Các sản phẩm gỗ đều được trang sức bằng một số loại chất phủ với mục đích làm tăng tính thẩm mỹ và bảo vệ bề mặt sản phẩm trước các yếu tố độ ẩm, ánh sáng và vi sinh vật hại gỗ, trong đó, sơn PU là loại được dùng phổ biến nhất. Tuy nhiên, các nghiên cứu về nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ tại Việt Nam chưa nhiều. Do đó, đề tài luận án được thực hiện có tính cấp thiết trong lĩnh vực sản xuất chế biến gỗ tại Việt Nam. Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung và hoàn thiện cơ sở khoa học về công nghệ nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn PU kết hợp với vật liệu nano TiO2.
MỞ ĐẦU Gỗ vật liệu dị hướng dễ bị thay đổi màu sắc, kích thước tác động môi trường nên sản phẩm gỗ nước ta trang sức số loại chất phủ với mục đích làm tăng tính thẩm mỹ bảo vệ bề mặt sản phẩm trước yếu tố độ ẩm, ánh sáng vi sinh vật hại gỗ, Cơng đoạn trang sức tiến hành trước sau lắp ráp thành sản phẩm Đây khâu quan trọng trình sản xuất đồ gỗ Chất phủ Polyurethane (PU) loại dùng phổ biến để trang sức sản phẩm gỗ chúng có nhiều ưu điểm màng sơn khơ nhanh, bám dính tốt, phẳng mịn, có độ cứng độ bóng cao, giá thành phù hợp Tuy nhiên, loại sơn có nhược điểm lớn chịu ánh sáng tự nhiên nên màng sơn dễ bị biến màu trình sử dụng, khả kháng ẩm hóa chất khơng cao Để khắc phục nhược điểm trên, số nhà khoa học nghiên cứu nâng cao chất lượng màng sơn PU số vật liệu nano SiO 2, ZnO, TiO2,… Phần lớn kết cho thấy, màng sơn PU sau kết hợp với vật liệu nano có khả kháng khuẩn tự làm sạch, chống chịu tia cực tím (UV) có khả chống trầy xước, chống mài mòn, độ cứng tăng lên, khả kháng ẩm cải thiện rõ rệt Titanium dioxide (TiO2).là vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, màu trắng, từ lâu ứng dụng nhiều ngành công nghiệp như: Sơn, nhựa, giấy, mỹ phẩm, dược phẩm Đây vật liệu không độc hại, thân thiện với mơi trường, có tính ổn định hóa học cao, có khả kháng khuẩn, diệt nấm mốc tự làm bề mặt chống tia UV, có khả kháng ẩm, cải thiện độ bền bám dính, độ bền va đập có tác dụng làm khơng khí, làm nước có giá thành thấp Xuất phát từ lý trên, tiến hành nghiên cứu Luận án: "Nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ sơn Polyurethane (PU) phân tán nano TiO2” Với tính vượt trội nano TiO2, Luận án tác giả phối trộn vật liệu nano TiO2 với sơn PU thông qua dung môi phân tán nhằm cải thiện số tiêu chất lượng màng trang sức bề mặt gỗ, từ nâng cao giá trị mở rộng phạm vi sử dụng cho sản phẩm gỗ CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát chung sơn Polyurethane Sơn Polyurethane (PU) polyme có chứa nhóm chức Urethane: N C O H O PU sản phẩm tạo từ phản ứng nhóm Isocyanate (-NCO) với Hydro linh động (-H) rượu đa chức (Polyol), amin, urê, amid, este, ête Theo số tài liệu nghiên cứu [7], [8], [16], [29] rằng, sơn PU có tính chất vượt trội hẳn so với nhiều loại sơn khác như: Màng sơn có độ bóng cao, có tính chất trang trí tốt; Bám dính tốt vào nhiều loại vật liệu khác nhau; Lớp phủ bền vững với bào mòn, nước, nhiệt, mơi trường xung quanh; Độ cứng cao; Có khả chịu mài mịn tốt; Sơn PU có khả pha chế với nhiều màu sắc Tuy nhiên, sơn PU có số nhược điểm: Thời gian sống bị hạn chế (thời gian sống khoảng 6-8 hòa trộn thành phần A với thành phần B), sử dụng không thuận tiện; Lớp phủ không bền vững với ánh sáng Chính nhờ ưu điểm trên, PU loại sơn sử dụng rộng rãi công nghệ sản xuất đồ gỗ 1.2 Đặc tính vật liệu nano TiO2 TiO2.là vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, ứng dụng nhiều ngành công nghiệp như: Sơn, nhựa, giấy, mỹ phẩm, dược phẩm Nano TiO2 vật liệu có tính quang xúc tác Nano TiO2 kháng khuẩn chế thủy phân, tác động vào vi sinh vật phân hủy số hợp chất hữu Nano TiO2 hoạt động theo chế xúc tác nên thân không bị tiêu hao Bản thân nano TiO2 không độc hại, chất trơ mặt hóa học sinh học Ngồi ra, hạt nano TiO2 cịn có khả hấp thụ tia cực tím, có tính tiêu diệt nấm mốc, Do đó, tác giả lựa chọn vật liệu nano TiO2 bổ sung vào sơn PU để nâng cao chất lượng màng trang sức bề mặt gỗ 1.3 Tổng quan nghiên cứu trang sức bề mặt sản phẩm gỗ ứng dụng vật liệu nano để nâng cao chất lượng sơn dùng cho đồ gỗ 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới M Sabzi, S.M Mirabedini, J Zohuriaan-Mehr, M Atai (2009) nghiên cứu biến tính lớp phủ PU hạt nano TiO2 với tác nhân liên kết silan Các hạt nano phân tán dung môi Toluene thiết bị siêu âm 30 phút khuấy thêm Kết cho thấy, xử lý bề mặt hạt nano TiO2 với APS cải thiện phân tán hạt nano, tính chất học bảo vệ tia cực tím lớp phủ polyurethane tăng Khi trọng lượng hạt nano tăng sức căng, mơ đun đàn hồi, độ cứng lớp phủ tăng lên [44] S.M Mirabedini cộng (2011) tiến hành đánh giá vai trị vật liệu TiO2 kích thước nano (20 nm) lên hiệu sơn PU thành phần Các kết nghiên cứu cho thấy, vật liệu TiO2 biến tính aminopropyl trimethoxy silan cho kết bảo vệ màng phủ tính chất học màng tốt so với màng phủ có vật liệu TiO2 túy, với hàm lượng thêm vào từ 0,5% đến 1% [51] Yixing Tang (2013) sử dụng vật liệu nano TiO2 để sản xuất sơn PU có khả kháng khuẩn tự làm Trong nghiên cứu, tác giả tổng hợp sơn PU-TiO2 từ tiền chất 4,4′-methylenebis (cyclohexylisocyanate) Poly tetrahydrofuran tỷ lệ mol 2: hòa tan dung môi THF với DBTDL làm chất xúc tác, phản ứng giữ 60 ºC Kết cho thấy, nano TiO2 có khả phân tán dung dịch PU khơng có lắng đọng kết tụ Các tính chất màng phủ PU-TiO2 cải thiện đáng kể so với màng PU túy [61] 1.3.