Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:139

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu luận án "Nghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO" là chế tạo thành công màng sơn nano đa chức năng: bền thời tiết, kháng khuẩn, kỵ nước trên cơ sở chất tạo màng nhựa acrylic nhũ tương với các thành phần như: hạt lai nano bạc với các oxit (nano-TiO2, nano-ZnO), phụ gia phân tán… nhằm thu được màng sơn có độ bền cơ lý, có khả năng kháng khuẩn, kỵ nước, … ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng dân dụng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI VŨ TIẾN VIỆT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG SƠN ĐA CHỨC NĂNG TRÊN CƠ SỞ NHỰA ACRYLIC NHŨ TƢƠNG VÀ CÁC HẠT LAI NANO Ag/TiO2, Ag/ZnO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội - 2023
BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI VŨ TIẾN VIỆT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG SƠN ĐA CHỨC NĂNG TRÊN CƠ SỞ NHỰA ACRYLIC NHŨ TƢƠNG VÀ CÁC HẠT LAI NANO Ag/TiO2, Ag/ZnO Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 9520301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN THẾ HỮU 2. TS. NGUYỄN TUẤN ANH Hà Nội - 2023
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công tr nh nghiên c u c a riêng tôi c c số li u và kết qu nghiên c u nêu trong luận n là trung th c đƣ c c c đ ng t c gi cho ph p s ng và chƣa t ng đƣ c công ố trong t c một công tr nh nào kh c. Vi c tham kh o c c ngu n tài li u đã đƣ c tr ch ẫn và ghi ngu n tài li u tham kh o đ ng quy đ nh. Hà Nội, ngày 15 tháng 02 năm 2023 T c gi luận n Vũ Tiến Việt
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin g i lời c m ơn chân thành nh t tới Ban Gi m hi u trƣờng i học Công nghi p Hà Nội c c Th y cô gi o Trung tâm ào t o sau đ i học và c c th y cô gi o trong Khoa Công ngh hóa đã t o điều ki n gi p đỡ tôi trong suốt qu tr nh học tập nghiên c u t i trƣờng. Tôi xin ày tỏ lòng iết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Thế Hữu và TS. Nguyễn Tu n Anh những ngƣời th y tâm huyết đã tận t nh hƣớng ẫn động viên kh ch l ành nhiều thời gian trao đổi và đ nh hƣớng cho tôi trong qu tr nh th c hi n luận n. Cuối cùng tôi xin g i t m lòng ân t nh tới gia đ nh c a tôi là ngu n động viên và truyền nhi t huyết để tôi hoàn thành luận n. Hà Nội, ngày 15 tháng 02 năm 2023 T c gi luận n Vũ Tiến Việt
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii MỤC LỤC ....................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................ vii DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. ix MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................... 1 2. Mục tiêu luận án .......................................................................................... 2 3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................ 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.................................................................... 3 6. Những đóng góp mới của luận án .............................................................. 3 7. Bố cục của luận án....................................................................................... 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SƠN ACRYLIC VÀ HẠT LAI NANO BẠC................................................................................................................... 5 1.1. TỔNG QUAN VỀ HẠT LAI NANO BẠC ........................................ 5 1.1.1. Giới thi u về công ngh nano ......................................................... 5 1.1.2. Tổng quan về c ............................................................................ 5 1.1.3. C c phƣơng ph p chế t o nano c ................................................ 6 1.1.4. C c phƣơng ph p chế t o vật li u ch a nano c ........................... 9 1.1.5. Một số nghiên c u về h t lai nano c ......................................... 12 1.2. TỔNG QUAN POLYACRYLATE .................................................. 19 1.2.1. Giới thi u chung ............................................................................ 19 1.2.2. ặc t nh c a polyacrylate.............................................................. 20 1.2.3. T nh ch t c a polyacrylat .............................................................. 21 1.2.4. Nguyên li u thô ............................................................................. 24 1.2.5. Phƣơng ph p điều chế ................................................................... 25
