Phương pháp sản xuất hệ sơn phủ lai hữu cơ - vô cơ và hệ sơn thu được từ phương pháp này

Ngày: 26/09/2024 | 5108

Bằng độc quyền sáng chế số 35923 “Phương pháp sản xuất hệ sơn phủ lai hữu cơ - vô cơ và hệ sơn thu được từ phương pháp trên có khả năng chống nóng, bền mài mòn và kháng khuẩn” đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp cho GS.TS. Thái Hoàng và các đồng nghiệp thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm KHCNVN ngày 26/6/2023. Sáng chế đề cập đến phương pháp sản xuất hệ sơn phủ lai hữu cơ - vô cơ và hệ sơn thu được từ phương pháp này, trong đó hệ sơn có thể dùng làm sơn bảo vệ cho các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng, có khả năng chống nóng, bền mài mòn và kháng khuẩn.

Do sự bùng nổ dân số thế giới, diện tích rừng/cây xanh giảm mạnh để lấy quỹ đất phục vụ sản xuất nông nghiệp và đô thị hóa đã tạo ra các hiệu ứng đảo nhiệt đô thị (urban heat island- UHI) trong các thành phố do hiện tượng hấp thụ năng lượng từ bức xạ mặt trời của các thiết bị, công trình, nhất là các tòa nhà lớn, cao tầng. Do hiệu ứng này, nhiệt độ trung bình môi trường không khí ở đô thị vào ban ngày cao hơn 2-5°C so với các khu vực nông thôn xung quanh, tạo ra các vùng vi khí hậu nóng bức, khó chịu. Vì vậy, nhu cầu về năng lượng làm mát trong nhà sẽ tăng cao. Trong bối cảnh trái đất “nóng” lên và yêu cầu thích nghi với biến đổi khí hậu, sử dụng lớp phủ chống nóng/làm mát cho các công trình công nghiệp và dân dụng là một trong những giải pháp quan trọng để tiết kiệm năng lượng làm mát cũng như giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.

Về lý thuyết, lớp phủ phản xạ nhiệt mặt trời gồm hai thành phần chính đó là chất tạo màng và các hạt có khả năng phản xạ bức xạ mặt trời. Trong các chất tạo màng có nguồn gốc hữu cơ, polymer acrylic nhũ tương được chú trọng và nghiên cứu nhiều do tạo ra sản phẩm tốt như có khả năng bền thời tiết, dễ thi công và có hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt là thân thiện môi trường.

Các nghiên cứu về lớp phủ phản xạ nhiệt hiện nay chủ yếu tập trung nghiên cứu trên đối tượng nhựa acrylic nhũ tương kết hợp với một số phụ gia nano như silic dioxit, hạt thủy tinh vi cầu rỗng, TiO₂,… và phụ gia kháng khuẩn như ZnO, nano bạc,... Tuy nhiên, các lớp phủ này tương đối mềm, chịu va đập kém, nên việc phát triển các hệ sơn phủ lai vô cơ - hữu cơ để có thể cải thiện được tính chất cơ lý của màng, đồng thời kết hợp thêm các hạt nano và các chất kháng khuẩn để cải thiện khả năng phản xạ nhiệt, bền mài mòn và tăng khả năng kháng khuẩn là rất cần thiết để mở rộng ứng dụng của lớp phủ bảo vệ cho các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng.

Mục đích của sáng chế là giải quyết các vấn đề nêu trên, bằng cách kết hợp nền polymer acrylic nhũ tương (phần hữu cơ) với keo silic dioxit (phần vô cơ), hạt nano ZrO₂ được biến tính hữu cơ, hạt micro TiO₂, phụ gia kháng khuẩn, nước và các phụ gia khác cho hệ sơn nước. Sáng chế đã phát triển được hệ sơn phủ có khả năng chống nóng, bền mài mòn và kháng khuẩn. Theo đó, sáng chế đề cập đến phương pháp sản xuất hệ sơn phủ lai hữu cơ - vô cơ và hệ sơn thu được từ phương pháp này có khả năng chống nóng, bền mài mòn và kháng khuẩn.