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam Bùi Văn Ái cộng (2015) nghiên cứu hiệu lực phòng chống nấm mục trùng hại gỗ sơn PU có phân tán nano TiO2, SiO2, ZnO, nanoclay Gỗ Bồ đề Styrax tonkinensis sơn phủ sơn PU có phân tán nano khảo nghiệm đánh giá hiệu lực phòng chống nấm mục Pleurotus otreatus mối nhà Coptotermes gestroi Kết cho thấy, sơn PU phân tán nano TiO2, ZnO nanoclay cho hiệu lực phòng chống mối tốt; sơn PU sau phân tán nano ZnO nồng độ 0,1%, TiO2 có kích thước nhỏ 100 nm nồng độ 0,1%, nanoclay hydrophilic nồng độ 0,5% cho hiệu lực phòng chống tốt với nấm mục [3] Nguyễn Thiên Vương cộng (2016) nghiên cứu ứng dụng hạt nano chế tạo hệ sơn nước cách nhiệt phản xạ ánh sáng mặt trời, bền thời tiết Để nâng cao tính chất học, tính ổn định nhiệt độ, tính chống chịu thời tiết tính chất kháng khuẩn lớp phủ PU sở nhựa Acrylic cách thêm hạt nano titanium rutile (R-TiO2) Kết cho thấy, hạt nano phân tán cách đồng vào tồn thể tích lớp phủ; Độ bền va đập màng sơn nano tăng từ 120 đến 145 kg cm tăng độ bám dính từ mức xuống mức 0; lớp phủ nano compozite chứa 2% hạt nano R-TiO2 với độ dày 30 µm che chắn xấp xỉ 94% tia UV vùng 230 đến 400 nm; Kết hợp 2% trọng lượng hạt nano TiO2 vào lớp phủ giảm nồng độ vi khuẩn xuống 6,1% sau 60 phút nuôi cấy [30], [56]; Cao Quốc An, Lý Tuấn Trường (2017) nghiên cứu ảnh hưởng loại dung môi phân tán nano đến chất lượng màng sơn PU-nano TiO2 Nhóm tác giả sử dụng loại dung môi Toluene, Etylacetate, Acetone để phân tán nano TiO2 cho vào sơn PU bóng, PU mờ tự tạo từ nhựa Alkyde sơn phủ ván ghép ván MDF Kết cho thấy, chất lượng màng sơn có nano cải thiện đáng kể so với mẫu đối chứng Dung mơi phân tán có ảnh hưởng đáng kể đến độ bóng màng sơn Độ bóng màng sơn PU dùng Etylacetate để phân tán nano vào sơn cao độ bóng màng sơn dùng dung môi Axetone, Toluene phân tán Các loại dung mơi sử dụng nghiên cứu ảnh hưởng đến số tính chất màng sơn như: Độ bền axít, kiềm, nước, độ bám dính, độ mài mịn, độ cứng khả chịu tia UV chênh lệch không đáng kể [2] Bùi Văn Ái, Nguyễn Thị Hằng, Hoàng Trung Hiếu, Hoàng Thị Tám, Bùi Thị Thủy (2017), nghiên cứu khả bảo vệ màu sắc gỗ sơn PU chứa vật liệu nano TiO 2, ZnO nanoclay hydrophilic Các mẫu gỗ sau sơn phủ đặt giá phơi điều kiện tự nhiên vòng 12 tháng, định kỳ đo đạc, lấy số liệu Kết cho thấy, sơn PU phân tán nano TiO2 (nhỏ 100 nm) 0,1%, nano TiO2 (21 nm) 0,1%, nano ZnO 0,1% nanoclay hydrophilic 0,1% làm giảm đáng kể tượng biến màu cho gỗ: Tỷ lệ thay đổi màu sắc ΔE (%) gỗ Bồ đề gỗ Keo lai sơn phủ PU chứa vật liệu nano nhỏ 12%, mẫu sơn PU thông thường đạt 18%, mẫu đối chứng không phủ mặt đạt 30% [5] Lưu Minh Đại, Phạm Ngọc Chức, Đoàn Trung Dũng, Đào Ngọc Nhiệm (2018) nghiên cứu đặc trưng tính chất màng sơn PU chứa nano CeO2-TiO2 Trong nghiên cứu này, hạt nano CeO2-TiO2 áp dụng để cải thiện tính chất hấp thụ cực tím (UV) màng mỏng polyurethane Kết cho thấy, khả tạo màng, ngoại quan màng phủ, độ cứng, độ bám dính, độ bền va đập gần không bị ảnh hưởng chứa hạt nano CeO2-TiO2 nhỏ 2%; độ trầy xước không thay đổi CeO2-TiO2 nhỏ 1% Các mẫu chứa 0,2% nano CeO2-TiO2 cho thấy khả chống biến màu tốt ảnh hưởng đến độ bóng sơn [12] 1.4 Định hướng nghiên cứu Luận án 1.4.1 Phân tích đánh giá cơng trình nghiên cứu Qua cơng trình nghiên cứu giới nước cho ta thấy, nhà khoa học chủ yếu tập trung nghiên cứu lĩnh vực sử dụng vật liệu nano để nâng cao chất lượng sơn PU, AC, Alkyde dùng cho số vật liệu đồ gỗ, bê tông, kim loại, Trong nghiên cứu tác giả sử dụng số loại nano SiO2, TiO2, ZnO, nồng độ khác cho vào sơn thông qua dung môi hữu phương pháp khuấy trộn siêu âm, thiết bị khuấy từ thiết bị khuấy trộn cắt nhanh với tốc độ cao tạo dung dịch sol nano từ tiền chất bổ sung nano vào trình sản xuất sơn Kết cho thấy, hạt nano phân tán sơn đa phần tính chất màng sơn có chứa nano tốt so với màng sơn đối chứng Tuy nhiên, cơng trình nghiên cứu lĩnh vực sử dụng vật liệu nano cho vào chất phủ kỹ thuật sơn phủ cho đồ gỗ nhằm cải thiện chất lượng màng sơn cịn Mặt khác, cơng trình nghiên cứu chủ yếu công bố kết quả, chưa làm rõ sở khoa học vấn đề nghiên cứu Do đó, việc nghiên cứu số yếu tố công nghệ nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ sơn PU kết hợp với vật liệu nano TiO2 cần thiết có ý nghĩa 1.4.2 Định hướng nghiên cứu Luận án - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ thời thời gian phân tán nano TiO2 đến số tiêu chất lượng màng trang sức; - Nghiên cứu ảnh hưởng áp suất tốc độ phun sơn PU kết hợp với nano TiO2 đến số tiêu chất lượng màng trang sức 1.5 Đối tượng nghiên cứu - Phối trộn sơn PU với vật liệu nano TiO2; - Kỹ thuật phun sơn PU kết hợp với nano TiO2 1.6 Phạm vi nghiên cứu 1.6.1 Các yếu tố cố định - Sản phẩm gỗ nguyên làm từ gỗ Keo lai có độ tuổi 14 năm khai thác huyện Lương Sơn, Hịa Bình; Độ ẩm gỗ 10±2%; Độ nhẵn gỗ 8; - Loại sơn PU thành phần gồm sơn lót, sơn bóng dùng nội thất; Dung mơi Butyl acetate có độ tinh khiết 99,5% mua Hà Nội; - Loại hạt nano TiO2 có kích thước 40 nm dạng Rutile sản xuất Chiết Giang, Trung Quốc có độ tinh khiết 98%; - Chất hoạt động bề mặt Linear alkyl benzen sunfonic acid (Las) có hàm lượng 96% mua Hà Nội; - Phân tán nano sóng siêu âm kết hợp với thiết bị khuấy từ; Tốc