Tóm tắt 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:27

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 4
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: Tóm tắt 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 THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI VŨ TIẾN VIỆT 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 Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 9520301 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HOÁ HỌC Hà Nội - 2023
Công trình được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BỘ CÔNG THƯƠNG Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Thế Hữu 2. TS. Nguyễn Tuấn Anh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường và họp tại Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội vào hồi… giờ, ngày … tháng … năm … Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội - Thư viện Quốc gia Việt Nam
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong tình hình phát triển chung của đất nước, nhu cầu của các ngành dịch vụ và cuộc sống ngày càng nâng cao, điều đó đòi hỏi sự tăng trưởng nhu cầu vật liệu công nghiệp, trong đó nhu cầu về sơn ngày càng tăng cả về mặt số lượng và chất lượng. Ngày nay, ở Việt Nam, nhu cầu thị trường sơn ngày càng cao, sơn đem lại nguồn thu nhập dồi dào cho các công ty sản xuất. Người dân quan tâm nhiều đến chất lượng của sơn cũng như các tính năng đặc biệt khác của chúng. Nano bạc được biết đến là chất có tính năng kháng khuẩn hiệu quả có khả năng hạn chế, tiêu diệt nấm mốc, vi khuẩn và cả virut. Bạc và các dạng muối bạc đã được sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử khuẩn. Bạc có khả năng diệt khuẩn cao hơn so với các phương pháp khử khuẩn truyền thống, ngoài ra bạc không tạo sản phẩm phụ gây độc với môi trường. Để tăng hiệu quả khử khuẩn của bạc lên nhiều lần có thể sử dụng ở kích thước nano. Các hạt nano bạc có diện tích bề mặt lớn, trong trường hợp đưa lên một chất mang sẽ làm tăng khả năng tiếp xúc với các vi khuẩn, do đó làm tăng khả năng khử khuẩn của vật liệu. Yêu cầu đối với các chất mang là phải có diện tích bề mặt riêng lớn, có khả năng tạo liên kết đối với các hạt bám trên bề mặt, có cấu trúc xốp phù hợp, giúp cho các hạt nano phân tán đều và bám chắc trên chất mang. Trong lĩnh vực vật liệu sơn phủ, ngày nay sơn phủ không chỉ mang tính thẩm mỹ, che phủ, bảo vệ bề mặt vật liệu, mà còn phải có thêm những tính năng mới như (i) chống ăn mòn, (ii) chống lại sự thay đổi đột ngột của thời tiết, (iii) kháng vi khuẩn, (iv) tự làm sạch vết bẩn, (v) giảm ô nhiễm không khí môi trường xung quanh, (vi) tự sửa chữa… Ngày nay với sự phát triển của công nghệ và vật liệu nano, các lớp phủ trở nên thông minh hơn và bền vững hơn. Việc nghiên cứu tổng hợp, phối trộn để chế tạo ra vật liệu mới ưu việt hơn, phục vụ đời sống con người cũng. Một loại sơn có khả năng kháng khuẩn nhưng giá thành sản phẩm không cao sẽ là loại sơn được quan tâm. Chính vì những lý do trên chúng tôi thực hiện đề tài 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 nhằm sản
2 xuất loại sơn có tính chất cơ lý tốt, có khả năng kháng khuẩn để bảo vệ sức khỏe người dân. 2. Mục tiêu luận án 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. 3. Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp các hạt lai của nano bạc (kích thước < 50nm) với các oxit kim loại (hạt nano-TiO2, nano-ZnO có kích thước < 100nm). - Nghiên cứu chế tạo màng sơn chứa các hạt nano. - Nghiên cứu tính chất cơ lý và khả năng kháng khuẩn (vi khuẩn E. coli, Gram -, Gram +…) của màng sơn. - Nghiên cứu khả năng kỵ nước của màng sơn (góc tiếp xúc nước của màng sơn). 4. Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp tổng hợp vật liệu * Phương pháp khảo sát cấu trúc * Phương pháp thử hoạt tính sinh học 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Tổng hợp được hạt lai nano bạc với TiO2, ZnO bằng phương pháp quang học có khả năng kháng khuẩn. Chế tạo được màng sơn có chứa hạt lai nano bạc với nano TiO2, nano ZnO có khả năng kháng khuẩn sử dụng trong sơn nội thất để phục vụ đời sống con người. 6. Những đóng góp mới của luận án - Tổng hợp thành công hệ hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO bằng phương pháp quang. - Xác định được các đặc trưng của hạt lai bằng các phương pháp vật lý hiện đại như: X-Ray, TEM và BET cho thấy các hạt nano bạc phân bố trên bề mặt các nano oxit kim loại. - Xác định khả năng kháng khuẩn cho thấy mẫu hạt lai có khả năng kháng khuẩn Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella typhimurium. - Chế tạo thành công màng sơn kháng khuẩn trên cơ sở hạt lai nano Ag/TiO2, Ag/ZnO phân tán trong nhựa acrylic.
