Nghiên cứu ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến tính cách nhiệt bức xạ bột màu

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến tính chất cách nhiệt bức xạ của bột màu vô cơ, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu

• Tác giả: Đỗ Quang Thắng
• Người hướng dẫn: Tiến Sĩ Huỳnh Thị Kiều Xuân
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: 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
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Hóa Học
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Các quá trình truyền nhiệt trong tự nhiên [1], [7]
• 1.1.1. Truyền nhiệt theo cơ chế dẫn nhiệt
• 1.1.2. Truyền nhiệt theo cơ chế đối lưu
• 1.1.3. Truyền nhiệt theo cơ chế bức xạ
• 1.2. Bản chất của bức xạ [2]
• 1.3. Bức xạ nhiệt [8], [3]
• 1.3.1. Khái niệm về bức xạ nhiệt
• 1.3.2. Các đặc điểm của bức xạ nhiệt
• 1.3.3. Dòng bức xạ Q
• 1.3.4. Năng suất bức xạ E
• 1.3.5. Cường độ bức xạ I
• 1.3.6. Hệ số hấp thu, hệ số phản xạ và hệ số truyền qua
• 1.4. Độ đen  của vật
• 1.5. Tính chất quang học của vật chất
• 1.6. Sự phát xạ của các chất
• 1.7. Năng lượng bức xạ mặt trời
• 1.8. Thành phần của sơn
• 1.9. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng màng sơn
• 1.10. Khái niệm bột màu
• 1.11. Một số tính chất chính của bột màu
• 1.12. Ảnh hưởng của hình dạng và kích thước hạt của bột màu đến tính chất của màng sơn
• 1.13. Thành phần và tính chất của bột màu
• 1.14. Chất hoạt động bề mặt [5], [6]
• 1.15. Vật liệu cách nhiệt bức xạ [8], [10]
• 1.15.1. Vật liệu cách nhiệt bức xạ dạng màng mỏng
• 1.15.2. Vật liệu cách nhiệt bức xạ dạng bột
• 1.16. Các sản phẩm vật liệu cách nhiệt bức xạ thương mại [11], [12]
• 1.16.1. Sơn phản nhiệt
• 1.16.2. Vật liệu cách nhiệt phủ (roofing)
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Hóa chất – Thiết bị và dụng cụ
• 2.3.1. Dụng cụ và thiết bị:
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp tạo mẫu
• 2.4.2. Phương pháp phân tích
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
• 3.1. Khảo sát độ hấp thu nhiệt của các mẫu bột màu trong môi trường phân tán khi không thêm chất hoạt động bề mặt
• 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt Akopal đến độ hấp thu nhiệt của các mẫu bột màu trong môi trường phân tán
• 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất hoạt động bề mặt Akopal đến độ hấp thu nhiệt của các mẫu bột màu trong môi trường phân tán
• 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt khác nhau đến độ hấp thu nhiệt của môi trường phân tán khi không có mặt bột màu
• 3.5. Khảo sát ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt khác nhau đến độ hấp thu nhiệt của môi trường phân tán khi có mặt bột màu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• PHỤ LỤC 2: Công thức hóa học của các chất hoạt động bề mặt khảo sát
• PHỤ LỤC 3: Ảnh chụp kính hiển vi quang học

Tóm tắt

I. Khám phá Chất hoạt động bề mặt Cách nhiệt bức xạ bột màu

Vật liệu cách nhiệt bức xạ là một giải pháp công nghệ tiên tiến nhằm giảm sự truyền nhiệt từ bức xạ mặt trời. Cốt lõi của công nghệ này nằm ở khả năng phản xạ và phát xạ năng lượng, đặc biệt là trong phổ hồng ngoại. Các loại sơn phản xạ nhiệt và lớp phủ chống nóng hoạt động dựa trên nguyên tắc này. Chúng chứa các bột màu vô cơ đặc biệt có khả năng phản xạ phần lớn năng lượng mặt trời, giữ cho bề mặt mát hơn. Tuy nhiên, hiệu quả của các bột màu này phụ thuộc rất nhiều vào mức độ phân tán của chúng trong chất nền sơn. Đây là lúc chất hoạt động bề mặt (HĐBM) phát huy vai trò. Chất hoạt động bề mặt là các hóa chất ngành sơn thiết yếu, hoạt động như những cầu nối phân tử, giúp các hạt bột màu phân tán đồng đều và ổn định trong môi trường lỏng. Việc hiểu rõ mối tương quan giữa chất hoạt động bề mặt và cách nhiệt bức xạ bột màu là chìa khóa để phát triển các sản phẩm chống nóng hiệu suất cao, góp phần tiết kiệm năng lượng và tăng tuổi thọ công trình.