độ phân tán: 400-600 vòng/phút; Phân tán nano nhiệt độ thường; - Sử dụng phương pháp phun khí nén máy phun sơn tự động Mito K01 gồm súng phun loại nhỏ; Hướng phun chiều; - Phương pháp sấy khô màng trang sức: Sấy khô tự nhiên 1.6.2 Các yếu tố thay đổi - Nồng độ hạt nano TiO2: Thực nghiệm nồng độ: 0,05%; 0,1%; 0,15%; 0,2%; 0,25% (so với hàm lượng khơ sơn PU bóng) cho vào sơn PU bóng; - Thời gian phân tán hạt nano: giờ, giờ, giờ, giờ, giờ; - Áp suất phun: Khi phun sơn bóng PU-TiO2 thay đổi áp suất phun cấp độ: 0,1 MPa; 0,14 MPa; 0,18 MPa; 0,22 MPa; 0,26 MPa; - Tốc độ di chuyển súng phun: Khi phun sơn bóng PU-TiO2 thay đổi tốc độ súng phun cấp độ: 60 m/phút; 65 m/phút; 70 m/phút; 75 m/phút; 80 m/phút 1.7 Mục tiêu nghiên cứu 1.7.1 Mục tiêu tổng quát Xây dựng sở lý luận thực tiễn số yếu tố công nghệ nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ sơn PU kết hợp với vật liệu nano TiO2, từ góp phần nâng cao giá trị sử dụng mở rộng thị trường tiêu thụ cho sản phẩm gỗ 1.7.2 Mục tiêu cụ thể - Xác định ảnh hưởng nồng độ thời gian phân tán vật liệu nano TiO2 đến số tiêu chất lượng màng trang sức; - Xác định ảnh hưởng áp suất tốc độ di chuyển súng phun đến số tiêu chất lượng màng trang sức; - Đề xuất thông số công nghệ hợp lý nhằm nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ sơn PU 1.8 Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp thông tin sơn PU, vật liệu nano TiO2, phương pháp phân tán nano vào sơn công nghệ trang sức sản phẩm gỗ; - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 đến số tiêu chất lượng màng trang sức; - Nghiên cứu ảnh hưởng áp suất tốc độ di chuyển súng phun đến số tiêu chất lượng màng trang sức; - Phân tích, đánh giá kết đề xuất thông số công nghệ phù hợp để nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ sơn PU kết hợp với nano TiO 1.9 Phương pháp nghiên cứu Ở tóm tắt phương pháp thực nghiệm đa yếu tố thí nghiệm: N = 2n + 2n + =2 +2x2+1=9 (1) Bảng 1.1 Miền thực nghiệm ảnh hưởng nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 đến số tiêu chất lượng màng trang sức Mức biến đổi Khoảng Yếu tố tác động - -1 +1 + biến thiên Nồng độ nano TiO2 (C, %) 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,05 Thời gian phân tán (τ, giờ) Bảng 1.2 Ma trận thực nghiệm ảnh hưởng nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 đến số tiêu chất lượng màng trang sức Dạng mã Dạng thực Thông số đầu No Y1 Y2 Y3 Y4 X1 X2 C (%) (giờ) -1 -1 0,1 2 +1 -1 0,2 -1 +1 0,1 4 +1 +1 0,2 - 0,05 + 0,25 - 0,15 + 0,15 0 0,15 Sau tìm thông số tối ưu nồng độ thời gian phân tán nano TiO vào sơn PU, Luận án tiến hành thực nghiệm đa yếu tố ảnh hưởng áp suất tốc độ di chuyển súng phun đến số tiêu chất lượng màng trang sức Số thí nghiệm tính theo công thức (1.1) : N = Bảng 1.3 Các chế độ phun sơn PU sau phối trộn với nano TiO2 Mức biến đổi Khoảng Yếu tố tác động - -1 +1 + biến thiên Áp suất phun (P, MPa) 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,05 Tốc độ di chuyển súng 60 65 70 75 80 phun (V, m/phút) Bảng 1.4 Ma trận thực nghiệm ảnh hưởng áp suất tốc độ di chuyển súng phun đến số tiêu chất lượng màng trang sức Dạng mã Dạng thực Thông số đầu STT X1 X2 P V Y1 Y2 Y3 Y4 (MPa) (m/phút) -1 -1 0,14 65 +1 -1 0,22 65 -1 +1 0,14 75 +1 +1 0,22 75 0,1 70 - 0,26 70 + 0,18 60 - 0,18 80 + 0 0,18 70 1.10 Quá trình thực nghiệm phân tán nano TiO2 với sơn PU công nghệ trang sức bề mặt gỗ sơn PU PU-TiO2 Sản phẩm gỗ chưa trang sức Dung môi Butyl acetate + nano TiO2 + Las Xử lý bề mặt sản phẩm Kiểm tra chất lượng Phân tán nano TiO2 dung mơi có chứa chất HĐBM Las Sơn lót Kiểm tra độ đục Sơn PU đối chứng Pha chế sơn PU Phối trộn nano TiO2 với sơn PU Lọc Sấy khô Chà nhám Kiểm tra chất lượng Sơn màu Sấy khô Đo độ nhớt sơn PU PU-TiO2 Sơn bóng Sấy khơ Kiểm tra chất lượng màng trang sức Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ phân tán nano TiO2 với sơn PU quy trình trang sức bề mặt gỗ sơn PU PU-TiO2 a) Mô tả bước phân tán nano TiO vào sơn bóng PU Bước 1: Tính tốn lượng nano TiO2, LAS, lượng dung môi Butyl acetate: - Lượng nano TiO2 chất HĐBM LAS vào tỷ lệ sử dụng để xác định Tỷ lệ chất HĐBM LAS vật liệu nano TiO2 : 2; - Lượng dung môi Butyl acetate dùng để phân tán nano TiO2 phải vào tỷ lệ pha sơn độ nhớt sử dụng để xác định; Bước 2: Tiến hành phân tán hạt nano TiO2 vào dung môi Butyl acetate có chất HĐBM LAS bình chứa thủy tinh thiết bị sóng siêu âm kết hợp với thiết bị khuấy từ với tốc độ 400-600 vòng/phút theo chế độ bảng 1.4 Bước 3: Tiếp tục bổ sung phần sơn bóng cứng PU theo tỷ lệ sử dụng khuấy máy khuấy từ với tốc độ 200-300 vòng/phút 15 phút Bước 4: Lọc : Mục đích cơng đoạn lọc nhằm bỏ tạp chất có sơn Sơn lọc qua lớp vải xô gồm lớp Bước 5: Đo độ nhớt sơn PU PU kết hợp với nano TiO2 máy đo độ nhớt SNB-1 trước trang sức lên bề mặt gỗ b) Mô tả bước công nghệ trang sức bề mặt gỗ sơn PU PU-TiO2 Bước 1: Xử lý bề mặt sản phẩm gỗ - Mục đích: Xử lý bề mặt gỗ nhằm xử lý khuyết tật tạo độ phẳng độ nhẵn bề mặt trước trang sức - Yêu cầu chất lượng đạt được: Bề mặt phẳng không gợn sóng, khơng xù lơng gỗ, bụi đạt độ nhẵn 8 (Rmax nhỏ 60µm), độ ẩm đạt 10±2% - Thông số công nghệ: Đối với sản phẩm gỗ có khuyết tật nứt, mọt, mắt tiến hành bả ma tít, sau sấy khơ 1giờ chà nhám loại giấy nhám 120, 180, 240, 320 - Sau chà nhám xong, tiến hành làm bụi gỗ bề mặt kiểm