Luận án: Nâng cao chất lượng trang sức bề mặt gỗ bằng sơn PU phân tán nano TiO2 - Phạm Thị Ánh Hồng

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PHẠM THỊ ÁNH HỒNG NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRANG SỨC BỀ MẶT SẢN PHẨM GỖ BẰNG SƠN POLYURETHANE (PU) PHÂN TÁN NANO TIO2 Ngành: Kỹ thuật chế biến lâm sản Mã số: 9.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Cao Quốc An 2. Trần Văn Chứ Hà Nội - 2020 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sĩ kỹ thuật mang tên “Nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn Polyurethane (PU) phân tán nano TiO2”, mã 9.01 là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác dưới mọi hình thức.

Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng Bảo vệ Luận án Tiến sĩ về lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày 12 tháng 08 năm 2020 Tác giả luận án Phạm Thị Ánh Hồng i luan an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. v DANH MỤC CÁC BẢNG. vi DANH MỤC CÁC HÌNH .vii MỞ ĐẦU.

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU. Khái quát chung về sơn Polyurethane. Đặc tính của vật liệu nano TiO2. Tổng quan nghiên cứu về trang sức bề mặt sản phẩm gỗ và ứng dụng vật liệu nano để nâng cao chất lượng sơn dùng cho đồ gỗ.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam. Định hướng nghiên cứu của Luận án. Phân tích và đánh giá về các công trình nghiên cứu.

Định hướng nghiên cứu của Luận án. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Các yếu tố cố định.

Các yếu tố thay đổi. Mục tiêu nghiên cứu. Mục tiêu tổng quát. Mục tiêu cụ thể.

Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp lý thuyết. Phương pháp thực nghiệm.

Mô tả thực nghiệm của Luận án. 26 ii luan an 1. Thông số đầu vào của nguyên liệu gỗ và hóa chất. Quá trình thực nghiệm phân tán nano TiO2 với sơn PU và công nghệ trang sức bề mặt gỗ bằng sơn PU và PU-TiO2.

Những đóng góp mới của Luận án. Ý nghĩa của Luận án. Cơ chế khô của màng sơn PU. Cơ sở lý thuyết về vật liệu nano và nano TiO2.

Khái niệm và phân loại vật liệu nano. Cấu trúc và tính chất vật lý của hạt nano TiO 2. Lựa chọn loại nano và phương pháp phân tán nano vào sơn PU. Cơ sở lý thuyết về công nghệ trang sức sản phẩm gỗ.

Các giả thuyết của sự bám dính. Quá trình hình thành màng trang sức [7], [8]. Phương pháp trang sức sản phẩm gỗ [7], [8]. Yêu cầu cơ bản của chất phủ dạng lỏng và nền gỗ [7], [8].

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng màng trang sức [7], [8], [32], [33]. Đặc điểm của gỗ Keo lai. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán nano TiO 2 đến chất lượng màng trang sức.

Kiểm tra độ ổn định của nano TiO2 trong dung môi phân tán. Kết quả phổ hấp thụ UV-Vis của nan TiO2 trong dung môi phân tán. Xác định sự tồn tại hạt nano TiO2 trong màng sơn PU trên bề mặt gỗ. Kết quả kiểm tra độ nhớt của sơn PU-TiO2.

Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 đến chất lượng màng trang sức (thực nghiệm đơn yếu tố). Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 đến chất lượng màng trang sức (thực nghiệm đa yếu tố). 90 iii luan an 3. Ảnh hưởng của áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun đến chất lượng màng trang sức.

Ảnh hưởng của áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun đến chất lượng màng trang sức (thực nghiệm đơn yếu tố). Ảnh hưởng của áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun đến chất lượng màng trang sức (thực nghiệm đa yếu tố). 115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 129 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.

131 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 132 iv luan an DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị AC Acrylic APS Amino propyl trimethoxy silane C Nồng độ % Chất hoạt động bề mặt Linear alkyl benzen HĐBM Las sunfonic acid NCO Isocyanate MDI Diphenyl methane Diisocyanate MC Độ ẩm % NC Nitrocellulose OH Hydroxyl PU Polyurethane PU-TiO2 Polyurethane kết hợp với nano Titanium dioxide P Áp suất phun MPa SEM Kính hiển vi điện tử quét T Nhiệt độ o C TiO2 Titanium dioxide TiO2  Thời gian Giờ UV Tia cực tím UV-Vis Quang phổ tử ngoại nhìn thấy được V Tốc độ phun m/phút FTIR Máy phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR  Độ nhớt mPa.s ∆E Độ lệch màu ∇8 Độ nhẵn bề mặt  Trọng lượng riêng g/m3 v luan an DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong Luận án .2: Bảng kế hoạch thực nghiệm. Miền thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 đến một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức.

