Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Tro Bay Đến Tính Chất Của Lớp Sơn Styrene Acrylic

• Tác giả: Đỗ Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Thị Hương Thủy
• Trường học: Trường Đại Học Hồng Đức
• Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Tro Bay Đến Tính Chất Lớp Sơn Styrene Acrylic
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thanh Hóa

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Giả thuyết khoa học. Nhiệm vụ nghiên cứu. Tình hình sản xuất, tiêu thụ tro bay
• 1.3.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ tro bay trên thế giới
• 1.3.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ tro bay tại Việt Nam
• 1.3.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ tro bay tại Thanh Hoá
• 1.4. Thành phần, đặc điểm của tro bay
• 1.5. Ứng dụng của tro bay
• 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu, hóa chất
• 2.2. Quy trình lý bề mặt tro bay
• 2.3. Chế tạo lớp phủ trên cơ sở nhựa styrene acrylic và hạt tro bay
• 2.3.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.3.2. Phương pháp tạo mẫu
• 2.3.3. Các bước tạo mẫu
• 2.3.4. Thiết bị nghiên cứu và các phương pháp phân tích
• 2.4. Kỹ thuật phân tán các hạt tro bay trong hệ chất tạo màng
• 2.4.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (FESEM). Phân tích phổ hồng ngoại. Xác định độ bền mài mòn cát rơi
• 2.4.2. Xác định độ bền kiềm
• 2.4.3. Xác định độ bền rửa trôi
• 2.4.4. Xác định độ thấm nước của màng sơn
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phân tích hình thái và đặc trưng của hạt tro bay
• 3.1.1. Hình thái hạt tro bay
• 3.1.2. Phổ hồng ngoại của tro bay. Cấu trúc và tính chất cơ lý của lớp sơn styrene acrylic nhũ tương khi thay đổi hàm lượng tro bay
• 3.1.3. Đặc trưng cấu trúc hóa học của các lớp phủ. Hình thái học của lớp phủ
• 3.1.4. Tính chất cơ lý của lớp phủ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Về Ảnh Hưởng Của Tro Bay Trong Sơn

Nghiên cứu về ảnh hưởng của tro bay đến tính chất lớp sơn styrene acrylic đang ngày càng thu hút sự quan tâm. Vật liệu composite nền polymer, đặc biệt là trong lĩnh vực sơn phủ, đang dần thay thế các vật liệu truyền thống. Việc sử dụng tro bay như một chất độn, chất gia cường trong nền nhựa styrene acrylic hứa hẹn mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. Tro bay, một sản phẩm phụ từ các nhà máy nhiệt điện, có thành phần chính là các oxit như SiO2, Al2O3, Fe2O3, và CaO. Với hình dạng tròn đều và kích thước hạt nhỏ, tro bay có tiềm năng cải thiện đáng kể độ bền lớp sơn và các tính chất lớp sơn. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của tro bay đến tính chất lớp sơn styrene acrylic, từ đó mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng tro bay trong sơn và giảm thiểu tác động môi trường.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Tro Bay Và Ứng Dụng Trong Xây Dựng

Tro bay là một sản phẩm phụ từ quá trình đốt than tại các nhà máy nhiệt điện. Thành phần chính của tro bay bao gồm các oxit như SiO2, Al2O3, Fe2O3, và CaO. Nhờ vào kích thước hạt nhỏ và hình dạng tròn đều, tro bay được ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, đặc biệt là trong sản xuất xi măng và bê tông. Việc sử dụng tro bay không chỉ giúp cải thiện tính chất lớp sơn của vật liệu xây dựng mà còn góp phần giảm thiểu lượng chất thải công nghiệp, hướng tới sự bền vững và môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc khám phá tiềm năng của tro bay trong việc cải thiện tính chất lớp sơn styrene acrylic.

