Luận án tiến sĩ: Nâng cao tính kỵ nước và chống tia UV cho gỗ bồ đề (Styrax tonkinensis) bằng công nghệ phủ ZnO - Trường Đại học Lâm nghiệp

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN VĂN HUYẾN NÂNG CAO TÍNH KỴ NƯỚC VÀ CHỐNG TIA UV CHO GỖ BỒ ĐỀ (Styrax tonkinensis) BẰNG CÔNG NGHỆ PHỦ ZnO Ngành: Kỹ thuật Chế biến lâm sản Mã số: 9 54 90 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN VĂN HUYẾN NÂNG CAO TÍNH KỴ NƯỚC VÀ CHỐNG TIA UV CHO GỖ BỒ ĐỀ (Styrax tonkinensis) BẰNG CÔNG NGHỆ PHỦ ZnO Ngành: Kỹ thuật Chế biến lâm sản Mã số: 9 54 90 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hướng dẫn khoa học: PGS. VŨ MẠNH TƯỜNG GS. PHẠM VĂN CHƯƠNG HÀ NỘI, 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com i MỤC LỤC MỤC LỤC .i DANH MỤC HÌNH .iv DANH MỤC BẢNG. vii BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT.

viii LỜI CAM ĐOAN .ix LỜI CẢM ƠN .x TRANG THÔNG TIN NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ MẶT HỌC THUẬT, LÝ LUẬN CỦA LUẬN ÁN .xi ĐẶT VẤN ĐỀ .1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN. Công nghệ và vật liệu nano trong cải thiện chất lượng gỗ. Cải thiện tính chất cơ lý gỗ. Tạo hiệu ứng bề mặt gỗ.

Tạo tính năng diệt khuẩn và tự làm sạch cho gỗ. Cải thiện tính năng chống chịu thời tiết cho gỗ. Cải thiện tính năng chậm cháy cho gỗ. Nghiên cứu ngoài nước về phương pháp biến tính gỗ bằng công nghệ nano.

Các nghiên cứu xử lý tạo compozit gỗ-vật liệu vô cơ. Các nghiên cứu xử lý tạo lớp phủ micro/nano vô cơ trên bề mặt gỗ. Nghiên cứu trong nước về phương pháp biến tính gỗ bằng công nghệ nano. Kết luận rút ra từ tổng quan.

Mục tiêu nghiên cứu. Mục tiêu tổng quát. Mục tiêu cụ thể. Những đóng góp mới của luận án.

Ý nghĩa của luận án. Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn .20 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Vật liệu nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Cách tiếp cận và nội dung nghiên cứu .25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Nghiên cứu khả năng phủ ZnO để nâng cao tính kỵ nước và chịu UV cho gỗ Bồ đề. Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện xử lý a xít stearic cho màng ZnO trên gỗ Bồ đề. Nghiên cứu nâng cao khả năng duy trì tính năng siêu kỵ nước của gỗ Bồ đề bằng phương pháp phủ kết hợp epoxy và ZnO. Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp lý thuyết. Phương pháp thực nghiệm. Kiểm tra tính chất và phân tích số liệu.33 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Thành phần hóa học của gỗ.

Công nghệ và vật liệu nano. Hiện tượng kỵ nước trong tự nhiên và lý thuyết thấm ướt. Hiện tượng kỵ nước trong tự nhiên. Lý thuyết thấm ướt bề mặt.

Đặc điểm của nano ZnO. Đặc điểm gỗ Bồ đề .53 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU. Khả năng phủ ZnO để nâng cao tính kỵ nước và chịu UV cho gỗ Bồ đề. Cấu trúc hiển vi của lớp phủ ZnO trên gỗ Bồ đề.

Cấu trúc tinh thể của lớp phủ ZnO trên gỗ Bồ đề. Tính năng kỵ nước của gỗ Bồ đề phủ ZnO. Tính năng chịu ẩm của gỗ Bồ đề phủ ZnO. Tính năng chịu nước của gỗ Bồ đề phủ ZnO.