iv 1.3. TỔNG QUAN VỂ SƠN ..................................................................... 26 1.3.1. Kh i ni m ...................................................................................... 26 1.3.2. Phân lo i sơn ................................................................................. 27 1.3.3. Thành ph n c a sơn ...................................................................... 28 1.3.4. Cơ chế t o màng c a sơn .............................................................. 33 1.3.5. T nh h nh nghiên c u trong và ngoài nƣớc về sơn ....................... 35 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 .............................................................................. 39 CHƢƠNG 2: QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM ........................................... 40 2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT.......................................... 40 2.1.1. Thiết và ng c ........................................................................ 40 2.1.2. Hóa ch t ........................................................................................ 41 2.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU .................................................................... 42 2.2.1. Tổng h p h t lai nano Ag với c c oxit kim lo i ........................... 42 2.2.2. Chế t o màng sơn trên cơ sở nh a acrylic nhũ tƣơng và h t lai nano ......................................................................................................... 42 2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................... 44 2.3.1. Phƣơng ph p đẳng nhi t h p ph và gi i h p N2 ......................... 44 2.3.2. Phƣơng ph p hiển vi đi n t qu t (SEM) ..................................... 44 2.3.3. Phƣơng ph p hiển vi đi n t truyền qua (TEM) ........................... 45 2.3.4. Phƣơng ph p nhiễu x tia X (XRD).............................................. 45 2.3.5. Phƣơng ph p UV-Vis .................................................................... 46 2.3.6. T nh ch t cơ lý c a màng sơn ....................................................... 46 2.3.7. o góc tiếp x c c a màng ph k nƣớc trên nền k nh .................. 46 2.3.8. Kh o s t kh năng i t khuẩn ....................................................... 47 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 50 3.1. KẾT QUẢ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO HẠT LAI .............................................................. 50 3.1.1. Kết qu một số yếu tố nh hƣởng đến qu tr nh chế t o h t lai Ag/TiO2 .................................................................................................. 50
v 3.1.2. Nghiên c u c c yếu tố nh hƣởng đến qu tr nh chế t o h t lai Ag/ZnO ................................................................................................... 60 3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA MÀNG SƠN ................................................. 72 3.2.1. Kh o s t một số thành ph n màng sơn acrylic ............................. 72 3.2.2. Màng sơn ch a h t lai nano Ag/TiO2 ........................................... 76 3.2.3. Màng sơn ch a h t lai nano Ag/ZnO ............................................ 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 105 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ..... 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên Tiếng Việt Phƣơng ph p đẳng nhi t h p BET Brunauer – Emmett – Teller ph và gi i h p N2 BHI Brain Heat Infusion Broth E.Coli Escherichia coli IR Infrared spectrophotometry Phổ h ng ngo i Liên minh Quốc tế về Hóa International Union of Pure IUPAC học cơ n và Hóa học ng and Applied Chemistry ng NA Nutrient Agar Near Infrared Reflectance Quang phổ h p th cận h ng NIR Spectroscopy - NIRS ngo i NMs Nanoparticles Metallic C c h t nano kim lo i Oms Oxide Metals C c oxit kim lo i PG Pylene glycol PMA Polyacrylic este PU polyuretan PVA Polyvinyl alcohol PVP Polyvinylpyrrolidone Salmonella Salmonella typhimurium S.aureus Staphylococcus aureus Scanning Electron SEM K nh hiển vi đi n t qu t Microscope H p th o cộng hƣởng ề SPR Surface plasmon resonance mặt Single – Walled carbon SWCNTs Ống nano cac on đơn tƣờng nanotubles TCVN Tiêu chuẩn Vi t Nam Transmission Electron K nh hiển vi đi n t truyền TEM Microscopy qua UV-Vis Ultra violet - Visible T ngo i - kh kiến XRD X-Ray diffraction Phổ nhiễu x tia X
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1. Ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng đến quá trình tổng hợp hạt lai Ag/TiO2 ...................................................................................... 50 Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của kích thước hạt lai nano Ag/TiO2 vào nhiệt độ .... 51 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thời gian chiếu tia UV đến quá trình tổng hợp hạt lai Ag/TiO2 ................................................................................ 51 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 đến quá trình tổng hợp hạt lai Ag/TiO2............................................................................................ 52 Bảng 3.5. Diện tích bề mặt riêng theo phương pháp BET .............................. 56 Bảng 3.6. Hoạt tính sinh học của mẫu hạt lai nano Ag/TiO2 ......................... 60 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng đến quá trình tổng hợp hạt lai nano Ag/ZnO .............................................................................. 60 Bảng 3.8. Sự phụ thuộc của kích thước hạt Ag/ZnO vào nhiệt độ .................. 61 B ng 3.9. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tổng hợp hạt lai Ag/ZnO . 62 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 đến quá trình tổng hợp hạt lai Ag/ZnO ............................................................................................ 68 Bảng 3.11. Hoạt tính sinh học của mẫu hạt lai nano Ag/ZnO ........................ 74 Bảng 3.12. Kết quả sử dụng phụ gia với chất tạo màng Bodex 454 ............... 79 Bảng 3.13. Kết quả sử dụng phụ gia với chất tạo màng Bodex AA261T ....... 78 Bảng 3.14. Kết quả sử dụng phụ gia phá bọt .................................................. 80 Bảng 3.15. Kết quả đo độ bám dính của màng sơn chứa Ag/TiO2 ................. 76 Bảng 3.16. Kết quả đo độ bền uốn của màng sơn chứa Ag/TiO2 ................... 77 Bảng 3.17. Kết quả đo độ bền cào xước của màng sơn chứa Ag/TiO2........... 78 Bảng 3.18. Kết quả đo độ bền nước của màng sơn chứa Ag/TiO2 ................. 78 Bảng 3.19. Kết quả đo độ bền kiềm của màng sơn chứa Ag/TiO2 .................. 79 Bảng 3.20. Kết quả đo độ bền rửa trôi của màng sơn chứa Ag/TiO2 ............. 80 Bảng 3.21. Kết qu đo độ ền sốc nhi t c a màng sơn ch a Ag/TiO2 ........... 80
viii Bảng 3.22. Hoạt tính kháng khuẩn của màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO2 chống lại vi khuẩn E. coli và S. Aureus ............................ 89 Bảng 3.23. Kết qu đo độ m nh c a màng sơn ch a Ag/ZnO ................. 90 Bảng 3.24. Kết quả đo độ bền uốn của màng sơn chứa Ag/ZnO.................... 91 Bảng 3.25.Kết qu đo độ ền cào xƣớc c a màng sơn ch a Ag/ZnO ............ 91 Bảng 3.26. Kết quả đo độ bền nước của màng sơn chứa Ag/ZnO.................. 92 Bảng 3.27. Kết quả đo độ bền kiềm của màng sơn chứa Ag/ZnO .................. 93 Bảng 3.28. Kết quả đo độ bền rửa trôi của màng sơn chứa Ag/ZnO ............. 93 Bảng 3.29. Kết quả đo độ bền sốc nhiệt của màng sơn chứa Ag/ZnO ........... 94 Bảng 3.30. Hoạt tính kháng khuẩn của màng sơn chứa hạt lai nano Ag/ZnO chống lại vi khuẩn E. coli và S. Aureus .......................... 103 Bảng 3.31.Chất lượng mẫu sơn .................................................................... 104