tra chất lượng bề mặt máy đo độ nhẵn Sản phẩm đạt chất lượng bề mặt độ ẩm chuyển sang công đoạn sơn lót Bước 2: Tiến hành sơn lót (2 lớp) - Mục đích: Sơn lót nhằm mục đích tạo lớp phẳng tạo điều kiện thuận lợi cho lớp sơn có độ nhẵn, bóng khả liên kết cao; giảm thiểu lượng tiêu hao sơn lớp mặt - Yêu cầu chất lượng đạt được: Màng sơn lót phủ (độ phủ nhỏ 100%) bám dính tốt với bề mặt sản phẩm (độ bám dính đạt cấp độ 0) - Thông số công nghệ: Pha sơn theo tỷ lệ: Sơn lót (2) + Cứng (1) + Dung mơi (2,5-3) (theo tỷ lệ khối lượng); Độ nhớt phun: 40 mPa.s; Áp suất phun: 0,2 MPa; Tốc độ di chuyển súng phun: 70 m/phút; Tốc độ băng tải: 4,8 m/phút; Khoảng cách phun: 20 cm; Hướng súng phun chiều Bước 3: Sấy khơ màng sơn lót - u cầu: Sấy màng sơn lót khơ hồn tồn - Các mẫu gỗ sau sơn lót xong để hong phơi tự nhiên giá nhiệt độ thường, độ ẩm khơng khí 655% Sau khơ hồn tồn, chuyển sang công đoạn chà nhám Bước 4: Chà nhám màng sơn lót - Mục đích: Tiến hành chà nhám để nâng cao độ phẳng, độ nhẵn bề mặt làm tăng độ bám dính cho lớp sơn - Yêu cầu chất lượng đạt được: Màng sơn phẳng, nhẵn, bụi, khơng bị trầy xước tróc bề mặt, khơng bị gợn sóng kẻ sọc - Thơng số cơng nghệ: Màng sơn sau sấy khơ hồn tồn tiến hành chà nhám bề mặt mẫu máy chà nhám cầm tay, loại giấy nhám 400 - Sau lần chà nhám lớp sơn lót tiến hành làm bụi kiểm tra chất lượng Sản phẩm đạt chất lượng chuyển sang công đoạn sơn màu Sản phẩm chưa đạt đem sơn lót lại, sấy khơ chà nhám Bước 5: Tiến hành sơn màu - Mục đích: Sơn màu với mục đích tạo màu sắc cho sản phẩm - Yêu cầu chất lượng đạt được: Bề mặt sản phẩm phải nhẵn đạt màu so với mẫu màu định, bám dính tốt với lớp sơn lót - Thơng số cơng nghệ: Tỷ lệ pha sơn: Sơn lót (2) + Cứng (1) + Dung mơi (2,5) + tinh màu (theo tỷ lệ khối lượng); Độ nhớt phun: 40 mPa.s; Áp suất phun: 0,2 MPa; Tốc độ di chuyển súng phun: 70 m/phút; Tốc độ băng tải: 4,8 m/phút; Khoảng cách phun: 20 cm; Hướng súng phun chiều Tỷ lệ tinh màu: Pha màu cánh gián già với màu vàng theo tỷ lệ 9:1 (theo tỷ lệ khối lượng); Bước 6: Sấy khơ màng sơn màu - Mục đích: Sấy màng sơn màu khơ hồn tồn (khơ triệt để 100%) để tránh bị loang màu màng sơn phủ lớp sơn bóng - Yêu cầu chất lượng đạt được: Màng sơn nhẵn, bụi đạt màu so với mẫu màu định, khơng bị bong tróc, trầy xước bề mặt - Các mẫu gỗ sau sơn màu để hong phơi tự nhiên giá nhiệt độ thường, độ ẩm khơng khí 655% Sản phẩm đạt chất lượng màu chuyển sang cơng đoạn sơn sơn bóng Bước 7: Tiến hành sơn bóng Trong cơng đoạn này, nghiên cứu bổ sung vật liệu nano TiO2 vào sơn PU bóng thơng qua dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las với mục đích nâng cao số tiêu chất lượng màng trang sức bề mặt gỗ - Yêu cầu chất lượng sản phẩm: Bề mặt sản phẩm phải trơn nhẵn, bóng, mịn, khơng có vết trầy xước, bong tróc, bụi dính vào bề mặt - Thơng số cơng nghệ: Tỷ lệ pha sơn: Sơn bóng (2) + Cứng (1) + Dung môi (3) (theo tỷ lệ khối lượng); độ nhớt: 37 mPa.s; Áp suất phun: 0,18 MPa; Tốc độ di chuyển súng phun: 70 m/phút; Tốc độ băng tải: 4,8 m/phút; Khoảng cách phun: 20 cm; Hướng súng phun chiều Bước 8: Sấy khô màng sơn bóng : Tiến hành sấy màng sơn khơ hồn toàn Cách sấy tương tự bước Bước 9: Kiểm tra chất lượng sản phẩm 1.11 Những đóng góp Luận án - Luận án cơng trình Việt Nam nghiên cứu cách hệ thống, khoa học nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ sơn PU-TiO2; - Luận án sử dụng vật liệu nano TiO2 dạng hạt phân tán dung mơi Butyl acetate có bổ sung chất hoạt động bề mặt LAS sau phân tán vào sơn PU nhằm cải thiện chất lượng màng trang sức bề mặt gỗ nâng cao khả chống tia UV, khả kháng hóa chất, nước tăng khả chịu mài mòn, độ cứng màng sơn, ; - Kết phổ hấp thụ UV-Vis nano TiO2 dung môi phân tán UV-Vis sơn PU kết hợp với nano TiO2 tính quan trọng nghiên cứu; - Luận án xác định nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 hợp lý để đưa vào sơn PU, đồng thời xác định áp suất tốc độ di chuyển súng phun để trang sức sơn PU-TiO2 lên bề mặt sản phẩm gỗ nhằm cải thiện chất lượng trang sức 1.12 Ý nghĩa Luận án 1.12.1 Ý nghĩa khoa học Xây dựng sở khoa học công nghệ nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ sơn PU kết hợp với vật liệu nano TiO Đây tiền đề cho nghiên cứu công nghệ trang sức bề mặt công nghệ khác cho sản phẩm gỗ Các kết nghiên cứu mở hướng cho công nghệ trang sức bề mặt gỗ đặc biệt sơn phủ chất phủ lỏng kết hợp với vật liệu nano 1.12.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu sở cho việc lựa chọn thơng số cơng nghệ, quy trình, giải pháp phù hợp để nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ sơn PU kết hợp với vật liệu nano TiO2 Công nghệ góp phần nâng cao giá trị sử dụng mở rộng thị trường tiêu thụ cho sản phẩm gỗ CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ chế khô màng sơn PU Sự tạo thành màng sơn PU gồm giai đoạn: Giai đoạn 1: Dung môi bay hơi; Giai đoạn 2: Phản ứng tạo mạng hệ polymer nhóm chức isocyanate (NCO) với hydroxyl Với sơn thành phần, ẩm chứa nhóm hydroxyl (OH) khơng khí bị hấp phụ tương tác lên màng tạo phản ứng khâu mạch hình thành polyurethane Ngồi ra, có vài loại sơn PU thành phần có chất kết dính khơ nhờ nhiệt Nhiệt độ kích hoạt giải phóng nhóm isocynate bị bất hoạt để phản ứng với polyol mạch phân tử polymer để tạo mạch Sơn hai thành phần: Nhóm OH phân tử polyols phản ứng với