1.2. Tổng Quan Về Lớp Sơn Styrene Acrylic Và Tính Ứng Dụng

Lớp sơn styrene acrylic là một loại sơn phủ phổ biến trong xây dựng và công nghiệp. Nhựa acrylic, thành phần chính của sơn, có khả năng tạo màng với độ bóng cao, độ bền thời tiết tốt và khả năng chống chịu thời tiết. Nhựa styrene acrylic thường được sử dụng làm sơn lót kháng kiềm và sơn phủ nội thất nhờ vào khả năng kháng nước, kháng kiềm và độ bền chà rửa tốt. Việc kết hợp tro bay vào lớp sơn styrene acrylic có thể cải thiện thêm các tính chất lớp sơn, đặc biệt là khả năng chống thấm nước và độ bền cơ học. Nghiên cứu này sẽ đánh giá chi tiết ảnh hưởng của tro bay đến các tính chất lớp sơn này.

II. Vấn Đề Ảnh Hưởng Của Tro Bay Đến Chất Lượng Sơn

Mặc dù tro bay có nhiều tiềm năng, việc sử dụng nó trong lớp sơn styrene acrylic cũng đặt ra một số thách thức. Một trong những vấn đề chính là đảm bảo sự phân tán đồng đều của hạt tro bay trong hệ chất tạo màng. Sự phân tán không đều có thể dẫn đến sự suy giảm độ bền lớp sơn và các tính chất lớp sơn khác. Ngoài ra, thành phần tro bay có thể thay đổi tùy thuộc vào nguồn gốc và quy trình đốt than, điều này có thể ảnh hưởng đến tính chất lớp sơn cuối cùng. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc giải quyết những thách thức này và tìm ra phương pháp tối ưu để ứng dụng tro bay trong sơn một cách hiệu quả.

2.1. Thách Thức Về Độ Phân Tán Của Tro Bay Trong Màng Sơn

Một trong những thách thức lớn nhất khi sử dụng tro bay trong lớp sơn styrene acrylic là đảm bảo độ phân tán đồng đều của các hạt tro bay. Các hạt tro bay có xu hướng kết tụ lại với nhau, gây khó khăn cho việc phân tán chúng một cách đồng đều trong hệ chất tạo màng. Sự kết tụ này có thể dẫn đến sự xuất hiện của các khuyết tật trong kết cấu lớp sơn, làm giảm độ bền lớp sơn và các tính chất lớp sơn khác. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc tìm ra các phương pháp hiệu quả để cải thiện độ phân tán của tro bay trong màng sơn.

2.2. Ảnh Hưởng Của Thành Phần Tro Bay Đến Tính Chất Lớp Sơn

Thành phần tro bay có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào nguồn gốc than và quy trình đốt. Sự thay đổi này có thể ảnh hưởng đến tính chất lớp sơn cuối cùng, bao gồm độ bám dính lớp sơn, độ cứng lớp sơn, và khả năng kháng hóa chất. Ví dụ, tro bay có hàm lượng CaO cao có thể gây ra các phản ứng không mong muốn trong màng sơn, làm giảm độ bền lớp sơn. Nghiên cứu này sẽ đánh giá ảnh hưởng của thành phần tro bay đến tính chất lớp sơn và đề xuất các biện pháp kiểm soát chất lượng tro bay để đảm bảo tính chất lớp sơn ổn định.

III. Phương Pháp Xử Lý Tro Bay Để Cải Thiện Tính Chất Sơn

Để giải quyết các thách thức trên, nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng các phương pháp xử lý tro bay trước khi đưa vào lớp sơn styrene acrylic. Các phương pháp này bao gồm nghiền mịn hạt tro bay để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, xử lý bề mặt tro bay bằng hóa chất để cải thiện khả năng tương thích với nhựa acrylic, và sử dụng các chất phân tán để ngăn chặn sự kết tụ của hạt tro bay. Mục tiêu là tạo ra một hỗn hợp tro bay và nhựa acrylic có độ phân tán tốt, độ bám dính cao và tính chất lớp sơn vượt trội.

