Các nhà khoa học Việt Nam làm chủ công nghệ sơn chống cháy và sơn phản xạ nhiệt

Làm chủ công nghệ sơn chống cháy sử dụng phụ gia biến tính

Sắt thép được ví như bộ xương sống chống đỡ một tòa nhà. Khi đám cháy bùng phát, nhiệt độ tăng nhanh đến mức làm mất sự ổn định ở cấu trúc thép dẫn đến sụp đổ. Với các tòa nhà công cộng, việc bảo đảm người trong tòa nhà có đủ thời gian để thoát hiểm trong trường hợp hỏa hoạn là điều thiết yếu. Bởi thế, chọn lớp sơn chống cháy chất lượng cao cực kỳ quan trọng và nó chỉ cho thấy công dụng khi hoả hoạn xảy ra.

TS Nguyễn Việt Dũng, Trưởng phòng Nghiên cứu vật liệu polymer và composit, Viện Khoa học Vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) cho biết, sơn chống cháy bảo vệ kết cấu thép là đề tài nghiên cứu của các nhà khoa học được thực hiện từ năm 2013. Tại thời điểm này, các nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá khả năng ứng dụng của các loại khoáng sản sẵn có trong nước như khoáng sản sericite, khoáng sản talc trong sơn chống cháy trên cơ sở nhựa epoxy. Với các đặc tính bảo vệ cao và đặc biệt là độ bền nhiệt cao, các sản phẩm bột khoáng sericite và khoáng talc đã có những kết quả hết sức nổi bật thể hiện tiềm năng ứng dụng trong sơn chống cháy.

Bắt đầu từ năm 2018, phòng nghiên cứu vật liệu polymer và composite đã hoàn thiện công thức sản phẩm sơn chống cháy chứa các phụ gia biến tính cũng như tư vấn và chuyển giao sản phẩm phụ gia biến tính cho doanh nghiệp sản xuất sơn chống cháy trong nước. Sản phẩm sơn chống cháy với sự kết hợp của phòng nghiên cứu ngay khi ra đời đã thể hiện sự khác biệt đối với các sản phẩm hiện có trên thị trường hiện có cả về tính chất và giá thành giúp cho doanh nghiệp tạo ra được uy tín trong lĩnh vực sản xuất sơn chống cháy mang lại nhiều giá trị cho xã hội.

Đến đầu năm 2021, khi cơ quan quản lý thay đổi các yêu cầu kiểm định sản phẩm sơn chống cháy theo hướng nâng cao chất lượng và sát với yêu cầu thực tế, phòng nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite cũng bắt tay ngay vào quá trình nghiên cứu thử nghiệm các hệ sản phẩm sơn chống cháy mới theo tiêu chuẩn ISO 834-10:2014 và BS EN 13381-8:2013.

Bên cạnh đó, Phòng nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite cũng thử nghiệm vai trò của các chất kết dính khác nhau, tập trung vào khối lượng phân tử của polyme nhằm tìm được chất kết dính tối ưu cho quá trình bám dính của lớp phồng nở lên kết cấu thép. Sau khi hoàn thiện các nghiên cứu, phòng nghiên cứu vật liệu Polymer và Composite đã kết hợp với các doanh nghiệp bắt đầu thử nghiệm sản phẩm trên mẫu kết cấu theo đúng các tiêu chuẩn hiện hành và tiến hành thử nghiệm tại Viện chuyên ngành kết cấu công trình xây dựng, Viện Khoa học và Công nghệ xây dựng (IBST).

Kết quả thử nghiệm cho thấy bọt cách nhiệt giúp cấu trúc thép ổn định trong 30 - 120 phút, tùy vào hệ thống sơn

TS Nguyễn Việt Dũng chia sẻ: Trong hệ sơn chống cháy, quá trình cấu trúc thép bị đốt nóng bị chậm lại. Sơn chống cháy tạo thành một lớp cách nhiệt trên bề mặt thép bằng cách tạo bọt khi có nhiệt độ cao. Bọt cách nhiệt giúp cấu trúc thép ổn định trong 30 - 120 phút, tùy vào hệ thống sơn. Về xây dựng, vật liệu thép có thể chịu nhiệt trung bình từ 350 - 750^oC tùy thuộc vào tải trọng. Càng có nhiều cấu trúc nặng, từ loại mái sử dụng đến số tầng trong tòa nhà, tải trọng càng lớn. Do đó, lựa chọn hệ sơn chống cháy tốt nhất nên dựa vào tải trọng của các cấu trúc. Nhà càng nhiều tầng và tải trọng lớn thì cần sơn chống cháy ổn định cao.