3 - Màng sơn chế tạo đạt được các tiêu chuẩn cơ lý sử dụng làm sơn nội thất. Các thử nghiệm kháng khuẩn cho thấy màng sơn thể hiện hiệu quả diệt khuẩn mạnh đối với cả vi khuẩn E. coli và S. aureus. 7. Bố cục của luận án Bố cục luận án bồm phần mở đầu, 3 chương, kết luận và kiến nghị: Chương 1. Tổng quan về sơn acrylic và hạt lai nano bạc Chương 2. Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu Chương 3. Kết quả và thảo luận CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SƠN ACRYLIC VÀ HẠT LAI NANO BẠC Phần tổng quan tập hợp các nghiên cứu trong nước và ngoài nước về các vấn đề: 1.1. TỔNG QUAN VỀ HẠT LAI NANO BẠC 1.2. TỔNG QUAN POLYACRYLATE 1.3. TỔNG QUAN VỂ SƠN CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 2.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU 2.2.1. Tổng hợp hạt lai nano Ag với các oxit kim loại a. Tổng hợp hạt lai nano Ag và TiO2 Cân 0,1g TiO2 cho vào trong các cốc thuỷ tinh chứa các dung dịch AgNO3 có nồng độ lần lượt từ 0,01M đến 0,05M và thêm vào đó 100ml nước cất rồi cho lên máy khuấy từ, khuấy trong thời gian khảo sát từ 2 giờ đến 6 giờ trực tiếp dưới ánh sáng của đèn UV. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch trong quá trình tổng hợp. Tiến hành ly tâm hỗn hợp chất rắn sau đó đem đi sấy ở 95-100oC đến khi khô. Hạt lai được đem đi đo UV-Vis, TEM để đánh giá kích thước hạt, khả năng kháng khuẩn của vật liệu. b. Tổng hợp hạt lai nano Ag và ZnO Cân 0,1g ZnO cho vào trong các cốc thuỷ tinh chứa các dung dịch AgNO3 có nồng độ lần lượt từ 0,01M đến 0,05M và thêm vào đó 100ml nước cất rồi cho lên máy khuấy từ, khuấy trong thời gian khảo sát từ 6 giờ đến 10 giờ dưới ánh sáng của đèn UV. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch trong quá trình tổng hợp.
