Nghiên cứu chế tạo chất phủ kị nước trên cơ sở nano silica và polysiloxan ứng dụng chống thấm cho các công trình xây dựng bằng bê tông và gạch đất sét nung

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả
thí nghiệm nêu trong luận văn này là trung thực và chƣa từng công bố trên bất kỳ
công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Thái Duy Đức

i


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn TS. Trịnh Minh Đạt và PGS.TS. Tạ Phƣơng Hòa
đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo cũng nhƣ tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em
trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Em cảm ơn các thầy, cô Trung tâm Vật liệu Polyme & Compozit - Viện Kỹ
thuật hóa học - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội và Trung tâm Vật liệu hữu cơ &
Hóa phẩm xây dựng - Viện Vật liệu xây dựng đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em
hoàn thành luận văn này.
Cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã ủng hộ, động viên tôi hoàn
thành khóa cao học 2014A.
Hà Nội, tháng 7 năm 2016
Học viên

THÁI DUY ĐỨC

ii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 4
1.1. Hiện tƣợng kỵ nƣớc trong tự nhiên .................................................................. 4
1.2. Vật liệu kị nƣớc nhân tạo ................................................................................. 6
1.2.1. Ống nano cac bon ........................................................................................... 6
1.2.2. Hợp chất kim loại có cấu trúc dạng hạt nano và nanorod ............................. 7
1.2.3. Vật liệu hợp kim .............................................................................................. 7
1.2.4. Vật liệu polyme và nanocompozit ................................................................... 8
1.3. Tính chất của màng phủ kị nƣớc ...................................................................... 9
1.3.1. Tính chất bám dính.......................................................................................... 9
1.3.2. Tính thấm ướt bề mặt của màng phủ nano kị nước ...................................... 10
1.3.3. Tính chất quang học ...................................................................................... 12
1.3.4. Tính chất chống ăn mòn ................................................................................ 12
1.3.5. Tính dẫn điện................................................................................................. 13

1.4. Vật liệu bê tông và gạch đất sét nung ............................................................. 13
1.4.1. Vật liệu bê tông [7] ....................................................................................... 13
1.4.2. Gạch đất sét nung.......................................................................................... 15

iii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

1.5. Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất phủ chống thấm kỵ nƣớc trong nƣớc và
trên thế giới ............................................................................................................ 16
1.5.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng ở ngoài nước ........................................... 16
1.5.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trong nước............................................. 17
1.6. Cơ sở khoa học của vấn đề nghiên cứu .......................................................... 18
1.6.1. Cơ sở lý thuyết về vấn đề thấm ướt và góc tiếp xúc ...................................... 18
1.6.2. Cơ chế tương tác giữa chất tạo màng và chất phân tán ............................... 23
1.6.3. Cơ chế đóng rắn của màng phủ kị nước trên cơ sở chất kết dính
polysiloxan .............................................................................................................. 27
1.6.4. Cơ chế tương tác giữa nền và chất phủ, đặc tính thở của màng
polysiloxan .............................................................................................................. 29
CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 32
2.1. Nguyên vật liệu............................................................................................... 32
2.1.1. Chất tạo màng ............................................................................................... 32
2.1.2. Bột nano SiO2 kị nước ................................................................................... 33
2.1.3. Các loại phụ gia ............................................................................................ 33
2.1.4. Quy trình chế tạo bê tông thử nghiệm [15] .................................................. 33
2.1.5. Quy trình chế tạo gạch đất sét nung ............................................................. 34
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 35

2.2.1. Các phương pháp tiêu chuẩn ........................................................................ 35
2.2.2. Các phương pháp phi tiêu chuẩn .................................................................. 35
2.2.3. Các phương pháp phân tích lý hóa hiện đại ................................................. 36
2.3. Thiết bị và dụng cụ thử nghiệm ...................................................................... 36
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN .................................... 38
3.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các chất tạo màng khác nhau đến đặc tính kị nƣớc
và khả năng thoát hơi nƣớc của màng phủ ............................................................ 38
iv


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của điều kiện công nghệ phân tán các hạt nano SiO2
đến tính chất kị nƣớc của màng phủ ...................................................................... 42
3.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy ......................................................................... 42
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy .................................................................... 43
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ khuấy đến tính kị nước của màng phủ ................... 44
3.3. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia phân tán thích hợp để phân tán các hạt nano
SiO2 trong dung dịch chất tạo màng ...................................................................... 45
3.4. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia phá bọt để nâng cao tính chất kị nƣớc của màng
phủ ......................................................................................................................... 47
3.5. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng SiO2 đến tính chất kị nƣớc của màng phủ .......... 48
3.6. Nghiên cứu qui trình phối trộn dung dịch ...................................................... 50
3.7. Nghiên cứu đánh giá tính chất chống thấm của dung dịch kỵ nƣớc đã chế tạo
với sản phẩm đối chứng trên vật liệu bê tông và gạch đất sét nung ...................... 52
3.7.1. Nghiên cứu đánh giá độ hút nước trong bê tông và gạch đất sét nung ........ 52
3.7.2. Nghiên cứu đánh giá khả năng chống thấm 2 chiều thuận nghịch ............... 53
3.7.3. Nghiên cứu đánh giá mức độ chống thấm ion clo ........................................ 54