Theo đó, các nhà khoa học của Viện Vật liệu đã tiến hành thử nghiệm mẫu được thực hiện tại IBST theo tiêu chuẩn ISO 834-10:2014 vào đầu năm 2022. Trên cơ sở thử nghiệm thành công này, doanh nghiệp đối tác của Viện Khoa học vật liệu đã bắt đầu quá trình đăng ký và kiểm định chính thức sản phẩm sơn chống cháy bọc bảo vệ kết cấu thép với Cục cảnh sát phòng cháy, chữa cháy và cứu nạn cứu hộ, đáp ứng đúng yêu cầu của Nghị định 136 /2020-NĐ-CP ngày 24/11/2020 quy định chi tiết một số điều và biện pháp thi hành Luật Phòng cháy và chữa cháy và Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Phòng cháy và chữa cháy.

Sau gần 1 năm thử nghiệm cũng như hoàn thiện các thủ tục pháp lý, đến ngày 31 tháng 3 năm 2023, sản phẩm sơn chống cháy có sử dụng các phụ gia biến tính do Viện Khoa học vật liệu cung cấp đã chính thức được Cục cảnh sát phòng cháy, chữa cháy và cứu hộ cứu nạn cấp giấy kiểm định số 1363/KĐ-PCCC-P7.

Việc phát triển thành công hệ sản phẩm phụ gia cho sơn chống cháy mới, đã giúp cho đối tác doanh nghiệp sơn chống cháy của Viện Khoa học vật liệu được cơ quan chức năng cấp giấy kiểm định cho sản phẩm, qua đó hàng nghìn dự án xây dựng công trình, nhà xưởng kết cấu thép trong nước đủ điều kiện nghiệm thu phòng cháy để đi vào hoạt động. Kết quả hợp tác nghiên cứu giữa Viện Khoa học vật liệu với doanh nghiệp sản xuất sơn chống cháy trong nước để đáp ứng các yêu cầu, quy định mới đã được Hiệp hội phòng cháy chữa cháy và cứu nạn cứu hộ đánh giá rất cao trong buổi làm việc với Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Sản phẩm phụ gia biến tính cho sơn chống cháy được phát triển đều đặn, liên lục mang lại doanh thu lớn cho Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, chỉ tính riêng năm 2023, số tiền hợp đồng của sản phẩm sơn chống cháy của Viện Khoa học vật liệu đã đạt trên 17 tỷ đồng. Con số này cũng khẳng định vai trò của các nhà khoa học và tiềm năng của các nghiên cứu ứng dụng trong việc phát triển các sản phẩm có hàm lượng khoa học cao, mang lại các sản phẩm có giá trị cho doanh nghiệp, người dân và xã hội.

Làm chủ công nghệ sơn phản xạ nhiệt dùng vật liệu nano tự sản xuất

Việt Nam có lãnh thổ hoàn toàn trong vùng nhiệt đới. Tổng lượng bức xạ trung bình hàng năm cao (khoảng 120 kcal/cm2/năm) đã gây tác động tiêu cực rất lớn, gây ra hiệu ứng đảo nhiệt nóng bức ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh,... tiêu tốn nhiều năng lượng tiêu thụ bởi các thiệt bị làm mát, làm cho tình trạng thiếu điện càng trở nên nghiêm trọng hơn, ngành xăng dầu bị thiệt hại lớn bởi sự thất thoát do bay hơi.

Nhận thức được tính cấp thiết và nghiêm trọng của vấn đề, từ những năm 90 của thế kỷ trước, nhóm nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tập trung nghiên cứu phát triển sơn phản xạ nhiệt mặt trời ứng dụng chống nóng cho các bồn bể chứa xăng dầu.