4 Tiến hành ly tâm hỗn hợp chất rắn sau đó đem đi sấy ở 95-100oC đến khi khô. Hạt lai được đem đi đo UV-Vis, TEM để đánh giá kích thước hạt, khả năng kháng khuẩn của vật liệu. 2.2.2. Chế tạo màng sơn trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và hạt lai nano a. Khảo sát một số thành phần có ở trong sơn * Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ giữa chất tạo màng và chất làm đặc (chất điều chỉnh độ nhớt) Quá trình nghiên cứu sử dụng 3 loại phụ gia: methocel K, natrosol HBR và texicryl 13-317 đo độ nhớt phù hợp với từng loại. * Nghiên cứu lựa chọn phụ gia phá bọt Luận án đã thử nghiệm hai loại phụ gia phá bọt là Foamaster NXZ và Teric N9 để nghiên cứu làm phụ gia phá bọt cho sơn. * Nghiên cứu lựa chọn phụ gia phân tán Để nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia phân tán sử dụng phụ gia phân tán orotan 731 và Hydropalat 5040 để khảo sát. b. Chế tạo màng sơn trên cơ sở nhựa acrylic nhũ hoá và hạt lai nano Ag Cho lượng nước theo tính toán cùng với nhựa acrylic nhũ tương vào cốc khuấy, bật máy khuấy chạy với tốc độ 600 vòng/phút, để máy khuấy chạy 15 phút rồi bổ sung phụ gia phá bọt, phụ gia phân tán, hạt lai nano Ag/TiO2 (Ag/ZnO), khuấy tiếp 15 phút. Cuối cùng cho phụ gia làm đặc đã được ngâm với nồng độ 2% đến độ nhớt tối đa vào máy khuấy, khuấy tiếp với các khoảng thời gian 75 phút rồi dừng. Mẫu vật liệu đem đi sơn lên tấm kim loại hoặc tấm kính để khô và ổn định trong 7 ngày ở nhiệt độ phòng, sau đó đo tính chất cơ lý, khả năng kháng khuẩn của vật liệu. Hình 2. 1. Quy trình chế tạo màng sơn
5 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp N2 được thực hiện tại Trường đại học Sư phạm Hà Nội, trên máy TriStar 3000 V6.07 A. - Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) được chụp trên thiết bị đo kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường Hitachi S-4800 của Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương và Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) được xác định đo kính hiển vi điện tử truyền qua trên máy Jeol HRTEM 3010 tại Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương. JEM1010-JEOL, tại Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên. - Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) được ghi trên máy Siemen D-5000. Máy đo tại Khoa Hoá học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. - Máy quang phổ UV-Vis, model CINTRA 4040 (GBC, Hampshire, Durham, NH, USA) với chiều rộng khe 2 nm được sử dụng để theo dõi độ hấp thụ của các tế bào sắc tố và sự truyền điện tử trong nanocomposite. - Phổ kế UV-Vis-NIR chế độ đo phản xạ: Máy quang phổ UV-Vis Model: UV-2600; hãng sản suất: Shimadzu (Nhật bản); Hệ thống quang học: 2 chùm tia, sử dụng hệ thống gương đơn sắc Czerny- Turner, cách tử nhiễu xạ Lo-Ray-Ligh tại Viện Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Tính chất cơ lý của màng sơn được đo tại khoa Công nghệ Hoá, trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Viện Vật liệu xây dựng và Công ty CP địa chất mỏ - TKV. - Khả năng diệt khuẩn đo tại phòng thử nghiệm vi sinh - Công ty cổ phần chứng nhận và giám định IQC.
