Nghiên Cứu Về Màng Phủ Nhựa Nanocomposite: Tính Chất, Phương Pháp và Ứng Dụng

Nghiên cứu gia cường màng phủ nhựa epoxy bằng ống nanocacbon biến tính và graphen oxit, nâng cao tính năng và độ bền cho sản phẩm.

• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Vật Liệu Nano
• Đề tài: Nghiên Cứu Về Màng Phủ Nhựa Nanocomposite: Tính Chất, Phương Pháp và Ứng Dụng
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Tổng quan về màng phủ nhựa nano
• 1.2. Phân loại - Tính chất của màng phủ sơn
• 1.3. Thành phần của màng phủ nanocomposite
• 1.4. Tổng quan về màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy
• 1.5. Đặc điểm chung
• 1.6. Tổng quan về nhựa epoxy. Phân loại và công dụng của sơn epoxy
• 1.7. Tổng quan về vật liệu gia cường nanocacbon
• 1.8. Khái quát về vật liệu cacbon và nanocacbon
• 1.9. Graphen và graphen oxit (GO)
• 1.10. Hệ kết hợp cấu trúc (1D và 2D) của CNTs và graphen
• 1.11. Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến biến tính nanocacbon và ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu nanocomposite
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.2. Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu
• 2.3. Quy trình thực nghiệm và nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp thực nghiệm
• 2.5. Phương pháp biến tính oxy hóa CNTs
• 2.6. Tổng hợp GO từ graphit
• 2.7. Phương pháp phân tán NC vào nhựa epoxy
• 2.8. Phương pháp gia cường tạo mẫu màng phủ nhựa
• 2.9. Phương pháp nghiên cứu
• 2.10. Phương pháp nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu NC
• 2.11. Phương pháp phân tích tính chất nhiệt của màng phủ nhựa epoxy
• 2.12. Phương pháp xác định các đặc trưng tính chất của màng phủ
• 2.13. Phương pháp kiểm tra tính chất cơ lý của màng phủ
• 2.14. Phương pháp kiểm tra độ bền môi trường và bảo vệ chống ăn mòn của màng phủ
• 2.15. Nghiên cứu các đặc trưng sản phẩm biến tính CNTs bằng phương pháp oxy hóa
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả nghiên cứu bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 3.2. Kết quả nghiên cứu bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.3. Kết quả nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (HR-TEM)
• 3.4. Nghiên cứu đánh giá sự cải thiện tính phân tán của CNTs trước và sau biến tính trong các môi trường
• 3.5. TIỂU KẾT LUẬN 1
• 3.6. Nghiên cứu các đặc trưng của sản phẩm GO tổng hợp bằng phương pháp oxy hóa graphit
• 3.7. Kết quả nghiên cứu bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 3.8. Kết quả nghiên cứu bằng phổ nhiễu xạ tia X
• 3.9. Kết quả nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.10. Nghiên cứu khảo sát ổn định phân tán trong các môi trường của graphen và GO
• 3.11. TIỂU KẾT LUẬN 2
• 3.12. Nghiên cứu cấu trúc của hệ kết hợp NC biến tính (O-CNTs + GO)
• 3.13. Kết quả nghiên cứu bằng phổ XPS
• 3.14. Kết quả nghiên cứu bằng SEM
• 3.15. TIỂU KẾT LUẬN 3
• 3.16. Nghiên cứu xác định chế độ phân tán NC vào nhựa epoxy bằng siêu âm
• 3.17. CNTs và O-CNTs
• 3.18. Graphen và GO
• 3.19. Hệ kết hợp của (CNTs + graphen) và ((O-CNTs + GO))
• 3.20. TIỂU KẾT LUẬN 4
• 3.21. Nghiên cứu ảnh hưởng của NC đến điều kiện đóng rắn màng phủ epoxy
• 3.22. Nghiên cứu xác định điều kiện đóng rắn đối với màng phủ epoxy
• 3.23. Nghiên cứu ảnh hưởng NC đến quá trình đóng rắn màng phủ epoxy
• 3.24. TIỂU KẾT LUẬN 5
• 3.25. Nghiên cứu cấu trúc của màng phủ nhựa nanocomposite NC/epoxy
• 3.26. Kết quả nghiên cứu bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 3.27. Kết quả nghiên cứu bằng SEM
• 3.28. TIỂU KẾT LUẬN 6
• 3.29. Nghiên cứu ảnh hưởng NC đến tính chất nhiệt của màng phủ epoxy
• 3.30. Kết quả khảo sát bằng phân tích nhiệt vi sai (DSC)
• 3.31. Kết quả khảo sát bằng phân tích nhiệt trọng lượng (TGA-DTA)
• 3.32. Kết quả nghiên cứu bằng phương pháp đo hệ số dẫn nhiệt
• 3.33. TIỂU KẾT LUẬN 7
• 3.34. Nghiên cứu ảnh hưởng NC đến tính chất cơ lý của màng phủ epoxy
• 3.35. Nghiên cứu ảnh hưởng NC đến độ bền ăn mòn của màng phủ epoxy
• 3.36. Khảo sát độ bền trong các môi trường dựa vào sự thay đổi khối lượng
• 3.37. Khảo sát độ bền bảo vệ chống ăn mòn bằng phương pháp mù muối
• 3.38. TIỂU KẾT LUẬN 8
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Màng Phủ Nhựa Nanocomposite Giới Thiệu Chung

