Nghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO

Nghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnONghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

VŨ TIẾN VIỆT

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG SƠN ĐA CHỨC NĂNG

TRÊN CƠ SỞ NHỰA ACRYLIC NHŨ TƯƠNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội - 2023

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

VŨ TIẾN VIỆT

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG SƠN ĐA CHỨC NĂNG

TRÊN CƠ SỞ NHỰA ACRYLIC NHŨ TƯƠNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã số: 9520301

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS NGUYỄN THẾ HỮU

2 TS NGUYỄN TUẤN ANH

Hà Nội - 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất cứ một công trình nào khác Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2023

Tác giả luận án

Vũ Tiến Việt

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Ban Giám hiệu trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, các Thầy cô giáo Trung tâm Đào tạo sau đại học và các thầy cô giáo trong Khoa Công nghệ hóa đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thế Hữu và TS Nguyễn Tuấn Anh những người thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao đổi và định hướng cho tôi trong quá trình thực hiện luận án

Cuối cùng, tôi xin gửi tấm lòng ân tình tới gia đình của tôi là nguồn động viên và truyền nhiệt huyết để tôi hoàn thành luận án

Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2023

Tác giả luận án

Vũ Tiến Việt

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC BẢNG VII DANH MỤC CÁC HÌNH IX

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu luận án 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

6 Những đóng góp mới của luận án 3

7 Bố cục của luận án 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SƠN ACRYLIC VÀ HẠT LAI NANO BẠC 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ HẠT LAI NANO BẠC 5

1.1.1 Giới thiệu về công nghệ nano 5

1.1.2 Tổng quan về bạc 5

1.1.3 Các phương pháp chế tạo nano bạc 6

1.1.4 Các phương pháp chế tạo vật liệu chứa nano bạc 9

1.1.5 Một số nghiên cứu về hạt lai nano bạc 12

1.2 TỔNG QUAN POLYACRYLATE 19

1.2.1 Giới thiệu chung 19

1.2.2 Đặc tính của polyacrylate 20

1.2.3 Tính chất của polyacrylat 21

1.2.4 Nguyên liệu thô 23

1.2.5 Phương pháp điều chế 25

1.3 TỔNG QUAN VỂ SƠN 26

1.3.1 Khái niệm 26

1.3.2 Phân loại sơn 27

1.3.3 Thành phần của sơn 28

1.3.4 Cơ chế tạo màng của sơn 33

1.3.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về sơn 35

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 39

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 40

2.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 40

2.1.1 Thiết bị và dụng cụ 40

2.1.2 Hóa chất 41

2.2 TỔNG HỢP VẬT LIỆU 41

2.2.1 Tổng hợp hạt lai nano Ag với các oxit kim loại 41

2.2.2 Chế tạo màng sơn trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và hạt lai nano 42

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44

2.3.1 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp N2 44

2.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 44

2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 44

2.3.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 45

2.3.5 Phương pháp UV-Vis 45

2.3.6 Tính chất cơ lý của màng sơn 45

2.3.7 Đo góc tiếp xúc của màng phủ kị nước trên nền kính 46

2.3.8 Khảo sát khả năng diệt khuẩn 46

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49

3.1 KẾT QUẢ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO HẠT LAI 49

3.1.1 Kết quả một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo hạt lai Ag/TiO2 49

3.1.2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo hạt lai

Ag/ZnO 59

3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA MÀNG SƠN 70

3.2.1 Khảo sát một số thành phần màng sơn acrylic 70

3.2.2 Màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO2 74

3.2.3 Màng sơn chứa hạt lai nano Ag/ZnO 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

PHỤ LỤC 117

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên Tiếng Việt

NMs Nanoparticles Metallic Các hạt nano kim loại

SEM Scanning Electron

Microscope Kính hiển vi điện tử quét TEM Transmission Electron

Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua BET Brunauer – Emmett – Teller Phương pháp đẳng nhiệt hấp

phụ và giải hấp N2

IR Infrared spectrophotometry Phổ hồng ngoại

PVA Polyvinyl alcohol Nhựa polyvinyl alcohol

PVP Polyvinylpyrrolidone Nhựa polyvinylpyrrolidone SPR Surface plasmon resonance Hấp thụ do cộng hưởng bề mặt

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng đến quá trình tổng hợp hạt lai

Ag/TiO 2 49

Bảng 3 2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến kích thước hạt lai nano Ag trên TiO 2 50

Bảng 3 3 Ảnh hưởng thời gian chiếu tia UV đến quá trình chế tạo hạt nano Ag trên TiO 2 50

Bảng 3 4 Ảnh hưởng của nồng độ AgNO 3 đến quá trình chế tạo hạt nano Ag trên TiO 2 51

Bảng 3 5 Kết quả diện tích bề mặt riêng của TiO 2 và Ag/TiO 2 55

Bảng 3 6 Kết quả kháng khuẩn của hạt lai nano Ag/TiO 2 58

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng đến quá trình tổng hợp hạt lai Ag/ZnO 59

Bảng 3 8 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến kích thước hạt lai nano Ag trên ZnO 60

Bảng 3 9 Ảnh hưởng thời gian chiếu tia UV đến quá trình chế tạo hạt nano Ag trên ZnO 61

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ AgNO 3 đến quá trình chế tạo hạt nano Ag trên ZnO 62

Bảng 3 11 Kết quả kháng khuẩn của hạt lai nano Ag/ZnO 70

Bảng 3 12 Kết quả sử dụng phụ gia với chất tạo màng Bodex AA261T 71

Bảng 3 13 Kết quả sử dụng phụ gia với chất tạo màng Bodex 454 72

Bảng 3 14 Kết quả sử dụng phụ gia phá bọt 72

Bảng 3 15 Kết quả sử dụng phụ gia phân tán 73

Bảng 3 16 Kết quả đo độ bám dính của màng sơn chứa Ag/TiO 2 74

Bảng 3 17 Độ bền uốn màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO 2 75

Bảng 3 18 Độ bền cào xước màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO 2 76

Bảng 3 19 Độ bền nước màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO 2 76

Bảng 3 20 Độ bền kiềm màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO 2 77

Bảng 3 21 Độ bền rửa trôi màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO 2 77

Bảng 3.22 Độ bền sốc nhiệt màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO 2 78

Bảng 3.23 Kết quả kháng khuẩn của màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO 2 chống lại vi khuẩn Staphylococcus aureus và Escherichia coli 85

Bảng 3.24 Kết quả đo độ bám dính của màng sơn chứa hạt lai Ag/ZnO 86

Bảng 3 25 Độ bền uốn màng sơn chứa hạt lai nano Ag/ZnO 86

Bảng 3 26 Độ bền cào xước màng sơn chứa hạt lai nano Ag/ZnO 87

Bảng 3 27 Độ bền nước màng sơn chứa hạt lai nano Ag/ZnO 87

Bảng 3 28 Kết quả đo độ bền kiềm của màng sơn chứa Ag/ZnO 88

Bảng 3 29 Độ bền rửa trôi màng sơn chứa hạt lai nano Ag/ZnO 89

Bảng 3 30 Độ bền sốc nhiệt màng sơn chứa hạt lai nano Ag/ZnO 89

Bảng 3 31 Kết quả kháng khuẩn của màng sơn chứa hạt lai Ag/ZnO chống lại vi khuẩn Staphylococcus aureus và Escherichia coli 96

Bảng 3 32 Chất lượng mẫu sơn 97

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể của bạc 6

Hình 1.2 Mô hình phương pháp tẩm 11

Hình 1.3 Mô hình phương pháp trao đổi 12

Hình 1.4 Các bước tổng hợp với AuNPs trên bề mặt hạt nano TiO 2 14

Hình 1.5 Ảnh TEM và SEM của hạt lai nano bạc 14

Hình 1.6 Cơ chế tổng hợp cho các hạt nano được phân bố trên hạt nano TiO 2 15

Hình 1.7 Các dạng tồn tại của ZnO 17

Hình 1.8 Quá trình tạo màng vật lý của sơn phân tán trong nước 34

Hình 2.1 Quy trình chế tạo màng sơn 43

Hình 2.2 Đĩa thạch chứa màng sơn đo kháng khuẩn 48

Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu TiO 2 và mẫu hạt lai Ag/TiO 2 52