3.7.4. Phân tích cấu trúc vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) ................ 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 60

v


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ

Ký hiệu và chữ viết tắt

Góc tiếp xúc

WCAs

Lực hấp dẫn

VA

Lực đẩy

VR

Vật liệu xây dựng

VLXD

Kính hiển vi điện tử quét

SEM

vi


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các chỉ tiêu chất lƣợng của dung dịch chống thấm cần đạt đƣợc
Bảng 1.2. Tính chất của các loại màng phủ kị nƣớc trên cơ sở các chất tạo màng
khác nhau phủ lên bề mặt gạch
Bảng 1.3. Năng lƣợng bề mặt của các vật liệu thông dụng
Bảng 2.1. Thành phần và tính chất cơ bản của các mẫu bê tông thử nghiệm
Bảng 3.1. Khả năng thoát hơi nƣớc của các mẫu vữa bê tông đƣợc xử lý bề mặt
bằng dung dịch kị nƣớc trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau
Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của phụ gia phá bọt Foamaster NXZ và Dapro DF 7010 đến
ngoại quan màng phủ kị nƣớc
Bảng 3.3. So sánh góc tiếp xúc giữa các mẫu dung dịch kị nƣớc khuấy theo
qui trình 1 và qui trình 2
Bảng 3.4. Độ hút nƣớc của bê tông và gạch đất sét nung
Bảng 3.5. Khả năng chống thấm hai chiều thuận nghịch trên bê tông M25
Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm khả năng thấm ion clo của mẫu bê tông mác 25 Mpa

vii

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cây sen và giọt nƣớc trên bề mặt cây sen
Hình 1.2. (a) Ảnh SEM bề mặt của lá sen, ô biểu bì đƣợc bao bọc bởi những tinh thể
nano sáp (cỡ 20 μm); (b) Quá trình tự làm sạch bề mặt trên bề mặt nhám
Hình 1.3. (a) Nhện nƣớc đứng trên bề mặt nƣớc; (b) Ảnh SEM bề mặt của
chân nhện nƣớc có nhiều gai định hƣớng có kích thƣớc micro; (c, d, e, f)
Cấu trúc dạng rãnh kích thƣớc nanomet trên 1 lông
Hình 1.4. (a) Giọt nƣớc trên màng PS với góc tiếp xúc là 95o ; Hình ảnh giọt nƣớc
trên bề mặt đƣợc tạo ra từ PS và ống nano với các góc nghiêng khác nhau:
(b) 0o, (c) 90o, (d) 180o
Hình 1.5. (a) Giọt nƣớc trên bề mặt kị nƣớc; (b) giọt nƣớc trên bề mặt ƣa nƣớc
Hình 1.6. Sự liên hệ giữa góc tiếp xúc theta và sức căng bề mặt theo công thức Yoang
Hình 1.7. (a) giọt nƣớc rơi trên bề mặt theo mô hình Wenzel; (b) cách tính góc
tiếp xúc theo mô hình Wenzel
Hình 1.8. (a) giọt nƣớc rơi trên bề mặt nhám theo mô hình Cassie; (b) cách tính góc
tiếp xúc theo mô hình Cassie
Hình 1.9. (a) góc tiếp xúc trễ; (b) góc tiếp xúc tiến và lùi khi thêm hoặc rút chất lỏng
ra khỏi giọt chất lỏng
Hình 1.10. Bề mặt tƣờng đƣợc phủ một lớp màng kị nƣớc trên cơ sở polysiloxan và
nano SiO2 kị nƣớc
Hình 1.11. Cấu trúc hóa học của polysiloxan
Hình 1.12. Cấu trúc hóa học của màng polyme siloxane sau khi đóng rắn
Hình 1.13. So sánh đặc tính thở của mẫu bê tông chƣa xử lý và đã xử lý bằng
màng phủ kị nƣớc

Hình 1.14. Tƣơng tác hóa học giữa nền và màng phủ
Hình 3.1. Ảnh giọt nƣớc trên bề mặt màng phủ kị nƣớc trên cơ sở các chất tạo màng
khác nhau
Hình 3.2. Ảnh hƣởng thời gian bảo quản đến góc tiếp xúc của màng phủ
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy đến tính kị nƣớc của màng phủ

viii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

Hình 3.4. Ảnh hƣởng của thời gian khuấy đến tính kị nƣớc của màng phủ
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tính kị nƣớc của màng phủ
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của loại và hàm lƣợng phụ gia phân tán đến góc tiếp xúc với
giọt nƣớc của màng phủ kị nƣớc
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng SiO2 đến góc tiếp xúc với giọt nƣớc của
màng phủ
Hình 3.8. Hình ảnh giọt nƣớc trên bề mặt màng phủ sau khi phủ dung dịch kị nƣớc
lên đế thủy tinh
Hình 3.9. Hình ảnh thử nghiệm khả năng chống thấm 2 chiều thuận nghịch
Hình 3.10. Thiết bị đo độ thấm ion clo - Viện Vật liệu xây dựng
Hình 3.11. Hình thái bề mặt bê tông trƣớc và sau khi xử lý bằng COTI-12
Hình 3.12. Hình thái bề mặt gạch đất sét nung trƣớc và sau khi xử lý bằng COTI-12