Màng phủ nhựa nanocomposite là vật liệu tiên tiến, kết hợp nhựa nền với các hạt nano để tạo ra lớp phủ bảo vệ và trang trí. Vật liệu phủ bao gồm sơn mài, sơn và các sản phẩm tương tự, sử dụng chất kết dính hữu cơ. Sơn được ứng dụng rộng rãi trên nhiều bề mặt vật liệu, từ kim loại đến phi kim, trong các lĩnh vực như xây dựng, giao thông vận tải và công nghiệp. Việc sử dụng sơn đã có từ thời Ai Cập cổ đại, với chất kết dính từ lòng trắng trứng, sáp ong và nhựa cây trộn với bột màu tự nhiên. Đến thế kỷ XX, công nghiệp sơn tổng hợp ra đời và phát triển mạnh mẽ, với tốc độ tăng trưởng sản lượng toàn cầu khoảng 4%/năm. Ứng dụng của sơn phủ bao gồm trang trí, bảo vệ và thực hiện các chức năng đặc biệt. Một màng phủ hoàn thiện thường được tạo thành từ nhiều lớp khác nhau, mỗi lớp đáp ứng một số mục đích và yêu cầu cụ thể. Màng phủ nhựa là phương pháp hiệu quả để bảo vệ chống ăn mòn, đặc biệt trong môi trường biển. Nó ngăn chặn không khí và hơi ẩm tiếp xúc với bề mặt kim loại, hạn chế quá trình oxy hóa và ăn mòn điện hóa. Ngoài ra, màng phủ nhựa còn tạo vẻ ngoại quan và đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm.

1.1. Định Nghĩa và Phân Loại Màng Phủ Nhựa Nanocomposite

Màng phủ nhựa nanocomposite là sự kết hợp giữa ma trận polymer và nano filler, tạo ra vật liệu có tính chất vượt trội so với vật liệu truyền thống. Các loại màng phủ này có thể được phân loại dựa trên thành phần polymer (epoxy, polyurethane, acrylic) hoặc theo loại nano filler sử dụng (ống nano carbon, graphene, oxit kim loại). Sự phân tán nano đồng đều trong ma trận polymer là yếu tố then chốt để đạt được hiệu quả tối ưu. Theo [1], vật liệu nano thể hiện những tính năng đặc biệt do việc thu nhỏ kích thước và tăng diện tích bề mặt tiếp xúc pha.