1.1. Hiểu đúng về cơ chế cách nhiệt bức xạ của lớp phủ

Truyền nhiệt bức xạ là quá trình năng lượng được truyền đi dưới dạng sóng điện từ. Bức xạ mặt trời bao gồm tia tử ngoại (UV), ánh sáng khả kiến và tia hồng ngoại (IR), trong đó tia hồng ngoại chiếm hơn 50% tổng năng lượng nhiệt. Cơ chế cách nhiệt bức xạ của một lớp phủ không phải là ngăn chặn sự dẫn nhiệt, mà là phản xạ lại phần lớn năng lượng bức xạ này trước khi nó bị hấp thụ và chuyển hóa thành nhiệt. Một vật liệu hiệu quả phải có hệ số phản xạ năng lượng mặt trời (TSR) cao và độ phát xạ nhiệt cao. TSR cao đảm bảo phần lớn năng lượng mặt trời bị đẩy ngược vào không gian. Độ phát xạ nhiệt cao giúp bề mặt giải phóng nhanh chóng lượng nhiệt đã hấp thụ. Sự kết hợp hai yếu tố này được thể hiện qua chỉ số phản xạ mặt trời (SRI), một thước đo toàn diện về hiệu suất của công nghệ cool roof.

1.2. Vai trò của chất thấm ướt bề mặt trong công thức sơn

Trong sản xuất sơn, các hạt bột màu vô cơ như Titan Dioxide (TiO2) có xu hướng tự nhiên kết tụ lại với nhau do lực hút bề mặt. Chất hoạt động bề mặt, hay còn gọi là chất thấm ướt bề mặt hoặc chất phân tán pigment, được thêm vào để giải quyết vấn đề này. Phân tử của chúng có hai đầu: một đầu ưa nước (phân cực) và một đầu kỵ nước (không phân cực). Đầu phân cực sẽ bám vào bề mặt các hạt bột màu, trong khi đầu không phân cực hướng ra môi trường dung môi. Điều này tạo ra một lớp vỏ bao bọc, ngăn các hạt dính vào nhau và giúp chúng phân tán đồng đều. Một hệ huyền phù ổn định đảm bảo màng sơn sau khi khô có màu sắc đồng nhất, độ che phủ tốt và quan trọng nhất là tối ưu hóa được các đặc tính quang học như khả năng phản xạ bức xạ.

II. Thách thức về phân tán bột màu và hiệu quả cách nhiệt giảm

Thách thức lớn nhất trong việc chế tạo sơn phản xạ nhiệt hiệu quả là đảm bảo độ phân tán bột màu đạt mức tối ưu. Khi các hạt bột màu không được phân tán tốt, chúng có xu hướng tụ hợp lại thành các cụm lớn. Hiện tượng này không chỉ ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của màng sơn mà còn làm suy giảm nghiêm trọng khả năng cách nhiệt. Các cụm bột màu lớn làm giảm diện tích bề mặt hiệu dụng có khả năng phản xạ bức xạ. Thay vì phản xạ, các cụm này có thể bẫy và hấp thụ năng lượng mặt trời, làm tăng nhiệt độ bề mặt. Vấn đề này bắt nguồn từ sức căng bề mặt cao giữa các hạt rắn và môi trường lỏng. Nếu không có sự can thiệp của các phụ gia cho sơn cách nhiệt, hệ huyền phù sẽ không bền, dẫn đến lắng cặn và hiệu suất không đồng đều. Nghiên cứu của Đỗ Quang Thắng (2005) đã chỉ ra qua ảnh chụp kính hiển vi quang học rằng, khi không có chất HĐBM, các hạt bột màu phân tán không đều và có hiện tượng tụ hợp rõ rệt.

2.1. Vấn đề sức căng bề mặt và hiện tượng tụ hợp hạt

Các hạt bột màu vô cơ rắn có năng lượng bề mặt tự do cao. Trong môi trường lỏng của sơn, chúng có xu hướng giảm năng lượng này bằng cách kết tụ lại với nhau, giảm thiểu diện tích tiếp xúc với chất lỏng. Sức căng bề mặt cao tại giao diện rắn-lỏng là rào cản chính cho quá trình thấm ướt. Nếu chất lỏng không thể "làm ướt" hoàn toàn bề mặt hạt, không khí sẽ bị giữ lại, tạo thành các túi khí ngăn cản sự phân tán. Hiện tượng tụ hợp (agglomeration) làm cho các hạt hoạt động như những thực thể lớn hơn, làm giảm hiệu quả phản xạ ánh sáng và tăng khả năng hấp thụ nhiệt, đi ngược lại mục tiêu của lớp phủ chống nóng.

