Chương 1 - Tổng quan lý thuyết: Trình bày tổng quát về đối tượng nghiên cứu gồm sơn n nocomposite, vật liệu nanocacbon gồm CNTs và graphen. Tổng quan các tài liệu trong và ngoài nước liên qu n đến nghiên cứu của luận án, từ đó tìm các phương pháp biến tính phù hợp với hướng ứng dụng m đề tài chọn. - Chương 2 - Nguyên liệu v phương pháp nghiên cứu: Trình bày về nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu; Quy trình thực nghiệm của nghiên cứu, các phương pháp đặc trưng vật liệu NC và các phương pháp ác định đánh giá các tính năng đặc trưng của màng phủ nhựa. - Chương 3 - Kết quả và thảo luận: Trình bày các kết quả và thảo luận bao gồm: Đặc trưng sản phẩm CNTs biến tính bằng phương pháp o hó và GO được tổng hợp từ nguyên liệu graphit; Khảo sát ảnh hưởng củ chúng đến tính chất của màng phủ nhựa epoxy, từ đó đánh giá, so sánh các hệ màng phủ nhựa với sự phân tán củ đơn cấu trúc và của hệ kết hợp đến tính năng kỹ thuật của màng phủ nhựa epoxy trong lĩnh vực sơn chức năng; Xác định chế độ phân tán NC vào nhựa epoxy; Xác định điều kiện đóng rắn tạo màng cho hệ sơn n nocomposit trên cơ sở NC/epoxy.
- Phần kết luận chung: Tổng hợp các kết quả đạt được, các đóng góp mới của luận án, bên cạnh đó đề xuất một số kiến nghị đối với luận án. - Danh mục các b i báo đã c ng bố của tác giả liên qu n đến luận án. - Tài liệu tham khảo. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.
Tổng quan về màng phủ nhựa nano 1. Giới thiệu Vật liệu làm màng phủ nhựa thường là vật liệu ở dạng lỏng hoặc dạng bột khi được sử dụng tạo thành màng phủ bảo vệ và trang trí. Vật liệu phủ là những sản phẩm hóa học phức tạp, thuật ngữ "vật liệu phủ" bao gồm "sơn m i", "sơn" v các sản phẩm tương tự. Trong đó sơn l các loại màng phủ sử dụng chất kết dính (còn gọi là chất tạo màng) hữu cơ, được ứng dụng ở hầu hết các vật dụng, máy móc, công trình xây dựng, giao thông vận tải, từ tường nhà, tivi, tủ lạnh cho đến e hơi, tàu thủy, máy bay và được sử dụng phủ trên tất cả các bề mặt vật liệu từ kim loại cho đến phi kim [21].
Việc sử dụng sơn thực r đã uất hiện từ trước công nguyên, lúc đó người Ai Cập đã biết tr ng trí tường, hang hốc mình ở và các vật dụng trên cơ sở chất kết dính là lòng trắng trứng, sáp ong, nhựa cây trộn với bột màu thiên nhiên. Trước thế kỷ XX sơn được sản xuất từ các loại dầu thảo mộc, như dầu lanh, dầu trẩu, dầu gai, dầu dừa, dầu hướng dương, dầu ngô, dầu cao su., các loại nhựa thiên nhiên như nhựa cánh kiến, nhựa thông, bitum., các loại bột m u như c o lanh, oxit sắt, CaCO3, barit. Đến thế kỷ XX, cùng với sự phát triển chung của ngành công nghiệp hoá chất, đặc biệt là công nghiệp sản xuất polyme, công nghiệp sơn tổng hợp r đời và phát triển mạnh mẽ, tốc độ tăng sản lượng trên toàn thế giới hiện nay khoảng 4%/năm [22]. Việc ứng dụng sơn phủ không nằm ngoài ba mục đích: tr ng trí, bảo vệ và thực hiện một số chức năng.