ix


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

MỞ ĐẦU
Hiện nay, ở nƣớc ta hàng năm đã có rất nhiều các công trình xây dựng: các
khu chung cƣ, trung tâm thƣơng mại, khu giải trí… đƣợc hoàn thành. Việt Nam
nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, mƣa nhiều, chênh lệch nhiệt độ giữa
ngày- đêm lớn gây nên hiện tƣợng co ngót, giãn nở của vật liệu tạo ra các vết nứt
trên bề mặt và ngay cả trong lòng vật liệu, điều này sẽ tạo điều kiện cho việc nƣớc
thấm vào cấu trúc bê tông, gạch đất sét để ăn mòn kết cấu thép và gây thấm dột cho
công trình. Để đảm bảo tuổi thọ, kết cấu và mỹ quan của các công trình đó thì hạng
mục chống thấm là một phần không thể thiếu đƣợc trong quá trình thi công cũng
nhƣ duy tu bảo dƣỡng.
Hiện nay, thị trƣờng vật liệu chống thấm đƣợc sử dụng với nhiều nguồn gốc khác
nhau: gốc bitum (sơn bitum, tấm trải chống thấm), gốc acrylic, butadien - sryren (vật
liệu chống thấm gốc xi măng - polyme) và một số dòng vật liệu chống thấm có gốc từ
thủy tinh lỏng. Các dòng vật liệu chống thấm đi từ gốc bitum thƣờng có nhƣợc điểm
là ô nhiễm môi trƣờng, thi công phức tạp và chất lƣợng chống thấm ngoài phụ thuộc
vào vật liệu còn bị ảnh hƣởng nhiều bởi tay nghề công nhân nên có rất nhiều hạn chế
khi sử dụng. Vật liệu chống thấm hai thành phần gốc xi măng -polyme tuy dễ sử
dụng, thi công nhanh chóng và tác dụng chống thấm cũng tƣơng đối rõ rệt tuy nhiên
việc sử dụng vật liệu hữu cơ và khô màng theo phƣơng pháp vật lý nên sau một thời
gian chịu tác động của thời tiết màng cũng sẽ bị suy giảm chất lƣợng, ngoài ra các
loại màng này khi sử dụng sẽ làm thay đổi màu sắc của nên nên ảnh hƣởng đến tính
ngoại quan bề mặt. Các dòng vật liệu chống thấm đi từ nguồn gốc thủy tinh lỏng cũng
ít đƣợc sử dụng trong thực tế vì hiệu quả chống thấm không cao. Trong khi đó, dòng
vật liệu chống thấm trên cơ sở hợp chất polysiloxane biến tính có nhiều ƣu điểm nhƣ:
không làm thay đổi màu sắc của vật liệu nền, khả năng chống thấm và bền thời tiết tốt
trong khoảng thời gian dài, quá trình trƣơng tác giữa vật liệu chống thấm với nền theo
cơ chế tạo liên kết qua phản ứng hóa học nên màng sẽ bền theo thời gian, hơn nữa

quá trình thi công loại vật liệu này đơn giản, không đòi hỏi kỹ thuật cao nên sẽ tiết
kiệm rất lớn chi phí nhân công trong quá trình thi công.
1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

Trƣớc nhu cầu ngày càng cao của thị trƣờng về mảng vật liệu chống thấm, việc
nghiên cứu và chế tạo thành công “Chất phủ chống thấm kỵ nƣớc trên cơ sở
nano silica và polysiloxan ứng dụng để chống thấm cho các công trình xây
dựng bằng bê tông và bằng gạch đất sét nung” thân thiện môi trƣờng sẽ góp
phần nâng cao khả năng chống thấm, tăng tuổi thọ cho các công trình, làm chủ
đƣợc công nghệ và thay thế dần các sản phẩm ngoại nhập, có giá thành phù hợp là
hết sức cần thiết.
* Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
- Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu chế tạo thành công dung dịch chống thấm trên cơ sở nano silica và
polysiloxan ứng dụng để chống thấm cho các công trình bằng bê tông và gạch đất
sét nung đạt đƣợc mức chất lƣợng nhƣ nêu trong Bảng 1.1 dƣới đây:
Bảng 1.1: Các chỉ tiêu chất lượng của dung dịch chống thấm cần đạt được
TT

Chỉ tiêu chất lƣợng

Đơn vị

Mức yêu cầu đạt

Phƣơng pháp thử

đƣợc
1

Góc tiếp xúc

Fox, H.W and

Độ

≥ 110
≤5

TCVN 3113: 1993

B12

TCVN 3116: 1993

≤ 2000

TCVN 9337: 2012

2

Độ hút nƣớc

%

3

Khả năng chống thấm 2

-

chiều thuận nghịch trên

Zisman

bê tông M35
4

Mức độ thấm ion clo

Culông

2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

- Nội dung nghiên cứu
+ Nghiên cứu lựa chọn chất tạo màng;
+ Nghiên cứu lựa chọn công nghệ phân tán nano SiO2 trong dung dịch chất tạo
màng;
+ Nghiên cứu lựa chọn phụ gia phân tán;
+ Nghiên cứu lựa chọn phụ gia phá bọt;

+ Nghiên cứu cấp phối chế tạo dung dịch làm màng phủ chống thấm, kỵ nƣớc;
+ Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo dung dịch làm màng phủ chống thấm,
kỵ nƣớc;
+ Nghiên cứu cấu trúc vật liệu;
+ Đánh giá các chỉ tiêu của màng phủ nghiên cứu và so sánh với mẫu đối chứng.
* Ý nghĩa khoa học của đề tài
Nghiên cứu lựa chọn đƣợc chất tạo màng và hàm lƣợng bột nano SiO2 để chế tạo
dung dịch chống thấm, kỵ nƣớc thân thiện với môi trƣờng bảo vệ cho các công
trình xây dựng bằng bê tông và gạch đất sét nung.
* Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Xác định đƣợc thành phần và các tỷ lệ nguyên liệu: polysiloxan/nano SiO2, tỷ lệ các
phụ gia phân tán, phá bọt… để chế tạo dung dịch chống thấm kỵ nƣớc trên cơ sở
poplysiloxan và nano SiO2 dùng để chống thấm cho các công trình xây dựng và
thay thế cho các vật liệu truyền thống gốc bitum gây ô nhiễm môi trƣờng.
* Ý nghĩa kinh tế và xã hội
Sản phẩm nghiên cứu của đề tài sẽ sử dụng với mục đích chống thấm cho các công
trình cầu, sàn, nhà vệ sinh, các công trình mỹ thuật đòi hỏi không làm thay đổi màu
sắc của vật liệu và một số hạng mục khác nhằm nâng cao khả năng chống thấm,
tăng tuổi thọ, chất lƣợng bền lâu cho các công trình.

3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Hiện tƣợng kỵ nƣớc trong tự nhiên
Bề mặt siêu kị nƣớc và bề mặt tự làm sạch tồn tại ở khắp nơi trong tự nhiên.

