Nghiên cứu ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến tính chất cách nhiệt bức xạ của bột màu vô cơ trong vật liệu cách nhiệt phủ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐỖ QUANG THẮNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ĐẾN TÍNH CHẤT CÁCH NHIỆT BỨC XẠ CỦA BỘT MÀU VÔ CƠ TRONG VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT PHỦ CHUYÊN NGÀNH: MÃ SỐ: HÓA VÔ CƠ 04 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến só Huỳnh Thị Kiều Xuân Thạc só Nguyễn Hữu Khánh Hưng THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  2005 Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn: Cô HUỲNH THỊ KIỀU XUÂN Thầy NGUYỄN HỮU KHÁNH HƯNG tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn Các thầy cô Bộ môn Hóa Vô truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho em suốt trình học Mục lục i MỤC LUÏC MUÏC LUÏC .i MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Caùc quaù trình truyền nhiệt tự nhiên [1], [7] 1.1.1 Truyền nhiệt theo chế dẫn nhiệt 1.1.2 Truyền nhiệt theo chế đối lưu 1.1.3 Truyền nhiệt theo chế xạ 1.2 Bản chất xạ [2] 1.3 Cách nhiệt 1.4 Bức xạ nhiệt [8], [3] 1.4.1 Khaùi niệm xạ nhiệt 1.4.2 Các đặc điểm xạ nhiệt 1.4.3 Dòn g xạ Q 1.4.4 Năng suất xạ E 1.4.5 Cường độ xạ I 1.4.6 Hệ số hấp thu, hệ số phản xạ hệ số truyền qua 1.4.7 Vật xaùm 10 Đỗ Quang Thắng Mục lục 1.4.8 1.5 ii Độ đen  vật 10 Tính chất quang học vật chất 11 1.5.1 Sự hấp thu 11 1.5.2 Sự phản xaï 12 1.5.3 Tán xạ 13 1.5.4 Sự phát xạ chất 15 1.6 Năng lượng xạ mặt trời 16 1.7 Sôn [4] 17 1.7.1 Thành phần sơn 17 1.7.2 Các tiêu đánh giá chất lượng màng sơn 17 1.8 Bột màu [4], [9] 19 1.8.1 Khái niệm bột màu 19 1.8.2 Một số tính chất bột màu 20 1.8.3 Ảnh hưởng hình dạng kích thước hạt bột màu đến tính chất màng sôn 20 1.8.4 Thành phần tính chất bột màu 22 1.9 Chất hoạt động bề mặt [5], [6] 23 1.10 Vật liệu cách nhiệt xạ [8], [10] 24 1.10.1 Vật liệu cách nhiệt xạ dạng màng mỏng 25 1.10.2 Vật liệu cách nhiệt xạ dạng bột 25 1.11 Các sản phẩm vật liệu cách nhiệt xạ thương mại [11], [12] 26 1.11.1 Gương lạnh 26 1.11.2 Gương nóng 26 1.11.3 Sơn phản nhiệt 27 1.11.4 Vật liệu cách nhiệt phủ (roofing) 28 Chương THỰC NGHIỆM 30 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 30 2.2 Nội dung nghiên cứu 31 2.3 Hóa chất – Thiết bị dụng cụ 31 2.3.1 Hóa chất 31 Đỗ Quang Thắng Mục lục 2.3.2 2.4 iii Dụn g cụ thiết bị: 32 Phương pháp nghiên cứu 32 2.4.1 Phương pháp tạo mẫu 32 2.4.2 Phương pháp phân tích 34 2.4.3 Phương pháp phân tích 36 Chương KẾT QUẢ BIỆN LUẬN 38 3.1 Khảo sát độ hấp thu nhiệt mẫu bột màu môi trường phân tán không thêm chất hoạt động bề mặt 38 3.2 Khảo sát ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt Akopal đến độ hấp thu nhiệt mẫu bột màu môi trường phân tán 43 3.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất hoạt động bề mặt Akopal đến độ hấp thu nhiệt mẫu bột màu môi trường phân tán 47 3.4 Khảo sát ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt khác đến độ hấp thu nhiệt môi trường phân tán mặt bột màu 49 3.5 Khảo sát ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt khác đến độ hấp thu nhiệt môi trường phân tán có mặt bột màu 50 Chương KẾT LUẬN 53 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHUÏ LUÏC 58 Phụ lục Ản h chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 58 Phụ lục Công thức hóa học chất hoạt động bề mặt khảo sát 59 Phụ lục Ảnh chụp kính hiển vi quang học 60 Đỗ Quang Thắng Mở đầu MỞ ĐẦU Bức xạ mặt trời dạng xạ nhiệt nguồn lượng nuôi sống trái đất gây số tác hại người, làm cho nhà cửa môi trường xung quanh nóng dần lên, làm tăng tốc độ phá hủy công trình,… Đây vấn đề nhà khoa học quan tâm, thập niên gần đây, mặt, họ tìm cách tận dụng sức nóng xạ mặt trời để tạo nguồn lượng thay nguồn lượng gây ô nhiễm môi trường có nguy cạn kiệt Một mặt khác họ không ngừng tìm tòi, nghiên cứu, chế tạo vật liệu cách nhiệt xạ có khả phản xạ phát xạ lượng xạ mặt trời trở lại vào bầu trời nhằm tiết kiệm lượng, tăng tuổi thọ giảm khối lượng công trình, giảm thiểu ô nhiễm không khí So với vật liệu cách nhiệt truyền thống, vật liệu cách nhiệt xạ cách mạng khoa học công nghệ, mang lại nhiều lợi ích Tuy nhiên giá Đỗ Quang Thắng Mở đầu thành sản phẩm đắt đòi hỏi công nghệ cao trình chế tạo Hiện vật liệu cách nhiệt xạ có mặt Việt Nam hầu hết phải nhập từ nước Nước ta nằm khu vực gần xích đạo có tổng lượng xạ trung bình hàng năm vào loại cao giới nên ánh sáng mặt trời gay gắt quanh năm Do đó, việc tìm phương pháp để chế tạo vật liệu cách nhiệt xạ khác với giá thành phù hợp vấn đề thiết yếu cấp bách Trong ln văn này, tiến hành khảo sát ban đầu khả cách nhiệt xạ hồng ngoại bột màu oxid kim loại, kim loại muối phân tán môi trường sơn verni với chất hoạt động bề mặt Đỗ Quang Thắng Chương TỔNG QUAN 1.1 Các trình truyền nhiệt tự nhiên [1], [7] Quá trình truyền nhiệt xảy theo chiều nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao đến vật có nhiệt độ thấp Sự truyền nhiệt thực theo ba cách dẫn nhiệt, đối lưu xạ nhiệt 1.1.1 Truyền nhiệt theo chế dẫn nhiệt Dẫn nhiệt truyền nhiệt nguyên tử hay phân tử vật vật chúng tiếp xúc với Đỗ Quang Thắng Trong chất lỏng chất khí, lượng truyền va chạm, nghóa phân tử có nhiệt độ cao chuyển động nhanh va chạm với phân tử có nhiệt độ thấp chuyển động chậm cân nhiệt đựơc thiết lập Do đó, chất rắn dẫn nhiệt tốt chất lỏng chất khí 1.1.2 Truyền nhiệt theo chế đối lưu Truyền nhiệt theo chế đối lưu xảy môi trường truyền nhiệt lưu chất (chất lỏng chất khí) Cơ chế trình phân tử có nhiệt độ cao với động lớn tập hợp hợp thành dòng chảy nhiệt bị thay dòng chảy nhiệt có động nhỏ 1.1.3 Truyền nhiệt theo chế xạ Truyền nhiệt xạ tượng vật nóng lên nhận lượng xạ nhiệt Trong dạng truyền nhiệt truyền nhiệt theo chế xạ không cần môi trường truyền nhiệt Năng lïng truyền thông qua sóng điện từ (photon) truyền qua khoảng cách lớn Truyền nhiệt theo chế xạ liên quan mật thiết đến chất vật lý hóa học vật trao đổi nhiệt 1.2 Bản chất xạ [2] Trong quang phổ học, tia khả kiến, tia tử ngoại, tia hồng ngoại, tia rơnghen, sóng radio,… thuật ngữ xạ Tia Đỗ Quang Thắng khả kiến, tia hồng ngoại, tia tử ngoại,… dạng khác xạ điện từ, chúng khác độ dài sóng (bước sóng) Theo thuyết hạt, xạ gồm “hạt lượng” gọi photon chuyển động với vận tốc ánh sáng Các dạng xạ khác khác lượng h hạt photon Năng lượng xạ liên tục mà gồm lượng tử lượng nhỏ bé tỉ lệ với tần số  dao động điện từ tính hệ thức Planck: E = h = (hc)/ đó: h số Planck, h = 6,626×10-34 Js c vận tốc ánh sáng, c = 3×108 m/s Bức xạ gồm loại photon có lượng gọi xạ đơn sắc, xạ gồm nhiều loại photon có lượng khác gọi xạ đa sắc Trong kỹ thuật nhiệt, người ta khảo sát xạ có hiệu ứng nhiệt cao