Ma trận thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 đến một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức. Các chế độ phun sơn PU sau khi phối trộn với nano TiO2. Ma trận thực nghiệm ảnh hưởng của áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun đến một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức. Thông số kỹ thuật của sơn PU.

Thông số kỹ thuật của máy phun sơn tự động Mito K01. Tiêu chuẩn, kích thước và số lượng mẫu thử dùng trong nghiên cứu. Tên chất thử dùng trong thí nghiệm. Phân loại mức độ bong tách của màng sơn.

Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase [13], [18]. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng của nồng độ nano TiO2 đến độ nhớt của sơn PU. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng của thời gian phân tán nano TiO2. 70 đến độ nhớt của sơn PU.

Kết quả kiểm tra ảnh hưởng của nồng độ nano TiO2. 71 đến độ bền bám dính màng trang sức. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng của thời gian phân tán nano TiO2. 72 đến độ bền bám dính màng trang sức.

Kết quả kiểm tra một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức trên bề mặt gỗ với các thông số C và  thích hợp. So sánh giữa giá trị tính toán được và giá trị thực nghiệm của một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức. Thuộc tính phổ FTIR của màng sơn PU và PU kết hợp với nano TiO2. Kết quả kiểm tra một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức trên bề mặt gỗ với các thông số P và V thích hợp.

So sánh giữa giá trị tính toán được và giá trị thực nghiệm của một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức. 127 vi luan an DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Một số sản phẩm gỗ trang sức bằng sơn PU. Một số hóa chất dùng trong thí nghiệm.

Sơ đồ công nghệ phân tán nano TiO2 với sơn PU và quy trình trang sức bề mặt gỗ bằng sơn PU và PU-TiO2. Thiết bị sóng siêu âm model PS-40. Thiết bị khuấy từ model MS-300HS. Nano TiO2 phân tán trong Butyl axetate.

Sơn bóng PU kết hợp với nano TiO2. Hệ thống máy phun sơn tự động Mito K01. Máy đo độ nhám bề mặt. Thiết bị đo độ đục.

Máy quang phổ hấp thụ UV-Vis. Dụng cụ đo chiều dày. Không gian màu CIELab. Thiết bị đo màu BYK.

Dụng cụ kiểm tra độ bền bám dính. Thang đo độ cứng bút chì. Máy quang phổ hồng ngoại (FTIR). Bột Nano TiO2.

Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2 :. Thiết bị phân tán hạt nano bằng sóng siêu âm cao tần [20]. Sự bám dính của giọt chất lỏng trên bề mặt vật rắn:. Hình ảnh xác định góc thấm ướt  của giọt chất phủ trên bề mặt vật liệu:.

Liên kết cơ học. 51 vii luan an Hình 2. Liên kết tĩnh điện. Liên kết khuếch tán.

Liên kết hóa học. Đồ thị biểu diễn quá trình khô màng trang sức. Dòng chất phủ của súng phun có miệng phun hình tròn [7], [8], [32]:. Vị trí nắp điều chỉnh và hình dạng mặt cắt dòng phun chất phủ [7]:.

Quỹ đạo di chuyển súng phun [7]. Phương hướng phun sơn hoặc véc ni [7]. Sơ đồ cắt ngang vệt sơn trùng nhau [7], [38]:. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng màng trang sức.

Độ đục của nano TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán trong dung môi Butyl acetate trong 3 giờ (tỷ lệ chất HĐBM Las và vật liệu nano TiO2 là 1 : 2). Phổ hấp thụ UV-Vis của dung môi Butyl acetate có chất HĐBM Las. Phổ hấp thụ UV-Vis của nano TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán trong dung môi Butyl acetate có chất HĐBM Las. Ảnh SEM của màng sơn PU đối chứng (x 4000).

Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,05% phân tán trong 3 giờ (x 500). Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,1% phân tán 3 giờ (x 1000). Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán 3 giờ (x 500). Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán 4 giờ (x 1000).

Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán 5 giờ (x 5000) .10 Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,2% phân tán 3 giờ (x 10. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,25% phân tán 3 giờ (x 5000). Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán 1 giờ (x 1000). Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán 1 giờ (x500).

68 viii luan an Hình 3. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán 2 giờ (x 5000). Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán 2 giờ (x 30. Mẫu gỗ sơn PU sau khi thử độ bền bám dính.

Mẫu gỗ sơn PU-TiO2 sau khi thử độ bền bám dính. 73 Mối quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với khả năng kháng hóa chất và nước của màng trang sức được thể hiện ở hình 3. Ảnh hưởng của nồng độ nano TiO2 đến độ bền hóa chất và nước của màng trang sức .