ix DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của bạc .................................................................. 6 Hình 1.2. Mô hình phương pháp tẩm .............................................................. 11 Hình 1.3. Mô hình phương pháp trao đổi ...................................................... 12 Hình 1.4. Các bước tổng hợp với AuNPs trên bề mặt hạt nano TiO2............. 14 Hình 1.5. Ảnh TEM và SEM của hạt lai nano bạc .......................................... 14 Hình 1.6. Cơ chế tổng hợp cho các hạt nano được phân bố trên hạt nano TiO2 ............................................................................................... 15 Hình 1.7. Các dạng tồn tại của ZnO ............................................................... 17 Hình 1.8. Quá trình tạo màng vật lý của sơn phân tán trong nước ................ 33 Hình 2.1. Quy trình chế tạo màng sơn ............................................................ 44 Hình 2.2. Đĩa thạch chứa màng sơn đo kháng khuẩn..................................... 48 Hình 3.1. Giản đồ XRD mẫu TiO2 và mẫu hạt lai Ag/TiO2 ............................ 53 Hình 3.2. Phổ UV-Vis của mẫu nano TiO2, nano Ag và hạt lai Ag/TiO2 ....... 54 Hình 3.3. Phổ UV-VIS-NIR chế độ đo phản xạ của mẫu nano TiO2 và Ag/TiO2.......................................................................................... 55 Hình 3.4. Ảnh TEM của hạt lai Ag/TiO2 ......................................................... 55 Hình 3.5. Sự phân bố mao quản của các mẫu TiO2 ........................................ 56 Hình 3.6. Ảnh thử hoạt tính của hạt TiO2 và hạt lai nano Ag/TiO2 trên đĩa thạch với vi khuẩn Staphylococcus aureus ................................... 57 Hình 3.7. Ảnh thử hoạt tính của hạt lai nano Ag/TiO2 trên đĩa thạch với vi khuẩn Escherichia coli.................................................................. 58 Hình 3.8. Ảnh thử hoạt tính của hạt lai nano Ag/TiO2 trên đĩa thạch với vi khuẩn Salmonella tyhimurium ...................................................... 59 Hình 3.9. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 của vật liệu Ag/ZnO .......................................................................................... 68 Hình 3.10. Kết quả XRD của Ag/ZnO và ZnO ................................................ 64
x Hình 3.11. Phổ UV-Vis của mẫu nano ZnO, nano Ag và hạt lai Ag/ZnO ...... 65 Hình 3.12. Phổ UV-VIS-NIR chế độ đo phản xạ mẫu nano ZnO và Ag/ZnO . 66 Hình 3.13. Ảnh TEM của vật liệu Ag/ZnO với các kích thước chụp khác nhau............................................................................................... 67 Hình 3.14. Ảnh thử hoạt tính của hạt ZnO và hạt lai nano Ag/ZnO trên đĩa thạch với vi khuẩn Staphylococcus aureus ................................... 69 Hình 3.15. Ảnh thử hoạt tính của hạt ZnO và hạt lai nano Ag/ZnO trên đĩa thạch với vi khuẩn Escherichia coli .............................................. 70 Hình 3.16. Ảnh thử hoạt tính của hạt ZnO và hạt lai nano Ag/ZnO trên đĩa thạch với vi khuẩn Salmonella tyhimurium .................................. 71 Hình 3.17. Ảnh TEM của vật liệu hạt lai Ag/TiO2 .......................................... 81 Hình 3.18. Hình ảnh góc tiếp xúc giọt nước của nền kính và màng phủ chứa Ag/TiO2 trên nền kính .......................................................... 81 Hình 3.19. Khả năng kháng khuẩn E.coli (sau khi cấy) ................................. 87 Hình 3.20. Khả năng kháng khuẩn E.coli (sau 24 giờ cấy) ............................ 88 Hình 3.21. Khả năng kháng khuẩn S.aureus (sau khi cấy) ............................. 84 Hình 3.22. Khả năng kháng khuẩn S.aureus (sau 24 giờ khi cấy) ................. 84 Hình 3.23. Khả năng kháng khuẩn E.coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,01g/kg. ........................................................................................ 85 Hình 3.24. Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,01g/kg. ................................................................................ 85 Hình 3.25. Khả năng kháng khuẩn E. coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,02g/kg. ........................................................................................ 86 Hình 3.26. Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,02g/kg. ................................................................................ 86 Hình 3.27. Khả năng kháng khuẩn E. coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,03g/kg. ........................................................................................ 87 Hình 3.28. Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,03g/kg. ................................................................................ 87