Theo một khía cạnh, sáng chế đề cập đến hệ sơn phủ lai hữu cơ - vô cơ chứa nhựa acrylic nhũ tương, keo silic dioxit, hạt nano ZrO₂ được biến tính hữu cơ, hạt micro TiO₂, phụ gia kháng khuẩn, phụ gia hỗ trợ phân tán, phụ gia phá bọt, phụ gia hỗ trợ tạo màng, polyetylen glycol, phụ gia điều chỉnh pH, phụ gia làm đặc và nước, mà có khả năng phản xạ bức xạ mặt trời, bền mài mòn và kháng khuẩn.

Theo một khía cạnh khác, sáng chế còn đề cập đến phương pháp sản xuất hệ sơn này về cơ bản bao gồm các bước:

1. chuẩn bị nguyên liệu bằng cách thu nhận các thành phần nhựa acrylic nhũ tương, keo silic dioxit, hạt nano ZrO₂ biến tính hữu cơ, hạt micro TiO₂, phụ gia kháng khuẩn, các phụ gia cho sơn và nước cất;
2. cho phụ gia hỗ trợ phân tán, phụ gia phá bọt vào nước và khuấy ở tốc độ 400 vòng/phút, tiếp theo cho hạt micro TiO₂, hạt nano ZrO₂ biến tính hữu cơ vào, tăng tốc độ khuấy lên 800 vòng/phút, khuấy liên tục trong 25 phút, sau đó đem rung siêu âm bằng máy siêu âm đầu dò Branson Sonifier D450 trong 5 phút;
3. thêm nhựa, keo silic dioxit và các phụ gia khác vào hỗn hợp chế tạo ở bước b), khuấy hỗn hợp ở tốc độ 600 vòng/phút trong 10 phút, thu được hệ sơn đồng nhất; và
4. đổ hệ sơn thu được ở bước c) vào trong thùng kín và bảo quản ở nhiệt độ phòng.

Các hệ sơn theo sáng chế có khả năng phản xạ bức xạ mặt trời tốt hơn so với hệ sơn đối chứng. Ngoài ra, hệ sơn theo sáng chế cũng có các đặc trưng, tính chất như độ bền mài mòn, thời gian khô bề mặt, độ bền nước, độ bền kiềm, độ bền chu kỳ nóng lạnh, độ ổn định ở nhiệt độ thấp và khả năng kháng khuẩn mà hệ sơn đối chứng không có. Các đặc trưng, tính chất của hệ sơn theo sáng chế đều rất tốt, đặc biệt là khả năng kháng khuẩn, bền mài mòn và phản xạ bức xạ mặt trời. Đây là các yếu tố mong đợi và cần thiết đối với hệ sơn để tạo ra ứng dụng hiệu quả trong thực tế.

Hiệu quả đạt được của sáng chế

Hệ sơn chứa các thành phần cụ thể theo sáng chế là hoàn toàn mới và thực sự có khả năng phản xạ bức xạ mặt trời, bền mài mòn và kháng khuẩn. Hiện nay, tại Việt Nam chưa có bất kỳ công trình khoa học/nghiên cứu và sáng chế nào bộc lộ hệ sơn chứa các thành phần cụ thể theo sáng chế.

Giải pháp theo sáng chế đã giải quyết được bản chất của vấn đề, cả về tính thực tiễn và học thuật. Cụ thể hơn, hệ sơn này có hệ số phản xạ bức xạ mặt trời 89,8% - 92,4%, độ bền mài mòn 230,77 - 333,33 L/mil, có khả năng diệt khuẩn mạnh với vi khuẩn gram âm (E.Coli) và gram dương (S.Aureus). Hệ sơn và phương pháp tạo ra hệ sơn này còn phù hợp với điều kiện chế tạo, có thể áp dụng ở quy mô công nghiệp và ứng dụng tại Việt Nam.

Tư vấn, hỗ trợ đăng ký bảo hộ độc quyền các loại hình quyền Sở hữu trí tuệ tại Viện Hàn lâm KHCNVN: Phòng Thông tin, Truyền thông Khoa học và Sở hữu công nghiệp, phòng I 3.1, nhà A11, số 18 Hoàng Quốc Việt. TEL: 024.37562551 - 0904.252.152. Email: pqduong@isi.vast.vn.

Tin: Trần Thị Kim Ngân