Các mục đích n có thể riêng lẻ hoặc có thể kết hợp đồng thời nhiều chức năng chu ên biệt. Ví dụ sơn e hơi vừa đòi hỏi tính năng bảo vệ chống gỉ vừ đòi hỏi tính năng tr ng trí, hoặc màng phủ trần nh có độ bóng thấp vừ để trang trí vừa có tác dụng phản xạ và khuếch tán ánh sáng l m cho căn phòng trở nên sáng hơn. Màng phủ nhựa bên trong lon đựng đồ uống không có mục đích tr ng trí m chỉ có mục đích bảo vệ là chủ yếu. Màng phủ nhựa phí dưới thân tàu ngoài chức năng bảo vệ thì còn đòi hỏi khả năng chống sự bám dính phát triển của tảo và các sinh vật biển.
Vì vậy một màng phủ hoàn thiện phải đảm bảo đạt được các mục đích đề r b n đầu. Trong thực tế, hiếm khi một màng phủ duy nhất có thể đáp ứng được đồng thời nhiều mục đích v nhiều yêu cầu, do đó một màng phủ nhựa hoàn thiện thường được tạo thành từ nhiều màng phủ khác nhau, mỗi lớp sẽ đáp ứng một số mục đích v êu cầu [22]. Màng phủ nhựa là một trong các phương pháp hữu hiệu để bảo vệ chống ăn mòn, nhất là các công trình ở m i trường biển như: gi n kho n, cầu cảng, tàu 5 thuyền v đường ống vận chuyển ăng dầu… Vai trò quan trọng của màng phủ l ngăn cản kh ng khí v hơi ẩm tiếp úc với bề mặt kim loại để hạn chế các quá trình o hó v ăn mòn điện hó kim loại. Việc kết hợp n m ng tính bảo vệ kim loại [23].
Ngoài ra màng phủ nhựa còn có công dụng rất quan trọng nữa là tạo vẻ ngoại qu n, đảm bảo tính thẩm mỹ, trang trí các bề mặt sản phẩm trong các ngành chế tạo cơ khí, to, e má , thiết bị, máy móc, công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủ điện, vật liệu xây dựng, đồ nội thất, thiết bị gia dụng… [23]. Trong đó các ếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của màng phủ có thể kể đến l : đặc trưng của màng phủ, đặc tính bề mặt nền, tính chất của bề mặt màng phủ/bề mặt và sự tác động g ăn mòn củ m i trường [21]. Để đáp ứng các yêu cầu sử dụng màng phủ nhựa trong công nghiệp ngày nay, việc khảo sát tính chất của polyme và việc tìm kiếm các vật liệu đóng v i trò như bột màu, chất độn để cải thiện, hỗ trợ và gia cường tính năng cho ứng dụng trong màng phủ đã tăng lên trong nhiều năm qu. Trong đó đáng chú ý l việc sử dụng công nghệ nano trong phát triển loại vật liệu composite trong ứng dụng với chức năng đặc biệt [1, 3].
Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp (kết hợp) của hai hay nhiều vật liệu thành phần khác nhau về hình dạng hoặc thành phần hóa học nhằm tạo nên một vật liệu mới có tính năng vượt trội so với từng vật liệu thành phần [2, 3]. Sự tổ hợp hai hay nhiều vật liệu khác nhau trong composite nhằm tạo nên một sản phẩm với các tính chất tối ưu, b o gồm tính chất cơ học, tính chất hóa học và tính chất vật lý như tính chất nhiệt, tính chất điện, tính chất quang học, tính cách m… Vật liệu composite được xem là vật liệu cấu tạo bởi hai hay nhiều thành phần gồm một hay nhiều loại vật liệu gi cường (pha gián đoạn) phân bố trong thành phần vật liệu nền (pha liên tục) [2]. Vật liệu nền đóng v i trò liên kết các vật liệu gi cường rời rạc tạo nên một hệ thống liên tục. Vật liệu gia cường (cốt) thường đóng v i trò chính s u: Chịu tải trọng tác dụng lên vật liệu composite nên tính chất cơ lý của vật liệu gi cường thường c o hơn so với vật liệu nền; Tạo độ cứng, độ bền, ổn định nhiệt, và các tính chất cấu trúc khác của composite; Tạo cho sản phẩm có tính cách điện hay dẫn điện tùy thuộc vào vật liệu gi cường.