Tính năng chịu UV của gỗ Bồ đề phủ ZnO qua độ bền màu. Khả năng chống bám bẩn bề mặt của gỗ Bồ đề phủ ZnO. Tối ưu hóa điều kiện xử lý a xít stearic cho màng ZnO trên gỗ Bồ đề. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến góc tiếp xúc (WCA).

Ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến hiệu quả cách ẩm (MEE). Ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến hiệu suất chống hút nước (WRE). Tối ưu hóa điều kiện xử lý a xít stearic cho gỗ Bồ đề phủ ZnO. Nâng cao khả năng duy trì tính năng siêu kỵ nước của gỗ Bồ đề bằng phương pháp phủ kết hợp epoxy và ZnO.

Cấu trúc hiển vi của lớp phủ epoxy kết hợp ZnO trên gỗ Bồ đề. Cấu trúc tinh thể của lớp phủ epoxy kết hợp ZnO trên gỗ Bồ đề. Tính năng kỵ nước của gỗ Bồ đề phủ epoxy kết hợp ZnO. Tính năng chịu UV của gỗ Bồ đề phủ epoxy kết hợp ZnO qua độ bền màu 103 4.

Đề xuất quy trình công nghệ phủ gỗ Bồ đề bằng ZnO. Quy trình công nghệ phủ ZnO cho gỗ Bồ đề bằng phương pháp thủy nhiệt 106 4. Quy trình công nghệ phủ ZnO cho gỗ Bồ đề bằng phương pháp phun .108 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iii KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .111 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ .113 TÀI LIỆU THAM KHẢO .120 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iv DANH MỤC HÌNH Hình 1. Ảnh hiển vi SEM (a), ESEM (b) và sự phân bố nguyên tố của TiO2 khi tẩm vào gỗ thông.

Vật liệu siêu kỵ nước (a) ZnO, (b) α-FeOOH. Ảnh SEM của vật liệu ZnO-gỗ (a) và ảnh quang học của vật liệu vô cơ-gỗ (b). Sơ đồ lấy mẫu gỗ. Sơ đồ phương pháp tiếp cận nghiên cứu của luận án.

Mô hình bài toán thực nghiệm đa yếu tố trong nghiên cứu. Các thành phần hóa học cấu tạo nên gỗ. Cấu tạo hóa học của xenlulo và các sản phẩm thủy phân xenlulo đã qua metyl hóa. Liên kết hydro trong vách tế bào gỗ.

Hình ảnh bề mặt siêu kỵ nước của lá Sen (Nelumbo nucifera) và cấu trúc hiển vi của bề mặt lá Sen [33]. Cấu trúc bề mặt chân Nhện nước (Gerris remigis). Góc tiếp xúc giữa giọt chất lỏng và bề mặt vật rắn [52]. Mô hình tiếp xúc giữa giọt chất lỏng và bề mặt rắn theo mô hình Wenzel (trái) và Cassie-Baxter (phải) [52].

Hiện tượng trễ của góc tiếp xúc (Contact angle hysteresis). Cấu trúc tinh thể ZnO. Ảnh SEM của ZnO dạng hoa được tổng hợp (a) độ phóng đại 10000x, (b) độ phóng đại 30000x. Ảnh TEM, SEM, HRTEM của ZnO dạng hoa cúc.

Nano rừng cây ZnO. Hình ảnh cấu trúc bề mặt của gỗ Bồ đề đối chứng và gỗ bồ đề phủ mặt bằng ZnO. Mô phỏng cấu trúc bề mặt gỗ trước và sau khi phủ ZnO. Vị trí lựa chọn phân tích thành phần nguyên tố.

Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) bề mặt gỗ phủ ZnO. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của bề mặt mẫu gỗ Bồ đề phủ ZnO và mẫu không phủ .60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Góc tiếp xúc giọt nước với bề mặt gỗ Bồ đề ở các chế độ xử lý khác nhau, thời gian tiếp xúc từ 0-180 giây. Hiệu quả cách ẩm MEE của gỗ phủ ZnO.