Những ví dụ điển hình nhƣ cánh bƣớm, chân của loài nhện nƣớc, lá của một số loại
cây,... Côn trùng và thực vật sử dụng những đặc tính kị nƣớc để bảo vệ chúng chống
lại bệnh tật và thích nghi với môi trƣờng sống. Trong số đó, lá sen là ví dụ điển hình
(hình 1), cây sen là biểu tƣợng cho sự tinh khiết, đặc trƣng của một vài tôn giáo ở
Châu Á và cũng thể hiện sự thiêng liêng của đạo phật. Mặc dù sống trong môi
trƣờng bùn nƣớc nhƣng lá sen rất sạch. Khi nƣớc mƣa rơi trên lá sen, nƣớc sẽ lăn
trên bề mặt lá và giúp lá sen rửa sạch mọi vết bẩn trên bề mặt. Khả năng tự làm sạch
bề mặt của lá sen thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong vòng vài thập
kỷ qua. Nhờ công nghệ hiển vi điện tử, các nhà khoa học biết đến khả năng đẩy
nƣớc và vết bẩn từ bề mặt siêu kị nƣớc do bề mặt lá sen có cấu trúc hai lớp với
những khối u có kích thƣớc khoảng 10 µm, trên những khối u này đƣợc phủ dầy đặc
những tinh thể sáp thực vật hình ống có kích thƣớc khoảng 100 nm. Lớp sáp này có
năng lƣợng bề mặt thấp nhƣ sáp paraffin tạo ra bề mặt kị nƣớc.

(a)
Hình 1.1: (a) Cây sen;

(b)
(b) Giọt nước trên bề mặt lá sen

Do đó, nƣớc rơi trên bề mặt sẽ co cụm lại thành giọt vì vậy bề mặt tiếp xúc
giữa giọt nƣớc và lá sen rất nhỏ làm giảm sự bám dính giữa chúng dẫn đến giọt
nƣớc có thể lăn rất dễ dàng (hình1.1b). Mặt khác, những vết bẩn trên bề mặt thƣờng

4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

lớn hơn cấu trúc tế bào của lá và có độ bám dính với bề mặt lá sen rất thấp. Khi giọt
nƣớc lăn qua các phần tử chất bẩn thì các phần tử chất bẩn sẽ bám dính với các giọt
nƣớc tốt hơn và chúng sẽ bị cuốn đi cùng giọt nƣớc làm cho bề mặt trở nên sạch sẽ
[1].

(a)

(b)

Hình 1.2: (a) Ảnh SEM bề mặt của lá sen, ô biểu bì được bao bọc bởi những
tinh thể nano sáp (cỡ 20 μm); (b) Quá trình tự làm sạch bề mặt trên bề mặt nhám
Một ví dụ khác là loài nhện nƣớc, loài côn trùng có thể thấy nhiều ở ao hồ và
sông suối (hình 3a). Loài nhện nƣớc có khả năng đứng và di chuyển trên bề mặt
nƣớc nhờ những đôi chân đặc biệt của nó. Chân của nhện nƣớc có những sợi lông
hình kim có kích thƣớc khoảng 30µm, nghiêng góc 30o so với bề mặt ngang của
chân (hình 1.2b). Trên mỗi sợi lông có các rãnh có kích thƣớc nano, chiều rộng
khoảng 400nm và sâu 200nm (hình 1.3c, d, e, f). Giống nhƣ lá sen, lớp biểu bì của
nhện nƣớc đƣợc phủ một lớp sáp kị nƣớc có góc tiếp xúc với nƣớc là 105o, nhờ sự
phân cấp độc đáo ở cấu trúc chân làm cho chân nhện nƣớc có tính chất siêu kị nƣớc
5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

với góc tiếp xúc lên tới 167o. Những cái chân kị nƣớc này làm cho nhện nƣớc có thể
đỡ trọng lƣợng cơ thể và di chuyển dễ dàng trên bề mặt nƣớc.

Hình 1.3: (a) Nhện nước đứng trên bề mặt nước; (b) Ảnh SEM bề mặt của
chân nhện nước có nhiều gai định hướng có kích thước micro; (c, d, e, f) Cấu trúc
dạng rãnh kích thước nanomet trên 1 lông.
1.2. Vật liệu kị nƣớc nhân tạo
1.2.1. Ống nano cac bon
Ống nano các bon là một loại vật liệu mới đƣợc phát hiện từ năm 1991, có
tính chất cơ và điện rất tốt. Do đó, vật liệu này đƣợc sử dụng rộng rãi trong những
nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng. Năm 2001, Jiang và các cộng sự [2] đã
nghiên cứu chế tạo màng phủ siêu kị nƣớc trên cơ sở các ống nano các bon có cấu
trúc micromet và nanomet sắp xếp song song đƣợc biến tính bề mặt với hợp chất
fluoroalkylsilan, tạo ra màng phủ có tính chất vừa kị nƣớc vừa kị dầu với góc tiếp
6


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

xúc với nƣớc và dầu hạt cải lần lƣợt là 1710 và 1610. Năm 2003, Lau và các cộng sự
đã chế tạo màng phủ siêu kị nƣớc trên cơ sở sử dụng ống nano cacbon đƣờng kính
cỡ 50nm với chiều cao khoảng 2µm và đƣợc phủ một lớp polytetrafluoetylen mỏng
trên bề mặt, thu đƣợc lớp màng phủ có tính kị nƣớc ổn định trong thời gian dài với
góc tiếp xúc là 168o.
1.2.2. Hợp chất kim loại có cấu trúc dạng hạt nano và nanorod
Cùng với sự phát triển của các nghiên cứu trên vật liệu vô cơ, những loại vật
liệu vô cơ siêu kị nƣớc cũng đƣợc đƣa ra với số lƣợng lớn. Ví dụ, ZnO là một oxit
bán dẫn có vùng chuyển tiếp cấm là 3.2eV, đƣợc nghiên cứu nhiều trong các ứng
dụng quang điện, quang dẫn với mức chi phí thấp. Jiang và các cộng sự đã mô tả
khả năng thấm ƣớt của vật liệu phụ thuộc vào sự sắp xếp của các nanorod ZnO trên
màng. Năm 2003, Feng và các cộng sự chỉ ra rằng màng oxit vô cơ có tính chất siêu