Vật liệu nền đóng v i trò chính s u: Liên kết các vật liệu gi cường lại với nhau; Phân bố tải trọng tác dụng lên vật liệu composite bằng cách truyền tải trọng sang vật liệu gi cường; Bảo vệ vật liệu khỏi sự tấn công của hóa chất v hơi ẩm…[2, 4]. Vật liệu gi cường được trộn vào pha nền để l m tăng tính chất cơ học, tính chất nhiệt, độ kết dính, khả năng chống mài mòn, chống ước. của vật liệu nền [4]. Ngày nay, nhằm đáp ứng nhu cầu cao cả chất lượng và số lượng về các loại màng phủ nhựa đã th i thúc các nh nghiên cứu và nhà sản xuất không ngừng tìm 6 kiếm nghiên cứu để cho ra các loại sơn với những tính năng ưu việt hơn như chịu ăn mòn cao, bền chịu thời tiết, hóa học, chịu nhiệt, chống cháy, độ thẩm mỹ cao, bền bỉ theo thời gian, tính năng th ng minh như tự sửa chữa khi có sự hư hỏng xảy ra, tự làm sạch, diệt khuẩn, chống bám bẩn, chống hà bám …[22].
Ngành công nghiệp sơn đã định hướng tìm kiếm những công nghệ và vật liệu mới để nâng cao hiệu quả của màng phủ nhựa với các lợi ích kinh tế và mối quan tâm về tác động m i trường ng c ng tăng [24]. Sự khám phá và phát triển công nghệ vật liệu nano do vậy cũng nh nh chóng được chú ý và quan tâm nhiều trong ứng dụng làm chất gia cường trong màng phủ nhựa. Việc sử dụng kết hợp vật liệu nano trong chất tạo m ng để gi cường tính năng của màng phủ nhựa có thể xem là màng phủ nano (nanocoatings) [25, 26]. Những năm gần đ kỹ thuật hiện đại đã được phát triển để đặc trưng v m tả một cách khoa học các vật liệu có kích thước và cấu trúc nano [3].
Do đó, có thể điều chỉnh quá trình sản xuất và sử dụng vật liệu cấu trúc nano trong ngành công nghiệp sơn với các ứng dụng khác nhau. Các loại màng phủ nano hay còn gọi sơn phủ nano với các ứng dụng khác nhau tương ứng với các vai trò như chống ăn mòn, chống cháy, chịu nhiệt, chống UV, chống vi khuẩn… được gọi l sơn n no chức năng [26]. Việc nghiên cứu chế tạo các loại sơn với các chức năng chuyên biệt ngoài chức năng th ng thường là tạo ngoại quan và bảo vệ là nhu cầu thiết thực trong lĩnh vực này.1 dưới đ đã th ng kê v dự báo nhu cầu về sơn phủ nano chức năng trên to n cầu được đăng bởi Tạp chí Nanotech [25]. Thống kê và dự báo nhu cầu về sơn nano chức năng toàn cầu [25] 7 1.
Phân loại - Tính chất của màng phủ sơn Một cách tổng quát, sơn có thể được hiểu là hệ phân tán gồm nhiều thành phần như chất tạo màng, bột màu, chất độn, các phụ gia, sau khi phủ lên bề mặt vật liệu nền nó tạo thành lớp màng liên tục, bám chắc, có tác dụng bảo vệ và trang trí bề mặt vật liệu cần sơn. Định nghĩ n thường dùng để chỉ các loại màng phủ có chứa bột màu, những loại màng phủ không chứa bột m u thì được gọi là vecni hoặc l sơn trong suốt hoặc dầu bóng [21, 22]. Có nhiều cách phân loại khác nh u được sử dụng.