1.2. Ưu Điểm Vượt Trội Của Màng Phủ Nhựa Nanocomposite

So với màng phủ truyền thống, màng phủ nhựa nanocomposite mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như tăng cường độ bền cơ học, khả năng chống thấm, độ bền màng phủ hóa chất, và tính chất quang học đặc biệt. Các hạt nano giúp cải thiện đáng kể khả năng chống trầy xước, mài mòn và ăn mòn của lớp phủ. Ngoài ra, màng phủ nanocomposite còn có thể được thiết kế để có các tính năng đặc biệt như tự làm sạch, kháng khuẩn hoặc dẫn điện. Theo [3], vật liệu nano được kỳ vọng rất lớn là đối tượng nghiên cứu phát triển chủ đạo trong các lĩnh vực khoa học hàn lâm, công nghệ tiên tiến.

II. Thách Thức Vấn Đề Trong Nghiên Cứu Màng Phủ Nanocomposite

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc nghiên cứu và ứng dụng màng phủ nhựa nanocomposite vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là đảm bảo sự phân tán đồng đều của các hạt nano trong ma trận polymer. Sự kết tụ của các hạt nano có thể làm giảm hiệu quả gia cường và thậm chí gây ra các khuyết tật trong màng phủ. Ngoài ra, việc lựa chọn loại nano filler phù hợp và tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn cũng là những yếu tố quan trọng cần được xem xét kỹ lưỡng. Chi phí sản xuất cao và các vấn đề liên quan đến an toàn và môi trường cũng là những rào cản đối với việc thương mại hóa màng phủ nanocomposite. Cần có các nghiên cứu sâu rộng hơn để giải quyết những thách thức này và khai thác tối đa tiềm năng của vật liệu nanocomposite.

2.1. Khó Khăn Trong Phân Tán Nano Filler Đồng Đều

Việc phân tán đồng đều nano filler trong ma trận polymer là một thách thức lớn do xu hướng kết tụ của các hạt nano. Các phương pháp phân tán như sử dụng siêu âm, khuấy trộn tốc độ cao hoặc biến tính bề mặt nano filler có thể được áp dụng để cải thiện độ phân tán. Tuy nhiên, việc lựa chọn phương pháp phù hợp và tối ưu hóa các thông số quy trình là rất quan trọng để tránh làm hỏng cấu trúc của nano filler hoặc gây ra các phản ứng không mong muốn. Theo tài liệu gốc, cần nghiên cứu ác định chế độ phân tán NC vào nhựa epoxy nhằm đạt được cấu trúc phân tán nanocomposite.

2.2. Ảnh Hưởng Của Nano Filler Đến Tính Chất Màng Phủ

Loại và hàm lượng nano filler có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của màng phủ nanocomposite. Việc lựa chọn nano filler phù hợp và tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn là rất quan trọng để đạt được hiệu quả gia cường mong muốn. Ví dụ, ống nano carbon có thể cải thiện độ bền cơ học và dẫn điện, trong khi oxit kim loại có thể tăng cường khả năng chống tia UV và chống ăn mòn. Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều nano filler có thể làm giảm độ dẻo dai và độ bám dính của màng phủ. Theo tài liệu gốc, cần nghiên cứu khả năng gi cường tính chất cơ nhiệt và bảo vệ chống ăn mòn cho màng phủ nhựa epoxy.

2.3. Vấn Đề Chi Phí và An Toàn Trong Sản Xuất

Chi phí sản xuất cao và các vấn đề liên quan đến an toàn và môi trường là những rào cản đối với việc thương mại hóa màng phủ nanocomposite. Việc sản xuất nano filler thường đòi hỏi các quy trình phức tạp và tốn kém. Ngoài ra, cần có các biện pháp phòng ngừa để đảm bảo an toàn cho người lao động và ngăn ngừa phát tán nano filler ra môi trường. Các nghiên cứu về độc tính và tác động môi trường của nano filler cũng cần được tiến hành để đánh giá rủi ro và phát triển các giải pháp an toàn hơn.