Hình 3.2 Phổ UV-Vis của mẫu nano TiO 2 , nano Ag và hạt lai Ag/TiO 2 53

Hình 3.3 Phổ UV-VIS-NIR chế độ đo phản xạ của mẫu nano TiO 2 và Ag/TiO 2 54

Hình 3.4 Ảnh TEM của hạt lai Ag/TiO 2 54

Hình 3.5 Sự phân bố mao quản của các mẫu TiO 2 55

Hình 3.6 Ảnh thử hoạt tính của hạt TiO 2 và hạt lai nano Ag/TiO 2 trên đĩa thạch với vi khuẩn Staphylococcus aureus 56

Hình 3.7 Ảnh thử hoạt tính của hạt lai nano Ag/TiO 2 trên đĩa thạch với vi khuẩn Escherichia coli 57

Hình 3.8 Ảnh thử hoạt tính của hạt lai nano Ag/TiO 2 trên đĩa thạch với vi khuẩn Salmonella tyhimurium 58

Hình 3.9 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N 2 của vật liệu Ag/ZnO 66

Hình 3.10 Kết quả XRD của Ag/ZnO và ZnO 63

Hình 3.11 Phổ UV-Vis của mẫu nano ZnO, nano Ag và hạt lai Ag/ZnO 64

Hình 3.12 Phổ UV-VIS-NIR chế độ đo phản xạ mẫu nano ZnO và Ag/ZnO 64

Hình 3.13 Ảnh TEM của vật liệu Ag/ZnO với các kích thước chụp khác nhau 65 Hình 3.14 Ảnh thử hoạt tính của hạt ZnO và hạt lai nano Ag/ZnO trên đĩa thạch với vi khuẩn Staphylococcus aureus 67

Hình 3.15 Ảnh thử hoạt tính của hạt ZnO và hạt lai nano Ag/ZnO trên đĩa thạch với vi khuẩn Escherichia coli 68

Hình 3.16 Ảnh thử hoạt tính của hạt ZnO và hạt lai nano Ag/ZnO trên đĩa thạch với vi khuẩn Salmonella tyhimurium 69

Hình 3.17 Ảnh TEM của vật liệu hạt lai Ag/TiO 2 79

Hình 3.18 Hình ảnh góc tiếp xúc giọt nước của nền kính và màng phủ chứa Ag/TiO 2 trên nền kính 79

Hình 3.19 Khả năng kháng khuẩn E.coli (sau khi cấy) 87

Hình 3.20 Khả năng kháng khuẩn E.coli (sau 24 giờ cấy) 88

Hình 3.21 Khả năng kháng khuẩn S.aureus (sau khi cấy) 81

Hình 3.22 Khả năng kháng khuẩn S.aureus (sau 24 giờ khi cấy) 81

Hình 3.23 Khả năng kháng khuẩn E.coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,01g/kg 82

Hình 3.24 Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,01g/kg 82

Hình 3.25 Khả năng kháng khuẩn E coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,02g/kg 82

Hình 3.26 Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,02g/kg 83

Hình 3.27 Khả năng kháng khuẩn E coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,03g/kg 83

Hình 3.28 Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,03g/kg 83

Hình 3.29 Khả năng kháng khuẩn E coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,04g/kg 84

Hình 3.30 Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu

0,04g/kg 84

Hình 3 31: Ảnh TEM của vật liệu hạt lai Ag/ZnO 90

Hình 3 32 Hình ảnh góc tiếp xúc giọt nước của nền kính và màng phủ chứa Ag/ZnO trên nền kính 90

Hình 3 33: Khả năng kháng khuẩn E coli (ngay sau khi cấy) 92

Hình 3 34: Khả năng kháng khuẩn E coli (sau 24 giờ khi cấy) 92

Hình 3.35: Khả năng kháng khuẩn S.aureus (sau khi cấy) 92

Hình 3.36: Khả năng kháng khuẩn S.aureus (sau 24 giờ khi cấy) 93

Hình 3.37: Khả năng kháng khuẩn E.coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,01g/kg 93

Hình 3.38: Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,01g/kg 93

Hình 3.39: Khả năng kháng khuẩn E coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,02g/kg 94

Hình 3.40: Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,02g/kg 94

Hình 3.41: Khả năng kháng khuẩn E coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,03g/kg 94

Hình 3.42: Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,03g/kg 95

Hình 3.43: Khả năng kháng khuẩn E coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,04g/kg 95

Hình 3.44: Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,04g/kg 95

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong tình hình phát triển chung của đất nước, nhu cầu của các ngành dịch vụ và cuộc sống ngày càng nâng cao, điều đó đòi hỏi sự tăng trưởng nhu cầu vật liệu công nghiệp, trong đó nhu cầu về sơn ngày càng tăng cả về mặt số lượng và chất lượng

Ngày nay, ở Việt Nam, nhu cầu thị trường sơn ngày càng cao, sơn đem lại nguồn thu nhập dồi dào cho các công ty sản xuất Người dân quan tâm nhiều đến chất lượng của sơn cũng như các tính năng đặc biệt khác của chúng

Bạc có khả năng diệt khuẩn cao hơn so với các phương pháp khử khuẩn truyền thống, ngoài ra bạc không tạo sản phẩm phụ gây độc với môi trường Để tăng hiệu quả khử khuẩn của bạc lên nhiều lần có thể sử dụng ở kích thước nano Các hạt nano bạc có diện tích bề mặt lớn, trong trường hợp đưa lên một chất mang sẽ làm tăng khả năng tiếp xúc với các vi khuẩn, do đó làm tăng khả năng khử khuẩn của vật liệu

Khi đưa bạc lên chất mang đòi hỏi chất mang có diện tích bề mặt riêng lớn, tạo liên kết đối với các hạt bám trên bề mặt, có cấu trúc xốp phù hợp, giúp cho các hạt nano phân tán đều và bám chắc trên chất mang

Trong lĩnh vực sơn phủ, ngày nay sơn phủ không chỉ mang tính thẩm mỹ, che phủ, bảo vệ bề mặt vật liệu, mà còn phải có thêm những tính năng mới như (i) chống ăn mòn, (ii) chống lại sự thay đổi đột ngột của thời tiết, (iii) kháng vi khuẩn, (iv) tự làm sạch vết bẩn, (v) giảm ô nhiễm môi trường không khí xung quanh, (vi) tự sửa chữa… Ngày nay với sự phát triển của công nghệ và vật liệu nano, các lớp phủ trở nên thông minh hơn và bền vững hơn

Việc nghiên cứu tổng hợp, phối trộn để chế tạo ra vật liệu mới ưu việt hơn, phục vụ đời sống con người cũng Một loại sơn có khả năng kháng khuẩn nhưng giá thành sản phẩm không cao sẽ là loại sơn được quan tâm

Chính vì những lý do trên chúng tôi thực hiện đề tài luận án: Nghiên cứu

chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO 2 , Ag/ZnO nhằm sản xuất ra loại sơn có tính chất cơ lý tốt, có

khả năng kháng khuẩn để bảo vệ sức khỏe người dân

2 Mục tiêu luận án

Chế tạo thành công màng sơn nano đa chức năng: bền thời tiết, kháng khuẩn, kỵ nước trên cơ sở chất tạo màng nhựa acrylic nhũ tương với các thành phần như: hạt lai nano bạc với các oxit (nano-TiO2, nano-ZnO), phụ gia phân tán… nhằm thu được màng sơn có độ bền cơ lý, có khả năng kháng khuẩn, kỵ nước, … ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng dân dụng

3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng hợp các hạt lai của nano bạc (kích thước < 50nm) với các oxit kim loại (hạt nano-TiO2, nano-ZnO có kích thước < 100nm)

- Nghiên cứu chế tạo màng sơn chứa các hạt nano

- Nghiên cứu tính chất cơ lý và khả năng kháng khuẩn (vi khuẩn E coli, Gram -, Gram +…) của màng sơn

- Nghiên cứu khả năng kỵ nước của màng sơn (góc tiếp xúc nước của màng sơn)

4 Phương pháp nghiên cứu

* Phương pháp tổng hợp vật liệu

Dùng ánh sáng tia UV để khử ion bạc về nano bạc bám trên bề mặt hạt nano TiO2, nano ZnO có kích thước hạt < 100nm thu được hạt lai nano bạc với nano TiO2, nano ZnO

Màng sơn được chế tạo bằng cách phối trộn hỗn hợp các chất tạo màng (nhựa acrylic nhũ tương), chất trợ tạo màng, các hạt lai nano bạc/oxit, các chất trợ phân tán, các phụ gia khác… với hàm lượng khác nhau

