Lớp phủ hữu cơ được sử dụng rộng rãi không những để trang trí, cải thiện tính chất bề mặt của vật liệu như: gỗ, kim loại, đá, các công trình dân dụng... mà còn được sử dụng như một lớp phủ bảo vệ sự suy giảm của các vật liệu này dưới tác động của môi trường. Tuổi thọ, tính thẩm mỹ của sơn, lớp phủ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, tia tử ngoại, nấm mốc... Do nhu cầu ứng dụng thực tế, nhất là ở ngoài trời, các sản phẩm sơn không chỉ có chức năng bảo vệ và trang trí, chúng cần có các chức năng quan trọng khác như chống nóng, chịu nhiệt, chống nấm mốc, vi khuẩn, chịu mài mòn - rửa trôi… Do vậy, nghiên cứu hệ lớp phủ đa chức năng nhằm đáp ứng yêu cầu của thực tiễn là rất cần thiết.

Hà Nội là một trong những thành phố có tốc độ đô thị hóa nhanh nhất trên thế giới, nhiều công trình xây dựng dân dụng (nhà cao tầng, đường xá…) và các công nghiệp được dựng lên làm cho diện tích bề mặt bê tông lớn. Điều này làm cho hiệu ứng đảo nhiệt đô thị (Urban Heat Island) thể hiện rõ ràng và khắc nghiệt hơn. Theo thống kê, vào những ngày hè, nhiệt độ môi trường của Hà Nội có thể lên tới 52oC (vào lúc 13h00 ngày 03/7/2018) trong khi theo trung tâm dự báo khí tượng thủy văn thì nhiệt độ trung bình của các tỉnh Bắc Bộ chỉ 35 – 38oC. Kéo theo sản lượng điện cho các thiết bị làm mát về mùa hè của Hà Nội tăng vọt so với các tháng khác trong năm. Theo thống kê của Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN), sản lượng điện tiêu thụ của Hà Nội tăng đáng kể trong năm 2023. Cụ thể lượng điện tiêu thụ của Hà Nội vào ngày 27/7/2023 là 101,133 triệu kWh, cao nhất trong 8 tháng đầu năm 2023 và cao hơn khoảng 1 triệu kWh so với ngày cao nhất của năm 2022 (100,27 triệu kWh). Giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng “đảo nhiệt đô thị”, cùng với việc ổn định an ninh năng lượng – chống biến đổi khí hậu, thì vấn đề chống nóng cho các thiết bị, tòa nhà, công trình xây dựng bằng lớp phủ phản nhiệt luôn được quan tâm nghiên cứu - phát triển hiện nay và trong thời gian tới. Theo thống kê, doanh thu của lớp phủ chống nóng toàn cầu đạt mức 5892 triệu USD trong năm 2021 vừa dự kiến đạt tới 8078 triệu USD vào năm 2028. Nhu cầu về lớp phủ chống nóng, chất lượng cao thân thiện với môi trường đang tăng cao ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới trong bối cảnh trái đất “ấm” dần lên. Mặt khác, Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, đặc biệt, Hà Nội nằm trong khu vực châu thổ song Hồng, có độ ẩm cao (trời nồm) vào tháng 1-3 hàng năm, làm cho các lớp phủ polyme dễ bị suy giảm bởi các vi sinh vật như nấm mốc, vi khuẩn, làm giảm các tính chất bề mặt, độ bền, thay đổi hình thái, cấu trúc, thẩm mỹ của lớp phủ hữu cơ polyme. Do vậy, nhu cầu về lớp phủ trang trí, có khả năng chống nóng/phản xạ nhiệt có khả năng ức chế sự phát triển vi sinh vật và thân thiện môi trường (hàm lượng chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) thấp) là rất lớn.

Để đáp ứng nhu cầu trong nước, trong những năm gần đây, một số sản phẩm sơn phủ chống nóng đã xuất hiện trên thị trường nước ta. Các nhà sản xuất và kinh doanh sơn đã chủ động nhập khẩu sơn thành phẩm hoặc công nghệ, nguyên liệu sản xuất tạo ra sản phẩm đáp ứng nhu cầu của thị trường. Tuy nhiên, trong các tài liệu kỹ thuật do nhà sản xuất cung cấp phần lớn không có hoặc có nhưng không đầy đủ các thông tin về hệ số phản xạ nhiệt mặt trời, độ bền thời tiết, độ bền nấm mốc, vi khuẩn... 

Nhựa acrylic nhũ tương được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp và đời sống do có nhiều ưu điểm quý như khả năng kháng UV cao, bền thời tiết, bền màu, dễ thi công lên bề mặt của nhiều loại vật liệu như kính, bê tông, kim loại… Ngoài ra, nhựa acrylic nhũ tương, phân tán trong nước khá thân thiện với môi trường, giá thành rẻ. Tuy nhiên, nhựa acrylic nhũ tương có độ bền mài mòn không cao. Do đó, để gia cường các tính chất cho nhựa acrylic nhũ tương, người ta thường đưa các hạt nano vô cơ vào trong nó. Gần đây, hạt nano ZrO2, nano Cu2O và canxi silicat được quan tâm ứng dụng làm các chất gia cường để cải thiện độ truyền qua, hệ số phản xạ, độ cứng, mô đun dẻo, độ bền kéo đứt và độ bền nhiệt cho các lớp phủ hữu cơ.