nhóm NCO MDI hay polyisocyanate tạo mạng mạch polyurethane màng 2.2 Cấu trúc tính chất vật lý hạt nano TiO TiO2 chất rắn màu trắng, đun nóng có màu vàng, làm lạnh trở lại màu trắng Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (nhiệt độ 1870 oC) [13], [18] Tinh thể pha rutile anatase có cấu trúc tứ giác xây dựng từ đa diện phối trí bát diện, bát diện có ion Ti4+ nằm tâm ion O2+ nằm đỉnh góc Trong ô sở tinh thể TiO2 pha anatase có ion Ti4+ ion O2+ Mỗi bát diện tiếp giáp với bát diện lân cận Trong ô sở tinh thể TiO2 pha rutile có ion Ti4+ ion O2+ Qua đó, cho thấy tinh thể TiO2 pha anatase khuyết O nhiều tinh thể TiO2 pha rutile, dẫn đến ảnh hưởng đến tính chất vật lý vật liệu Độ bền nhiệt: Rutile có độ bề nhiệt động học số dạng tinh thể điển hình TiO2 Với anatase brookite có xếp nâng nhiệt độ lên 750 oC 915oC tương ứng để chuyển thành rutile Cách biến đổi ổn định để đạt đến điểm nóng chảy xấp xỉ 1830 oC 1858 oC Độ cứng: Trong thang Moh, vật liệu TiO2 có độ cứng tương đối cao So với rutile, anatase có độ cứng theo thang Moh thấp Anatase sử dụng chủ yếu lĩnh vực đòi hỏi độ cứng thấp Rutile thường đưa vào polyme để cải thiện số tính chất độ bền va đập, độ bề kéo đứt,… [13] TiO2 bền hóa học, khơng tác dụng với nước, dung dich axít vơ lỗng (trừ HF), kiềm axít hữu Tuy nhiên, TiO2 tác dụng với axít đun nóng lâu với kiềm mạnh [18], [19] 2.3.Các giả thuyết bám dính 2.3.1.Tác dụng sức căng bề mặt [7], [8], [9] Hiện tượng dính kết kết tổng hợp lực 23 sức căng bề mặt Do bề mặt gỗ có mao mạch ③ nên chất phủ chui vào lỗ Mặt khác, đưa chất phủ lên bề mặt gỗ bề mặt tiếp xúc xuất 13 ② 12 lực sức căng bề mặt qua pha tiếp xúc: Chất rắn - môi trường, chất rắn - lỏng, chất lỏng ① mơi trường Lực bám dính chất phủ vật Hình 2.1 Sự bám dính giọt chất lỏng dán hình 2.1 bề mặt vật rắn: 1- Chất rắn; – chất lỏng; – khơng khí Để cho giọt chất lỏng giữ lại trạng thái 13 12 23 cos (2.2) 13 12 23 (2.3) => Cos cân bằng: Góc phụ thuộc vào chất ba thể, thay đổi theo trạng thái độ sạ ch bề mặt Nếu góc căng thể rắn thể khí lớn so với thể lỏng góc < < 90o Khi 13 12 23 (2.4) cos > giọt chất lỏng có dạng cụp vào, giọt chất lỏng dính ướt bề mặt chất rắn Khi > 90o tức 13 > 12 giọt chất lỏng có dạng cong Trường hợp giọt chất lỏng khơng dính ướt bề mặt chất rắn Đây điều kiện dính ướt với bề mặt vật nhẵn 2.3.2 Lý thuyết học (liên kết đinh keo) [7], [8], [9] Thuyết MacBain Hopkins đề xuất năm 1925 Theo thuyết này, đưa chất phủ lên bề mặt gỗ, gỗ vật liệu rỗng xốp nên phân tử chất phủ thấm vào bề mặt gỗ đóng rắn tạo thành đinh keo Lực ma sát đinh keo thành mao mạch gỗ tạo nên lực bám dính Chất phủ thấm sâu vào bề mặt gỗ liên kết đinh keo tốt 2.3.3 Lý thuyết phân tử [7], [8] Lực liên kết ảnh hưởng lớp điện tích kép: Trong q trình chuyển động nhiệt điện tử dẫn điện chuyển động vượt khỏi ranh giới bề mặt tạo thành lớp mây điện tử bề mặt gỗ Giữa lớp mây điện tử nguyên tử tạo thành lớp điện tích kép, cực mây điện tử, cực nguyên tử bề mặt Lớp gọi lớp điện tử kép Khi có hai vật liệu tiếp xúc nhau, chênh lệch hiệu điện hai bề mặt, chúng có lực điện tác dụng Lực tính theo cơng thức 2.5: F = 22S (2.5) Trong đó: - điện tích riêng đơn vị diện tích lớp mây điện tử; S- diện tích tiếp xúc Lực Van der Waals: Khi phan tử hay nguyên tử va vào bề mặt gỗ, chúng có lực liên kết phân tử Van der Waals Lực tác dụng tương hỗ hai mô men lưỡng cực hai nguyên tử hay phân tử 2.3.4 Lý thuyết điện tử (liên kết tĩnh điện) [7], [8], [9] Theo thuyết này, thân phân tử chất phủ vật liệu mang điện tích trái dấu Khi đưa chất phủ lên bề mặt gỗ, bề mặt tiếp xúc hình thành lực hút tĩnh điện Lực phụ thuộc vào chất lượng bề mặt vật liệu (độ nhẵn), độ ẩm vật liệu thông số kỹ thuật chất phủ 2.3.5 Lý thuyết khuếch tán [7], [8], [9] Theo thuyết này, để tạo liên kết đòi hỏi phần tử chất phủ bề mặt vật liệu phải có khả chuyển động, tương thích lẫn xác nhập vào Mối liên kết phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ tiếp xúc trạng thái bề mặt hai vật liệu Vì vậy, đưa chất phủ lên bề mặt gỗ, gỗ vật liệu rỗng xốp nên phân tử chất phủ thấm ướt khuếch tán vào bề mặt gỗ hình thành nên miền tiếp xúc tạo nên liên kết 2.3.6 Lý thuyết hoá học [7], [8, [9] Lý thuyết hóa học chủ yếu giải thích hình thành mối liên kết hố học nhóm chức chất phủ vật liệu Liên kết hóa học phân tử chất phủ gỗ thường thể qua phản ứng nhóm chức (-OH) với –NCO, -CH2-OH,… hydro linh động (-H) với nhóm (-NCO), -COOH,… 10 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 đến chất lượng màng trang sức Do tóm tắt Luận án quy định số trang nên phần tác giả tóm tắt sô kết đơn yếu tố chủ yếu báo cáo kết qủa thực nghiệm đa yếu tố 3.1.1 Kiểm tra độ ổn định nano TiO2 dung môi phân tán Độ đục dung dịch (NTU) 20.000 15.000 10.000 Nano TiO2 phân tán dung mơi có… 5.000 00 Ngay sau phân tán 12 24 48 72 96 Thời gian đo (giờ) Độ hấp thụ Hình 3.1 Độ đục nano TiO2 nồng độ 0,15% phân tán dung môi Butyl acetate (tỷ lệ chất HĐBM Las vật liệu nano TiO2 : 2) Từ biểu đồ hình 3.1 cho thấy độ đục dung dịch nano TiO2 phân tán dung mơi Butyl acetate khơng có chất HĐBM Las giảm nhanh theo thời gian so với dung dịch nano TiO2 phân tán dung môi Butyl acetate có chất HĐBM Las, nghĩa nano TiO2 phân tán dung mơi khơng có chất Las bị sa lắng nhanh Như vậy, chất HĐBM Las không hỗ trợ cho q trình phân tán