Quy trình tạo mẫu được tiến hành bằng phương pháp khuấy trộn/siêu âm

* Phương pháp khảo sát cấu trúc

Cấu trúc các hợp chất được khảo sát nhờ sự kết hợp các phương pháp phổ: phổ nhiễu xạ tia X (X-ray), Phương pháp hấp phụ và giải hấp N2 (BET), kính

hiển vi điện tử truyền qua (TEM),…

Tính chất cơ lý của màng sơn được đo theo TCVN

* Phương pháp thử hoạt tính sinh học

Phương pháp thử hoạt tính sinh học được thực hiện bởi các chủng vi khuẩn

như: Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella typhimurium là các chủng vi khuẩn Gram (-), Gram (+) tại Công ty cổ phần chứng nhận và giám

định IQC

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Tổng hợp được hạt lai nano bạc với TiO2, ZnO theo phương pháp quang học có khả năng kháng khuẩn

Chế tạo được màng sơn có chứa hạt lai nano bạc với nano TiO2, nano ZnO

có khả năng kháng khuẩn sử dụng trong sơn nội thất để phục vụ đời sống con người

6 Những đóng góp mới của luận án

- Tổng hợp thành công hệ hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO bằng phương pháp quang UV Xác định được các đặc trưng của hạt lai bằng các phương pháp vật lý hiện đại như: X-Ray, TEM và BET cho thấy các hạt nano bạc phân bố trên bề mặt các nano oxit kim loại Xác định khả năng kháng khuẩn cho thấy

mẫu hạt lai có khả năng kháng khuẩn cao các vi khuẩn Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella typhimurium

- Chế tạo thành công màng sơn kháng khuẩn trên cơ sở hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO phân tán trong nhựa acrylic Màng sơn chế tạo đạt được các tiêu chuẩn cơ lý sử dụng làm sơn nội thất Các thử nghiệm kháng khuẩn cho

thấy màng sơn thể hiện hiệu quả diệt khuẩn mạnh đối với cả vi khuẩn

Escherichia coli và Staphylococcus aureus

7 Bố cục của luận án

Bố cục của luận án gồm 3 chương và phần kết luận, kiến nghị như sau: Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SƠN ACRYLIC VÀ HẠT LAI

NANO BẠC

1.1 TỔNG QUAN VỀ HẠT LAI NANO BẠC

1.1.1 Giới thiệu về công nghệ nano

Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1 nm = 10-9 m) Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được

đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài Được đưa ra bởi nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã

đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa Năm 1974, Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử Tổ chức Nanotechnology Initiative tại Mỹ định nghĩa công nghệ nano: “là bất cứ thứ gì liên quan đến các cấu trúc có kích thước nhỏ hơn 100nm”, trong công nghệ chế tạo các cấu trúc vi mạch điện tử Độ chính xác đến từng lớp nguyên tử, phân tử nên đòi hỏi rất cao từ 0,1 đến 100 nm Quá trình chế tạo các lớp mỏng

bề mặt có bề dày cỡ nm, các sợi dẫn có bề ngang cỡ nm, các hạt có đường kính

cỡ nm Việc nghiên cứu vật liệu nano phát hiện các hiện tượng, tính chất rất mới, có thể ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau để hình thành các chuyên ngành mới có gắn thêm chữ nano [7,102]

1.1.2 Tổng quan về bạc

Bạc có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (hình 1.1), là kim loại chuyển tiếp của chu kì 5, nhóm IB, có một electron ở lớp ngoài cùng Bạc có các thông số mạng cơ sở a = b = c = 4,08 Å

Tính chất diệt khuẩn của nano bạc là khả năng được quan tâm, đặc biệt trong lĩnh vực y tế, trong sản xuất hàng hoá tiêu dùng Các sản phẩm này có được tính năng kháng khuẩn, đồng thời có khả năng bảo vệ sức khỏe con người Trong lĩnh vực hóa học, bạc được sử dụng làm vật liệu diệt khuẩn và làm xúc tác cho Trong các nghiên cứu này nhằm chế tạo các vật liệu trên cơ sở nano bạc

có hoạt tính cao và tối ưu hóa thành phần, tỉ lệ mà vẫn đạt hiệu quả cao

1.1.3 Các phương pháp chế tạo nano bạc

Các phương pháp chế tạo nano bạc chia thành hai nhóm

a Phương pháp hóa học

Phương pháp hóa học có ưu điểm là không cần thiết bị phức tạp, dễ thực hiện, có thể thu được kích thước các hạt nano bạc bằng cách thay đổi hóa chất sử dụng như: loại hóa chất khử khác nhau, nồng độ các chất tham gia phản ứng, Ngoài ra, cũng có thể thay đổi các yếu tố như nhiệt độ, tốc độ khuấy trộn, tốc độ nhỏ giọt hay thời gian khử,… để thu được các hạt nano bạc kích thước khác nhau [125]

Có thể chia Phương pháp Hóa học như sau:

Phương pháp khử hóa học: Phương pháp này sử dụng tác nhân khử hóa

học để chuyển bạc ion thành kim loại bạc Sử dụng các chất khử như: natrixitrat, focmandehit, natribohidrua, axit ascorbic, etylenglycol, hydrazin, glyxerol,… Đối với chất khử mạnh như: natribohydrua thì phản ứng xảy ra nhanh, các phân tử nano rất nhỏ được tạo thành Khi nồng độ bạc cao dẫn tới sự khuếch tán ion bạc trên các chất bảo vệ bị hạn chế (chất bảo vệ sử dụng như: polyvinylpyrolidon-PVP) Trong trường hợp có tốc độ khử cao, có thể dẫn đến

độ chuyển hóa cao, khi đó các hạt nano tạo thành có kích thước hạt phân bố rộng

Sử dụng tác nhân khử trung bình như: focmandehyt, ở nồng độ ion bạc khoảng 0,1 M, các phân tử nano thu được có kích thước khoảng 30 nm Khi sử dụng chất khử yếu như: glucose, sẽ thu được phân tử nano bạc không đồng đều, với kích thước khoảng 20 nm Trong trường hợp sử dụng nguyên liệu bạc là

Ag2O thì sản phẩm nano bạc có kích thước khoảng 10 – 50 nm [85]

Các yếu tố như: pH của dung dịch, nồng độ ion Ag+, tỷ lệ chất khử,… đều ảnh hưởng đến hiệu suất khử và sự phân bố cũng như kích thước hạt bạc [20]

Phương pháp polyol: sử dụng polyme mạch thẳng có nhóm chức -OH

(như: polyvinylalcohol) để khử bạc ion thành bạc kim loại trong dung dịch có nhiệt độ 60-70 oC Polyvinylalcohol vừa đóng vai trò làm chất ổn định và vai trò làm tác nhân khử Phương pháp polyol có thể thu được dung dịch keo nano bạc với kích thước hạt 10-30 nm [51]

Phương pháp phản ứng thế: sử dụng một kim loại để khử ion bạc thành

kim loại bạc từ dung dịch muối bạc, trong hỗn hợp có chất ổn định Phương pháp sử dụng để tổng hợp dung dịch chứa bạc nano Ví dụ: đồng phản ứng thế với AgNO3 trong dung dịch có chứa chất ổn định PVP Sản phảm thu được là dung dịch keo nano bạc với kích thước hạt nano khoảng 50 nm [68]

Phương pháp khử hóa bức xạ: sử dụng bức xạ gama phát ra từ đồng vị

Co60, Cs137 và máy phát trùm tia điện tử gia tốc để khử ion bạc thành kim loại bạc

Có thể sử dụng đèn cực tím xenon - thủy ngân (150 W) tạo nguồn bức xạ

UV để chiếu xạ dung dịch ion bạc, axeton, iso-propanol và chất ổn định là polime Bạc nano thu được có kích thước trung bình khoảng 7 nm do sự khử ion bạc bởi tia cực tím và gốc tự [62]