kị nƣớc khi đƣợc bảo quản trong tối và tính chất siêu thấm khi chiếu sáng hoặc dƣới
tác dụng của tia cực tím. Những ảnh hƣởng này có thể là do sự kết hợp của bề mặt
nhạy cảm ánh sáng và sự sắp xếp của các cấu trúc nano trên màng. Jiang và các
đồng nghiệp cũng đã chế tạo các màng nanorod TiO2 và SnO2 trên đế thủy tinh để
tạo ra những bề mặt kị nƣớc. Hai bề mặt trên có thể chuyển đổi từ siêu kị nƣớc sang
siêu thấm ƣớt bởi sự đảo chiều của tia cực tím và trong điều kiện bảo quản tối.
Phƣơng pháp để chế tạo ra các màng nanorod TiO2 và SnO2 có thể sử dụng các
phƣơng pháp vật lý và hóa học nhƣ phún xạ, lắng đọng bằng dòng điện galvanic,
sol-gel,…[2].
1.2.3. Vật liệu hợp kim
Những vật liệu kĩ thuật nhƣ thép, nhôm, titan và hợp kim của chúng, hợp kim
nhôm và hợp kim titan đều có nhiều ứng dụng trong các ngành hàng không, hàng
hải, tự động hóa và vũ trụ. Trong tƣơng lai, bề mặt siêu kị nƣớc của các hợp kim sẽ
mở rộng phạm vi ứng dụng. Liu và các cộng sự [3] đã sử dụng một phƣơng pháp
đơn giản và rẻ tiền để chế tạo ra bề mặt siêu kị nƣớc trên bề mặt nhôm và hợp kim
bằng phƣơng pháp oxy hóa và biến đổi hóa học. Bề mặt siêu kị nƣớc có thời gian

7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

sống dài trong những môi trƣờng pH khác nhau. Bằng phƣơng pháp khắc hóa học,
Liu đã chế tạo đƣợc hệ thống dung dịch hỗn hợp để tạo ra những bề mặt siêu kị
nƣớc trên các bề mặt hợp kim thép, đồng và titan. Bề mặt siêu kị nƣớc có thể chịu
đƣợc dung dịch muối với các nồng độ dung dịch khác nhau. Do vậy, có thể mở ra
những ứng dụng đặc biệt cho vật liệu kỹ thuật yêu cầu độ bền cao trong môi trƣờng
nƣớc muối.

1.2.4. Vật liệu polyme và nanocompozit
Jiang và các cộng sự đã tổng hợp sợi nano polyacrylonitrile bằng cách ép
dung dịch polyacrylonitrie dƣới áp suất. Các sợi nano với các đƣờng kính và mật độ
khác nhau có thể dễ dàng thu đƣợc bằng cách sử dụng màng nhôm có đƣờng kính lỗ
khác nhau. Sợi nano polyacrylonitrile có cấu trúc nano tƣơng tự nhƣ cấu trúc ống
nano cacbon nhƣng có mật độ thấp hơn và có góc tiếp xúc với nƣớc là 173,8o mà
không cần phải biến tính bề mặt bởi vật liệu kị nƣớc. Từ sợi nano polyacrylonitrile
có thể chế tạo đƣợc các bề mặt nano compozit siêu kị nƣớc với việc sử dụng các
polyme nhƣ polyvinyl alcohol, polystyren, polyeste và polyamit làm nhựa nền.
Mc Carthy và cộng sự đã chế tạo bề mặt polypropylen siêu kị nƣớc bằng việc
khắc đồng thời polypropylen và khắc/phun xạ polytetrafluoroethylen sử dụng cảm
ứng plasma trong môi trƣờng khí argon tần số vô tuyến. Những bề mặt trên có tính
siêu kị nƣớc với góc tiếp xúc với nƣớc là 1720. Shimomura và cộng sự đã chế tạo
các màng trang trí hình tổ ong từ màng polyme fluorinat bằng phƣơng pháp đúc
dung dịch polyme dƣới điều kiện không khí ẩm. Màng giống nhƣ hình tổ ong trong
suốt, siêu kị nƣớc và màng có thể đƣợc phủ lên trên nhiều vật liệu và nền khác
nhau. Màng nano polyanilin đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp mạ điện của anilin
vào các lỗ của anot là một tấm nhôm oxit trên nền Ti/Si, sau đó loại bỏ các tấm
nhôm. Bề mặt thu đƣợc có tính dẫn điện và tính chất siêu kị nƣớc, thậm trí bền
trong các môi trƣờng ăn mòn, nhƣ môi trƣờng axit hoặc bazơ với dải pH rất rộng
[3].

8


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

Ngoài các vật liệu polyme trên, các vật liệu nanocompozit hiện nay đang

đƣợc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi dựa trên cơ sở kết hợp giữa vật liệu nền là
polyme và chất gia cƣờng là các hạt nano nhƣ: SiO2, ZnO,… Phƣơng pháp để chế
tạo ra vật liệu nanocompozit chủ yếu là phƣơng pháp trộn hợp đơn giản. Tính chất
của vật liệu có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi nguyên liệu đầu vào sao cho thích
hợp. Do vậy, hiện nay trên thế giới các loại màng phủ siêu kị nƣớc có thêm những
tính chất khác nhau nhƣ chống ăn mòn, tính chất quang, điện,… thƣờng dựa trên cơ
sở vật liệu nanocompozit tổ hợp.
1.3. Tính chất của màng phủ kị nƣớc
1.3.1. Tính chất bám dính
Hình ảnh bề mặt với góc tiếp xúc lớn và diện tích tiếp xúc nhỏ có thể là do
lực bám dính thấp. Tuy nhiên, một số kết quả nghiên cứu trên bề mặt kị nƣớc chỉ ra
rằng điều đó không đúng trong mọi tình huống. Feng, Jiang và nhóm đồng nghiệp
[2] đã công bố kết quả nghiên cứu về bề mặt siêu kị nƣớc của lớp nano polystyren
thông qua phƣơng pháp thấm ƣớt. Bề mặt siêu kị nƣớc này cho thấy rằng, các giọt
nƣớc vẫn giữ nguyên dạng hình cầu dù bề mặt có dựng đứng hay lật ngƣợc xuống
(hình 1.4). Chúng đƣợc giữ trên một bề mặt tiếp xúc lớn (màng nano polystyren
đƣợc tạo ra với mật độ ống nano khoảng 6,76x106 ống trên 1 mm2), do đó lực bám
dính giữa các giọt nƣớc và màng ống nano polystyren rất cao. Dựa vào tính chất
này, trong tƣơng lai màng phủ kị nƣớc sẽ đƣợc dùng để di chuyển các giọt lỏng
trong phƣơng pháp phân tích tế vi.