cịn có tác dụng làm ổn định hạt nano TiO2 dung môi Butyl acetate dùng để phân tán sơn PU, thời gian ổn định nano TiO2 dung môi Butyl acetate tương đối dài 3.1.2 Kết phổ hấp thụ UV-Vis nan TiO2 dung môi phân tán Độ hấp thụ Bước sóng (nm) Hình 3.2 Phổ hấp thụ UV-Vis dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las Bước sóng (nm) Hình 3.3 Phổ hấp thụ UV-Vis nano TiO2 nồng độ 0,15% phân tán dung môi Butyl acetate có chất HĐBM Las 11 Qua kết phổ UV-Vis hình 3.2, 3.3 cho thấy, độ hấp thụ dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las nhỏ, không đáng kể so với độ hấp thụ tia UV nano TiO2 phân tán dung môi Butyl acetate có chất HĐBM Las, đặc biệt độ hấp thụ tia UV dung dịch có nano TiO2 từ bước sóng 296 nm đến 390 nm đạt 2,365 đến 3,017 Như vậy, nano TiO2 có khả hấp thụ tia UV vùng bước sóng tử ngoại (hình 3.3) Điều hoàn toàn phù hợp với kết nghiên cứu Mirela Vlad cộng (2009), Boris Forsthuber et al cộng (2013) 3.1.3 Xác định tồn hạt nano TiO2 màng sơn PU bề mặt gỗ Kết phân tích cấu tạo hiển vi màng sơn PU trước sau kết hợp với vật liệu nano TiO2 thể từ hình 3.4 đến hình 3.13 Na no TiO2 Hình 3.4 Ảnh SEM màng sơn PU đối chứng (x 4000) Hình 3.5 Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,05% phân tán (x 500) Na no TiO2 Na no TiO2 Hình 3.6 Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,1% phân tán (x 1000) Hình 3.7 Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,15% phân tán (x 500) Na no TiO2 Na no TiO2 Hình 3.9 Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,15% phân tán (x 1000) Hình 3.8 Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,15% phân tán (x 5000) 12 Na no TiO2 Na no TiO2 Hình 3.10 Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,2% phân tán (x 10.000) Hình 3.11 Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,25% phân tán (x 5000) Nhận xét: Kích thước hạt nano nhỏ cho phép chúng xâm nhập vào lỗ siêu nhỏ, vùng mao dẫn mạng polyme [30], [56] Qua hình ảnh SEM cho thấy, trang thái bề mặt màng sơn PU đối chứng màng PU-TiO2 bề mặt gỗ khơng có tượng nứt, bong tróc Điều cho thấy, bổ sung vật liệu nano TiO2 nồng độ thời gian nghiên cứu vào sơn PU chưa ảnh hưởng rõ rệt đến mối liên kết tạo mạng hệ polyme nhóm chức NCO (isocyanate) với OH (hydroxyl) màng sơn Mặt khác, màng sơn PU đối chứng (hình 3.4) trơn mịn, đồng màu đen, màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,05%; 0,1% 0,15% phân tán thời gian giờ, giờ, trơn mịn có hạt nano TiO2 màu trắng phân tán màng sơn PU (từ hình 3.5 đến hình 3.8) Tuy nhiên, màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,2% 0,25% phân tán nồng độ 0,15% phân tán giờ, cịn có khác biệt lớn màu sắc (từ hình 3.9 đến hình 3.11) Nguyên nhân dẫn đến hượng tượng thời gian phân tán chưa phù hợp 3.1.4 Kết kiểm tra độ nhớt sơn PU-TiO2 Bảng 3.1 Kết kiểm tra ảnh hưởng nồng độ nano TiO2 đến độ nhớt sơn PU Nồng độ nano Giá trị STT TiO2 (%) trung bình 0,05 37,70 0,1 37,77 0,15 37,85 0,2 38,16 0,25 38,48 Mẫu đối chứng 37,52 Bảng 3.2 Kết kiểm tra ảnh hưởng thời gian phân tán nano TiO2 đến độ nhớt sơn PU Giá trị Thời gian STT trung phân tán (giờ) bình 37,78 1 37,87 2 37,92 3 38,05 4 38,12 5 37,44 Mẫu đối chứng Nhận xét: Qua kết nghiên cứu bảng 3.1 bảng 3.2 cho thấy, thay đổi nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 mức nghiên cứu, độ nhớt sơn PU-TiO2 thay đổi không nhiều so với độ nhớt sơn PU đối chứng Khi thay đổi nồng độ nano TiO2 mức 0,05%, 0,1%; 0,15%; 0,2%; 0,25% phân tán dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las với thời gian giờ, độ nhớt sơn PU-TiO2 dao động từ 37,70 mPa.s đến 38,48 13 mPa.s, tăng 0,48% đến 2,49% so với sơn PU đối chứng (bảng 3.1) Khi phân tán hạt nano TiO2 nồng độ 0,15% dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las với mức thời gian giờ, giờ, giờ, giờ, giờ, độ nhớt sơn PU-TiO2 thay đổi không đáng kể, dao động 37,78 mPa.s đến 38,12 mPa.s (chỉ tăng 0,89% đến 1,78% so với sơn PU đối chứng thể bảng 3.2) 3.1.5 Ảnh hưởng đến độ cứng màng trang sức Thông qua xử lý hồi quy phần mềm OPT xây dựng phương trình ương quan nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 với độ cứng màng trang sức công thức 3.1a 3.1b Phương trình dạng mã: Y = 2,575 + 5,011X1 – 0,083X12 + 0,075X2 – 0,250X2X1+ 0,003X22 (3.1a) Phương trình dạng thực: Y = -23,417 + 167,899C – 33,320C2 + 0,733 - 1,000C + 0,00012 (3.1b) Kết phân tích phương sai (Anova) độ cứng màng trang sức nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 : Tổng bình Bậc tự Bình phương Giá trị Nguồn sai phường trung bình thống kê Fk-1; n-k;1-α số (SS) (df) (MS) (F) (Fcrit) 260,851 28,983 13,868 Yếu tố 1,947 Sai số 292,593 140 2,089 Tổng cộng 553, 445 149 Kết cho thấy F > Fcrit, điều chứng minh độ cứng màng trang sức nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 có sai khác Nhận xét: Qua kết nghiên cứu cho thấy, độ cứng màng sơn PU-TiO2 cao màng sơn PU đối chứng Khi thay đổi nồng độ thời gian phân tán nano TiO2, độ cứng màng sơn PU-TiO2 cải thiện, tăng từ 3,29 lên 4,09 H (tăng 11,55% đến 28,85% so với màng sơn PU đối chứng) Khi nồng độ thời gian phân tán nano tăng độ cứng màng trang sức tăng Ngược lại, nồng độ thời gian phân tán nano giảm, độ cứng màng trang sức giảm Tuy nhiên, độ cứng màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,2% phân tán