Phương pháp điện hóa: sử dụng tấm Pt làm cực âm, sợi bạc làm cực

dương, để hai cực cách nhau 5 cm trong bình điện phân, khi đó hạt nano bạc tạo thành có kích thước trung bình khoảng 17 nm Sử dụng dung dịch điện phân chứa Bu4NPF6, dimetylformamid, viologen-cavitand (MVCA-C58+) [126] Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của chất khử điện hóa MVCA-C58+, ion bạc

sẽ được giải phóng từ điện cực bạc vào dung dịch và các hạt bạc nano sẽ được tạo thành trong dung dịch

b Phương pháp vật lý

Phương pháp vật lý thu được các hạt bạc nano có kích thước khá đồng đều,

độ tinh khiết cao So với các phương pháp khác, xét về khía cạnh kinh tế thì các phương pháp vật lý có đầu tư các thiết bị lớn, yêu cầu khá cao, đồi hỏi tiến hành

ở các điều kiện khá nghiêm ngặt Do vậy, giá thành hạt bạc nano cao hơn so với các phương pháp chế tạo khác Các phương pháp vật lý bao gồm:

Phương pháp bay hơi vật lý:

Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ: tiến hành cho hóa hơi bạc ở dạng dây, sợi tinh khiết ở nhiệt độ cao với điều kiện môi trường chân không Dòng hơi bạc nguyên tử quá bão hòa được tiến hành ngưng tụ, sau đó phát triển thành hạt nano bạc khi tiếp xúc với khí heli được làm lạnh bằng nitơ lỏng

Kỹ thuật đồng ngưng tụ: xảy ra trên lớp sử dụng các dung môi thích hợp để đồng ngưng tụ (ví dụ như: iso-propanol)

Kỹ thuật kết hợp ngưng tụ khí trơ và đồng ngưng tụ: quá trình này được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn 2000 oC, sản phẩm có độ tinh khiết cao Kích thước hạt bạc nano trung bình khoảng 15 nm (phương pháp đồng ngưng tụ) và 75 nm (phương pháp ngưng tụ khí trơ) Ngoài ra hạt bạc nano tạo thành lớp mỏng có kích thước trung bình khoảng 15 - 50 nm được lắng đọng trên nền thạch anh hoặc thủy tinh được làm lạnh sâu sử dụng kỹ thuật ngưng tụ dòng hơi phun mạnh lên bia rắn ở áp suất cao và nhiệt độ cao [120]

Phương pháp ăn mòn laze: sử dụng vật liệu ban đầu là một tấm bạc đặt

trong dung dịch có lớp chất hoạt hóa bề mặt, sản phẩm thu được là dung dịch chứa nano bạc Dùng chùm laze có tần số là 10 Hz, với bước sóng 532 nm, khi

đó đường kính vùng kim loại bị tác dụng là 1-3 mm Các hạt bạc nano được tạo thành có kích thước khoảng 10 nm, được bao phủ bởi chất hoạt động bề mặt

CnH2n+1SO4Na (n = 8; 10; 12; 14) có nồng độ dung dịch từ 0,001 - 0,1 M [120]

Phương pháp phân hủy nhiệt: sử dụng các phức chất hữu cơ bạc để tạo

thành nano bạc dạng rắn Phân huỷ nhiệt phức bạc oleat đến 290 oC, ổn định 1 giờ, hạ nhiệt độ đến nhiệt độ phòng, hạt bạc nano thu được có kích thước trung bình khoảng 10 nm [75]

Phương pháp bức xạ vi sóng điện từ: dưới tác dụng của sóng ngắn và

nhiệt phân bố đều trong dung dịch hỗn hợp gồm: ion bạc, chất khử và chất ổn định được chiếu xạ vi sóng điện từ quá trình khử xảy ra và phát triển nhanh chóng thành hạt bạc kim loại, sản phẩm thu được là dung dịch keo bạc có kích thước hạt trung bình khoảng 15 nm Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng mà kích thước hạt nano có thể thay đổi [65]

1.1.4 Các phương pháp chế tạo vật liệu chứa nano bạc

Quá trình chế tạo kim loại trên bề mặt chất mang thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới bởi tính ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xúc tác cho các phản ứng chuyển hoá dầu mỏ và các quá trình xử lý môi trường [85,92,112,130] Các nghiên cứu chế tạo kim loại nano phân tán trên

bề mặt chất mang đã thu được các thành tựu ấn tượng trong việc tạo vật liệu có kích thước cỡ nanomet, đồng đều, phân tán cao trên chất mang Chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của khoa học và đời sống

Do số lượng các nguyên tử kim loại phân tán trên bề mặt chất mang ít hơn

so với dùng kim loại riêng, mức độ phân tán trên chất mang đồng đều hơn nên hoạt tính của kim loại/chất mang cao hơn nhiều so với các vật liệu chế tạo từ kim loại đó nhưng nó không ở trạng thái phân tán cao trên bề mặt chất mang [3] Trong những năm gần đây các đơn kim loại và lưỡng kim loại trên bề mặt chất mang được tổng hợp, nghiên cứu và đưa vào sử dụng cho các phản ứng hoá học khác nhau như: Cu, Ni, Au, Ag, Fe, Mo, Au- Pt, Fe-Ni, Au-Fe, Pt-Ni, Ag-Co,… Các vật liệu nano này có hoạt tính, độ bền và độ chọn lọc cao Các vật liệu nano lai hợp thể hiện hoạt tính và tính chất mới không giống như kim loại ở trạng thái thông thường Ví dụ: kim loại Au không hoạt động, khi được chế tạo ở dạng nano/chất mang thì có khả năng xúc tác tốt cho phản ứng oxi hóa CO [44,79,101,138]

Có nhiều phương pháp chế tạo kim loại/chất mang như: phương pháp tẩm, phương pháp trộn cơ học, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp trao đổi,… Trong đó, phương pháp trao đổi và phương pháp tẩm được sử dụng để nghiên cứu nhiều hơn so với các phương pháp khác [3]

a Chế tạo vật liệu nano bạc/chất mang bằng phương pháp tẩm

Sử dụng muối kim loại hoặc kim loại trong dung dịch tiến hành tẩm lên chất mang Sử dụng các muối kim loại như: NO3-, Cl- cho kết quả khả quan hơn

so với các muối khác Trên Hình 1.2 chỉ ra nguyên lý của phương pháp tẩm

Hình 1 2 Sơ đồ phương pháp tẩm kim loại lên chất mang [3]

Dung dịch chứa các hợp chất của pha hoạt tính được tẩm lên bề mặt chất mang, sau đó dễ dàng xử lý, chuyển hoá thành các nguyên tố kim loại Một số dung dịch chứa các chất hoạt động không tan trong dung môi (hidrocacbon, nước, cồn,…) thì có thể được chế tạo ở dạng huyền phù, tạo màng, sau đó xử lý nhiệt để thu được sản phẩm

Nhìn chung, phương pháp tẩm bao gồm các giai đoạn sau:

- Đuổi khí ra khỏi lỗ xốp chất mang

- Xử lý chất mang bằng dung dịch

- Loại (hoặc không loại) dung môi dư

- Sấy khô và nung

Phương pháp tẩm được sử dụng nhiều vì đơn giản, dễ thực hiện, tuy nhiên

nó cũng có nhược điểm là sự phân tán các hạt kim loại không đồng đều, nếu hàm lượng kim loại trên chất mang lớn sẽ bị co cụm xúc tác trên bề mặt chất mang

Từ các phân tích trên cho thấy phương pháp tẩm dễ thực hiện, nhưng khó điều khiển kích thước hạt trên bề mặt chất mang và dễ co cụm các hạt nano bạc trên bề mặt chất mang [3]

b Chế tạo vật liệu chứa nano bạc bằng phương pháp trao đổi trên bề mặt chất mang

Phương pháp trao đổi để chế tạo kim loại/chất mang cho sản phẩm có kích thước hạt kim loại trên bề mặt chất mang đồng đều, phân tán tốt Phương pháp trao đổi ion được chỉ ra trong hình 1.3 [60]

Các nhóm chức sẵn có trên bề mặt chất mang hoặc biến tính bề mặt chất mang để cho quá trình trao đổi ion Để biến tính bề mặt chất mang dạng mao quản chất vô cơ thực hiện bằng cách sử dụng chất “cầu nối” Chất này có các nhóm chức ở trên bề mặt Ion của nhóm chức có tính linh động cao cho phép thay thế bởi các ion kim loại trong dung dịch

Hình 1 3 Sơ đồ phương pháp trao đổi ion [60]