9


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

Hình 1.4: (a) Giọt nước trên màng PS với góc tiếp xúc là 95o ; Hình ảnh giọt nước
trên bề mặt được tạo ra từ PS và ống nano với các góc nghiêng khác nhau:

(b) 0o, (c) 90o, (d) 180o
1.3.2. Tính thấm ướt bề mặt của màng phủ nano kị nước
Khả năng thấm ƣớt là một trong những tính chất quan trọng của bề mặt chất
rắn và thƣờng đƣợc biểu thị dƣới dạng góc tiếp xúc. Màng phủ siêu kị nƣớc là
những màng phủ có góc tiếp xúc giữa bề mặt màng và giọt nƣớc lớn hơn 1500 và
nhỏ hơn góc trƣợt (góc tới hạn mà giọt nƣớc có khối lƣợng xác định bắt đầu trƣợt
xuống tấm nghiêng).
Đã có nhiều thành tựu trong việc tạo ra màng phủ siêu kị nƣớc nhân tạo dựa
trên những hiện tƣợng và kết quả phân tích bề mặt các cấu trúc có trong tự nhiên
nhƣ lá sen, cánh của các loài bƣớm,... Nhiều nghiên cứu đã công nhận có sự kết hợp
giữa kích thƣớc nano và micro trên bề mặt thô nhám, cùng với loại vật liệu có năng
lƣợng bề mặt thấp dẫn đến góc tiếp xúc (WCAs) > 1500, tạo ra một góc trƣợt thấp
và một bề mặt tự làm sạch hiệu quả. Các nhà nghiên cứu tại KAO đã chế tạo đƣợc
màng phủ siêu kị nƣớc nhân tạo từ giữa thập niên 90. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã
chứng minh đƣợc rằng bên cạnh tính không thấm ƣớt thì một số tính chất khác nhƣ
độ trong, màu sắc, tính dị hƣớng, tính thuận nghịch, tính mềm dẻo, tính thoát khí
cũng đã đƣợc tích hợp trên bề mặt siêu kị nƣớc bằng các phƣơng pháp xử lý vật lý
và hóa học.
10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

Nghiên cứu về khả năng tự làm sạch bề mặt sẽ thúc đẩy quá trình chế tạo tấm
năng lƣợng mặt trời, các kiến trúc ngoại thất, nhà xanh, các bề mặt truyền nhiệt
trong không khí của các trang thiết bị. Tính không thấm ƣớt ngăn chặn khả năng
hình thành băng hoặc chống bám băng tuyết trên bề mặt. Nhờ hiện tƣợng lực ma sát
của chất lỏng với bề mặt siêu kị nƣớc thấp nên vật liệu kị nƣớc cũng đƣợc ứng dụng

trên các bề mặt trong đƣờng ống, vỏ tàu,… Tính không thấm nƣớc cũng đã đƣợc
ứng dụng trong công nghệ y sinh, thay thế mạch máu để dễ kiểm soát vết thƣơng.
Công nghệ chế tạo bề mặt siêu kị nƣớc có thể chia ra làm hai loại: tạo một bề mặt
thô nhám trên nền vật liệu có năng lƣợng bề mặt thấp và biến đổi bề mặt thô nhám
với vật liệu có năng lƣợng bề mặt thấp. Một số tính chất của các loại màng phủ kị
nƣớc trên cơ sở các chất tạo màng khác nhau phủ lên bề mặt gạch đƣợc nêu trong
bảng 1.2 [4].
Bảng 1.2: Tính chất của các loại màng phủ kị nước trên cơ sở các chất tạo màng
khác nhau phủ lên bề mặt gạch
Loại chất tạo màng

Khả năng

Độ cản nƣớc

Thời gian sống, năm

thoát hơi ẩm
Acrylic

Kém

Rất tốt

5-7

Polyurethan

Kém

Rất tốt

1-3

Silicon

Khá tốt

Thay đổi

1

Silan

Rất tốt

Rất tốt

>10

Siloxan

Rất tốt

Rất tốt

>10

Thay đổi

Thay đổi

Thay đổi

Hỗn hợp (Blend)

11


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

1.3.3. Tính chất quang học
Đối với nhiều thiết bị nhƣ các loại kính chắn gió cho ô tô và một số loại kính
khác thì độ trong suốt để ánh sáng có thể truyền qua dễ dàng là đặc tính vô cùng
quan trọng. Tính kị nƣớc và độ trong suốt rất khó có thể đáp ứng tốt trên một bề mặt
vì muốn kị nƣớc thì bề mặt vật liệu phải có độ thô nhám, nhƣng tính truyền qua của
ánh sáng sẽ giảm. Do vậy, việc kiểm soát độ nhám và độ trong của vật liệu là vô
cùng quan trọng. Watanabe và cộng sự đã đƣa ra phƣơng pháp sol-gel để tạo ra một
màng mỏng trên nền thủy tinh. Năm 1999, Nakajima đã kiểm soát đƣợc độ nhám
của vật liệu từ 20 nm đến 50 nm, tuy nhiên phƣơng pháp này cần gia nhiệt lên tới
5000C, điều này sẽ không phù hợp với nhiều thiết bị quang học. Năm 2002, Wu đã
phủ màng kị nƣớc lên trên thủy tinh ở nhiệt độ dƣới 1000C. Jiang và cộng sự cũng
đã tạo ra màng phủ ống nano ZnO đa chức năng với đặc tính trong suốt và kị nƣớc
thông qua việc điều khiển đƣờng kính và chiều dài của ống nano sử dụng ở nhiệt độ
thấp. Đƣờng kính và khoảng cách giữa các ống nano đều nhỏ hơn 100 nm. Cấu trúc
bề mặt đủ nhỏ để không làm tăng tính tán xạ của ánh sáng nhìn thấy. Nhƣ vậy, đặc
tính quang học này mở ra nhiều ứng dụng cho màng kị nƣớc khi phủ lên trên nền
các thiết bị bằng thủy tinh [5].

