Z     (2.7) ÔÛ taàn soá cao (thöïc nghieäm thöôøng choïn taàn soá quanh vuøng 1 kHz trôû leân), töø phöông trình (2.7) coù theå boû qua soá haïng 1 ôû maãu soá, khi ñoù: CC Z  1 "  hay )(2 1 "ZfCC   (2.8) Theå tích nöôùc thaám vaøo maøng sôn V(%) ñöôïc tính theo phöông trình (1.17), trong ñoù giaù trò ñieän dung CC ñöôïc xaùc ñònh theo hai phöông phaùp: tính ôû taàn soá 1 kHz theo phöông trình (2.8) vaø söû duïng phöông phaùp FS. Ñieän dung maøng sôn khoâ CO ñöôïc laáy gaàn ñuùng laø ñieän dung maøng ôû thôøi ñieåm ñaàu ( = 0) cuûa quaù trình ngaâm maãu. ._.