6 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. KẾT QUẢ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO HẠT LAI 3.1.1. Kết quả một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo hạt lai Ag/TiO2 a. Ảnh hưởng của ánh sáng đến quá trình chế tạo hạt lai Ag/TiO2 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng đến quá trình tổng hợp hạt lai Ag/TiO2 Điều kiện ánh Kích thước Sự phân bố nano Ag trên sáng hạt lai (nm) TiO2 4-7 Hạt tạo ra rất ít, phân tán Không ánh sáng không đều Ánh sáng mặt trời 3-10 Phân tán đều, ít hạt Chiếu đèn UV 5-20 Phân tán đồng đều, nhiều hạt b. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chế tạo hạt lai nano Ag/TiO2 Bảng 3. 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến kích thước hạt lai nano Ag trên TiO2 Nhiệt độ (0C) Kích thước hạt Ag trên TiO2 (nm) 25 8-20 35 10-25 45 10-25 55 10-30 c. Ảnh hưởng của thời gian chiếu tia UV đến quá trình chế tạo hạt lai nano Ag/TiO2 Bảng 3. 3. Ảnh hưởng thời gian chiếu tia UV đến quá trình chế tạo hạt nano Ag trên TiO2 Thời gian Kích thước chiếu tia hạt nano bạc Sự phân bố Ag trên TiO2 UV (giờ) (nm) 2 < 10 Hạt tạo ra khá ít, phân tán không đều 3 5-15 Hạt tạo ra ít, phân tán chưa đều 4 10-20 Hạt tạo ra nhiều, phân tán đồng đều 5 10-25 Hạt tạo ra nhiều, phân tán đồng đều 6 10-25 Hạt tạo ra nhiều, co cụm
7 d. Ảnh hưởng nồng độ AgNO3 đến quá trình chế tạo hạt lai nano Ag trên TiO2 Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 đến quá trình chế tạo hạt nano Ag trên TiO2 Nồng độ Ag+ (M) 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Yếu tố Kích thước hạt Hạt tạo 10-20 10-25 15-30 15-30 nano bạc (nm) ra rất ít Hạt tạo Phân tán Phân tán Co Phân bố Co cụm ra rất ít đồng đều đồng đều cụm Không Ổn Không Độ ổn định Ổn định Ổn định ổn định định ổn định Như vậy điều kiện tối ưu để chế tạo hạt lai Ag/TiO2 là: - Chế tạo vật liệu dưới sự chiếu xạ của đèn UV; - Quá trình chế tạo hạt lai ở nhiệt độ 250C; - Thời gian tổng hợp vật liệu là 4 giờ; - Sử dụng nồng độ AgNO3 là 0,02 M. e. Đặc trưng cấu trúc của hạt lai Ag/TiO2 * Kết quả nhiễu xạ tia X (XRD) a. Giản đồ XRD của TiO2; b. Giản đồ XRD của hạt lai Ag/TiO2 Hình 3.1. Giản đồ XRD mẫu TiO2 và mẫu hạt lai Ag/TiO2 Trên Hình 3.1 cho kết quả XRD của nano TiO2 và Ag/TiO2. Pha rutil của TiO2 thể hiện ở các đỉnh nhiễu xạ và đỉnh phản xạ tại (110), (101), (111) và (211) có cường độ cao nhất, phù hợp với tài liệu [103] thể hiện trên Hình 3.1a. Trên Hình 3.1b cho biết cực đại cường độ cao ở phản xạ (111) của kim loại Ag trong Ag/TiO2 [12]. Các đỉnh
8 khác của Ag bị chi phối bởi các pha TiO2 do có nồng độ thấp (so với nano TiO2). * Kết quả phổ UV-Vis Khi kết hợp Ag và TiO2 để chế tạo hạt lại Ag/TiO2 cho thấy vùng hấp thụ được chuyển sang vùng khả kiến. Kết quả đo này khá tương đồng với các kết quả chỉ ra về nano TiO2 pha tạp Ag trong tài liệu tham khảo [105]. Hình 3. 2. Phổ UV-Vis của mẫu nano TiO2, nano Ag và hạt lai Ag/TiO2 * Kết quả đo phổ kế UV-Vis-NIR chế độ đo phản xạ Trên Hình 3.3 cho thấy mức năng lượng đối với TiO2 là 2,97 eV (vạch màu đen); mức năng lượng đối với mẫu hạt lai nano Ag/TiO2 là 2,85 eV (vạch màu đỏ). Sự lai hoá của TiO2 và Ag được thể hiện thông qua việc giảm năng lượng của Ag/TiO2 từ 2,97 eV xuống 2,85 eV. Hình 3. 3. Kết quả đo phản xạ mẫu nano TiO2 và Ag/TiO2 bằng phổ UV-Vis-NIR