Phương pháp trao đổi có thể thực hiện dựa trên cơ chế lực liên kết của các ion mang điện trái dấu Dưới tác dụng của lực liên kết ion, nhóm mang điện tích trái dấu trên bề mặt chất mang và chất mang điện tích chứa ion kim loại trong dung dịch sẽ trao đổi, liên kết với nhau, từ đó thu được vật liệu chứa kim loại Phương pháp trao đổi ion có ưu điểm là tạo ra các hạt nano bạc có kích thước nhỏ, có định hướng trên bề mặt chất mang Phương pháp này có nhược điểm là hàm lượng bạc trên bề mặt chất mang không lớn do số nhóm chức ít, đồng thời có thể thu được các hạt bạc có kích thước lớn do co cụm

1.1.5 Một số nghiên cứu về hạt lai nano bạc

a Bạc với TiO 2

Hạt lai TiO2 với các kim loại quý (Ag, Pt, Pd) làm cho hiệu suất quang hóa của TiO2 bị thay đổi, ở 2 yếu tố: giảm tái hợp điện tử và lỗ trống; vùng cấm thu

hẹp

 Phương pháp khử hóa học (CR) và khử quang (PR)

Phương pháp CR và PR được sử dụng để lắng đọng các hạt nano kim loại quý (NMs) trên bề mặt các oxit kim loại (Oms), tạo thành các hạt nano/oxit kim loại Các oxit kim loại (như TiO2 và ZnO) được phân tán trong dung dịch Sau

đó các ion kim loại quý bị khử lên bề mặt các oxit kim loại Sử dụng bức xạ (phương pháp PR) hoặc các chất khử hóa học để chuyển hoá các ion kim loại quý về kim loại Đôi khi sử dụng các tia UV để hỗ trợ việc tổng hợp

Một số chất khử được sử dụng như: axit ascorbic [32], NaBH4 [78] để tổng hợp Au/TiO2 Lai hóa Au/ZnO được tổng hợp sử dụng chất khử NaBH4 Có ba phương pháp thực hiện:

i) cố định chất khử NaBH4 trên bề mặt chất mang [94];

ii) sử dụng phản ứng oxi hóa khử của metalhydroxit và ion kim loại quý [81]

iii) sử dụng với tỷ lệ nhỏ của các tiền chất kim loại quý so với các chất mang (ví dụ NMs: OMs <1:30) [83,92]

Chế tạo các hạt Ag/TiO2 bằng cách dùng tác nhân khử NaBH4 với tỷ lệ trọng lượng là Ag: TiO2 = 1: 30 Hình ảnh TEM của các hạt nano-TiO2 ban đầu (Hình1.5a) và Ag/TiO2 (hình 1.5b) cho thấy các hạt nano Ag đã phân tán tốt trên

bề mặt chất mang TiO2 Hạt nano Ag ở hình bán nguyệt có kích thước trung bình khoảng 5-10 nm Có thể khống chế điều kiện của quá trình tổng hợp để thu được hạt nano Ag có kịch thước khảc nhau Có thể sử dụng các chất khử như: N,N-Dimethylformamide, natri citrat, diethanolamine, oleylamin, hydrazine, formaldehyde, axit arcobic và glucose [134]

Hình 1 4 Qui trình tổng hợp hạt lai Au/TiO 2 [32]

a

b

Hình 1 5 Hình ảnh SEM và TEM của Ag/TiO 2 [134]

a) Ảnh kính hiển vi điện tử quyết của nano TiO 2 , b) Ảnh kính hiển vi điện tử

truyền qua của Ag/TiO 2

Với phương pháp khử quang, hình ảnh điện tử từ oxit kim loại (TiO2 hoặc ZnO) đóng vai trò quan trọng cho quá trình khử bức xạ ánh sáng Tổng hợp nano kim loại/chất mang, dưới bức xạ, electron tự do từ kim loại chuyển tiếp có thể tác động với ion kim loại tạo thành các hạt nano kim loại/oxit chất mang, Hình 1.6 [5] Sử dụng bức xạ có bước sóng lớn (λ> 300 nm) như ánh sáng mặt trời hoặc đèn thủy ngân áp suất thấp

Hình 1 6 Cơ chế tổng hợp các hạt nano trên TiO 2 theo phương pháp quang

[5]

b Ag với SiO 2

Hạt nano Ag hoạt tính ở trong cấu trúc rỗng hoặc các khoang do SiO2 sắp xếp tạo thành Lớp nano này có thể ngăn sự tiếp xúc trực tiếp giữa tác nhân với môi trường Cấu trúc xốp của vật liệu phụ thuộc vào tác nhân silica ban đầu và các phụ gia [15]

Các hạt nano kim loại có lớp vỏ ngoài rất quan trọng [55,56], vì có thể tách các hạt nano trên bề mặt, có thể tách các hạt với nhau và có thể làm cho chúng

ổn định hơn trong không khí Trong các lớp vỏ bảo vệ khác nhau thì SiO2 là một chất khá tốt do dễ dàng tổng hợp, các chất ban đầu sẵn có và dễ tương thích với môi trường [86] Trong các hạt nano phủ silica có lớp vỏ silica trơ, trong suốt được nghiên cứu nhiều vì chúng đễ tổng hợp và có ưu điểm trong việc sử dụng làm vật liệu quang học và cảm biến sinh học Các hạt nano silica có thể sử dụng

để kháng khuẩn [122]

Nhóm tác giả Oh [91] đã đưa ra hiệu quả kháng khuẩn của các hạt lai nano Ag-SiO2 đối với vi khuẩn Salmonella Typhimurium Ở hàm lượng 100 ppm Ag

so với SiO2, các hạt lai nano này đã ức chế hoàn toàn sự phát triển của vi khuẩn

Salmonella Typhimurium sau 58 giờ Khả năng kháng nấm của Ag-SiO2 chống

lại Botrytis cinerea đạt 99,9 % khi tăng nồng độ các hạt lai nano Nhóm tác giả

Zhang cho rằng các hạt nano Ag được hỗ trợ bởi các khối cầu SiO2 có thể chống lại nhiều loại vi khuẩn Gram (+), Gram (-) và nấm men [137]

Nhóm tác giả Dhanalekshmi [34] đã chỉ ra khả năng kháng khuẩn E coli và

S aureus của các hạt lai nano kiểu lõi vỏ Ag@SiO2 Trong khi đó nhóm tác giả

Otari [93] chỉ ra sự hình thành vỏ silica trên hạt nano Ag và hoạt tính kháng khuẩn chống lại vi khuẩn S aureus, Bacillus cereus và E coli với kết quả diệt

trên 80 % vi khuẩn sau 1 giờ

c Ag với ZrO 2

Chenan và cộng sự cho thấy chất mang nano zirconia rỗng được sử dụng để tích trữ và giải phóng chất ức chế ăn mòn có kiểm soát [29] ZrO2 có ái lực cao với nhóm photphoric [111,118], nên được sử dụng để diệt khuẩn [36] Nhóm tác giả Pradhaban cho thấy hoạt tính kháng khuẩn cao của hạt lai Ag-ZrO2 với vi

khuẩn E coli và S aureus [98] Nhóm tác giả Dhanalekshmi [35] cũng cho thấy

hoạt tính kháng khuẩn cao của hạt lai nano Ag@ZrO2 diệt vi khuẩn S aureus, E coli, Aspergillus niger, Candida glabrata và Aspergillus flavus Các tác giả cho

thấy vỏ ZrO2 có thể ổn định và bảo vệ hạt nano bạc chống lại sự ăn mòn hóa học Các nano bạc được giải phóng từ từ khỏi chất mang xốp nhằm tạo ra và duy trì khả năng kháng khuẩn của vật liệu

d Ag với ZnO

ZnO là một chất dạng bột, màu trắng, không màu, không mùi Ở nhiệt độ thường ZnO không bị biến màu tuy nhiên chúng sẽ chuyển sang màu vàng khi bị đun nóng Nhiệt độ nóng chảy của ZnO cũng tương đối cao, ở mốc 19750C

ZnO là tinh thể được hình thành từ nguyên tố nhóm IIB (Zn) và nguyên tố nhóm VIA (O) ZnO có ba dạng cấu trúc gồm: hexagonal wurtzite, zincblende, rocksalt Ở điều kiện thường cấu trúc của ZnO tồn tại ở dạng Wurtzite gồm 2 mạng lục giác xếp chặt (chiếm 74,05% không gian, và 25,95% khoảng trống) một mạng của cation Zn2+ và một mạng của anion O2- lồng vào nhau một khoảng cách 3/8 chiều cao Mỗi nguyên tử Zn liên kết với 4 nguyên tử O nằm trên 4 đỉnh của một tứ diện gần đều