1.3.4. Tính chất chống ăn mòn
Đối với các loại vật liệu khi tiếp xúc với môi trƣờng ăn mòn sẽ gây ra
hiện tƣợng phá hủy theo thời gian. Màng phủ kị nƣớc có thể chịu đƣợc dung dịch
nƣớc muối ở mọi nồng độ, điều này mở ra một phƣơng pháp để bảo vệ các công
trình hay vỏ các thiết bị máy móc khi tiếp xúc với môi trƣờng nƣớc biển. Năm
2005, Liu đã nghiên cứu về phủ màng kị nƣớc bảo vệ các kim loại chống ăn mòn
nhƣ: nhôm, thép, đồng và các hợp kim của chúng. Các tài liệu công bố cho thấy
khi vật liệu đƣợc phủ màng kị nƣớc, chúng có khả năng chịu ăn mòn với nhiều
loại dung dịch hóa chất khác nhau. Do vậy, ứng dụng của màng kị nƣớc trong
việc chống ăn mòn vật liệu đang mở ra một hƣớng mới để tăng tuổi thọ và bảo
vệ các loại vật liệu.

12


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

1.3.5. Tính dẫn điện
Dẫn điện là một đặc tính quan trọng cần thiết cho nhiều loại thiết bị vi điện
tử, nhƣ tranzito trƣờng ứng, điốt tự phát sáng và tranzito màng mỏng. Trong một số
ứng dụng, nhƣ công nghệ sinh học, chống ăn mòn, chống tĩnh điện, vải dẫn điện và
màng phủ chống gỉ thì việc ứng dụng bề mặt siêu kị nƣớc làm vật liệu dẫn điện sẽ
rất hữu ích và quan trọng. Vật liệu siêu kị nƣớc dẫn điện đƣợc hy vọng có tiềm năng
ứng dụng cao trong tƣơng lai nhƣ là thiết bị kiểm tra vi sinh trong mẫu dung dịch
lỏng. Thực tế, có nhiều kết quả đã công bố về bề mặt siêu kị nƣớc dựa trên cơ sở
kim loại và vật liệu nano kim loại dẫn điện tự nhiên, trong khi bản chất nội tại và
tiềm năng sử dụng chƣa đƣợc chú trọng [6].
1.4. Vật liệu bê tông và gạch đất sét nung

1.4.1. Vật liệu bê tông [7]
Bê tông xi măng là vật liệu đá nhân tạo do hỗn hợp các chất kết dính vô cơ
(xi măng, vôi silic, thạch cao...) nƣớc và các hạt rời rạc của cát, sỏi, đá dăm (đƣợc
gọi là cốt liệu) nhào trộn theo một tỷ lệ thích hợp rắn chắc lại mà thành. Cũng có thể
dùng chất kết dính hữu cơ nhƣ bitum để chế tạo bê tông atphan hoặc nhựa nhiệt rắn
để chế tạo bê tông polyme. Trong bê tông xi măng (gọi tắt là bê tông), ngoài các
thành phần cơ bản trên (chất kết dính, nƣớc, cốt liệu) có thể thêm vào một số loại
phụ gia để cải thiện các tính chất của bê tông nhƣ tính lƣu động, giảm lƣợng nƣớc
dùng và xi măng, điều chỉnh thời gian ninh kết và rắn chắc, nâng cao tính chống
thấm của bê tông...
Bê tông là loại vật liệu rất quan trọng trong xây dựng cơ bản phục vụ cho
mọi ngành kinh tế quốc dân cũng nhƣ trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, thủy
lợi, cầu đƣờng vì có những ƣu điểm sau:
- Có cƣờng độ chịu nén biến đổi trong phạm vi rộng, có thể đạt giá trị từ 10 MPa,
20 MPa đến 200 MPa.
- Có thể tạo hình dáng cho mọi công trình khác nhau.

13


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

- Tính chịu lửa tốt, giá thành thấp vì tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa
phƣơng.
Bê tông thƣờng đƣợc phân loại theo 3 cách:
1.4.1.1. Phân loại theo khối lượng thể tích (dung trọng):
- Bê tông đặc biệt nặng: có dung trọng lớn hơn 2500 kg/m3 đƣợc chế tạo bằng các
cốt liệu đặc chắc và từ các loại đá chứa quặng. Bê tông này ngăn đƣợc tia X, γ.

- Bê tông nặng (còn gọi là bê thƣờng): Có khối lƣợng riêng từ 1800 -2500 kg/m3
đƣợc chế tạo từ các loại đá đặc chắc và đá chứa quặng. Loại bê tông này đƣợc sử
dụng phổ biến trong xây dựng cơ bản và dùng để sản xuất các cấu kiện chịu lực.
- Bê tông nhẹ: có dung trọng từ 500 -1800 kg/m3, gồm bê tông chế tạo từ cốt liệu
rỗng thiên nhiên , nhân tạo và bê tông tổ ong không cốt liệu chứa một lƣợng lớn lỗ
rỗng kín giống dạng tổ ong.
1.4.1.2. Phân loại theo chất kết dính dùng trong bê tông:
- Bê tông xi măng: Chất kết dính là xi măng và chủ yếu là xi măng pooclăng và các
dạng khác của nó.
- Bê tông silicat: Chế tạo từ nguyên liệu vôi, cát silic nghiền qua xử lý chƣng hấp ở
nhiệt độ và áp suất cao.
- Bê tông xỉ: Chất kết dính là các loại xỉ lò cao trong công nghiệp luyện thép hoặc xỉ
nhiệt điện có thể không dùng clanke xi măng và phải qua xử lý nhiệt ẩm ở áp suât
thƣờng hoặc áp suất cao.
- Bê tông polyme: Chất kết dính là nhựa nền polyme nhiệt dẻo hoặc nhiệt rắn.
1.4.1.3. Phân loại bê tông theo phạm vi sử dụng
- Bê tông công trình: sử dụng ở các kết cấu và công trình chịu lực, yêu cầu có tính
chịu lực và chống biến dạng.
- Bê tông công trình cách nhiệt: Vừa yêu cầu chịu tải, vừa yêu cầu cách nhiệt
thƣờng sử dụng làm kết cấu bao che tƣờng ngoài, tấm mái.
14


