nƣớc và khả năng thoát hơi nƣớc của màng phủ
Để lựa chọn chất tạo màng thích hợp, đã tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của sự phân tán các hạt nano SiO2 trong các chất tạo màng khác nhau là nhựa acrylic biến tính, polysiloxan, thủy tinh lỏng mô đun cao đến tính chất kị nƣớc, khả năng thoát hơi ẩm của màng phủ và thời gian bảo quản dung dịch kị nƣớc.
Trên cơ sở các tài liệu đã công bố [3, 11] và qua các bƣớc khảo sát thăm dò ban đầu, đề tài đã lựa chọn các điều kiện công nghệ để phân tán hạt nano silica trong dung dịch chất tạo màng nhƣ sau:
- Tốc độ khuấy 3000 vòng/phút.
- Thời gian khuấy 90 phút, ở nhiệt độ 250 C.
- Hàm lƣợng SiO2 kị nƣớc là 1 % so với chất tạo màng.
- Hàm lƣợng chất phân tán Oratan TM 731 là 8 % so với hàm lƣợng nano silica.
- Hàm lƣợng nƣớc là 26 % so với khối lƣợng dung dịch chất tạo màng.
Kết quả xác định góc tiếp xúc của màng phủ trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau đƣợc thể hiện trên hình 3.1.
39
Hình 3.1: Ảnh giọt nước trên bề mặt màng phủ kị nước trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau
Qua kết quả thí nghiệm trên hình3.1 nhận thấy, dung dịch kị nƣớc trên cơ sở chất kết dính nhựa acrylic biến tính và dung dịch polysiloxan cho độ kị nƣớc cao hơn so với chất kết dính thủy tinh lỏng mô đun cao. Có thể giải thích là do sự kết hợp của các nhóm chức kị nƣớc có trên nhựa acrylic biến tính và dung dịch polysiloxan với tính kị nƣớc của các hạt nano SiO2 phân tán hoặc khả năng phân tán của các hạt nano SiO2 trong chúng tốt hơn.
Một trong những đặc tính rất quan trọng của màng phủ kị nƣớc là màng phải có khả năng thoát hơi ẩm khi phủ lên các bề mặt công trình xây dựng mỹ thuật hay nói cách khác là hơi ẩm có thể thoát ra từ bên trong vật liệu đƣợc phủ màng kị nƣớc ra ngoài môi trƣờng. Để đánh giá khả năng thoát hơi ẩm của mẫu vữa xi măng-cát sau khi phủ lớp màng kị nƣớc, đã tiến hành phủ mẫu vữa theo 3.2, kết quả xác định độ thoát hơi nƣớc của các mẫu vữa đƣợc phủ màng kị nƣớc trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau đƣợc nêu trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Khả năng thoát hơi nước của các mẫu vữa được xử lý bề mặt bằng
dung dịch kị nước trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau
TT Dung dịch kị nƣớc trên cơ sở chất tạo màng Độ thoát hơi nƣớc (%)
1 Mẫu không đƣợc phủ dung dịch kị nƣớc 99
2 Nhựa acrylic biến tính 30
3 Thủy tinh lỏng mô đun cao 91
4 Polysiloxan - Type 1 85
5 Polysiloxan - Type 2 81
Nhựa acrylic biến tính
=550
Polysiloxan
=620
Dung dịch thủy tinh
40
Từ kết quả bảng 3.1 nhận thấy, mẫu vữa không đƣợc phủ màng phủ kị nƣớc cho khả năng thoát hơi nƣớc đạt tới 99%. Khi xử lý bề mặt với các màng phủ kị nƣớc thì độ thoát hơi nƣớc của mẫu bị giảm xuống. Đối với nhựa acrylic biến tính, khả năng thoát hơi nƣớc rất kém chỉ đạt đƣợc 30% do quá trình tạo màng là liên tục dẫn đến màng phủ dễ bị bong rộp theo thời gian. Các mẫu đƣợc phủ bằng dung dịch kị nƣớc trên cơ sở chất tạo màng thủy tinh lỏng, polysiloxan đều cho khả năng thoát hơi nƣớc trên 80% do màng đƣợc hình thành không liên tục. Khoảng cách giữa các mạch phân tử polyme trong màng có kích thƣớc từ 150 Ao (15 nm) đến 1000 Ao (100 nm), trong khi đó phân tử H2O lỏng có kích thƣớc từ 10.000 Ao
(1000 nm) đến 2.000.000 Ao (200.000 nm) và kích thƣớc phân tử hơi nƣớc là 3,5 Ao (0,35 nm) vì thế nƣớc không xâm nhập đƣợc vào trong nền nhƣng hơi nƣớc đã dễ dàng thoát ra khỏi nền. So sánh các kết quả thu đƣợc ở bảng 3.1 cho thấy, màng phủ kị nƣớc trên cơ sở chất kết dính vô cơ có khả năng thoát hơi ẩm từ bên trong bề mặt màng ra ngoài cao hơn nhiều so với màng phủ trên cơ sở chất kết dính hữu cơ.