9 * Ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của mẫu hạt lai Ag/TiO2 Trên bề mặt của hạt TiO2 nano (50-100 nm) có chứa các hạt nano Ag (hạt đen, 10-20 nm) được phân tán tốt. Với các điều kiện chế tạo tối ưu khảo sát ở trên đã thu được các hạt lai có chứa nano bạc với kích thước phù hợp. * Kết quả độ hấp thụ và giải hấp N2 của hạt lai nano bạc Bảng 3. 5. Kết quả diện tích bề mặt riêng của TiO2 và Ag/TiO2 Mẫu đo Diện tích bề mặt riêng theo BET (m2/g) TiO2 24,9 Hạt lai Ag/TiO2 26,4 Qua Bảng 3.5 chỉ ra diện tích bề mặt riêng của Ag/TiO2 tăng lên khá nhỏ so với TiO2 ban đầu. Do các hạt nano Ag bám trên bề TiO2 làm tăng diện tích bề mặt riêng so với TiO2 ban đầu. f. Khả năng kháng khuẩn của vật liệu Tiến hành đánh giá hoạt tính sinh học của hạt lai tổng hợp bằng phương pháp quang (UV) trên các vi khuẩn: Salmonella typhimurium (ATCC 14028), Escherichia coli (ATCC 25922) và Staphylococcus aureus (ATCC 25923), kết quả đo kháng khuẩn được trình bày trên các Hình 3.6; 3.7; 3.8 và Bảng 3.6. Bảng 3. 6. Kết quả kháng khuẩn của hạt lai nano Ag/TiO2 Hiệu số D1 – d1, (mm) D1 Đường kính vòng vô khuẩn (mm), d1 = 9 Đường kính giếng (mm) Nồng độ S. aureus E. coli S. tyhimurium (mg/mL) Không Không Không Chiếu Chiếu Chiếu chiếu chiếu chiếu sáng sáng sáng sáng sáng sáng 0 0 0 0 0 0 0 8 2 0 5 3 5 4 16 5 3 7 4 9 6 40 9 6 9 6 11 8
10 3.1.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo hạt lai Ag/ZnO a. Ảnh hưởng của ánh sáng đến quá trình chế tạo hạt lai Ag/ZnO Bảng 3.7. Ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng đến quá trình tổng hợp hạt lai Ag/ZnO Kích Điều kiện ánh thước Sự phân bố nano Ag trên ZnO sáng hạt nano bạc (nm) Không ánh sáng 3-6 Phân tán không đều, hạt tạo ra ít Ánh sáng mặt trời 5-15 Phân tán đều, ít hạt Chiếu đèn UV 5-15 Phân tán đồng đều, nhiều hạt b. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chế tạo hạt lai nano Ag/ZnO Bảng 3. 8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến kích thước hạt lai nano Ag trên ZnO Nhiệt độ (oC) Kích thước hạt Ag tren ZnO (nm) 25 5-15 35 5-20 45 6-20 55 8-20 c. Ảnh hưởng của thời gian chiếu tia UV đến quá trình chế tạo hạt lai nano Ag/ZnO Bảng 3. 9. Ảnh hưởng thời gian chiếu tia UV đến quá trình chế tạo hạt nano Ag trên ZnO Thời gian Kích thước chiếu tia UV hạt nano bạc Sự phân bố Ag trên ZnO (giờ) (nm) 6
11 d. Ảnh hưởng nồng độ AgNO3 đến quá trình chế tạo hạt lai nano Ag trên ZnO Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 đến quá trình chế tạo hạt nano Ag trên ZnO Nồng độ Ag + (M) 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Yếu tố Kích thước Hạt tạo hạt nano 5-15 5-20 10-25 10-25 ra rất ít bạc (nm) Phân tán Hạt tạo Phân tán Co Co Phân bố đồng ra rất ít đồng đều cụm cụm đều Không Không Ổn Ổn Độ ổn định Ổn định ổn ổn định định định định Như vậy điều kiện tối ưu để chế tạo hạt lai Ag/ZnO là: - Tổng hợp vật liệu dưới sự chiếu xạ của đèn UV; - Nhiệt độ quá trình chế tạo hạt lai là 250C; - Sử dụng nồng độ AgNO3 là 0,02 M. - Thời gian chế tạo vật liệu là 8 giờ; e. Đặc trưng cấu trúc của hạt lai Ag/ZnO * Kết quả nhiễu xạ tia X (XRD) a. Giản đồ XRD của ZnO; b. Giản đồ XRD của hạt lai Ag/ZnO Hình 3. 9. Kết quả XRD của Ag/ZnO và ZnO * Kết quả phổ UV-Vis Phổ UV-Vis của dung dịch nước chứa các hạt nano ZnO, Ag và Ag/ZnO thể hiện ở Hình 3.10. Các hạt lai nano Ag/ZnO được hấp thụ trong vùng UV (ở dải rộng 410 nm) khá thấp.
