Giải pháp lớp phủ “2 trong 1” chống ăn mòn, hạn chế hà bám trên kết cấu thép trong môi trường biển
29/08/2026
Trước yêu cầu ngày càng cao về bảo vệ tàu thuyền và các kết cấu thép trong môi trường biển, các nhà khoa học thuộc Viện Hải dương học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã phát triển giải pháp sơn phủ mới vừa có khả năng chống ăn mòn, vừa hạn chế hà và các sinh vật biển bám trên bề mặt. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển lớp phủ tích hợp, góp phần kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí bảo dưỡng các kết cấu thép hoạt động trong điều kiện biển.
Bài toán kép trong môi trường biển
Trong thực tế, thân tàu, lồng bè, cầu cảng và nhiều công trình kết cấu thép hoạt động trong môi trường biển luôn phải đối mặt với hai vấn đề: ăn mòn do nước biển và sinh vật biển bám trên bề mặt. Theo thời gian, ăn mòn làm kết cấu thép xuống cấp; trong khi hà, rong, tảo và các sinh vật khác bám dày khiến bề mặt thân tàu trở nên nhám hơn, ảnh hưởng đến khả năng di chuyển và có thể làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu. Việc vệ sinh, cạo bỏ sinh vật bám và sơn sửa định kỳ cũng làm gia tăng thời gian, nhân lực và chi phí bảo dưỡng.
Để xử lý đồng thời hai vấn đề này, bề mặt thép thường phải sử dụng nhiều lớp sơn với các chức năng khác nhau, như lớp chống ăn mòn và lớp chống sinh vật biển bám. Tuy nhiên, việc thi công nhiều lớp không chỉ phức tạp mà còn đòi hỏi các lớp phủ phải liên kết tốt và duy trì hiệu quả trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường biển. Vì vậy, phát triển một lớp phủ có thể đồng thời bảo vệ thép khỏi ăn mòn và hạn chế sinh vật biển bám có ý nghĩa thiết thực.
Từ yêu cầu đó, Th.S. Nguyễn Hoàng và nhóm nghiên cứu tại Viện Hải dương học đã đề xuất và được Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam phê duyệt thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo lớp phủ ethyl silicate biến tính bằng APTES có đặc tính chống hà tích hợp khả năng chống ăn mòn trên nền thép” (mã số VAST07.03/24-25). Nghiên cứu tập trung phát triển lớp phủ có khả năng đồng thời chống ăn mòn và hạn chế sinh vật biển bám trên bề mặt thép.
Th.S. Nguyễn Hoàng (bên trong) và thành viên nhóm nghiên cứu tại phòng làm việc
Sau quá trình nghiên cứu và thử nghiệm, nhóm đã xác định được công thức lớp phủ ethyl silicate mới vừa có khả năng hạn chế ăn mòn, vừa ngăn sinh vật biển bám trên bề mặt thép. Công thức được lựa chọn, ký hiệu ZC10, sử dụng bột kẽm (Zn) dạng cầu, hợp kim kẽm-nhôm (ZnAl) dạng vảy và đồng(I) oxit (Cu₂O) với tỷ lệ lần lượt 40%, 5% và 10%. Trong đó, bột kẽm không chỉ góp phần bảo vệ thép khỏi ăn mòn mà còn giúp kiểm soát quá trình giải phóng đồng(I) oxit - thành phần có tác dụng hạn chế sinh vật biển bám trên bề mặt. Theo nhóm nghiên cứu, kiểm soát tốc độ giải phóng các thành phần hoạt tính là yếu tố quan trọng, giúp lớp phủ tránh giải phóng hoạt chất quá nhanh ở giai đoạn đầu và duy trì tác dụng chống hà trong thời gian dài hơn.
Công thức lớp phủ ethyl silicate mới
Kết quả thử nghiệm trong môi trường biển cho thấy công thức ZC10 đáp ứng hướng tiếp cận này. Sau 9 tháng ngâm biển, diện tích bám bẩn cứng trên bề mặt lớp phủ giảm 25%, cho thấy khả năng hạn chế đáng kể sự bám và phát triển của sinh vật biển.
