Nghiên cứu chế tạo dung dịch Nano trên cơ sở GO-TIO2-Ag ứng dụng bảo quản vật liệu Polyme khỏi sự tác động của môi trường

Hóa học & Kỹ thuật môi trường 
N. M. Tường, N. T. Hòa, “Nghiên cứu chế tạo dung dịch nano tác động của môi trường.” 150 
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DUNG DỊCH NANO TRÊN CƠ SỞ GO-
TIO2-Ag ỨNG DỤNG BẢO QUẢN VẬT LIỆU POLYME KHỎI SỰ 
TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG 
Nguyễn Mạnh Tường*, Nguyễn Thị Hoà 
Tóm tắt: Bài báo này giới thiệu về quy trình chế tạo dung dịch nano trên cơ sở 
các hạt nano: TiO2, Ag, Graphen oxit (GO),. ứng dụng trong bảo quản các vật 
liệu trên cơ sở polyme khỏi sự lão hoá dưới tác động của môi trường (UV, nhiệt độ, 
độ ẩm, vi sinh vật). Các hạt nano có thể được chế tạo theo các phương pháp hoá 
học, phương pháp thủy nhiệt hoặc phương pháp sol-gel Sản phẩm tạo thành được 
kiểm tra bằng các phương pháp như IR, TEM, SEM, phân tích kích thước hạt bằng 
tán xạ laser... Khả năng bảo vệ của lớp phủ được tiến hành thử nghiệm gia tốc lão 
hóa trong phòng thí nghiệm (UV). Các kết quả đã chỉ ra rằng lớp phủ trên cơ sở 
dung dịch nano có khả năng làm chậm quá trình lão hóa của vật liệu polyme. Hơn 
nữa, dung dịch nano còn có khả năng diệt khuẩn, ngăn cản sự phát triển của vi sinh 
vật trên bề mặt của vật liệu. 
Từ khóa: Dung dịch nano, Bảo vệ polyme, Nano TiO2, Nano Ag, GO, Kháng khuẩn. 
1. MỞ ĐẦU 
Ngày nay, polyme được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Chúng 
được dùng làm các vật liệu cách nhiệt trong các thiết bị (máy phát điện, máy biến 
áp...), làm chất kết dính, làm các lớp sơn phủ trong xây dựng, sản xuất săm, săm, 
lốp trong ngành giao thông vận tải... Tuy nhiên, dưới tác động của môi trường như 
nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm các vật liệu polyme có thể bị lão hóa dẫn đến sự thay 
đổi cấu trúc hóa học, gây ra các vết rạn nứt trên bề mặt và làm giảm độ bền cơ lý 
của vật liệu, cũng như sự phát triển của các vi sinh vật. Quá trình lão hóa và các 
biện pháp chống lão hóa polyme được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan 
tâm. Trong đó, sử dụng công nghệ nano đã trở thành xu thế mới trong bảo quản 
polyme bởi các ưu thế của chúng [1-5]. 
Nhiều nhà khoa học đã sử dụng một lớp phủ có khả năng hấp thụ UV để chống 
lão hóa ánh sáng cho các vật liệu polyme. Thành phần lớp phủ gồm chất ổn định, các 
chất oxy hóa, các hợp chất vô cơ như nano TiO2, nano ZnO, nano cacbon, [6-8] 
Các hạt nano có khả năng hấp thụ UV ở các bước sóng khác nhau: TiO2 (chống UV 
ở bước sóng 290-350nm)[9] và ZnO (chống UV ở bước sóng 290-400nm) [10]. 
Khả năng chống lão hóa của vật liệu trên cơ sở nano cacbon (GO, CNT,) 
được tuân theo cơ chế dập tắt các gốc tự do sinh ra trong quá trình lão hóa và phụ 
thuộc vào số lớp, và chức năng hóa bề mặt của nano cacbon. Bề mặt nano cacbon 
càng nhiều nhóm hydroxy thì khả năng chống lão hóa càng lớn [11]. Hơn nữa, GO 
có cấu trúc lớp mỏng, có khả năng tạo một lớp phủ mỏng, đồng đều, có tác dụng 
ngăn cản vật liệu khỏi các tác nhân lão hoá của môi trường. 
Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu tổng hợp dung dịch nano trên cơ sở nano 
TiO2, GO và nano Ag ứng dụng trong bảo quản vật liệu polyme khỏi sự tác động của 
môi trường (ánh sánh, nhiệt độ, độ ẩm, vi sinh vật). Khả năng chống lão hoá được 
kiểm nghiệm bằng phương pháp gia tốc lão hoá, khả năng ngăn cản sự phát triển của 
vi sinh vật được đánh giá bằng phương pháp vòng tròn kháng khuẩn [12]. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 151
2. THỰC NGHIỆM 
2.1. Hoá chất và thiết bị 
Các hoá chất được sử dụng trong nghiên cứu là các hoá chất như TiCl4, axit 
chlohydric 36%, axit sunfuric 98%, bạc nitrat, natri nitrat, graphit, KMnO4, 
polyethylenglycol (PEG), polyvinylalcohol (PVA), polymetylmetacrylat (PMMA), 
chất chống oxi hoá và các hoá chất khác. 
Các mẫu TEM được chụp trên kính hiển vi điện tử truyền qua JEOL TEM 5410 có 
điện thế 40-100kV, độ phân giải với điểm ảnh là 0,2 nm, đối với ảnh mạng tinh thể là 
0,15, độ phóng đại từ 20-500.000 lần. Các mẫu SEM được chụp trên kính hiển vi điện 
tử quét Jeol JSM – 7500F. Giản đồ phân bố cỡ hạt được đo bởi máy phân tích cỡ hạt 
LA-950V2/Horiba với dải đo 0,01µm – 3000 µm, độ phân giải < 0,01 µm. Ảnh MO 
của vật liệu được chụp bởi kính hiển vi Axio vert 40 MAT, cho phép chụp ảnh phóng 
đại từ 50 đến 1000 lần. Độ bền kéo đứt của cao su được đo trên thiết bị QC-508B1. 
2.2.Chế tạo dung dịch nano 
TiO2 được tổng hợp bằng phương pháp thủy phân TiCl4 trong môi trường axit có 
chứa một lượng nhỏ PEG nhằm tạo ra các oxit TiO2 có dạng hình cầu [8].GO được 
tổng hợp bằng phương pháp hoá học, khử graphit bằng hợp axit H2SO4 và H3PO4 và 
KMnO4 ở 70 
oC trong thời gian 3 giờ. Nano Ag được chế tạo bằng phương pháp khử 
bạc nitrat bằng natri citrate 5% ở 90oC trong 3h. Sau thời gian 3 giờ. 
Các dung dịch TiO2, GO và nano Ag được phối trộn với nhau theo tỉ lệ nhất 
định, sau đó, tiến hành phân tán dưới sự hỗ trợ của thiết bị siêu âm phân tán trong 
vòng 1 giờ. Việc phân tán các hạt nano trong dung dịch có thể sử dụng các phương 
pháp biến tính bề mặt hoặc sử dụng chất hoạt động bề mặt kết hợp với các chất kết 
dính, chất ổn định tạo thành dung dịch nano đồng nhất và ổn định. 
2.3. Gia tốc lão hoá 
Các mẫu có và không có phủ dung dịch bảo vệ được gia tốc lão hoá bằng cách 
sử dụng tủ gia tốc với chu trình như sau: mỗi chu kỳ kéo dài 10 giờ, trong đó 6 giờ 
chiếu UV (340nm, 0,68W/m2), HD 100%, 60oC, 4 giờ ngưng. Mẫu nghiên cứu 
được lấy ra sau các chu kỳ già hóa khác nhau từ 1-12 chu kỳ. Sau khi được lấy ra 
khỏi tủ gia tốc, các mẫu được chụp dưới kính hiển vi quang học để xác định hình 
thái học bề mặt vật liệu xác định độ bền cơ lý bằng đo độ bền kéo đứt của vật liệu. 
2.4. Phương pháp khảo sát khả năng diệt vi khuẩn của các dung dịch nano 
Hoạt tính kháng khuẩn dựa vào phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch. Các 
chủng vi sinh vật sau khi được hoạt hóa và nuôi cấy qua đêm sẽ được trải trên đĩa 
thạch môi trường tương ứng, đục lỗ thạch và bổ sung các hoạt chất và đối chứng 
nghiên cứu, vòng kháng khuẩn của hoạt chất trên giếng thạch sẽ quan sát được sau 
1 ngày ủ nuôi cấ