12 Hình 3. 10. Phổ UV-Vis của các hạt nano ZnO, Ag và Ag/ZnO * Kết quả đo phổ kế UV-Vis-NIR chế độ đo phản xạ 7.5 ZnO (S0) ZnO-Ag (S1) 6.0 ZnO-Ag (S2) 4.5 [F(R)hν]2 3.0 2.7 eV 3.2 eV 1.5 2.9 eV 0.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 hν (eV) Hình 3.11. Kết quả đo phản xạ mẫu nano ZnO và Ag/ZnO bằng phổ UV-Vis-NIR Trên Hình 3.11 cho thấy mức năng lượng đối với ZnO là 3,2 eV (vạch màu đen); mức năng lượng đối với mẫu hạt lai nano Ag/ZnO là 2,9 eV (vạch màu xanh). Sự lai hoá của ZnO và Ag được thể hiện thông qua việc giảm năng lượng vùng cấm của Ag/ZnO từ 3,2 eV xuống 2,9 eV. * Kết quả ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Trên Hình 3.12 cho thấy trên bề mặt chất mang nano ZnO có bám đều các hạt nano Ag và phân tán trên bề mặt. * Kết quả độ hấp thụ và giải hấp N2 của hạt lai nano bạc Trên Hình 3.13 cho thấy đường hấp phụ và giải hấp đẳng nhiệt N2 mẫu hạt lai nano Ag/ZnO đặc trưng cho vật liệu có cấu trúc mao quản trung bình (có dạng VI - theo phân loại của IUPAC). Các hạt lai nano Ag/ZnO đã kết dính một số với nhau tạo ra mao quản ngoài của vật liệu.
13 Hình 3. 13. Đường hấp phụ - giải hấp N2 của hạt lai nano Ag/ZnO e. Khả năng kháng khuẩn của vật liệu Bảng 3. 11. Kết quả kháng khuẩn của hạt lai nano Ag/ZnO Hiệu số D1 – d1, (mm) D1 đường kính vòng vô khuẩn (mm), d1 = 9 đường kính giếng (mm) Nồng độ S. aureus E. coli S. tyhimurium (mg/mL) Không Không Không Chiếu Chiếu Chiếu chiếu chiếu chiếu sáng sáng sáng sáng sáng sáng 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 3 1 0 0 16 2 0 5 3 7 2 40 6 3 9 6 13 6 3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA MÀNG SƠN 3.2.1. Khảo sát một số thành phần màng sơn acrylic * Nghiên cứu tỷ lệ chất tạo màng và chất làm đặc (chất điều chỉnh độ nhớt)
14 Bảng 3. 12. Kết quả sử dụng phụ gia với chất tạo màng Bodex AA261T TT Hàm Chất làm đặc (%) Độ TCVN lượng Methocel Natrosol Texicryl nhớt 6934:2001 chất tạo K 250 13-317 (Pa.s) (Pa.s) màng (%) HBR 0,4 15,6 1 30 0,4 15,8 0,4 15,2 0,5 18,4 2 35 0,5 18,8 0,5 18,1 12 - 20 0,6 21,5 3 40 0,6 21,9 0,6 21,1 0,7 25,4 4 45 0,7 25,9 0,7 25,0 Bảng 3. 13. Kết quả sử dụng phụ gia với chất tạo màng Bodex 454 TT Hàm lượng Chất làm đặc (%) Độ TCVN chất tạo Methocel K Natrosol Texicryl nhớt 6934:2001 màng (%) 250 13-317 (Pa.s) (Pa.s) HBR 0,4 16,2 1 30 0,4 16,4 0,4 15,8 0,5 18,6 2 35 0,5 18,9 0,5 18,3 12 - 20 0,6 21,7 3 40 0,6 22,5 0,6 21,4 0,7 25,8 4 45 0,7 26,3 0,7 25,4