giờ, nồng độ 0,25% phân tán giờ, nồng độ 0,15% phân tán không (theo kết chụp SEM từ hình 3.9 đến hình 3.11) Nguyên nhân dẫn đến độ cứng màng sơn PU-TiO2 cao so với màng sơn đối chứng nano TiO2 ô xít kim loại nên có độ cứng cao Hơn nữa, hạt nano TiO2 có kích thước siêu nhỏ nên chúng có khả xâm nhập vào lỗ siêu nhỏ mao dẫn mạng polyme màng sơn PU, làm triệt tiêu ứng suất cấu trúc pha pha cốt màng sơn PU-TiO2 Mặt khác, nhờ hạt TiO2 có kích thước nano nên diện tích giao diện bên vật liệu tăng lên nhiều, điều làm tăng độ cứng [20], [26] 3.1.6 Ảnh hưởng đến khả chịu mài mòn màng trang sức Thông qua xử lý hồi quy phần mềm OPT xây dựng phương trình tương quan nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 với tỷ lệ khối lượng tổn thất mài mịn cơng thức 3.2a 3.2b Phương trình dạng mã: Y = 0,217 – 1,003X1 + 1,972X12 – 0,012X2 + 0,117X2X1 – 0,001X22 (3.2a) Phương trình dạng thực: Y = 26,196 - 288,915C +788,879C2 - 0,391 + 2,334C 0,0012 (3.2b) Kết phân tích phương sai (Anova) tỷ lệ khối lượng tổn thất mài mòn màng trang sức nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 : 14 Tổng bình Bậc tự Bình phương Giá trị Nguồn sai phường trung bình thống kê Fk-1; n-k;1-α số (SS) (df) (MS) (F) (Fcrit) 838,802 93,200 46,599 Yếu tố 1,947 Sai số 280,002 140 2,000 Tổng cộng 1118,804 149 Kết cho thấy F > Fcrit, điều chứng minh tỷ lệ khối lượng tổn thất mài mòn màng trang sức nồng độ thời gian phân tán nano TiO có sai khác Nhận xét: Tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn màng sơn PU-TiO2 thấp so với màng sơn PU đối chứng Khi nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 thay đổi tỷ lệ tổn thất mài mòn màng sơn PU-TiO2 giảm từ 0,1305% xuống 0,1057% (giảm 23,90% xuống 6,05% so với màng sơn PU đối chứng) Khi nồng độ thời gian phân tán nano tăng tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn màng trang sức giảm Ngược lại, nồng độ thời gian phân tán nano giảm, tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn màng trang sức tăng Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn màng sơn PUTiO2 nồng độ 0,2% phân tán giờ, nồng độ 0,25% phân tán giờ, nồng độ 0,15% phân tán không (theo kết chụp SEM từ hình 3.9 đến hình 3.11) Nguyên nhân làm cho tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn màng sơn PU-TiO2 thấp màng sơn PU đối chứng thân nano TiO2 xít kim loại có độ cứng tương đối cao Hơn nữa, hạt nano TiO2 có kích thước siêu nhỏ nên chúng có khả xâm nhập vào lỗ siêu nhỏ mao dẫn mạng polyme màng sơn PU, làm triệt tiêu ứng suất cấu trúc pha pha cốt màng sơn PU-TiO2 Mặt khác, nhờ hạt TiO2 có kích thước nano nên diện tích giao diện bên vật liệu tăng lên nhiều, điều làm tăng độ cứng 3.1.7 Ảnh hưởng đến độ bền hóa chất nước Mối quan hệ nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 với độ bền hóa chất nước màng trang sức thể hình 3.14 Khả kháng hóa chất nước màng trang sức (mức) 5,5 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 Đối 0,1% 0,2% 0,1% 0,2% 0,05% 0,25% 0,15% 0,15% 0,15% chứng 2h 2h 4h 4h 3h 3h 1h 5h 3h Nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 (%; h) Axít Axetic Natri clorua Amoniac Rượu etylic Cà phê Nước chè Nước Hình 3.12 Biểu đồ quan hệ nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 với độ bền hóa chất nước màng trang sức Nhận xét: Qua kết cho thấy, màng sơn PU-TiO2 có khả kháng hố chất nước tốt so với màng sơn PU đối chứng Khi thay đổi nồng độ thời gian phân tán nano TiO2, độ bền hoá chất nức màng sơn PU-TiO2 thay đổi đáng kể Nguyên nhân làm cho màng sơn PU-TiO2 có khả kháng hố chất nước tốt màng sơn đối chứng nano TiO2 chất ổn định hóa học, khơng tan axít, bazơ, kỵ nước [13], [18], [19] Mặt khác, hạt nano TiO2 có kích thước siêu nhỏ nên chúng có khả xâm nhập vào lỗ siêu nhỏ mao dẫn mạng polyme màng sơn PU, từ cản trở tiếp xúc hóa chất nước với bề mặt màng sơn PU 15 Độ hấp thụ 3.1.8 Ảnh hưởng đến khả chống tia UV màng trang sức a) Kết kiểm tra độ biến màu màng trang sức Thông qua xử lý hồi quy phần mềm OPT xây dựng phương trình tương quan nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 với khả chống biến màu màng trang sức công thức 3.3a 3.3b Phương trình dạng mã: Y = 17,161 – 44,428X1 + 65,833X12- 0,226X2 + 0,100X2X1 + 0,017X22 (3.3a) Phương trình dạng thực: Y = 34,342 – 184,288C + 263,332C2 - 0,186 + 0,400C 0,00072 (3.3b) Kết phân tích phương sai (Anova) độ lệch màu ∆E màng trang sức nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 : Bình Tổng bình Bậc tự phương Giá trị thống Nguồn sai phường trung bình kê Fk-1; n-k;1-α số (SS) (df) (MS) (F) (Fcrit) 472,853 52,539 21,488 Yếu tố 1,947 Sai số 342,306 140 2,445 Tổng cộng 815,159 149 Kết cho thấy F > Fcrit, điều chứng minh độ lệch màu màng trang sức nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 có sai khác Nhận xét: Qua kết nghiên cứu cho thấy, màng sơn PU-TiO2 có độ lệch màu thấp so với màng sơn PU đối chứng Khi thay đổi nồng độ thời gian phân tán nano TiO2, độ lệch màu màng sơn PU-TiO2 giảm từ 14,85 xuống 9,62 (giảm 50,06% xuống 22,90% so với màng sơn PU đối chứng) Nguyên nhân dẫn đến màng sơn PU-TiO2 có độ lệch màu thấp so với màng sơn PU đối chứng hạt nano TiO2 có khả hấp thụ tia cực tím (theo kết phổ UV-Vis hình 3.3 hình 3.14) Sự diện hạt nano TiO2 làm chậm hình thành sản phẩm oxy hóa q trình lão hóa Vì vậy, hạt