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

- Bê tông cách nhiệt: Bảo đảm yêu cầu cách nhiệt của các kết cấu bao che có độ dày
không lớn.
- Bê tông thủy công: Ngoài yêu cầu chịu lực, tính chống biến dạng còn có tính đặc

chắc cao, tính chống thấm, bền vững dƣới tác động xâm thực của nƣớc môi trƣờng.
- Bê tông làm đƣờng: Dùng làm tấm lát mặt đƣờng, đƣờng băng sân bay, loại bê
tông này chỉ yêu cầu cƣờng độ cao, tính chống ăn mòn và ít bị biến dạng theo thay
đổi nhiệt độ môi trƣờng.
- Bê tông ổn định hóa học: Ngoài thỏa mãn yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật khác,
cần chịu đƣợc tác dụng xâm thực của dung dịch muối, axit, kiềm và hơi của các
chất này mà không bị suy giảm chất lƣợng.
- Bê tông chịu lửa: Chịu tác động lâu dài của nhiệt độ cao trong quá trình sử dụng.
- Bê tông trang trí: Dùng để trang trí bề mặt công trình, có màu sắc theo yêu cầu và
chịu đƣợc tác động thƣờng xuyên của thời tiết.
- Bê tông nặng chịu bức xạ: Dùng trong các công trình đặc biệt, hút đƣợc bức xạ
của tia γ, nơtrôn.
1.4.2. Gạch đất sét nung
Gạch nung, gạch đỏ hay thƣờng gọi đơn giản là gạch, là một loại vật liệu xây dựng
đƣợc làm từ gạch đất sét nung. Gạch đƣợc phát hiện từ cách đây hàng nghìn năm
trƣớc công nguyên. Do có tính bền lâu theo thời gian nên gạch đã đƣợc sử dụng
trong các công trình xây dựng có tuổi thọ hàng nghìn năm. Đất sét sau khi trộn với
nƣớc, nhào nặn và đƣa vào khuôn để tạo hình. Viên đất sét đƣợc phơi hoặc sấy cho
khô trƣớc khi cho vào lò nung. Nhiên liệu đốt có thể là củi, than đá trộn bùn, khí
thiên nhiên đƣợc đặt bên dƣới lò. Thành phần một viên gạch tính theo % khối lƣợng
thƣờng nhƣ sau:
- Silica (cát): 50% - 60 %;
- Alumina (sét): 20% - 30%;
15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI DUY ĐỨC

- Vôi: 2-5%;
- Oxit sắt: 5% - 6%;
- Magie: dƣới 1%;
1.5. Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất phủ chống thấm kỵ nước trong nước
và trên thế giới
1.5.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng ở ngoài nước
Các nhà khoa học trên thế giới đã dựa vào hiện tƣợng giọt nƣớc đọng trên lá
sen, thậm chí cả các chất có độ đặc cao nhƣ mật ong, dầu ăn và chất keo cũng
không dính trên bề mặt lá sen gọi đó là “hiệu ứng lá sen” hoặc “sự tự làm sạch”, khi
các điều kiện cơ bản cho phép thì nƣớc có thể lăn và cuốn theo chất bẩn. Thuật ngữ
“Easy to clean” là chỉ những bề mặt có khả năng chỉ cần nƣớc là đủ để rửa sạch hết
bụi bẩn bám trên bề mặt.
Từ thập niên 90 các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu, phát triển các sản
phẩm tự làm sạch. Đặc tính cơ bản của màng phủ nano là kị nƣớc, trong suốt, độ
bền cào xƣớc cao, không bị ảnh hƣởng bởi hoá chất, kháng khuẩn,... Tất cả các đặc
tính này có thể đạt đƣợc trong cùng một dung dịch bằng các phƣơng pháp vật lý và
hoá học để cho ra những sản phẩm đa tính năng hoàn toàn mới phủ đƣợc trên hầu
hết các bề mặt thủy tinh, gốm sứ, bê tông, kim loại, các loại sản phẩm chống trầy
xƣớc cho các loại nhựa,... Cơ sở lý thuyết về góc thấm ƣớt và bề mặt vật rắn của
màng kị nƣớc đƣợc thiết lập bởi các nhà bác học Young, Wenzel, Cassie-Baxter có
lịch sử hơn 200 năm [5, 7, 8]. Những lý thuyết trên là cơ sở để các nhà khoa học chế
tạo ra các màng phủ kị nƣớc nhân tạo. Năm 1996, Onda và các cộng sự đã nghiên
cứu chế tạo ra màng phủ kị nƣớc nhân tạo đầu tiên dựa trên những hiện tƣợng quan
sát trong tự nhiên. Kể từ đó để chế tạo ra các màng phủ kị nƣớc nhân tạo nhƣ vậy,
các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu, phát triển nhiều công nghệ nghiên cứu
nhƣ công nghệ plasma, lắng đọng hơi hóa học và gần đây nhất là tổng hợp các vật
liệu kị nƣớc trên cơ sở các hạt nano, sử dụng vật liệu polyme nhƣ polyme flo hóa,

16