15 Như vậy khi khảo sát làm lượng chất làm đặc cho thấy cả 2 chất tạo màng nên sử dụng chất làm đặc Natrosol 250 HBR với hàm lượng 0,5% để nghiên cứu tiếp theo, hàm lượng chất tạo màng sử dụng là 35% cho sơn có độ nhớt phù hợp để gia công các tấm mẫu, đo các tính chất cơ lý của màng sơn. * Nghiên cứu lựa chọn phụ gia phá bọt Bảng 3. 14. Kết quả sử dụng phụ gia phá bọt TT Hàm lượng chất phá bọt (%) Tính chất hệ sơn (quan Foamaster Teric N9 sát) Chất tạo màng Bodex AA261T 1 0,1 Còn rất ít bọt 2 0,2 Không còn bọt 3 0,3 Không còn bọt 4 0,1 Còn rất ít bọt 5 0,2 Không còn bọt 6 0,3 Không còn bọt Chất tạo màng Bodex 454 1 0,1 Còn rất ít bọt 2 0,2 Không còn bọt 3 0,3 Không còn bọt 4 0,1 Còn rất ít bọt 5 0,2 Không còn bọt 6 0,3 Không còn bọt * Nghiên cứu phụ gia phân tán Sử dụng phụ gia phân tán Orotan 731 và Hydropalat 5040 để khảo sát. Do hàm lượng chất tạo mầu, bột độn… chưa sử dụng; chỉ sử dụng hàm lượng rất nhỏ hạt lai cho vào trong sơn nên khi sử dụng chất phân tán với hàm lượng 0,05% thu được sơn có chất lượng phân tán tốt, không co cụm. Trong 2 loại phân tán thì Hydropalat 5040 có giá thành thấp hơn nên trong các nghiên cứu sẽ sử dụng phụ gia này với hàm lượng 0,05%. 3.2.2. Màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO2 a. Tính chất cơ lý của màng sơn  Độ bám dính:
16 Bảng 3. 15. Kết quả đo độ bám dính của màng sơn chứa Ag/TiO2 Lượng hạt lai Kết Hiện tượng TCVN trong mẫu sơn quả đo 6934:2001 (g/g) (điểm) 0 1 Vết cắt nhẵn, không Điểm 2 bong tróc 1,8.10-5 1 Vết cắt nhẵn, không Điểm 2 bong tróc 3,5.10-5 1 Vết cắt nhẵn, không Điểm 2 bong tróc 5,2.10-5 1 Vết cắt nhẵn, không Điểm 2 bong tróc 6,9.10-5 1 Vết cắt nhẵn, không Điểm 2 bong tróc  Độ bền uốn: Bảng 3. 16. Độ bền uốn màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO2 Lượng hạt lai trong Kết quả đo Hiện tượng mẫu sơn (g/g) 0 Điểm 1, Không xuất hiện vết nứt, 1 mm tấm mẫu bong tróc 1,8.10-5 Điểm 1, Không xuất hiện vết nứt, 1 mm tấm mẫu bong tróc 3,5.10-5 Điểm 1, Không xuất hiện vết nứt, 1 mm tấm mẫu bong tróc 5,2.10-5 Điểm 1, Không xuất hiện vết nứt, 1 mm tấm mẫu bong tróc 6,9.10-5 Điểm 1, Không xuất hiện vết nứt, 1 mm tấm mẫu bong tróc  Độ bền cào xước: Bảng 3. 17. Độ bền cào xước màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO2 Lượng hạt lai trong mẫu Khối lượng quả nặng Ghi chú sơn (g/g) (g) 0 950 1,8.10-5 950 3,5.10-5 950 5,2.10-5 950 -5 6,9.10 950