Kết quả thử nghiệm một số mẫu nghiên cứu
Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu đã làm rõ vai trò của kẽm trong việc kiểm soát quá trình giải phóng đồng(I) oxit - thành phần chống hà. Khi kẽm dần hòa tan trong môi trường biển, các vi xốp hình thành trong màng sơn, tạo điều kiện để đồng(I) oxit tiếp xúc với nước biển và giải phóng ion đồng. Các ion đồng có tác dụng hạn chế sự bám và phát triển của sinh vật biển trên bề mặt lớp phủ. Quá trình hình thành vi xốp và giải phóng ion đồng giúp chất chống hà được giải phóng từ từ, duy trì hiệu quả lâu hơn thay vì giải phóng quá nhanh ngay từ đầu. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hàm lượng các thành phần cần được kiểm soát ở mức phù hợp; tỷ lệ 40% kẽm và 10% đồng(I) oxit cho hiệu quả tốt hơn so với các hàm lượng thấp hoặc cao hơn. Đây là cơ sở quan trọng để thiết kế lớp phủ vừa bảo vệ bề mặt, vừa kiểm soát tốc độ giải phóng các thành phần hoạt tính.
Chia sẻ về phát hiện làm thay đổi định hướng lựa chọn công thức lớp phủ cuối cùng, Th.S. Nguyễn Hoàng cho biết: Nhóm từng thử nghiệm biến tính lớp phủ bằng 5% APTES - chất biến tính giúp tăng độ bám dính và độ bền của lớp phủ. Kết quả trong phòng thí nghiệm cho thấy vật liệu này có ưu điểm rõ về độ bám dính, tính chất cơ lý và khả năng chống ăn mòn. Tuy nhiên, thử nghiệm dài hạn trong môi trường biển cho thấy tốc độ giải phóng ion quá nhanh có thể khiến chất diệt khuẩn suy giảm sớm, làm hiệu quả chống hà về lâu dài thấp hơn công thức ZC10. Kết quả này giúp nhóm xác định rõ hơn phạm vi phù hợp của từng công thức: ZC10 được ưu tiên cho yêu cầu chống hà, trong khi công thức biến tính APTES có tiềm năng đối với các kết cấu tĩnh cần ưu tiên khả năng chống ăn mòn và độ bền cơ học.
Th.S. Nguyễn Hoàng điều chế dung dịch sơn trong phòng thí nghiệm
Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đánh giá cao kết quả của nhóm trong xây dựng, hoàn thiện quy trình điều chế lớp phủ tích hợp và xây dựng thành công Tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm sơn tích hợp chống hà AFZC. Quy trình được kiểm chứng qua 3 mẻ điều chế độc lập; các chỉ tiêu kỹ thuật đáp ứng yêu cầu và sản phẩm có tính đồng nhất. Hội đồng nhận định đây là kết quả quan trọng, tạo cơ sở để tiếp tục thử nghiệm, hoàn thiện và từng bước đưa sản phẩm từ quy mô nghiên cứu sang ứng dụng thực tế.
Bên cạnh kết quả về công nghệ, đề tài có 2 công bố khoa học trên các tạp chí thuộc danh mục SCIE và một số công trình trên các tạp chí chuyên ngành trong nước; đồng thời hoàn thành các sản phẩm khoa học, kỹ thuật theo mục tiêu được phê duyệt. Hội đồng đánh giá nghiên cứu được triển khai nghiêm túc, đầy đủ và có khả năng ứng dụng trong thực tế.
Theo Th.S. Nguyễn Hoàng, đây mới là kết quả bước đầu. Thời gian tới, nhóm sẽ tiếp tục tối ưu công thức ZC10 nhằm kiểm soát tốt hơn tốc độ giải phóng đồng(I) oxit và kéo dài thời gian chống bám bẩn; đồng thời nghiên cứu sâu hơn lớp phủ biến tính APTES để phát huy ưu điểm về chống ăn mòn và tính chất cơ lý. Thử nghiệm ở quy mô thực tế trên tàu và các kết cấu thép trong môi trường biển cũng là bước cần thiết để đánh giá đầy đủ độ bền, hiệu quả và khả năng ứng dụng của lớp sơn phủ mới.
Nhóm nghiên cứu kỳ vọng, nếu tiếp tục được hoàn thiện và thử nghiệm trong điều kiện thực tế, lớp phủ mới có thể trở thành giải pháp phù hợp với môi trường biển, góp phần kéo dài tuổi thọ kết cấu thép, đồng thời giảm chi phí vệ sinh và bảo dưỡng.
Chu Ngân