Hiệu suất chống hút nước WRE của gỗ Bồ đề phủ ZnO. Thay đổi chỉ số độ sáng (L) của bề mặt mẫu gỗ. Thay đổi chỉ số đỏ-xanh lá (a) của bề mặt mẫu gỗ. Thay đổi chỉ số vàng-xanh lam (b) của bề mặt mẫu gỗ.

Thay đổi độ lệch màu tổng (E) của mẫu gỗ. Hình ảnh mẫu gỗ trước và sau khi phun nước. Thay đổi của WCA theo nồng độ dung dịch. Thay đổi của WCA theo thời gian xử lý.

Mối quan hệ giữa điều kiện xử lý với WCA. Tương quan giữa giá trị hồi quy và giá trị thực nghiệm WCA. Thay đổi của MEE theo nồng độ dung dịch. Thay đổi của MEE theo thời gian xử lý.

Mối quan hệ giữa điều kiện xử lý với MEE. Tương quan giữa giá trị hồi quy và giá trị thực nghiệm MEE. Thay đổi của WRE theo nồng độ dung dịch. Thay đổi của WRE theo thời gian xử lý.

Mối quan hệ giữa điều kiện xử lý với WRE. Tương quan giữa giá trị hồi quy và giá trị thực nghiệm WRE. Đồ thị thể hiện giá trị tối ưu theo hàm mục tiêu. Quá trình tạo ra hạt ZnO kỵ nước kích thước micro/nano.

Quy trình phủ epoxy và ZnO lên gỗ. Ảnh cấu trúc bề mặt (a) mẫu không phủ S1; (b) mẫu phủ ZnO - S2; (c) mẫu phủ epoxy kết hợp ZnO – S3; và (d) ảnh phóng đại của mẫu S3. Phổ tán sắc năng lương (EDX) của mẫu không phủ (S1) và mẫu phủ epoxy kết hợp ZnO (S3). Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu không phủ ZnO (S1) và mẫu phủ epoxy kết hợp ZnO (S3).

Góc tiếp xúc của nước với bề mặt gỗ. (a) Góc tiếp xúc (WCA) của nước với gỗ sau các chu kỳ phun nước; (b) Mô phỏng phương pháp mài mòn bằng tia nước lên bề mặt gỗ .103 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vi Hình 4. Sự thay đổi màu sắc của gỗ không phủ (a) và gỗ phủ epoxy kết hợp ZnO với thời gian chiếu UV khác nhau. Quy trình phủ ZnO bằng phương pháp thủy nhiệt.

Quy trình phủ ZnO bằng phương pháp phun .109 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2. Các mức thay đổi của thông số đầu vào. Ma trận thí nghiệm đa yếu tố biến tính nhiệt cho gỗ. Một số loại vật liệu nano và các lĩnh vực sử dụng.

Một số tính chất cơ học của gỗ Bồ Đề. Bố trí thí nghiệm và kết quả xác định WCA. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng đến WCA. Bố trí thí nghiệm và kết quả xác định MEE.

Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng đến MEE. Bố trí thí nghiệm và kết quả xác định WRE. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng đến WRE. Thông số lựa chọn tối ưu hóa.

Giá trị tối ưu của hàm lượng formaldehyde dư, độ bền dán dính và hàm lượng khô .91 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viii BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa WIC Wood-Inorganic composites TEOS ethyl-ortho-silicate PFDTS perfluorodecyltriethoxysilane OTS octadecyltrichlorosilane TEA Triethenamine MEE Hiệu quả cách ẩm WA Độ hút nước của gỗ RSM Phương pháp phương pháp bề mặt đáp ứng CCD Cách bố trí phức hợp tâm WRE Hiệu suất chống nước ZnO Kẽm ô xít C Nồng độ dung dịch t Thời gian EDX Phổ tán sắc năng lượng tia X FESEM Kính hiển vi điện tử quét XRD Phổ nhiễu xạ tia X WCA Góc tiếp xúc ZnAC Zinc Acetate LB-ADSA Low Bond Axisymmetric Drop Shape Analysis LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.