xi Hình 3.29. Khả năng kháng khuẩn E. coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,04g/kg. ........................................................................................ 88 Hình 3.30. Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,04g/kg. ................................................................................ 88 Hình 3. 31: Ảnh TEM của vật liệu hạt lai Ag/ZnO ......................................... 95 Hình 3. 32. Hình ảnh góc tiếp xúc giọt nước của nền kính và màng phủ chứa Ag/ZnO trên nền kính ........................................................... 95 Hình 3. 33: Khả năng kháng khuẩn E. coli (ngay sau khi cấy) ...................... 97 Hình 3. 34: Khả năng kháng khuẩn E. coli (sau 24 giờ khi cấy) ................... 97 Hình 3.35: Khả năng kháng khuẩn S.aureus (sau khi cấy) ............................ 98 Hình 3.36: Khả năng kháng khuẩn S.aureus (sau 24 giờ khi cấy) ................. 98 Hình 3.37: Khả năng kháng khuẩn E.coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,01g/kg. ........................................................................................ 99 Hình 3.38: Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,01g/kg. ................................................................................ 99 Hình 3.39: Khả năng kháng khuẩn E. coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,02g/kg. ...................................................................................... 100 Hình 3.40: Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,02g/kg. .............................................................................. 100 Hình 3.41: Khả năng kháng khuẩn E. coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,03g/kg. ...................................................................................... 101 Hình 3.42: Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,03g/kg. .............................................................................. 101 Hình 3.43: Khả năng kháng khuẩn E. coli còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,04g/kg. ...................................................................................... 102 Hình 3.44: Khả năng kháng khuẩn S.aureus còn sống (sau 24 giờ ủ) với mẫu 0,04g/kg. .............................................................................. 102
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong t nh h nh ph t triển chung c a đ t nƣớc nhu c u c a c c ngành ch v và cuộc sống ngày càng nâng cao điều đó đòi hỏi s tăng trƣởng nhu c u vật li u công nghi p trong đó nhu c u về sơn ngày càng tăng c về mặt số lƣ ng và ch t lƣ ng. Ngày nay ở Vi t Nam nhu c u th trƣờng sơn ngày càng cao sơn đem l i ngu n thu nhập i ào cho c c công ty s n xu t. Ngƣời ân quan tâm nhiều đến ch t lƣ ng c a sơn cũng nhƣ c c t nh năng đặc i t kh c c a chúng. B c có kh năng i t khuẩn cao hơn so với c c phƣơng ph p kh khuẩn truyền thống ngoài ra c không t o s n phẩm ph gây độc với môi trƣờng. ể tăng hi u qu kh khuẩn c a c lên nhiều l n có thể s ng ở k ch thƣớc nano. C c h t nano c có i n t ch ề mặt lớn trong trƣờng h p đƣa lên một ch t mang sẽ làm tăng kh năng tiếp x c với c c vi khuẩn o đó làm tăng kh năng kh khuẩn c a vật li u. Khi đƣa c lên ch t mang đòi hỏi ch t mang có i n t ch ề mặt riêng lớn t o liên kết đối với c c h t m trên ề mặt có c u tr c xốp phù h p gi p cho c c h t nano phân t n đều và m chắc trên ch t mang. Trong lĩnh v c sơn ph ngày nay sơn ph không chỉ mang t nh thẩm mỹ che ph ov ề mặt vật li u mà còn ph i có thêm những t nh năng mới nhƣ (i) chống ăn mòn (ii) chống l i s thay đổi đột ngột c a thời tiết (iii) kh ng vi khuẩn (iv) t làm s ch vết ẩn (v) gi m ô nhiễm môi trƣờng không khí xung quanh (vi) t s a chữa… Ngày nay với s ph t triển c a công ngh và vật li u nano c c lớp ph trở nên thông minh hơn và ền vững hơn. Vi c nghiên c u tổng h p phối trộn để chế t o ra vật li u mới ƣu vi t hơn ph c v đời sống con ngƣời cũng. Một lo i sơn có kh năng kh ng khuẩn nhƣng gi thành s n phẩm không cao sẽ là lo i sơn đƣ c quan tâm.