Đối với thủy tinh lỏng mô đun cao tự chế tạo đƣợc có ƣu điểm là rẻ nhƣng thời gian sống thấp (khoảng 3 tháng) [12], vì thế cần phải xem xét ảnh hƣởng của thời gian sống của các loại màng phủ trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau. Đã tiến hành khảo sát góc tiếp xúc theo thời gian bảo quản dung dịch màng phủ trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau qua các thời điểm 1, 2, 3, 4, 5, 6 tháng kể từ khi các chất tạo màng đƣợc chế tạo, kết quả đƣợc trình bày trên hình 3.2.
41 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 6 7 G óc tiếp x úc, độ
Thời gian bảo quản, tháng
Góc tiếp xúc của Polisiloxan, độ Góc tiếp xúc của acrylic, độ
Góc tiếp xúc của thủy tinh lỏng, độ
Hình 3.2: Ảnh hưởng thời gian bảo quản đến góc tiếp xúc của màng phủ
Từ kết quả khảo sát đƣợc ở hình 16 nhận thấy, thời gian bảo quản ảnh hƣởng nhiều tới góc tiếp xúc. Sự suy giảm góc tiếp xúc đối với dung dịch màng phủ trên cơ sở thủy tinh lỏng mođun cao là 2 tháng, còn của polysiloxan và acrylic là hơn 6 tháng. Sự suy giảm nhanh góc tiếp xúc theo thời gian bảo quản của màng phủ trên cơ sở thủy tinh lỏng môđun cao là do bản thân dung dịch thủy tinh lỏng có thời gian lƣu ngắn. Hơn nữa, các thành phần trong thủy tinh lỏng đều có độ phân cực cao vì thế ở trạng thái nghỉ các hạt nano silica đã biến tính dễ bị kết tụ do lực hút (lực hấp dẫn) giữa các hạt và tập hợp hạt vì thế cũng đã làm giảm góc tiếp xúc của màng phủ.
Dung dịch polysiloxan là một hợp chất cơ silic có thể tự tổng hợp bằng phƣơng pháp solgel hoặc nhập ngoại. Nguồn nguyên liệu phong phú, ổn định, dung môi sử dụng là nƣớc. Quá trình tạo màng không liên tục nên hơi ẩm từ phía trong bề mặt màng dễ dàng thoát ra, do vậy màng không bị bong rộp theo thời gian. Thời gian sống của dung dịch kị nƣớc khoảng 6 tháng.
Qua các kết quả nghiên cứu, polysiloxan-Type 1 có độ thoát hơi nƣớc cao hơn polysiloxan-Type 2. Do đó, đã lựa chọn chất tạo màng để khảo sát các quá trình tiếp theo là polysiloxan-Type 1 (gọi tắt là polysiloxan).
42
3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của điều kiện công nghệ phân tán các hạt nano SiO2 đến tính chất kị nƣớc của màng phủ
Điều kiện công nghệ ảnh hƣởng nhiều đến khả năng phân tán của các hạt nano SiO2 trong dung dịch chất tạo màng, dẫn tới ảnh hƣởng đến tính chất kị nƣớc của dung dịch chế tạo đƣợc. Đề tài đã tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của các điều kiện công nghệ đến độ phân tán của các hạt nano SiO2 với các thông số nguyên vật liệu đƣa vào nhƣ sau:
- Chất tạo màng sử dụng là polysiloxan.
- Hàm lƣợng SiO2 kị nƣớc là 1 % so với chất tạo màng.
- Hàm lƣợng chất phân tán sử dụng là 8 % so với hàm lƣợng nano silica. - Hàm lƣợng nƣớc là 26 % so với khối lƣợng dung dịch chất tạo màng.