nhiệt độ thường Đó xạ hồng ngoại, khả kiến phần nhỏ thuộc vùng tử ngoại gọi xạ nhiệt Quá trình phát sinh truyền tia gọi trình xạ nhiệt Sự trao đổi nhiệt xạ tiến hành vật chân không Các vùng xạ nhiệt Hình Đỗ Quang Thắng 54 trắng để chống lại tượng tụ hợp làm giảm độ hấp thu nhiệt mẫu khảo sát từ đến 60C Hiệu ứn g làm tăng độ bóng láng chất HĐBM khảo sát bề mặt lớp sơn verni không ảnh hưởng đến độ hấp thu nhiệt mẫu khảo sát Độ hấp thu nhiệt mẫu có mặt bột màu giảm xuống thêm chất HĐBM hiệu ứng phân tán hạt bột màu Bản chất chất HĐBM Akopal, natri dodecyl sunphat (PA) natri dodecyl sunphat (P) không ảnh hưởng đến độ hấp thu nhiệt mẫu chứa bột màu khác môi trường verni sơn trắng HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Những nghiên cứu dựa kết đáng lưu tâm Trong số vấn đề khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt bột màu Al TiO2 ảnh hưởng thay đổi bề dày màng sơn chứa bột màu đến khả cách nhiệt xạ lớp phủ, tính chất lớp sơn phủ sử dụng phương pháp phun ảnh hưởng phân bố hạt bột màu màng sơn đến tính chất lớp phủ Đỗ Quang Thắng 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] H Gerd, US Patent 6194484, Coating material, 2001 [2] E.Reinhold, J Richter, et al, Reflection enhancement of aluminum strips by EB-PVD in highly productive industrial lines, Thin Solid Films, 377-378, (2000), 14-20 [3] Brunnhofer, Erwin, European Patent EP957226, IR-reflective films for composite molding for doors, windows, facades, etc, 1999 [4] P.V, Nghiên cứu sản xuất hệ sơn phản nhiệt mặt trời Việt Nam, Tạp chí Công nghiệp Hóa chất, 6, (2002), 18-19 [5] D.S Parker, J.R McIlvaine, S.F Barkaszi, D.J Beal, Laboratory Testing of Reflectance Properties of Roofing Materials, Rep.No FSEC-CR-670-93, Florida Solar Energy Center, Florida,1993 [6] P Berdahl, S.E.Bretz, Preliminary survey of the solar reflectance of cool roofing materials, Energy and Buildings, 25, (1997), 149158 [7] P Berdahl, Building energy efficiency and fire safety aspects of reflective coatings, Energy and Buildings, 22, (1995), 187-191 [8] N Matsuda, Eur Pat Appl JP5004072, Heat insulating paint, 1993 [9] M.Takahashi, K.Ikishima, S.Matsuo, M.Tomohiro, European Patent JP2004257243, Solar heat reflecting painted metal plate, 2004 [10] Liu Xianchun, European Patent CN1204672, Coating capable of reflecting sun-heat, 1999 Đỗ Quang Thắng 56 [11] Eoin, Seiorse, International Patent WO2005/007754, Thermal Infra-Red Reflective Pigments For Coatings, 2005 [12] Trương Thúy Diễm, Luận án Thạc só Khoa học Vật lí: Tổng hợp màng đa lớp chắn xạ hồng ngoại TiO2-Ag-TiO2 phương pháp phún xạ magnetron, Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh, 1999 [13] Đặng Thị Mai, Quang học, Nhà Xuất Giáo dục, Hà Nội, 1998 [14] Nguyễn Như Quý, Công nghệ vật liệu cách nhiệt, Nhà Xuất Xây dựng, Hà Nội, 2002 [15] J.P Holman, Heat Transfer, th edition, McGraw-Hill, USA, 1997 [16] Michael F Modest, Radiative Heat Transfer, McGraw-Hill, New York, 1993 [17] Richard T Bynum, Insulation Handbook, McGraw-Hill, USA, 2001 [18] Ronald S Graves, Donald C Wysocki, et al, Insulation Materials: Testing and Applications, Vol.2, ASTM, USA, 1991 [19] Phan Thanh Bình, Hoá học hoá lý polime, Nhà Xuất Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2002 [20] Surface Coatings Association of Australia, Surface Coating: raw Materials and their Usage, Vol.1, The New South Wales University Press, Australia, 1993 [21] G.G Sward et al, Paint Testing Manual: physical and chemical examination of paints, varnishes, lacquer and colors, 14th edition, ASTM, USA, 1972 Đỗ Quang Thắng 57 [22] R Lambourne, T.A Strivens et al, Paint and Surface Coating: Theory and Practice, William Andrew Publishing, Cambridge, 1999 [23] http://eetd.lbl.gov/HeatIsland/CoolRoofs/ [24] http://www.fsec.ucf.edu/bldg/resources/publications/ Đỗ Quang Thắng 58 PHỤ LỤC Phụ lục Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hình Pl 1.1 Mẫu bột màu Al Hình Pl 1.3 Mẫu bột màu TiO2 Đỗ Quang Thắng Hình Pl 1.2 Mẫu bột màu Cu Hình Pl 1.4 Mẫu bột màu ZnO 59 Hình Pl 1.5 Mẫu bột màu (PbCO3)2.Pb(OH)2 Hình Pl 1.6 Mẫu bột màu PbCrO4 Hình Pl 1.7 Mẫu bột màu Cr2O3 Hình Pl 1.8 Mẫu bột màu Fe2O3 Phụ lục Công thức hóa học chất hoạt động bề mặt khảo sát Dodecyl sunphat natri hay tên gọi khác Lauryl sunphat natri chất hoạt động bề mặt anion có công thức: C12H25SO4Na Akopal chất hoạt động bề mặt non-ion sản phẩm copolime tổng hợp từ phenoxid ( CH2 ) CH O Đỗ Quang Thắng oxid etylen 60 Phụ lục Ảnh chụp kính hiển vi quang học Pl Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu Al môi trường verni chất hoạt động bề mặt Pl Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu Al môi trường verni có 0,1% khối lượng chất hoạt động bề mặt Akopal Đỗ Quang Thắng 61 Pl Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu Fe2O3 môi trường verni chất hoạt động bề mặt Pl Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu Fe2O3 môi trường verni có 0,1% khối lượng chất hoạt động bề mặt Akopal Đỗ Quang Thắng 62 Pl Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu Cr2O3 môi trường verni chất hoạt động bề mặt Pl Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu Cr2O3 môi trường verni có 0,1% khối lượng chất hoạt động bề mặt Akopal Đỗ Quang Thắng 63 Đỗ Quang Thắng 64 Pl Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu TiO2 môi trường sơn chất hoạt động bề mặt Pl Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu TiO2 môi trường sơn có 0,1% khối lượng chất hoạt động bề mặt Akopal Đỗ Quang Thắng 65 Pl Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu Fe2O3 môi trường sơn chất hoạt động bề mặt Đỗ Quang Thắng 66 Pl 10 Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu Fe2O3 môi trường sơn có 0,1% khối lượng chất hoạt động bề mặt Akopal Đỗ Quang Thắng 67 Pl 11 Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu Cr2O3 môi trường sơn chất hoạt động bề mặt Đỗ Quang Thắng 68 Pl 12 Ảnh chụp kính hiển vi quang học mẫu chứa bột màu Cr2O3 môi trường sơn có 0,1% khối lượng chất hoạt động bề mặt Akopal Đỗ Quang Thắng ... phần tính chất bột màu 22 1.9 Chất hoạt động bề mặt [5], [6] 23 1.10 Vật liệu cách nhiệt xạ [8], [10] 24 1.10.1 Vật liệu cách nhiệt xạ dạng màng mỏng 25 1.10.2 Vật liệu cách. .. Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất hoạt động bề mặt Akopal đến độ hấp thu nhiệt mẫu bột màu môi trường phân tán 47 3.4 Khảo sát ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt khác đến độ hấp thu nhiệt. .. lớn Các vật liệu lớp phủ truyền thống tạo bề mặt màu trắng phản xạ tốt Hai thông số quan trọng vật liệu cách nhiệt phủ độ phản xạ mặt trời độ phát xạ hồng ngoại Hiệu cách nhiệt vật liệu phủ cao