2.2. Ảnh hưởng tiêu cực đến chỉ số phản xạ mặt trời SRI

Hiệu quả của một công nghệ cool roof được đo bằng chỉ số phản xạ mặt trời (SRI). Chỉ số này phụ thuộc vào hai yếu tố: hệ số phản xạ năng lượng mặt trời (TSR) và độ phát xạ nhiệt. Khi các hạt bột màu tụ hợp, ánh sáng tới sẽ bị tán xạ và hấp thụ bên trong các cụm hạt thay vì được phản xạ ra ngoài. Điều này trực tiếp làm giảm giá trị TSR. Một lớp sơn có độ phân tán bột màu kém sẽ có bề mặt không đồng nhất, dẫn đến nhiệt độ bề mặt cao hơn đáng kể so với lớp sơn được phân tán tốt, ngay cả khi chúng sử dụng cùng một loại bột màu phản xạ hồng ngoại (IR). Do đó, việc không kiểm soát được sự phân tán là nguyên nhân chính làm giảm chỉ số SRI và hiệu quả cách nhiệt tổng thể.

III. Phương pháp dùng chất HĐBM tối ưu hóa độ phân tán bột màu

Giải pháp hiệu quả cho vấn đề tụ hợp hạt là sử dụng chất hoạt động bề mặt như một chất ổn định huyền phù. Các chất này hoạt động bằng cách giảm sức căng bề mặt giữa các hạt bột màu và môi trường phân tán. Phân tử HĐBM hấp phụ lên bề mặt các hạt, tạo ra một rào cản vật lý hoặc tĩnh điện, đẩy các hạt ra xa nhau và ngăn chúng kết tụ. Luận văn của Đỗ Quang Thắng (2005) đã tiến hành khảo sát sâu rộng ảnh hưởng của chất HĐBM Akopal. Kết quả cho thấy việc thêm một lượng nhỏ (0,2%) chất này vào công thức sơn đã cải thiện đáng kể khả năng cách nhiệt. Cụ thể, nhiệt độ đo được ở mặt sau của các tấm mẫu phủ sơn giảm từ 2 đến 6°C so với mẫu không có HĐBM. Điều này chứng tỏ độ phân tán bột màu đồng đều hơn đã tối đa hóa khả năng phản xạ bức xạ của từng hạt, biến chúng thành những tấm gương vi mô hiệu quả.

3.1. Cơ chế hoạt động của chất phân tán pigment trong sơn

Một chất phân tán pigment hiệu quả hoạt động qua ba giai đoạn. Đầu tiên là thấm ướt, nơi chất HĐBM thay thế không khí bị mắc kẹt trên bề mặt hạt bột màu. Giai đoạn thứ hai là phân tán cơ học (thường là nghiền), phá vỡ các cụm hạt thành các hạt riêng lẻ. Giai đoạn cuối cùng và quan trọng nhất là ổn định. Tại đây, các phân tử HĐBM đã hấp phụ trên bề mặt hạt sẽ tạo ra lực đẩy tĩnh điện hoặc hiệu ứng không gian (steric hindrance) để ngăn các hạt tái kết tụ. Cơ chế này đảm bảo hệ huyền phù duy trì trạng thái phân tán đồng nhất trong suốt quá trình bảo quản và thi công, tạo ra một lớp phủ chống nóng bền vững và hiệu quả.

3.2. Akopal Một phụ gia cho sơn cách nhiệt hiệu quả

Trong nghiên cứu được đề cập, Akopal được sử dụng như một chất hoạt động bề mặt không ion. Các chất HĐBM không ion thường được ưa chuộng trong nhiều hệ sơn vì chúng ít nhạy cảm với sự thay đổi pH và sự hiện diện của các ion khác. Akopal giúp các hạt bột màu vô cơ (vốn có tính phân cực) phân tán tốt hơn trong môi trường dung môi (thường ít phân cực hơn). Bằng cách tạo ra một lớp vỏ solvat hóa bền vững xung quanh mỗi hạt, nó giúp hệ huyền phù trở nên bền vững. Việc lựa chọn đúng loại và hàm lượng phụ gia cho sơn cách nhiệt là một bước quan trọng trong việc thiết kế công thức, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cuối cùng của sản phẩm sơn phản xạ nhiệt.