2 Ch nh v những lý o trên ch ng tôi th c hi n đề tài luận n: Nghiên cứu chế tạo màng sơn đa chức năng trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và các hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO nhằm s n xu t ra lo i sơn có t nh ch t cơ lý tốt có kh năng kh ng khuẩn để o v s c khỏe ngƣời ân. 2. Mục tiêu luận án Chế t o thành công màng sơn nano đa ch c năng: ền thời tiết kh ng khuẩn kỵ nƣớc trên cơ sở ch t t o màng nh a acrylic nhũ tƣơng với c c thành ph n nhƣ: h t lai nano c với c c oxit (nano-TiO2, nano-ZnO) ph gia phân t n… nhằm thu đƣ c màng sơn có độ ền cơ lý có kh năng kh ng khuẩn kỵ nƣớc … ng ng trong lĩnh v c xây ng ân ng. 3. Nội dung nghiên cứu - Tổng h p c c h t lai c a nano c (k ch thƣớc < 50nm) với c c oxit kim lo i (h t nano-TiO2, nano-ZnO có k ch thƣớc < 100nm). - Nghiên c u chế t o màng sơn ch a c c h t nano. - Nghiên c u t nh ch t cơ lý và kh năng kh ng khuẩn (vi khuẩn E. coli, Gram -, Gram +…) c a màng sơn. - Nghiên c u kh năng kỵ nƣớc c a màng sơn (góc tiếp x c nƣớc c a màng sơn). 4. Phƣơng pháp nghiên cứu * Phương pháp tổng hợp vật liệu Dùng nh s ng tia UV để kh ion c về nano c m trên ề mặt h t nano TiO2 nano ZnO có k ch thƣớc h t < 100nm thu đƣ c h t lai nano c với nano TiO2, nano ZnO. Màng sơn đƣ c chế t o ằng c ch phối trộn hỗn h p c c ch t t o màng (nh a acrylic nhũ tƣơng) ch t tr t o màng c c h t lai nano c/oxit c c ch t tr phân t n c c ph gia kh c… với hàm lƣ ng kh c nhau. Quy tr nh t o mẫu đƣ c tiến hành ằng phƣơng ph p khu y trộn/siêu âm. * Phương pháp khảo sát cấu trúc
3 C u tr c c c h p ch t đƣ c kh o s t nhờ s kết h p c c phƣơng ph p phổ: phổ nhiễu x tia X (X-ray) Phƣơng ph p h p ph và gi i h p N2 (BET), k nh hiển vi đi n t truyền qua (TEM) … T nh ch t cơ lý c a màng sơn đƣ c đo theo TCVN. * Phương pháp thử hoạt tính sinh học Phƣơng ph p th ho t t nh sinh học đƣ c th c hi n ởi c c ch ng vi khuẩn nhƣ: Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella typhimurium là c c ch ng vi khuẩn Gram (-), Gram (+) t i Công ty cổ ph n ch ng nhận và gi m đ nh IQC. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Tổng h p đƣ c h t lai nano c với TiO2 ZnO theo phƣơng ph p quang học có kh năng kh ng khuẩn. Chế t o đƣ c màng sơn có ch a h t lai nano c với nano TiO 2, nano ZnO có kh năng kh ng khuẩn s ng trong sơn nội th t để ph c v đời sống con ngƣời. 6. Những đóng góp mới của luận án - Tổng h p thành công h h t lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO ằng phƣơng ph p quang UV. X c đ nh đƣ c c c đặc trƣng c a h t lai ằng c c phƣơng ph p vật lý hi n đ i nhƣ: X-Ray TEM và BET cho th y c c h t nano c phân ố trên ề mặt c c nano oxit kim lo i. X c đ nh kh năng kh ng khuẩn cho th y mẫu h t lai có kh năng kh ng khuẩn cao c c vi khuẩn Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella typhimurium. - Chế t o thành công màng sơn kh ng khuẩn trên cơ sở h t lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO phân tán trong nh a acrylic. Màng sơn chế t o đ t đƣ c c c tiêu chuẩn cơ lý s ng làm sơn nội th t. C c th nghi m kh ng khuẩn cho th y màng sơn thể hi n hi u qu i t khuẩn m nh đối với c vi khuẩn Escherichia coli và Staphylococcus aureus. 7. Bố cục của luận án Bố c c c a luận n g m 3 chƣơng và ph n kết luận kiến ngh nhƣ sau:
4 Chƣơng 1. Tổng quan Chƣơng 2. Th c nghi m và phƣơng ph p nghiên c u Chƣơng 3. Kết qu và th o luận Kết luận và kiến ngh .