Tuy nhiên, do sự khác nhau về bản chất hoá học, các hạt nano vô cơ thường phân tán kém và dễ bị kết tụ trong các lớp phủ hữu cơ nên không phát huy được tối đa hiệu quả của hạt nano vô cơ biến tính. Chính vì vậy, biến tính các hạt nano vô cơ là một phương pháp hiệu quả trong cải thiện khả năng phân tán của các hạt nano vô cơ vào nền polymer hữu cơ. Đã có một số nghiên cứu biến tính hữu cơ các hạt nano như nano ZrO2, canxi silicat bằng các silan hữu cơ, tuy nhiên, sử dụng các hạt nano ZrO2, nano Cu2O và canxi silicat biến tính trong nền nhựa acrylic nhũ tương vẫn còn hạn chế.

Với mục đích chế tạo hệ sơn phủ có khả năng chống nóng (phản xạ nhiệt và cách nhiệt), đề tài sử dụng một số phụ gia kích thước nano như nano CaSiO3 có cấu trúc xốp tăng khả năng cách nhiệt cho lớp phủ hơn, bên cạnh đó, hạt nano ZrO2 với các tính chất ưu việt như trơ về mặt hóa học, có khả năng nâng cao tính chất nhiệt, cải thiện tính chất cơ và đặc biệt với tính chất quang tốt (trong suốt ở vùng ánh áng nhìn thấy, có hệ số khúc xạ, phản xạ cao, ít hấp thụ năng lượng từ vùng UV đến hồng ngoại), sẽ được nghiên cứu để đưa vào màng sơn với mong muốn nâng cao độ phản xạ, và khắc phục một số nhược điểm chính của polyme hữu cơ (mềm, tính chất nhiệt kém). Với mong muốn tạo ra một loại sơn thân thiện môi trường (hàm lượng VOC thấp), thì ngoài việc sử dụng polyme acylic nhũ tương hàm lượng VOC thấp, đề tài sẽ biến tính các hạt nano bằng các tác nhân silan để tăng tương hợp giữa polyme nền vào hạt ngoài việc cải thiện các tính chất mong muốn còn giảm các phụ gia hữu cơ cần sử dụng, qua đó giảm thiểu hàm lượng VOC. 

Thông thường, trên thị trường sẽ sử dụng các phụ gia chống mốc, chống thối cho sơn nhũ tương bằng các chất hữu cơ, tuy nhiên, trong quá trình sử dụng dưới tác động của môi trường các chất này nhanh chóng bị rửa trôi, bay hơi nên chống vi khuẩn, rêu, nấm mốc ít hiệu quả mà còn gây nên những tác động về môi trường không đáng có.  Nhằm cải thiện khả năng ức chế phát triển của rêu, nấm mốc, vi khuẩn, cần đưa vào màng polyme hạt nano Cu2O riêng rẽ và phối hợp với hợp chất hữu cơ họ benzoimidazole như Irgaguard® F (2-thiazol-4-yl-1H-benzoimidazole) để nâng cao hiệu quả chống vi khuẩn, rêu, nấm mốc do sự hiệp đồng của nano Cu2O và chất hữu cơ họ benzoimidazole.

Với mục tiêu có thể thương mại hóa sản phẩm, có thể triển khai sản xuất, ứng dụng thì việc tìm ra quy trình có tính lặp lại chế tạo hệ sơn là vô cùng cần thiết. Vì vậy, tìm điều kiện và thành phần thích hợp để chế tạo hệ sơn phủ trên cơ sở polyacrylic nhũ tương có hàm lượng VOC thấp với các phụ gia nano canxi silicat, nano ZrO2, nano Cu2O và hợp chất hữu cơ họ benzoimidazole như Irgaguard® F có khả năng ức chế sự phát triển của rêu, nấm mốc, vi khuẩn (sử dụng riêng lẻ và phối hợp chúng với nhau) sẽ đáp ứng được yêu cầu của hệ sơn phủ đa chức năng vừa có khả năng chống nóng (phản xạ nhiệt mặt trời và cách nhiệt) vừa có khả năng ức chế sự phát triển rêu, nấm mốc, vi khuẩn, góp phần ứng dụng thực tế hệ sơn phủ đa chưc năng này cho các công trình xây dựng, kiến trúc.

Do đó, đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ sơn đa chức năng (ức chế phát triển rêu, nấm mốc, vi khuẩn và chống nóng) trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương có hàm lượng VOC thấp và một số phụ gia kích thước nano” được tiến hành để nghiên cứu và phát triển các hệ sơn mới, đa chức năng với những tính chất ưu việt trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương và hiệp đồng các hạt nano ZrO2, canxi silicat, nano Cu2O biến tính hữu cơ và phụ gia kháng khuẩn hữu cơ Irgaguard®F.