Lớp phủ phản xạ nhiệt mặt trời hoạt động theo nguyên lý phản xạ khuếch tán. Sự phản xạ khuếct tán xảy ra khi bức xạ tia tới xâm nhập vào bột và phản xạ bởi các biên hạt của các hạt phản xạ. Độ phản xạ khuếch tán phụ thuộc vào hình dạng, kích thước hạt và khi kích thước hạt giảm, số lượng các tia phản xạ tại các ranh giới hạt sẽ tăng lên. Do đó, độ thâm nhập sâu của ánh sáng tia tới giảm dẫn đến giảm sự hấp thụ và tăng sự phản xạ. Hậu quả sẽ giảm trong phần hấp thụ và tăng phần phản xạ của ánh sáng.

Ứng dụng thử nghiệm hệ sơn phản xạ nhiệt mặt trời trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương chống nóng một phần mái của trường Pháp Alexandre Yersin tại Ngọc Thụy, Long Biên, Hà Nội

Tiếp thu và kế thừa những thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến trên thế giới nói chung và của Viện Kỹ thuật nhiệt đới nói riêng, được sự ủng hộ mạnh mẽ của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam thông qua các đề tài nghiên cứu và phát triển công nghệ, công nghệ sơn phản xạ nhiệt mặt trời tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã được phát triển, liên tục được hoàn thiện và nâng cao chất lượng, trong đó tập trung cho 2 nhóm tiêu chí chính là hiệu quả phản xạ nhiệt và độ bền thời tiết.

Hiện tại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã hoàn toàn làm chủ công nghệ chế tạo các phụ gia phản xạ nhiệt trên cơ sở vật liệu kích thước nano và ứng dụng chúng trong chế tạo sơn phản xạ nhiệt mặt trời hiệu quả cao. Sản phẩm sơn phản xạ nhiệt mặt trời do Viện chế tạo đáp ứng hoàn toàn các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe của nước ngoài và tương đương các sản phẩm nhập ngoại nhưng có hiệu quả kinh tế cao hơn đã được áp dụng tại các công trình dân dụng và quốc phòng (mái nhà xây dựng, bồn bể chứa xăng dầu, tàu cá...).

Với cấu trúc bao gồm các hạt nano phản xạ nhiệt cao phân tán xen kẽ giữa các hạt micro tạo nên cấu trúc chặt khít trong nền polyme trong suốt, lớp phủ có độ phản xạ trong vùng hồng ngoại gần cao, do đó khi sử dụng sơn phản xạ nhiệt nano nhiệt độ bề mặt bồn thép có thể giảm tới 10-19^oC và nhiệt độ trong bể khoảng 8-15^oC so với khi sử dụng sơn thông thường. Ngoài ra, độ bền thời tiết của sơn nano cao hơn 1500 giờ thử nghiệm gia tốc thời tiết.

Các sản phẩm sơn phản xạ nhiệt mặt trời của Viện Kỹ thuật nhiệt đới (ký hiệu ITT) đã được phía công ty SuzukaFine (1 trong 5 công ty lớn nhất về sơn của Nhật Bản, được thành lập từ 1948) thử nghiệm và đánh giá chất lượng theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS K 5675. Kết quả phân tích cho thấy các mẫu sơn phản xạ nhiệt mặt trời phát triển bởi Viện Kỹ thuật nhiệt đới có độ phản xạ nhiệt cao hơn nhiều so với các loại sơn phản xạ nhiệt mặt trời thương mại trong nước và quốc tế. Đặc biệt độ phản xạ nhiệt đạt hơn 99% theo tiêu chuẩn Nhật Bản

Ứng dụng sơn phản xạ nhiệt mặt trời thích hợp cho bề mặt ngoài các công trình xây dựng, các bồn bể chứa nhiên liệu/hóa chất lỏng dễ bay hơi là một giải pháp hiệu quả và chi phí thấp để chống lại hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, có thể tiết kiệm tới 40% năng lượng tiêu thụ bởi thiết bị làm mát, chống thất thoát nhiên liệu/ hóa chất dễ bay hơi góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, ngăn chặn biến đổi khí hậu, góp phần phát triển bền vững, hướng tới mục tiêu mà Việt Nam đã cam kết tại hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc (COP26).