5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
5.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất tạo màng khác nhau đến đặc tính kị nước và khả năng thoát hơi nước của màng phủ
Để lựa chọn chất tạo màng thích hợp, đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng 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 nước, khả năng thoát hơi ẩm của màng phủ và thời gian bảo quản dung dịch kị nước.
Trên cơ sở các tài liệu đã công bố [3, 11] và qua các bước 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 như sau:
- Tốc độ khuấy 3000 vòng/phút.
- Thời gian khuấy 90 phút, ở nhiệt độ 250C.
- Hàm lượng SiO2 kị nước là 1 % so với chất tạo màng.
- Hàm lượng chất phân tán Oratan TM 731 là 8 % so với hàm lượng nano silica.
- Hàm lượng nước là 26 % so với khối lượng dung dịch chất tạo màng.
Kết quả xác định góc tiếp xúc của màng phủ trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau được thể hiện trên hình 15.
Hình 15: 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 hình 15 nhận thấy, dung dịch kị nước trên cơ sở chất kết dính nhựa acrylic biến tính và dung dịch polysiloxan cho độ kị nước 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 nước có trên nhựa acrylic biến tính và dung dịch polysiloxan với tính kị nước của các hạt nano SiO2 phân tán hoặc khả năng phân tán của các hạt nano SiO trong chúng tốt hơn.
Nhựa acrylic biến tính
θ=550 Polysiloxan
θ=620 Dung dịch thủy tinh lỏng mô đun cao: θ=400
Một trong những đặc tính rất quan trọng của màng phủ kị nước 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 được phủ màng kị nước ra ngoài môi trường. Để đánh giá khả năng thoát hơi ẩm của mẫu vữa xi măng-cát sau khi phủ lớp màng kị nước, đã tiến hành thử nghiệm theo qui trình thí nghiệm được mô tả trong mục 4.2.1. Kết quả xác định độ thoát hơi nước của các mẫu vữa được phủ màng kị nước trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau được nêu trong bảng 4.
Bảng 4: Khả năng thoát hơi nước của các mẫu vữa bê tông được xử lý bề mặt bằng dung dịch kị nước trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau
T T
Dung dịch kị nước trên cơ sở chất tạo màng Độ thoát hơi nước (%)
1 Mẫu không được phủ dung dịch kị nước 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
Từ kết quả bảng 4 nhận thấy, mẫu vữa không được phủ màng phủ kị nước cho khả năng thoát hơi nước đạt tới 99%. Khi xử lý bề mặt với các màng phủ kị nước thì độ thoát hơi nước của mẫu bị giảm xuống. Đối với nhựa acrylic biến tính, khả năng thoát hơi nước rất kém chỉ đạt được 30% do quá trình tạo màng là liên tục dẫn đến màng phủ dễ bị bong rộp theo thời gian. Các mẫu được phủ bằng dung dịch kị nước trên cơ sở chất tạo màng thủy tinh lỏng, polysiloxan đều cho khả năng thoát hơi nước trên 80% do màng được hình thành không liên tục.
Khoảng cách giữa các mạch phân tử polyme trong màng có kích thước từ 150 Ao (15 nm) đến 1000 Ao (100 nm), trong khi đó phân tử H2O lỏng có kích thước từ 10.000 Ao (1000 nm) đến 2.000.000 Ao (200.000 nm) và kích thước phân tử hơi nước là 3,5 Ao (0,35 nm) vì thế nước không xâm nhập được vào trong nền nhưng hơi nước đã dễ dàng thoát ra khỏi nền. So sánh các kết quả thu được ở bảng 4 cho thấy, màng phủ kị nước 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 được có ưu điểm là rẻ nhưng thời gian sống thấp (khoảng 3 tháng) [12], vì thế cần phải xem xét ảnh hưởng 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 được chế tạo, kết quả được trình bày trên hình 16.
Hình 16: Ảnh hưởng thời gian bảo quản đến góc tiếp xúc của màng phủ Từ kết quả khảo sát được ở hình 16 nhận thấy, thời gian bảo quản ảnh hưởng 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 lưu 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 silic có thể tự tổng hợp bằng
dung môi sử dụng là nước. 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 nước khoảng 6 tháng.
Qua các kết quả nghiên cứu, polysiloxan-Type 1 có độ thoát hơi nước cao hơn polysiloxan-Type 2. Do đó, đề tài đã lựa chọn chất tạo màng để khảo sát các quá trình tiếp theo là polysiloxan-Type 1 (gọi tắt là polysiloxan).
5.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện công nghệ phân tán các hạt nano