III. Phương Pháp Chế Tạo Màng Phủ Nhựa Nanocomposite Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp chế tạo màng phủ nhựa nanocomposite, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Các phương pháp phổ biến bao gồm trộn cơ học, trộn dung dịch, trùng hợp tại chỗ và phun phủ. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào loại polymer, nano filler và yêu cầu về tính chất của màng phủ. Trộn cơ học là phương pháp đơn giản và phổ biến nhất, nhưng có thể gặp khó khăn trong việc phân tán đồng đều nano filler. Trộn dung dịch cho phép phân tán tốt hơn, nhưng đòi hỏi sử dụng dung môi và có thể gây ra các vấn đề về môi trường. Trùng hợp tại chỗ cho phép tạo ra liên kết hóa học giữa nano filler và polymer, cải thiện độ bền và tính chất của màng phủ. Phun phủ là phương pháp thích hợp cho việc sản xuất màng phủ trên quy mô lớn.

3.1. Kỹ Thuật Trộn Cơ Học và Siêu Âm Phân Tán Nano

Trộn cơ học là phương pháp đơn giản và phổ biến nhất để chế tạo màng phủ nhựa nanocomposite. Tuy nhiên, để đạt được độ phân tán tốt, cần sử dụng các thiết bị trộn tốc độ cao và điều chỉnh các thông số quy trình như thời gian trộn, tốc độ trộn và nhiệt độ. Siêu âm cũng là một kỹ thuật hiệu quả để phá vỡ các cụm nano filler và cải thiện độ phân tán. Theo tài liệu gốc, cần nghiên cứu chế độ phân tán siêu âm của NC vào nhựa epoxy nhằm đạt được cấu trúc phân tán nanocomposite.

3.2. Phương Pháp Trùng Hợp Tại Chỗ Tạo Liên Kết Hóa Học

Trùng hợp tại chỗ là phương pháp cho phép tạo ra liên kết hóa học giữa nano filler và polymer, cải thiện độ bền và tính chất của màng phủ. Trong phương pháp này, nano filler được phân tán trong monomer hoặc oligomer, sau đó tiến hành trùng hợp để tạo thành polymer. Liên kết hóa học giữa nano filler và polymer giúp ngăn ngừa sự kết tụ của nano filler và tăng cường khả năng truyền tải ứng suất. Theo tài liệu gốc, cần nghiên cứu ác định điều kiện đóng rắn màng phủ nhựa epoxy.

3.3. Ứng Dụng Kỹ Thuật Phun Phủ Trong Sản Xuất Công Nghiệp

Phun phủ là phương pháp thích hợp cho việc sản xuất màng phủ trên quy mô lớn. Phương pháp này cho phép tạo ra lớp phủ mỏng, đồng đều và có thể điều chỉnh độ dày. Các kỹ thuật phun phủ phổ biến bao gồm phun khí nén, phun tĩnh điện và phun ly tâm. Việc lựa chọn kỹ thuật phun phủ phù hợp phụ thuộc vào loại polymer, nano filler và yêu cầu về tính chất của màng phủ.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Của Màng Phủ Nhựa Nanocomposite Hiện Nay

Màng phủ nhựa nanocomposite có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Trong ngành công nghiệp ô tô, chúng được sử dụng để bảo vệ bề mặt xe khỏi trầy xước, ăn mòn và tia UV. Trong ngành xây dựng, chúng được sử dụng để tăng cường độ bền và khả năng chống thấm của vật liệu xây dựng. Trong ngành điện tử, chúng được sử dụng để tạo ra các lớp phủ dẫn điện hoặc cách điện cho các thiết bị điện tử. Ngoài ra, màng phủ nanocomposite còn được ứng dụng trong các lĩnh vực như y tế, hàng không vũ trụ và năng lượng.