17  Độ bền nước Bảng 3. 18. Độ bền nước màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO2 TT Lượng hạt lai Kết quả bền TCVN 6934:2001 trong mẫu sơn nước (giờ) (giờ) (g/g) 1 0 1580 >1000 -5 2 1,8.10 1613 >1000 3 3,5.10-5 1669 >1000 4 5,2.10-5 1572 >1000 5 6,9.10-5 1523 >1000  Độ bền kiềm Bảng 3. 19. Độ bền kiềm màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO2 TT Lượng hạt lai Kết quả bền TCVN 6934:2001 trong mẫu sơn kiềm (giờ) (giờ) (g/g) 1 0 967 > 600 -5 2 1,8.10 982 > 600 3 3,5.10-5 991 > 600 4 5,2.10-5 953 > 600 -5 5 6,9.10 920 > 600  Độ bền rửa trôi Bảng 3. 20. Độ bền rửa trôi màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO2 TT Lượng hạt lai Kết quả bền TCVN 6934:2001 trong mẫu sơn rửa trôi (chu (chu kỳ) (g/g) kỳ) 1 0 1756 >1200 2 1,8.10-5 1821 >1200 3 3,5.10-5 1877 >1200 -5 4 5,2.10 1792 >1200 5 6,9.10-5 1723 >1200  Độ bền sốc nhiệt Sau khi thực hiện phép đo độ bền sốc nhiệt cho thấy 5 mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 8653-5:2012, kết quả đo cho thấy màng sơn không bị bong hay có vết trên bề mặt, sau hơn 50 chu kỳ các tính chất cơ lý của màng sơn không thay đổi. Điều này chứng tỏ màng sơn có độ bền sốc nhiệt cao, đạt tiêu chuẩn TCVN 6934:20002 cho sơn ngoại thất.
18 Bảng 3.21. Độ bền sốc nhiệt màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO2 TT Lượng hạt lai Kết quả bền sốc TCVN 6934:2001 trong mẫu sơn nhiệt (chu kỳ) (chu kỳ) (g/g) 1 0 131 >50 2 1,8.10-5 133 >50 -5 3 3,5.10 142 >50 4 5,2.10-5 130 >50 5 6,9.10-5 127 >50 b. Kết quả ảnh TEM và đo góc tiếp xúc giọt nước của màng sơn * Kết quả ảnh TEM của màng sơn Vật liệu hạt lai Ag/TiO2 sau khi đo kính hiển vi điện tử truyển qua thể hiện các hạt lai phân tán tốt trong màng sơn, không có bề mặt phân chia pha. * Kết quả đo góc tiếp xúc giọt nước của màng sơn Bảng 3.22. Kết quả kháng khuẩn của màng sơn chứa hạt lai nano Ag/TiO2 chống lại vi khuẩn S.aureus và E. coli Sau 24 h ủ Khả năng Mẫu (CFU/cm2) Log10 kháng khuẩn E. coli S. aureus E. coli S. aureus E. coli S. aureus Mẫu trắng 6.1×104 1.3×105 4.79 5.11 - - Titan (chứa 4,0x104 6,0x104 4,85 5,00 0,66 0,72 0,03g/kg TiO2) Titan + 0,01 (chứa 7,8x103 7,9x103 3,89 3,90 0,96 1,10 0,01g/kg Ag/TiO2) Titan + 0,02 (chứa 3,7x103 4,3x103 3,57 3,63 1,28 1,37 0,01g/kg Ag/TiO2) Titan + 0,03 (chứa 7,8x102 8,8x102 2,89 2,94 1,96 2,06 0,01g/kg Ag/TiO2) Titan + 0,04 (chứa 6,4x102 5,3x102 2,81 2,72 2,04 2,28 0,01g/kg Ag/TiO2) 3.2.3. Màng sơn chứa hạt lai nano Ag/ZnO a. Tính chất cơ lý của màng sơn  Độ bám dính