3.1. Nghiền Mịn Hạt Tro Bay Tăng Diện Tích Bề Mặt Tiếp Xúc

Nghiền mịn hạt tro bay là một phương pháp quan trọng để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa tro bay và nhựa acrylic. Khi kích thước hạt tro bay giảm, diện tích bề mặt tăng lên, giúp cải thiện độ bám dính lớp sơn và khả năng tương tác giữa tro bay và nhựa. Quá trình nghiền mịn có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm nghiền bi, nghiền rung và nghiền siêu âm. Nghiên cứu này sẽ đánh giá hiệu quả của các phương pháp nghiền khác nhau đối với tính chất lớp sơn.

3.2. Xử Lý Bề Mặt Tro Bay Cải Thiện Khả Năng Tương Thích

Xử lý bề mặt tro bay bằng hóa chất có thể cải thiện đáng kể khả năng tương thích giữa tro bay và nhựa acrylic. Các hóa chất được sử dụng có thể tạo ra các liên kết hóa học giữa tro bay và nhựa, tăng cường độ bám dính lớp sơn và cải thiện độ bền lớp sơn. Một số hóa chất phổ biến được sử dụng để xử lý bề mặt tro bay bao gồm silane coupling agents và các chất hoạt động bề mặt. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc lựa chọn và tối ưu hóa quy trình xử lý bề mặt tro bay để đạt được tính chất lớp sơn tốt nhất.

IV. Ứng Dụng Tro Bay Đánh Giá Tính Chất Lớp Sơn Styrene

Nghiên cứu này tiến hành đánh giá chi tiết tính chất lớp sơn styrene acrylic sau khi bổ sung tro bay đã qua xử lý. Các tính chất lớp sơn được đánh giá bao gồm độ bám dính lớp sơn, độ cứng lớp sơn, độ bền mài mòn lớp sơn, khả năng chống thấm nước, và khả năng kháng hóa chất. Các phương pháp phân tích hiện đại như kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hồng ngoại (FTIR), và các tiêu chuẩn thử nghiệm quốc tế (ASTM) được sử dụng để đảm bảo tính chính xác và tin cậy của kết quả.

4.1. Đánh Giá Độ Bám Dính Và Độ Cứng Của Lớp Sơn

Độ bám dính lớp sơn và độ cứng lớp sơn là hai tính chất lớp sơn quan trọng ảnh hưởng đến độ bền lớp sơn và khả năng bảo vệ bề mặt. Độ bám dính lớp sơn được đánh giá bằng các phương pháp như cross-cut test và pull-off test, trong khi độ cứng lớp sơn được đánh giá bằng các phương pháp như pencil hardness test và indentation test. Nghiên cứu này sẽ đánh giá ảnh hưởng của tro bay đến độ bám dính lớp sơn và độ cứng lớp sơn và tìm ra tỷ lệ tro bay tối ưu để đạt được tính chất lớp sơn tốt nhất.

4.2. Nghiên Cứu Khả Năng Chống Thấm Nước Của Màng Sơn

Khả năng chống thấm nước là một tính chất lớp sơn quan trọng, đặc biệt đối với các ứng dụng ngoài trời. Lớp sơn có khả năng chống thấm nước tốt sẽ bảo vệ bề mặt khỏi sự xâm nhập của nước, ngăn ngừa sự ăn mòn và hư hỏng. Nghiên cứu này sẽ đánh giá ảnh hưởng của tro bay đến khả năng chống thấm nước của màng sơn bằng các phương pháp như water absorption test và contact angle measurement. Mục tiêu là tìm ra tỷ lệ tro bay tối ưu để cải thiện khả năng chống thấm nước của màng sơn.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Tối Ưu Hóa Ứng Dụng Tro Bay Trong Sơn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng tro bay đã qua xử lý có thể cải thiện đáng kể tính chất lớp sơn styrene acrylic. Độ bám dính lớp sơn, độ cứng lớp sơn, và khả năng chống thấm nước đều được cải thiện khi bổ sung tro bay với tỷ lệ phù hợp. Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều tro bay có thể dẫn đến sự suy giảm độ bền lớp sơn. Nghiên cứu này đã xác định được tỷ lệ tro bay tối ưu để đạt được tính chất lớp sơn tốt nhất, mở ra tiềm năng lớn cho việc ứng dụng tro bay trong sơn và giảm thiểu tác động môi trường.