IV. Hướng dẫn chọn bột màu phản xạ hồng ngoại IR hiệu quả

Việc lựa chọn loại bột màu vô cơ phù hợp là yếu tố quyết định đến hiệu quả của sơn phản xạ nhiệt. Không phải tất cả các bột màu trắng đều có khả năng phản xạ tia hồng ngoại như nhau. Titan Dioxide (TiO2), đặc biệt là ở dạng Rutil, được xem là tiêu chuẩn vàng nhờ khả năng phản xạ mạnh mẽ trên toàn bộ phổ năng lượng mặt trời. Bên cạnh đó, các bột màu phản xạ hồng ngoại (IR) phức hợp (CICP) cũng là một lựa chọn tuyệt vời, cho phép tạo ra các lớp phủ có màu sắc đa dạng mà vẫn duy trì khả năng chống nóng. Nghiên cứu của Đỗ Quang Thắng đã khảo sát nhiều loại bột màu khác nhau như Al, Cu, TiO2, ZnO, Cr2O3, và Fe2O3. Kết quả cho thấy TiO2 và bột nhôm (Al) thể hiện khả năng cách nhiệt tốt nhất trong môi trường vecni. Tuy nhiên, hiệu quả của mỗi loại bột màu còn phụ thuộc vào môi trường phân tán và sự có mặt của chất hoạt động bề mặt.

4.1. Vai trò của Titan Dioxide TiO2 trong lớp phủ chống nóng

Titan Dioxide (TiO2) là loại bột màu trắng được sử dụng phổ biến nhất trong ngành sơn. Nó có chỉ số khúc xạ rất cao, giúp tán xạ ánh sáng hiệu quả, mang lại độ che phủ và độ trắng tuyệt vời. Quan trọng hơn, TiO2 phản xạ mạnh cả trong vùng ánh sáng khả kiến và vùng cận hồng ngoại của phổ mặt trời. Điều này làm cho nó trở thành một thành phần không thể thiếu trong các công thức sơn phản xạ nhiệt và công nghệ cool roof. Dạng tinh thể Rutil của TiO2 ổn định hơn và có khả năng phản xạ bức xạ tốt hơn dạng Anatas. Việc đảm bảo độ phân tán bột màu TiO2 ở mức tối ưu là cực kỳ quan trọng để khai thác hết tiềm năng này.

4.2. So sánh các bột màu vô cơ khác và bột kim loại

Ngoài TiO2, các bột màu vô cơ khác cũng được nghiên cứu. ZnO cũng có khả năng phản xạ tốt nhưng kém hơn TiO2. Các bột màu có màu như Cr2O3 (lục) và Fe2O3 (đỏ) thường hấp thụ nhiều năng lượng hơn trong vùng khả kiến, do đó nhiệt độ bề mặt cao hơn. Bột kim loại như nhôm (Al) lại có một cơ chế khác. Chúng hoạt động như những tấm gương nhỏ, phản xạ trực tiếp bức xạ mặt trời. Trong thí nghiệm, bột Al cho thấy hiệu quả cách nhiệt rất tốt. Tuy nhiên, việc sử dụng bột kim loại cần cân nhắc về tính ổn định hóa học và thẩm mỹ. Mỗi loại bột màu có ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể về màu sắc, chi phí và hiệu suất của lớp phủ chống nóng.

V. Kết luận Tương lai của sơn cách nhiệt và công nghệ cool roof

Nghiên cứu về ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến tính chất cách nhiệt bức xạ của bột màu đã khẳng định một cách rõ ràng: sự phân tán đồng đều của các hạt bột màu là yếu tố then chốt để tối đa hóa hiệu suất của sơn phản xạ nhiệt. Việc sử dụng các phụ gia cho sơn cách nhiệt như chất HĐBM không chỉ là một giải pháp kỹ thuật mà còn là một chiến lược quan trọng để nâng cao chất lượng sản phẩm. Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể về khả năng phản xạ nhiệt khi có mặt chất HĐBM. Tương lai của công nghệ cool roof và các lớp phủ chống nóng sẽ phụ thuộc vào việc phát triển các vật liệu tiên tiến hơn, bao gồm các loại bột màu phản xạ hồng ngoại (IR) thế hệ mới và các loại chất nhũ hóa thông minh hơn. Những tiến bộ này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng làm mát mà còn góp phần giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, mang lại lợi ích bền vững cho môi trường.