Hình 1 7 Các dạng tồn tại của ZnO

ZnO có khả năng kháng khuẩn chống lại vi khuẩn, vi rút, nấm và bào tử [67,71,80] Nhóm tác giả Stoimenov [116] cho rằng các hạt nano Ag gắn trên bề mặt ZnO do lực hút tĩnh điện

Nhóm tác giả Leidinger [74] chỉ ra thiourea có thể được bao bọc và giải phóng có kiểm soát bằng cách sử dụng chất mang nano ZnO (nano rỗng) Ngoài

ra, sự lai tạo nano Ag với nano ZnO có hoạt tính kháng khuẩn cao hơn nhiều so

với từng loại nano riêng lẻ Tác giả Ibanescu [64] đã chỉ ra hoạt tính kháng

khuẩn của hạt lai nano Ag/ZnO có khả năng diệt cả vi khuẩn Micrococcus luteus

và E coli Khi tăng một lượng nhỏ bạc làm tăng đáng kể khả năng kháng khuẩn

của vật liệu Tác giả Nagaraju và cộng sự [88] chỉ ra khả năng kháng khuẩn của

các hạt lai nano Ag/ZnO diệt cả vi khuẩn S aureus và E coli Tác giả Wei [133] cũng chỉ ra khả năng kháng khuẩn cao của sợi nano Ag/ZnO diệt vi khuẩn P aeruginosa và E.coli

e Ag với Fe 3 O 4

Các hạt nano Fe3O4 từ có thể sử dụng trong dẫn thuốc đến vị trí, chế phẩm sinh học, chụp cộng hưởng từ [37,46] và tăng thân nhiệt [18] do khả năng tương thích về mặt sinh học và độc tính thấp [50,100] Vật liệu lai dựa trên các chất có từ tính và nano bạc đã được nghiên cứu [66,119,124] Khả năng cố định các hạt

nano Ag trên bề mặt của Fe3O4 làm tăng sự phân tán và khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano đồng thời cho phép thu hồi vật liệu lai nano này [46,77,87] Khả năng kháng khuẩn của hạt lai nano Ag/Fe3O4 diệt vi khuẩn đã được chỉ ra

[52,99] Sử dụng từ trường ngoài để đưa các nanocomposite qua màng sinh học,

do vậy làm tăng khả năng diệt vi khuẩn [38,87]

Chudasama và cộng sự [30] cho rằng khả năng kháng khuẩn của các hạt lai nano vỏ lõi Fe3O4/Ag đối với vi khuẩn Gram (-) (gồm cả E coli) cao hơn so với các hạt nano Ag riêng lẻ Kondala và cộng sự [70] cho rằng hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano ferit bạc cao hơn so với hạt nano Ag và một số loại

thuốc kháng sinh do tốc độ giải phóng Ag+ từ vật liệu này nhanh hơn Nhóm tác

giả Wang [132] cho rằng hoạt tính kháng khuẩn E coli của hạt lai nano

Ag/Fe3O4 chịu sự ảnh hưởng bởi kích thước của hạt nano Ag cố định trên vỏ

(ii) Quá trình ion hóa của hạt nano Ag trong cấu trúc nano có thể được

tăng tốc bởi các ion Fe3+

Nhóm tác giả Tung Le [82] chỉ ra khả năng diệt khuẩn cao của Ag/Fe3O4

do sự phân tán tốt Ag và diện tích bề mặt của hạt nano lai

Nhóm tác giả Ghaseminezhada [53] chỉ ra các hợp chất nano Ag/Fe3O4 có

thể tiêu diệt màng sinh học S aureus, hoạt tính kháng khuẩn của nó cao hơn và ít gây độc tế bào hơn so với các hạt nano Ag đơn lẻ

f Ag với CuO

Các tài liệu [16,59,69] chỉ ra hoạt tính kháng khuẩn của hạt nano CuO Ngoài ra, nano CuO còn được sử dụng làm chất mang cho các kim loại đất hiếm [106,107,108] Nhóm tác giả Sasikala [108] chỉ ra khả năng kháng khuẩn của nano CuO lai hóa với xeri, lantan và erbi Hoạt tính kháng khuẩn có ở tất cả các

hạt lai như nghiệm trên các vi khuẩn như: E coli, S typhimurium, Proteus mirabilis, Acinetobacter baumannii, P aeruginosa và Klebsiella pneumoniae

Nhóm tác giả Kunga [72] cho thấy hạt lai Ag/CuO có khả năng diệt vi

khuẩn Salmonella enterica, E coli và S aureus Hạt lai Ag/CuO có khả năng

diệt khuẩn cao do tăng cường sự phá hủy cấu trúc vi khuẩn qua trung gian Qua các phương pháp chế tạo hạt lai khác nhau, các kết quả nghiên cứu gần đây, có thể thấy phương pháp khử hóa học có nhiều ưu điểm so với các phương pháp hóa học còn lại Đối với phương pháp quang, tiến hành tổng hợp không dùng hoá chất, dung dịch sau tổng hợp được sử dụng để đưa ngay vào sơn, không cần qua công đoạn tinh chế, làm sạch Từ đó cho thấy phương pháp vật lý (phương pháp quang) là phương án phù hợp với điều kiện hiện hành và pha vào sơn nên lựa chọn phương pháp này để nghiên cứu, tổng hợp hạt lai

1.2 TỔNG QUAN POLYACRYLATE

1.2.1 Giới thiệu chung

Polyme acrylate là một nhóm các polyme được điều chế từ các monome acrylate

Những loại nhựa này được chú ý bởi độ trong suốt, khả năng độ cứng thấp

và độ đàn hồi Chúng thường được gọi là nhựa acrylic hoặc polyacrylate

Polyme acrylate được sử dụng làm sơn, trong mỹ phẩm như sơn móng tay, làm chất kết dính

Este acrylat là những hợp chất có công thức chung là

Trong đó R là một nhóm ankyl: methyl, ethyl, n‐butyl và 2‐ethylhexyl

acrylate Các este acrylat chứa nhóm này được sản xuất trên quy mô lớn Các

este acrylate khác như: tert ‐butyl, isobutyl hoặc lauryl acrylate cũng được sản

xuất công nghiệp, nhưng ít hơn do khả năng ứng dụng hạn chế

Do nhiệt độ chuyển hoá thủy tinh tương đối thấp, các homopolyme của các este acrylat chỉ thích hợp cho một số lĩnh vực ứng dụng, trong khi các đồng trùng hợp của chúng có nhiều ứng dụng hơn Methacrylat (đặc biệt là metyl metacrylat), styren, acrylonitril, vinyl axetat, vinyl clorua, vinylidene clorua và butadien được sử dụng làm chất đồng phân để thu được các đặc tính đồng trùng hợp

Ngoài ra, các monome phụ trợ thường được kết hợp vào polyacrylat để có được các đặc tính kỹ thuật cụ thể trong phân tán vào dung môi Mặc dù những monome phụ trợ này ở nồng độ thấp trong polyme, nhưng chúng có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất keo và các tính chất khác của dung dịch polyme Các monome phụ trợ thường được sử dụng như: axit acrylic, axit metacrylic, acrylamit, metacrylamit và các monome khác có nhóm chức Do tính phản ứng cao của monome acrylic, các sản phẩm có thể chống lại bức xạ nên được sử dụng trong lĩnh vực sơn, tấm in offset và nhựa nha khoa [2]

1.2.2 Đặc tính của polyacrylate

Tính đàn hồi của acrylic thường thấp Loại "cũ" bao gồm ACM (đồng trùng hợp của este axit acrylic và 2-cloroetyl vinyl ete) có chứa clo và ANM (đồng trùng hợp của este axit acrylic và acrylonitril) không có clorua Loại "mới" không chứa clo và ít bị ố do nấm mốc Vật liệu có khả năng chống chịu kém hơn trong điều kiện thời tiết lạnh với điểm bão hòa là -15℃ đối với loại cũ và -28 đến -30℃ đối với loại mới Để giảm thiểu biến dạng vĩnh cửu, loại cũ yêu cầu đóng rắn trong 24 giờ ở nhiệt độ 150℃ Mặt khác, đối với loại mới, thời gian đóng rắn và thời gian lưu hóa được giảm đáng kể bằng cách kết hợp muối kim loại và lưu huỳnh Khả năng phục hồi và chống mài mòn của loại mới kém, thậm chí các tính chất điện của nó cũng kém hơn so với cao su acrylonitrile-butadien và cao su butyl