5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SƠN ACRYLIC VÀ HẠT LAI NANO BẠC 1.1. TỔNG QUAN VỀ HẠT LAI NANO BẠC 1.1.1. Giới thiệu về công nghệ nano Công ngh nano là ngành công ngh liên quan đến vi c thiết kế phân t ch chế t o và ng ng c c c u tr c thiết và h thống ằng vi c điều khiển h nh ng k ch thƣớc trên quy mô nanomet (nm 1 nm = 10 -9 m). Ở k ch thƣớc nano vật li u sẽ có những t nh năng đặc i t mà vật li u truyền thống không có đƣ c đó là o s thu nhỏ k ch thƣớc và vi c tăng i n t ch mặt ngoài. ƣ c đƣa ra ởi nhà vật lý ngƣời Mỹ Richar Feynman vào năm 1959 ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu c a c u tr c vật ch t đến t ng phân t nguyên t vào sâu hơn nữa. Năm 1974 Nario Taniguchi một nhà nghiên c u t i trƣờng đ i học Tokyo s ng để đề cập kh năng chế t o c u tr c vi h nh c a m ch vi đi n t . Tổ ch c Nanotechnology Initiative t i Mỹ đ nh nghĩa công ngh nano: “là t c th g liên quan đến c c c u tr c có k ch thƣớc nhỏ hơn 100nm” trong công ngh chế t o c c c u tr c vi m ch đi n t . ộ ch nh x c đến t ng lớp nguyên t phân t nên đòi hỏi r t cao t 0 1 đến 100 nm. Qu tr nh chế t o c c lớp mỏng ề mặt có ề ày cỡ nm c c s i ẫn có ề ngang cỡ nm c c h t có đƣờng k nh cỡ nm. Vi c nghiên c u vật li u nano ph t hi n c c hi n tƣ ng t nh ch t r t mới có thể ng ng vào nhiều lĩnh v c kh c nhau để h nh thành c c chuyên ngành mới có gắn thêm chữ nano. [7 102]. 1.1.2. Tổng quan về bạc B c có c u trúc tinh thể lập phƣơng tâm mặt (h nh 1.1) là kim lo i chuyển tiếp c a chu kì 5, nhóm IB, có một electron ở lớp ngoài cùng. B c có các thông số m ng cơ sở a = = c = 4 08 Å.