5.1. Tầm quan trọng của chất nhũ hóa trong vật liệu tương lai

Chất nhũ hóa và chất phân tán đóng vai trò ngày càng quan trọng. Chúng không chỉ giúp ổn định hệ sơn mà còn có thể được thiết kế để mang lại các chức năng bổ sung, như tăng cường độ bám dính, chống rêu mốc, hoặc cải thiện khả năng tự làm sạch của bề mặt. Trong tương lai, các hóa chất ngành sơn sẽ tập trung vào việc tạo ra các chất HĐBM "thông minh" có khả năng tự sắp xếp tối ưu các hạt bột màu trong quá trình màng sơn khô, tạo ra cấu trúc bề mặt lý tưởng cho việc phản xạ năng lượng.

5.2. Hướng nghiên cứu tối ưu độ phát xạ nhiệt của vật liệu

Trong khi việc tối ưu hệ số phản xạ năng lượng mặt trời (TSR) đã được chú trọng, các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung hơn vào việc nâng cao độ phát xạ nhiệt. Một vật liệu lý tưởng cần có khả năng "thở", tức là giải phóng nhiệt hiệu quả vào ban đêm. Việc kết hợp các loại bột màu có độ phản xạ cao với các chất độn chức năng có độ phát xạ cao sẽ là một hướng đi đầy hứa hẹn. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra các vật liệu không chỉ "mát" dưới ánh nắng mặt trời mà còn có thể làm mát thụ động, góp phần tạo ra một thế hệ vật liệu xây dựng bền vững và tiết kiệm năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC TÖÏ NHIEÂN ÑOÃ QUANG THAÉNG NGHIEÂN CÖÙU AÛNH HÖÔÛNG CUÛA CHAÁT HOAÏT ÑOÄNG BEÀ MAËT ÑEÁN TÍNH CHAÁT CAÙCH NHIEÄT BÖÙC XAÏ CUÛA BOÄT MAØU VOÂ CÔ TRONG VAÄT LIEÄU CAÙCH NHIEÄT PHUÛ CHUYEÂN NGAØNH: HOÙA VOÂ CÔ MAÕ SOÁ: 1 04 01 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ HOÙA HOÏC NGÖÔØI HÖÔÙNG DAÃN KHOA HOÏC: 1. Tieán só Huyønh Thò Kieàu Xuaân 2. Thaïc só Nguyeãn Höõu Khaùnh Höng THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH  2005 Lôøi caûm ôn Em xin chaân thaønh caûm ôn: Coâ HUYØNH THÒ KIEÀU XUAÂN Thaày NGUYEÃN HÖÕU KHAÙNH HÖNG ñaõ taän tình höôùng daãn em hoaøn thaønh luaän vaên naøy. Caùc thaày coâ trong Boä moân Hoùa Voâ cô ñaõ truyeàn ñaït kieán thöùc vaø kinh nghieäm quyù baùu cho em trong suoát quaù trình hoïc.

Muïc luïc i MUÏC LUÏC MUÏC LUÏC. 1 Chöông 1 TOÅNG QUAN .1 Caùc quaù trình truyeàn nhieät trong töï nhieân [1], [7] .1 Truyeàn nhieät theo cô cheá daãn nhieät .2 Truyeàn nhieät theo cô cheá ñoái löu .3 Truyeàn nhieät theo cô cheá böùc xaï .2 Baûn chaát cuûa böùc xaï [2] .4 Böùc xaï nhieät [8], [3] .1 Khaùi nieäm veà böùc xaï nhieät .2 Caùc ñaëc ñieåm cuûa böùc xaï nhieät .3 Doøn g böùc xaï Q .4 Naêng suaát böùc xaï E .5 Cöôøng ñoä böùc xaï I .6 Heä soá haáp thu, heä soá phaûn xaï vaø heä soá truyeàn qua. 10 Ñoã Quang Thaéng Muïc luïc ii 1.8 Ñoä ñen  cuûa vaät .5 Tính chaát quang hoïc cuûa vaät chaát.4 Söï phaùt xaï cuûa caùc chaát.6 Naêng löôïng böùc xaï maët trôøi .1 Thaønh phaàn cuûa sôn.2 Caùc chæ tieâu ñaùnh giaù chaát löôïng maøng sôn .1 Khaùi nieäm boät maøu.2 Moät soá tính chaát chính cuûa boät maøu .3 AÛnh höôûng cuûa hình daïng vaø kích thöôùc haït cuûa boät maøu ñeán tính chaát cuûa maøng sôn .4 Thaønh phaàn vaø tính chaát cuûa boät maøu .9 Chaát hoaït ñoäng beà maët [5], [6] .10 Vaät lieäu caùch nhieät böùc xaï [8], [10] .1 Vaät lieäu caùch nhieät böùc xaï daïng maøng moûng .2 Vaät lieäu caùch nhieät böùc xaï daïng boät .11 Caùc saûn phaåm vaät lieäu caùch nhieät böùc xaï thöông maïi [11], [12] .3 Sôn phaûn nhieät .4 Vaät lieäu caùch nhieät phuû (roofing). 28 Chöông 2 THÖÏC NGHIEÄM .1 Muïc tieâu nghieân cöùu .2 Noäi dung nghieân cöùu .3 Hoùa chaát – Thieát bò vaø duïng cuï.