Polyacrylate có thể tạo thành màng phủ, chống thấm nước, mềm dẻo và đàn hồi, bền thời tiết, nhưng độ bền kéo không cao

Polyacrylate tan trong aceton, ethyl acetate, benzen và dichloroethan, không hòa tan trong nước Vì chuỗi polyme linh hoạt, nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh (Tg) thấp và các nhóm este có số nguyên tử carbon mức thấp nhất là 8; khi

có cùng số nguyên tử cacbon trong nhóm este, nếu phân nhánh thì nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh cao

Acrylate đơn giản nhất là methyl acrylate, thu được bằng cách este hoá axit acrylic với methanol có mặt của axit sulfuric đậm đặc Nó là chất lỏng có mùi, điểm sôi ở 80℃, tỉ trọng 0,950 g/cm3 (25 ℃) Polyacrylic este (PMA) ở nhiệt độ phòng không dính, độ linh động thấp, độ cứng trung bình, chế tạo thành màng

có độ bền kéo khoảng 750%

Các este của axit acrylic khan như hydroxyalkyl acrylate có thể thu được bằng cách gia nhiệt tạo thành màng mỏng có tính chống bám bẩn tốt và độ bóng cao Các este của axit acrylic và pentaerythritol, propan trimethylol, có thể sử dụng cho lớp phủ quang như mực in

1.2.3 Tính chất của polyacrylat

- Nhiệt độ thủy tinh: Nhiệt độ thủy tinh (Tg) của polyacrylat và homopolyme của monome thường được sử dụng trong đồng trùng hợp acrylat

Ngoại trừ homopolyme của tert ‐butyl acrylate, hầu hết các homopolyme

acrylate có nhiệt độ chuyển thủy tinh cực thấp Do đó, chúng quá mềm, quá dính hoặc có độ giãn dài quá cao khi đứt và không đủ độ bền cho nhiều lĩnh vực ứng dụng đòi hỏi độ bền cơ học, chẳng hạn như lớp phủ Tuy nhiên, các đặc tính giống nhau khiến chúng trở nên hữu ích trong nhiều ứng dụng kết dính

- Khối lượng phân tử: Việc xác định khối lượng phân tử thường rất khó

khăn, chỉ xác định khối lượng phân tử trung bình của vật liệu do mức độ trùng hợp khác nhau

- Tính chất cơ học của màng polyme: Các tính chất cơ học của

homopolyme acrylic tuân theo xu hướng của nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh Do

đó, màng poly (metyl acrylat) có độ giãn dài tương đối thấp khi đứt và độ bền đứt rất cao ở nhiệt độ phòng, trong khi độ giãn dài của poly (butyl acrylat) là cực cao và độ bền đứt rất thấp; màng không đàn hồi, nhưng thể hiện chảy nhớt ngay cả ở độ giãn dài nhỏ và không thể tự do xử lý Poly (ethylhexyl acrylate) có độ giãn dài thậm chí cao hơn và các màng không có độ bền

- Độ dính: Poly (metyl acrylate) thường không dính ở nhiệt độ phòng, poly

(ethyl acrylate) chỉ hơi dính Tuy nhiên, poly (butyl acrylate) và poly (ethylhexyl acrylate) cực kỳ dính

Độ dính cũng phụ thuộc vào khối lượng phân tử Màng không dính có thể được sản xuất từ poly (metyl acrylat) có khối lượng phân tử rất thấp; trong khi màng dính có thể được sản xuất từ poly (butyl acrylat) có khối lượng phân tử cao hơn Trong thực tế, độ dính của poly (butyl acrylate) và poly (2‐ethyl hexyl acrylate) có thể được điều chỉnh trong polyme nhũ tương bằng cách kiểm soát hàm lượng gel, điều này có hậu quả quan trọng đối với độ bền kết dính của các polyme này

- Tính chất điện và quang học: Các tính chất điện và quang học của

acrylate homo‐ và copolyme tương tự như của polymethacrylate Polyacrylate hầu như không có màu vàng dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp, vì chúng chỉ hấp thụ bức xạ UV dưới 290 nm Nếu chất ổn định UV được thêm vào, đặc tính của chúng không thay đổi chút nào dưới tác động của ánh sáng Đây là một lợi thế quan trọng của polyacrylate

- Độ hòa tan: Polyacrylat với chuỗi bên ngắn tương đối phân cực và do đó

hòa tan trong dung môi phân cực, hydrocacbon thơm và hydrocacbon clo hóa Các dung môi phổ biến bao gồm tetrahydrofuran, dimetylformamit, axeton, butanone, etyl axetat và cloroform

- Ổn định hóa học: Polyacrylate bền với oxy, chỉ phân hủy rất chậm trong

các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao và trong bầu không khí giàu oxy Khi đun nóng, polyacrylat khử thành monome dễ hơn nhiều so với polymethacrylat tương ứng Poly (alkyl acrylate) phân hủy ở 300-400°C, với tốc độ phân hủy nhanh hơn một chút đối với các chuỗi alkyl mạch dài hơn Phần lớn polyacrylat

ít có khả năng thủy phân bằng axit và kiềm Gốc ankyl càng dài thì khả năng chống thủy phân càng lớn

- Liên kết chéo của các màng polyacrylate: Độ hòa tan và độ dính bị

giảm do liên kết ngang, dẫn đến tăng độ bền đứt và giảm độ giãn dài khi đứt Liên kết ngang cũng cung cấp khả năng kháng dung môi nâng cao, điều này rất quan trọng đối với nhiều ứng dụng Các polyme nhũ tương và trong những trường hợp đặc biệt, các polyme dung dịch được liên kết chéo bằng cách kết hợp (đồng trùng hợp) các monome với các nhóm phản ứng với nhau trong các điều kiện nhất định (ví dụ: thay đổi pH hoặc nhiệt độ) hoặc khi có mặt các chất phụ gia Một loạt các hóa chất đã được phát triển để cung cấp liên kết ngang, bao gồm cả sự tự ngưng tụ của N‐Methylolacrylamide và các hợp chất liên quan; phản ứng của nhóm axit cacboxylic với kẽm, aziridin, polycarbodiimit, oxiranes và oxazolin; acetoacetoxy – amin; diacetone acrylamide – hydrazine; và isocyanate – rượu

Mật độ liên kết ngang và liên kết ngang có thể được xác định bằng cách đo sự hấp thụ dung môi của màng polyacrylate Dung môi thích hợp là tetrahydrofuran hoặc dimethylformamide, trong đó polyacrylat không liên kết chéo có thể hòa tan hoàn toàn

1.2.4 Nguyên liệu thô

Hiện nay, phần lớn các este acrylat được sản xuất thông qua con đường tổng hợp dựa trên sự xúc tác của quá trình oxy hóa propen để tạo ra axit acrylic, sau đó được este hóa Mặc dù các phương pháp tổng hợp sinh học axit acrylic đã được phát triển và có khả năng áp dụng trong công nghiệp trong tương lai,

nhưng hiện không thể cạnh tranh kinh tế với các phương pháp tổng hợp dựa trên hóa dầu truyền thống

Acrylat được sản xuất công nghiệp bằng cách este hóa axit acrylic có độ tinh khiết từ 99–99,5% Các acrylate đặc biệt có thể có độ tinh khiết thấp hơn một chút Este acrylat là chất lỏng trong suốt, không màu, thường được ổn định với 15 ± 5 ppm hydroquinon monometyl ete Những lượng nhỏ chất này không ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp Hydroquinone monomethyl ete không gây biến màu trong quá trình trùng hợp và do đó được ưu tiên hơn hydroquinone Vì chất ổn định chỉ có hiệu quả khi có oxy, nên các monome phải được bảo quản trong không khí chứ không phải trong khí trơ

Các monome acrylate đơn phân thường không ổn định, có thể bảo quản ở nhiệt độ dưới 10°C trong vài tuần Các monome ổn định thường được bảo quản dưới 20°C Tuy nhiên, không nên bảo quản axit acrylic và axit metacrylic dưới 18°C vì chúng kết tinh và trùng hợp tự phát ở nhiệt độ này