5.1. Tỷ Lệ Tro Bay Tối Ưu Để Cải Thiện Tính Chất Lớp Sơn

Nghiên cứu đã xác định được tỷ lệ tro bay tối ưu để cải thiện tính chất lớp sơn styrene acrylic. Tỷ lệ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thành phần tro bay, phương pháp xử lý tro bay, và loại nhựa acrylic được sử dụng. Tuy nhiên, kết quả cho thấy rằng tỷ lệ tro bay trong khoảng 5-15% thường mang lại tính chất lớp sơn tốt nhất. Việc sử dụng tro bay với tỷ lệ này giúp cải thiện độ bám dính lớp sơn, độ cứng lớp sơn, và khả năng chống thấm nước mà không làm giảm độ bền lớp sơn.

5.2. So Sánh Tính Chất Lớp Sơn Có Và Không Có Tro Bay

So sánh tính chất lớp sơn có và không có tro bay cho thấy rõ những lợi ích của việc sử dụng tro bay. Lớp sơn có tro bay có độ bám dính lớp sơn cao hơn, độ cứng lớp sơn tốt hơn, và khả năng chống thấm nước vượt trội so với lớp sơn không có tro bay. Ngoài ra, lớp sơn có tro bay cũng có khả năng kháng hóa chất tốt hơn, giúp bảo vệ bề mặt khỏi sự ăn mòn và hư hỏng. Những kết quả này chứng minh rằng tro bay là một phụ gia có giá trị trong sản xuất sơn phủ.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Ứng Dụng Tro Bay Trong Ngành Sơn

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng to lớn của việc ứng dụng tro bay trong ngành sơn. Việc sử dụng tro bay không chỉ giúp cải thiện tính chất lớp sơn styrene acrylic mà còn góp phần giảm thiểu lượng chất thải công nghiệp và bảo vệ môi trường. Trong tương lai, cần có thêm nhiều nghiên cứu để khám phá các ứng dụng khác của tro bay trong lĩnh vực vật liệu xây dựng và phát triển các quy trình sản xuất sơn phủ thân thiện với môi trường.

6.1. Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Về Tro Bay Trong Tương Lai

Trong tương lai, cần có thêm nhiều nghiên cứu để khám phá các ứng dụng khác của tro bay trong lĩnh vực vật liệu xây dựng. Các nghiên cứu có thể tập trung vào việc phát triển các loại sơn phủ có khả năng tự làm sạch, sơn phủ có khả năng kháng khuẩn, và sơn phủ có khả năng cách nhiệt. Ngoài ra, cần có thêm nghiên cứu về ảnh hưởng của tro bay đến tính chất lớp sơn trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, như môi trường biển và môi trường công nghiệp.

6.2. Đề Xuất Giải Pháp Ứng Dụng Tro Bay Vào Sản Xuất Sơn

Để thúc đẩy việc ứng dụng tro bay trong sản xuất sơn, cần có sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất sơn phủ, và các cơ quan quản lý nhà nước. Các nhà nghiên cứu cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ xử lý tro bay hiệu quả và thân thiện với môi trường. Các nhà sản xuất sơn phủ cần đầu tư vào các dây chuyền sản xuất sơn phủ sử dụng tro bay. Các cơ quan quản lý nhà nước cần ban hành các chính sách khuyến khích việc sử dụng tro bay trong sản xuất vật liệu xây dựng.