31 Ñoã Quang Thaéng Muïc luïc iii 2.2 Duïn g cuï vaø thieát bò: .4 Phöông phaùp nghieân cöùu .1 Phöông phaùp taïo maãu .2 Phöông phaùp phaân tích .3 Phöông phaùp phaân tích. 36 Chöông 3 KEÁT QUAÛ vaø BIEÄN LUAÄN .1 Khaûo saùt ñoä haáp thu nhieät cuûa caùc maãu boät maøu trong moâi tröôøng phaân taùn khi khoâng theâm chaát hoaït ñoäng beà maët .2 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa chaát hoaït ñoäng beà maët Akopal ñeán ñoä haáp thu nhieät cuûa caùc maãu boät maøu trong moâi tröôøng phaân taùn.3 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa haøm löôïng chaát hoaït ñoäng beà maët Akopal ñeán ñoä haáp thu nhieät cuûa caùc maãu boät maøu trong moâi tröôøng phaân taùn .4 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa caùc chaát hoaït ñoäng beà maët khaùc nhau ñeán ñoä haáp thu nhieät cuûa moâi tröôøng phaân taùn khi khoâng coù maët boät maøu.5 Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa caùc chaát hoaït ñoäng beà maët khaùc nhau ñeán ñoä haáp thu nhieät cuûa moâi tröôøng phaân taùn khi coù maët boät maøu. 50 Chöông 4 KEÁT LUAÄN. 53 HÖÔÙNG NGHIEÂN CÖÙU TIEÁP THEO.

54 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO. 58 Phuï luïc 1 AÛn h chuïp kính hieån vi ñieän töû queùt (SEM). 58 Phuï luïc 2 Coâng thöùc hoùa hoïc cuûa caùc chaát hoaït ñoäng beà maët khaûo saùt. 59 Phuï luïc 3 AÛnh chuïp kính hieån vi quang hoïc 60 Ñoã Quang Thaéng Môû ñaàu 1 MÔÛ ÑAÀU Böùc xaï maët trôøi laø moät daïng böùc xaï nhieät vaø laø nguoàn naêng löôïng nuoâi soáng traùi ñaát nhöng cuõng ñaõ gaây ra moät soá taùc haïi ñoái vôùi con ngöôøi, laøm cho nhaø cöûa vaø moâi tröôøng xung quanh noùng daàn leân, laøm taêng toác ñoä phaù huûy caùc coâng trình,… Ñaây laø vaán ñeà ñöôïc caùc nhaø khoa hoïc heát söùc quan taâm, vaø trong nhöõng thaäp nieân gaàn ñaây, moät maët, hoï ñaõ tìm caùch taän duïng söùc noùng cuûa böùc xaï maët trôøi ñeå taïo ra nhöõng nguoàn naêng löôïng môùi thay theá nhöõng nguoàn naêng löôïng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng vaø coù nguy cô caïn kieät.

Moät maët khaùc laø hoï ñaõ khoâng ngöøng tìm toøi, nghieân cöùu, cheá taïo ra nhöõng vaät lieäu caùch nhieät böùc xaï coù khaû naêng phaûn xaï vaø phaùt xaï naêng löôïng böùc xaï maët trôøi trôû laïi vaøo baàu trôøi nhaèm tieát kieäm naêng löôïng, taêng tuoåi thoï cuõng nhö giaûm khoái löôïng cuûa coâng trình, vaø giaûm thieåu söï oâ nhieãm khoâng khí. So vôùi vaät lieäu caùch nhieät truyeàn thoáng, vaät lieäu caùch nhieät böùc xaï laø moät cuoäc caùch maïng veà khoa hoïc vaø coâng ngheä, mang laïi raát nhieàu lôïi ích. Tuy nhieân giaù Ñoã Quang Thaéng Môû ñaàu 2 thaønh cuûa caùc saûn phaåm naøy vaãn coøn ñaét vaø ñoøi hoûi coâng ngheä cao trong quaù trình cheá taïo. Hieän nay vaät lieäu caùch nhieät böùc xaï ñaõ coù maët taïi Vieät Nam nhöng haàu heát ñeàu phaûi nhaäp töø nöôùc ngoaøi.