Acrylat với các nhóm thế thích hợp có thể được đồng trùng hợp để thu được các chất đồng trùng hợp có các tính chất đặc biệt như tính dễ cháy thấp, tính chống tĩnh điện, khả năng liên kết chéo, tính đàn hồi, tính hòa tan hoặc không hòa tan trong một số dung môi, tính ưa nước hoặc tính kỵ nước Các

nhóm thế này bao gồm các nhóm halogen, hydroxyl, epoxy, hoặc N‐

methylol Tính ưa nước đạt được bằng cách kết hợp axit acrylic, acrylamit hoặc các monome chức hydroxy (ví dụ, hydroxypropyl hoặc hydroxyetyl acrylat) Việc kết hợp một lượng tương đối lớn axit acrylic có thể làm tăng tính

ưa nước đến mức các polyme nhũ tương hòa tan hoàn toàn trong nước do tạo thành muối, tạo thành dung dịch trong suốt ở pH 6-8 Các polyme như vậy, thường bao gồm chất đồng trùng hợp của etyl acrylat và (methyl) axit acrylic, bao gồm một loạt các polyme liên kết được sử dụng rộng rãi làm chất làm đặc Khả năng tương thích với các chất trợ cation đạt được bằng cách kết hợp các monome cation như dimethylaminoethyl methacrylate hoặc diethylaminoethyl acrylate

1.2.5 Phương pháp điều chế

Acrylat có thể được trùng hợp cực kỳ dễ dàng vì các nhóm cacbonyl của chúng nằm liền kề với một nhóm vinyl Các polyacrylat thương mại được sản xuất hầu như chỉ bằng quá trình trùng hợp gốc được bắt đầu bởi các chất khơi mào gốc và oxy hóa khử Quá trình trùng hợp cũng có thể được bắt đầu bằng quang hóa hoặc bằng tia γ Ở nhiệt độ cao có thể xảy ra quá trình trùng hợp gốc tự phát, với các bằng chứng hiện tại cho thấy rằng sự tạo gốc xảy ra thông qua sự phân hủy chất trung gian hai mặt Mặc dù trùng hợp anion, có khả năng tạo ra các polyme có tính chọn lọc lập thể nâng cao, là có thể, quy trình này không được sử dụng trong công nghiệp Acrylate cũng có thể được sử dụng trong nhiều

kỹ thuật trùng hợp gốc khử hoạt tính thuận nghịch để cung cấp các polyme có khối lượng phân tử xác định rõ và các đầu chuỗi, mặc dù do chi phí cao hơn cả vật liệu và quá trình trùng hợp nên các vật liệu này hiện có thương mại rất hạn chế giá trị

Acrylat có phản ứng bất thường khi so sánh với hầu hết các monome vinylic ở chỗ chúng có xu hướng qua các phản ứng chuyển hidro thành polyme Sự chuyển thành polyme chủ yếu xảy ra thông qua phản ứng chuyển 1,5 ‐ H ‐ trong phân tử, nhưng cũng có thể xảy ra theo kiểu liên phân tử, trong cả hai trường hợp đều dẫn đến dạng gốc bậc ba Các quá trình này đặc biệt nổi bật trong các điều kiện có nồng độ monome thấp, chẳng hạn như trong quá trình polyme hóa bán phần và ở nhiệt độ cao hơn Gốc bậc ba được hình thành tương đối ổn định và do đó sự lan truyền từ tâm bậc ba là chậm Khả năng phản ứng thấp này dẫn đến sự tích tụ nồng độ của các gốc bậc ba, hoạt động như một nút cổ chai cho quá trình trùng hợp và dẫn đến giảm đáng kể tốc độ trùng hợp Do đó, khác với động học trong hầu hết các polyme hóa gốc, việc tiêu thụ monome không phải là bậc nhất đối với monome, với sự trùng hợp chậm lại đáng kể ở độ chuyển hóa cao, tại đó tỷ lệ gốc bậc ba được tăng lên Sự hiện diện của một comonomer thường làm giảm tốc độ chuyển trong phân tử thành polyme đến mức trên 20 mol% comonomer, ảnh hưởng của sự chuyển giao thường khó quan sát

1.3 TỔNG QUAN VỂ SƠN

1.3.1 Khái niệm

Sơn là một trong những vật liệu hoàn thiện quan trọng, được sử dụng không chỉ trang trí mỹ thuật cho công trình, mà còn góp phần bảo vệ các kết cấu được sơn phủ của công trình khỏi các tác động trực tiếp của môi trường

Sơn là một hệ hỗn hợp gồm nhiều cấu tử tạo thành, bao gồm chất kết dính (chất tạo màng), chất tạo màu, chất độn, dung môi và các chất phụ gia

Chất tạo màng giúp liên kết các chất màu, chất độn với nhau và liên kết với

bề mặt được sơn Chất tạo màng được sử dụng trên cơ sở các hợp chất hữu cơ thiên nhiên (dầu lanh, dầu dừa, dầu đậu nành, ) hoặc các họp chất hữu cơ tổng hợp (các loại nhựa alkyd, acrylic, epoxy, polyurethane,…) hoặc vô cơ (vôi, xi măng, silicat, ) [22,114]

Chất màu có vai trò che phủ và tạo màu cho bề mặt được sơn Chúng là những hạt rắn được nghiền mịn, có độ phủ và độ màu cao, không tan trong dung môi, không phản ứng hóa học với các thành phần khác của sơn Hiện tại có rất nhiều chất màu đang được sử dụng, từ những oxit kim loại đơn giản như sắt (III) oxit, coban cho tới các hợp chất tạo màu hữu cơ tổng hợp

Chất độn bao gồm những hạt rắn được nghiền mịn, trơ trong môi trường sơn nhưng có độ phủ và khả năng tạo màu kém hơn so với chất màu Chúng được đưa vào sơn với mục đích làm giảm giá thành của sơn Các chất độn được dùng phổ biến là bột đá, bột talc, mica, sét,

Dung môi giúp phân tán các thành phần trong sơn đồng thời giúp quá trình thi công sơn dễ dàng hơn Dung môi dùng trong sơn là các chất lỏng có độ nhớt thấp, dễ bay hơi Chúng có thể là các dung môi hữu cơ (dầu mỏ, benzen, alcohol, ester, axeton, ) hoặc đơn giản là nước [2]

Các chất phụ gia giúp nâng cao tính thẩm mỹ cũng như chất lượng của sơn như: phụ gia phá bọt, phân tán, làm đặc,

Sơn nước có nhiều ưu điểm hơn sơn dung môi hữu cơ như dễ ứng dụng, giá thành thấp, không cháy nổ, đồng thời hệ sơn này không gây ô nhiễm môi trường cũng như không độc hại do không chứa dung môi hữu cơ dễ bay hơi Hiện nay sơn nước đang được sử dụng phổ biến, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, phục vụ cho cả mục đích trang trí và bảo vệ công trình trong công nghiệp

và dân sinh

1.3.2 Phân loại sơn

Có nhiều cách phân loại sơn, có thể phân loại sơn theo chủng loại chất tạo màng, theo mục đích sử dụng, theo ngoại quan của sơn, [2,114]

a Phân loại theo chất tạo màng

- Sơn vô cơ: Chất tạo màng cho loại sơn này là các hợp chất vô cơ như vôi, silicat, xi măng

- Sơn dầu: Chất tạo màng cho loại sơn này là các loại dầu thực vật (dầu lanh, dầu trẩu, dầu đậu nành, ) hoặc các loại dầu thực vật đã được biến tính (nhựa alkyd) Loại sơn này dùng dung môi là các hợp chất hữu cơ

- Sơn acrylic: Chất tạo màng cho loại sơn này là các polyme acrylat có phân tử lượng lớn, được phân tán trong nước

- Các loại sơn hữu cơ khác: các loại sơn này sử dụng các chất tạo màng khác với hai loại sơn trên, điển hình như sơn epoxy, sơn polyuretan (PU),

b Phân loại theo mục đích sử dụng

- Sơn công nghiệp: là những loại sơn đặc chủng như sơn ô tô, sơn tàu biển, sơn chống ăn mòn, sơn giao thông,

- Sơn kiến trúc: loại sơn này được sử dụng cho các ứng dụng trong và ngoài của các công trình xây dựng dân dụng

+ Sơn lót: được sử dụng để lấp đầy các lỗ rỗng trên bề mặt phủ sơn, bám dính tốt với nền, giúp tiết kiệm sơn và đảm bảo thẩm mỹ cũng như chất lượng của lớp sơn ngoài cùng

+ Sơn trong nhà (sơn nội thất): được sử dụng cho các mục đích trang trí