4.1. Màng Phủ Nanocomposite Trong Công Nghiệp Ô Tô

Trong ngành công nghiệp ô tô, màng phủ nanocomposite được sử dụng rộng rãi để bảo vệ bề mặt xe khỏi trầy xước, ăn mòn và tia UV. Các lớp phủ này có thể cải thiện đáng kể độ bền và tuổi thọ của lớp sơn xe, đồng thời mang lại vẻ ngoài sáng bóng và hấp dẫn. Các nano filler thường được sử dụng trong màng phủ ô tô bao gồm oxit kim loại, silica và đất sét nano.

4.2. Ứng Dụng Trong Xây Dựng Tăng Độ Bền và Chống Thấm

Trong ngành xây dựng, màng phủ nanocomposite được sử dụng để tăng cường độ bền và khả năng chống thấm của vật liệu xây dựng như bê tông, gạch và gỗ. Các lớp phủ này có thể giúp bảo vệ vật liệu khỏi tác động của thời tiết, hóa chất và vi sinh vật, kéo dài tuổi thọ của công trình xây dựng. Các nano filler thường được sử dụng trong màng phủ xây dựng bao gồm silica, titan oxit và ống nano carbon.

4.3. Màng Phủ Chức Năng Trong Ngành Điện Tử

Trong ngành điện tử, màng phủ nanocomposite được sử dụng để tạo ra các lớp phủ dẫn điện hoặc cách điện cho các thiết bị điện tử. Các lớp phủ dẫn điện có thể được sử dụng để tạo ra các mạch điện linh hoạt hoặc các cảm biến. Các lớp phủ cách điện có thể được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện tử khỏi ngắn mạch và các tác động môi trường. Các nano filler thường được sử dụng trong màng phủ điện tử bao gồm ống nano carbon, graphene và hạt nano kim loại.

V. Nghiên Cứu Vật Liệu Nanocomposite Kết Luận và Hướng Phát Triển

Nghiên cứu về màng phủ nhựa nanocomposite đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết để khai thác tối đa tiềm năng của vật liệu này. Các hướng nghiên cứu chính trong tương lai bao gồm phát triển các phương pháp phân tán nano filler hiệu quả hơn, tìm kiếm các loại nano filler mới với tính chất vượt trội và tối ưu hóa quy trình sản xuất để giảm chi phí và đảm bảo an toàn. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu sâu rộng hơn về tác động môi trường và sức khỏe của màng phủ nanocomposite để đảm bảo sự phát triển bền vững của công nghệ này.

5.1. Tổng Kết Các Nghiên Cứu Về Màng Phủ Nanocomposite

Các nghiên cứu về màng phủ nhựa nanocomposite đã chứng minh tiềm năng to lớn của vật liệu này trong việc cải thiện tính chất và mở rộng ứng dụng của màng phủ truyền thống. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả tối ưu, cần có sự kết hợp giữa kiến thức về khoa học vật liệu, hóa học và kỹ thuật sản xuất. Các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc giải quyết các thách thức còn tồn tại và khai thác các tiềm năng mới của màng phủ nanocomposite.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Vật Liệu Nanocomposite Tương Lai

Các hướng nghiên cứu phát triển vật liệu nanocomposite trong tương lai bao gồm: (1) Phát triển các phương pháp phân tán nano filler hiệu quả hơn, sử dụng các kỹ thuật tiên tiến như tự lắp ráp và in 3D; (2) Tìm kiếm các loại nano filler mới với tính chất vượt trội, như các vật liệu hai chiều (2D) và các vật liệu sinh học; (3) Tối ưu hóa quy trình sản xuất để giảm chi phí và đảm bảo an toàn, sử dụng các phương pháp sản xuất xanh và bền vững; (4) Nghiên cứu tác động môi trường và sức khỏe của màng phủ nanocomposite để đảm bảo sự phát triển bền vững của công nghệ này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.