Nöôùc ta naèm trong khu vöïc gaàn xích ñaïo coù toång löôïng böùc xaï trung bình haøng naêm vaøo loaïi cao treân theá giôùi neân aùnh saùng maët trôøi khaù gay gaét quanh naêm. Do ñoù, vieäc tìm ra caùc phöông phaùp ñeå cheá taïo caùc vaät lieäu caùch nhieät böùc xaï khaùc nhau vôùi giaù thaønh phuø hôïp ñang laø nhöõng vaán ñeà thieát yeáu vaø caáp baùch. Trong luân văn naøy, chuùng toâi tieán haønh khaûo saùt ban ñaàu khaû naêng caùch nhieät böùc xaï hoàng ngoaïi cuûa caùc boät maøu oxid kim loaïi, kim loaïi vaø muoái ñöôïc phaân taùn trong moâi tröôøng sôn vaø verni cuøng vôùi chaát hoaït ñoäng beà maët. Ñoã Quang Thaéng 3 Chöông 1 TOÅNG QUAN 1.1 Caùc quaù trình truyeàn nhieät trong töï nhieân [1], [7] Quaù trình truyeàn nhieät chæ xaûy ra theo moät chieàu trong ñoù nhieät ñöôïc truyeàn töø vaät coù nhieät ñoä cao ñeán vaät coù nhieät ñoä thaáp.

Söï truyeàn nhieät naøy ñöôïc thöïc hieän theo ba caùch laø daãn nhieät, ñoái löu vaø böùc xaï nhieät.1 Truyeàn nhieät theo cô cheá daãn nhieät Daãn nhieät laø söï truyeàn nhieät naêng giöõa caùc nguyeân töû hay phaân töû cuûa moät vaät hoaëc giöõa caùc vaät khi chuùng tieáp xuùc vôùi nhau. Ñoã Quang Thaéng 4 Trong chaát loûng vaø chaát khí, naêng löôïng ñöôïc truyeàn bôûi va chaïm, nghóa laø caùc phaân töû coù nhieät ñoä cao hôn chuyeån ñoäng nhanh hôn va chaïm vôùi caùc phaân töû coù nhieät ñoä thaáp hôn chuyeån ñoäng chaäm hôn cho ñeán khi caân baèng nhieät ñöïôc thieát laäp. Do ñoù, caùc chaát raén bao giôø cuõng daãn nhieät toát hôn laø chaát loûng vaø chaát khí.2 Truyeàn nhieät theo cô cheá ñoái löu Truyeàn nhieät theo cô cheá ñoái löu chæ xaûy ra khi moâi tröôøng truyeàn nhieät laø löu chaát (chaát loûng vaø chaát khí). Cô cheá cuûa quaù trình naøy laø caùc phaân töû coù nhieät ñoä cao vôùi ñoäng naêng lôùn taäp hôïp hôïp thaønh doøng chaûy nhieät vaø bò thay theá bôûi doøng chaûy nhieät coù ñoäng naêng nhoû hôn.3 Truyeàn nhieät theo cô cheá böùc xaï Truyeàn nhieät böùc xaï laø hieän töôïng moät vaät noùng leân khi nhaän ñöôïc naêng löôïng cuûa böùc xaï nhieät.

Trong caùc daïng truyeàn nhieät thì truyeàn nhieät theo cô cheá böùc xaï khoâng caàn moâi tröôøng truyeàn nhieät. Naêng luôïng truyeàn ñi thoâng qua soùng ñieän töø (photon) vaø coù theå truyeàn ñi qua khoaûng caùch lôùn. Truyeàn nhieät theo cô cheá böùc xaï lieân quan maät thieát ñeán baûn chaát vaät lyù vaø hoùa hoïc giöõa caùc vaät trao ñoåi nhieät.2 Baûn chaát cuûa böùc xaï [2] Trong quang phoå hoïc, tia khaû kieán, tia töû ngoaïi, tia hoàng ngoaïi, tia rônghen, soùng radio,… ñeàu ñöôïc chæ baèng moät thuaät ngöõ laø böùc xaï. Tia Ñoã Quang Thaéng 5 khaû kieán, tia hoàng ngoaïi, tia töû ngoaïi,… ñeàu laø caùc daïng khaùc nhau cuûa böùc xaï ñieän töø, chuùng chæ khaùc nhau veà ñoä daøi soùng (böôùc soùng).