6 Hình 1.1. Tinh thể của bạc * Tính chất và ứng dụng của nano bạc B c ở k ch thƣớc nano có các tính ch t quang học, kh năng ẫn đi n và dẫn nhi t cao. Nano b c có thể đƣ c đƣa vào c c s n phẩm nhƣ: các chi tiết c n độ dẫn nhi t cao, các lo i pin quang đi n, các s n phẩm đi n t , các c m biến sinh học và hóa học. Khi có nano b c giúp cho các s n phẩm này có độ dẫn di n, dẫn nhi t cao, ổn đ nh và có độ bền cao. Tính ch t di t khuẩn c a nano b c là kh năng đƣ c quan tâm đặc bi t trong lĩnh v c y tế, trong s n xu t hàng hoá tiêu dùng. Các s n phẩm này có đƣ c tính năng kháng khuẩn đ ng thời có kh năng o v s c khỏe con ngƣời. Trong lĩnh v c hóa học, b c đƣ c s d ng làm vật li u di t khuẩn và làm xúc tác. Trong các nghiên c u này nhằm chế t o các vật li u trên cơ sở nano b c có ho t tính cao và tối ƣu hóa thành ph n, tỉ l mà vẫn đ t hi u qu cao. 1.1.3. Các phƣơng pháp chế tạo nano bạc C c phƣơng ph p chế t o nano c chia thành hai nhóm. a. Phương pháp hóa học Phƣơng ph p hóa học có ƣu điểm là không c n thiết ph c t p ễ th c hi n có thể thu đƣ c k ch thƣớc c c h t nano c ằng c ch thay đổi hóa ch t s ng nhƣ: lo i hóa ch t kh kh c nhau n ng độ c c ch t tham gia ph n ng ... Ngoài ra cũng có thể thay đổi c c yếu tố nhƣ nhi t độ tốc độ khu y
7 trộn tốc độ nhỏ giọt hay thời gian kh … để thu đƣ c c c h t nano c k ch thƣớc kh c nhau. [125] Có thể chia Phƣơng ph p Hóa học nhƣ sau: Phƣơng pháp khử hóa học: Phƣơng ph p này s ng t c nhân kh hóa học để chuyển c ion thành kim lo i c. S ng c c ch t kh nhƣ: natrixitrat, focmandehit, natribohidrua, axit ascorbic, etylenglycol, hydrazin, glyxerol … ối với ch t kh m nh nhƣ: natri ohy rua th ph n ng x y ra nhanh c c phân t nano r t nhỏ đƣ c t o thành. Khi n ng độ c cao ẫn tới s khuếch t n ion c trên c c ch t ov h n chế (ch t ov s ng nhƣ: polyvinylpyroli on-PVP). Trong trƣờng h p có tốc độ kh cao có thể ẫn đến độ chuyển hóa cao khi đó c c h t nano t o thành có k ch thƣớc h t phân ố rộng. S ng t c nhân kh trung nh nhƣ: focman ehyt ở n ng độ ion c kho ng 0 1 M c c phân t nano thu đƣ c có k ch thƣớc kho ng 30 nm. Khi s ng ch t kh yếu nhƣ: glucose sẽ thu đƣ c phân t nano c không đ ng đều với k ch thƣớc kho ng 20 nm. Trong trƣờng h p s ng nguyên li u c là Ag2O th s n phẩm nano c có k ch thƣớc kho ng 10 – 50 nm [85]. C c yếu tố nhƣ: pH c a ung ch n ng độ ion Ag+ tỷ l ch t kh … đều nh hƣởng đến hi u su t kh và s phân ố cũng nhƣ k ch thƣớc h t c [20]. Phƣơng pháp polyol: s ng polyme m ch thẳng có nhóm ch c -OH (nhƣ: polyvinylalcohol) để kh c ion thành c kim lo i trong ung ch có nhi t độ 60-70 oC. Polyvinyl alcohol (PVA) v a đóng vai trò làm ch t ổn đ nh và vai trò làm t c nhân kh . Phƣơng ph p polyol có thể thu đƣ c ung ch keo nano c với k ch thƣớc h t 10-30 nm [51]. Phƣơng pháp phản ứng thế: s ng một kim lo i để kh ion c thành kim lo i ct ung ch muối c trong hỗn h p có ch t ổn đ nh. Phƣơng ph p s ng để tổng h p ung ch ch a c nano. V : đ ng ph n ng thế với AgNO3 trong ung ch có ch a ch t ổn đ nh PVP. S n