Theo thuyeát haït, böùc xaï goàm caùc “haït naêng löôïng” goïi laø photon chuyeån ñoäng vôùi vaän toác aùnh saùng. Caùc daïng böùc xaï khaùc nhau thì khaùc nhau veà naêng löôïng h cuûa caùc haït photon. Naêng löôïng cuûa böùc xaï khoâng phaûi laø lieân tuïc maø goàm caùc löôïng töû naêng löôïng nhoû beù tæ leä vôùi taàn soá  cuûa dao ñoäng ñieän töø vaø ñöôïc tính baèng heä thöùc Planck: E = h = (hc)/ trong ñoù: h haèng soá Planck, h = 6,626×10-34 Js c vaän toác aùnh saùng, c = 3×108 m/s Böùc xaï chæ goàm moät loaïi photon coù naêng löôïng nhö nhau ñöôïc goïi laø böùc xaï ñôn saéc, böùc xaï goàm nhieàu loaïi photon coù naêng löôïng khaùc nhau ñöôïc goïi laø böùc xaï ña saéc. Trong kyõ thuaät nhieät, ngöôøi ta chæ khaûo saùt nhöõng böùc xaï coù hieäu öùng nhieät cao ôû nhieät ñoä thöôøng.

Ñoù laø caùc böùc xaï hoàng ngoaïi, khaû kieán vaø moät phaàn nhoû thuoäc vuøng töû ngoaïi coøn ñöôïc goïi laø böùc xaï nhieät. Quaù trình phaùt sinh cuõng nhö truyeàn nhöõng tia ñoù ñöôïc goïi laø quaù trình böùc xaï nhieät. Söï trao ñoåi nhieät baèng böùc xaï coù theå tieán haønh ngay caû khi giöõa caùc vaät ñoù laø chaân khoâng. Caùc vuøng böùc xaï nhieät ñöôïc chæ ra trong Hình 1.

Ñoã Quang Thaéng 6 Hình 1.1 Phoå soùng ñieän töø vaø vuøng phoå böùc xaï nhieät 1.3 Caùch nhieät Caùch nhieät veà baûn chaát laø ngöôïc laïi vôùi truyeàn nhieät cho neân ñeå caùch nhieät thì ta phaûi laøm giaûm caùc quaù trình daãn nhieät, ñoái löu vaø böùc xaï. Ñoái vôùi quaù trình böùc xaï, nhieät naêng cuûa böùc xaï ñöôïc truyeàn cho vaät lieäu baèng caùch chuyeån hoaù naêng löôïng böùc xaï thaønh naêng löôïng kích thích ñieän töû khi böùc xaï laø tia töû ngoaïi hay khaû kieán vaø nhaát laø chuyeån hoùa thaønh naêng löôïng dao ñoäng cuûa caùc tieåu phaân ñoái vôùi böùc xaï laø tia hoàng ngoaïi. Nhö vaäy, muoán caùch nhieät thì vaät ñoù phaûi haáp thu tia nhieät thaáp baèng caùch phaûn xaï hay taùn xaï aùnh saùng tôùi. Caùc kim loaïi phaûn xaï cao Ñoã Quang Thaéng 7 do caùc ñieän töû töï do cuûa chuùng ngaên caûn söï lan truyeàn cuûa soùng ñieän töø.

Chính vì theá maø nhöõng kim loaïi daãn ñieän caøng toát thì phaûn xaï caøng cao. Tính chaát caùch nhieät cuûa vaät lieäu phuï thuoäc vaøo beà maët vaø söï khoâng hoaøn haûo cuûa khoái vaät lieäu. Neáu moät vaät coù beà maët laùng, vi caáu truùc chaët cheõ, ñoàng nhaát thì söï taùn xaï thaáp. Söï taùn xaï coøn tuøy thuoäc vaøo chieát suaát cuûa chaát ñoù do chieát suaát baét nguoàn töø vi caáu truùc xoáp, caùc khuyeát taät loã hoång, buïi baån,.

vaø chieát suaát coøn lieân quan ñeán maät ñoä maøng. Chieát suaát raát lôùn cuûa kim cöông giaûi thích söï saùn g choùi cuûa noù do aùnh saùng bò giam trong kim cöông do hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn. Coøn ñoái vôùi thuûy tinh pha leâ laø do aùnh saùng bò phaân taùn maïnh ôû trong vaät lieäu pha leâ.