nano TiO2 làm giảm xuống cấp lớp phủ [15], [56] Hơn nữa, hạt nano TiO2 hấp thụ tia cực tím tạo hiệu ứng che chắn tia UV cho lớp phủ polyme, lớp phủ PU có nano có khả chống lại tác nhân gây lão hóa tốt so với lớp phủ PU đối cứng [15], [31], [56] Điều phù hợp với kết Selamawit Mamo Fufa cộng (2012), Mirela Vlad cộng (2009), Boris Forsthuber et al cộng (2013), Bùi Văn Ái cộng (2017), Nguyễn Thiên Vương cộng (2016) Bước sóng (nm) Hình 3.13 Phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch sơn PU đối chứng 16 Độ hấp thụ Bước sóng (nm) Hình 3.14 Phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch sơn PU kết hợp với nano TiO2 b) Kết kiểm tra độ bóng màng trang sức Thơng qua xử lý hồi quy phần mềm OPT xây dựng phương trình tương quan nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 với độ bóng màng trang sức sau chiếu tia UV công thức 3.4a 3.4b Phương trình dạng mã: Y = 45,750 + 151,439X1 - 25,694X12- 1,326X2 + 13,283X2X1 0,022X22 (3.4a) Phương trình dạng thực: Y = 20,486 + 272,108C - 102,776C2 - 40,743 + 263,660C 0,0222 (3.4b) Nhận xét: Độ bóng màng trang sức sau chiếu tia UV: Độ bóng màng sơn PU-TiO2 sau chiếu tia UV cao độ bóng màng sơn đối chứng Khi thay đổi nồng độ thời gian phân tán nano TiO2, độ bóng màng sơn PU-TiO2 dao động từ 50,34 GU đến 72,81 GU (tăng từ 12,36% đến 39,40% so với màng sơn PU đối chứng Nguyên nhân dẫn đến độ bóng màng sơn PU-TiO2 sau chiếu tia UV cao so với màng sơn PU đối chứng diện hạt nano TiO2 làm chậm hình thành sản phẩm oxy hóa q trình lão hóa Vì vậy, hạt nano TiO2 làm giảm xuống cấp lớp phủ Các hạt nano TiO2 hấp thụ tia cực tím tạo hiệu ứng che chắn tia UV cho lớp phủ polyme, lớp phủ PU có nano có khả chống lại tác nhân gây lão hóa tốt so với lớp phủ PU đối cứng [15], [31], [56] Nhận xét chung: Qua kết nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố đa yếu tố cho thấy, thay đổi nồng độ thời gian phân tán nano TiO2, số tính chất màng trang sức cải thiện đáng kể, tăng khả kháng hoá chất nước, tăng độ cứng, giảm tỷ lệ tổn thất mài mòn, tăng khả kháng tia UV Bên cạnh đó, độ nhớt sơn PU, độ bám dính độ bóng màng trang sức trước chiếu tia UV chưa ảnh hưởng rõ nét 3.1.8 Xác định giá trị phù hợp nồng độ thời gian phân tán nano TiO Mục đích tốn tìm nồng độ nano TiO2 C (%) thời gian phân tán nano (giờ) để tạo màng trang sức có chất lượng tốt Từ điều kiện ta có mơ hình tốn tối ưu sau: Y1 = -23,417 + 161,899C – 33,320C2 + 0,733 - 1,000C + 0,00012 Max Y2 = 26,196 - 288,915C +788,879C2 - 0,391 + 2,334C - 0,0012 Min Y3 = 34,342 – 184,288C +263,332C2 - 0,186 + 0,400C - 0,00072 Min Y4 = 20,486 + 272,108C - 102,776C2 - 40,743 + 263,660C - 0,0222 Max 0,05 C 0,25; Sau giải hệ phương trình trên, ta thu kết là: C = 0,159; = 3,682 Với giá trị nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 trên, số tiêu chất lượng màng trang sức bề mặt gỗ đạt được: Độ cứng màng trang sức là: Y1 = 3,59 H; Tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mòn là: Y2 = 0,1152%; Độ lệch màu màng trang sức sau chiếu tia UV là: Y3 = 11,24; Độ bóng màng trang sức sau chiếu tia UV: Y4 = 65,19 GU 17 3.1.9 Khảo nghiệm với giá trị nồng độ thời gian phân tán TiO2 tối ưu tìm Để phù hợp với thiết bị sản xuất Luận án làm tròn giá trị tối ưu thành C = 0,16% = 3,68 Do đó, Luận án tiến hành phân tán nano TiO2 vào sơn PU bóng sơn phủ lên bề mặt gỗ theo thông số sau: Nồng độ nano TiO2 : C = 0,16%; Thời gian phân tán: = 3,68 giờ; Áp suất phun: P = 0,18 Mpa; Tốc độ phun: T = 70 m/phút Bảng 3.3 Kết kiểm tra số tiêu chất lượng màng trang sức bề mặt gỗ với thông số C thích hợp Chỉ tiêu chất Tỷ lệ tổn thất Độ lệch màu Độ bóng sau Độ cứng lượng mài mòn, sau chiếu tia UV (H) Mẫu (%) chiếu tia UV (GU) 0,1401 19,27 43,14 Màng sơn PU đối chứng 2,80 Màng sơn PU kết hợp 3,59 0,1152 11,24 65,19 với nano TiO2 33,82% Mức độ cải thiện 22,01% 17,77% 41,67% Bảng 3.4 So sánh giá trị tính tốn giá trị thực nghiệm số tiêu chất lượng màng trang sức Chỉ tiêu chất Độ cứng Tỷ lệ tổn thất Độ lệch màu Độ bóng sau lượng (H) mài mịn sau chiếu chiếu tia Giá trị (%) tia UV UV (GU) Lý thuyết 3,59 0,1152 11,24 65,19 Thực nghiệm 3,53 0,1158 11,54 64,66 Nhận xét: Qua kết bảng 3.3 cho thấy thực nghiệm với thông số thích hợp tìm tiêu chất lượng màng sơn PU kết hợp với TiO2 có thay đổi rõ rệt so với màng sơn PU đối chứng Mặt khác, so sánh giá trị tính tốn giá trị thực nghiệm tiêu chất lượng: độ cứng, tỷ lệ tổn thất khối lượng mài mịn, độ lệch màu độ bóng sau chiếu tia UV có sai lệch khơng đáng kể (bảng 3.4) Như vậy, giá trị tối ưu tính tốn chấp nhận 3.1.10 Cấu trúc hố học màng trang sức phân tích phổ hồng ngoại Căn vào liệu thu từ máy phân tích quang phổ hồng ngoại tài liệu tham khảo [31], [56], [57], [58] để phân tích xác định thuộc tính đỉnh (peak) phổ mẫu màng sơn đối chứng màng sơn có nano TiO2 Bảng 3.5 Thuộc tính phổ FTIR màng sơn PU PU kết hợp với nano TiO2 Số sóng (cm-1) Nhóm chức tương ứng Sơn đối chứng Sơn có nano 3342,52 3325,61 OH 2926,60 2926,51 CH2 1735,81 1733,22 C=O 1537,64 1537,61 C=NH 1120,75 1121,08 C-O741,13 741,22 C6H5 Qua kết phân tích phổ hồng ngoại bảng 3.5 hình 3.15, 3.16 cho thấy, cường độ hấp thụ hồng ngoại đặc trưng cho nhóm chức cấu trúc hóa học màng sơn PU kết hợp với nano TiO2 chưa có thay đổi đáng kể so với màng sơn PU đối chứng Như vậy, cho vật liệu nano TiO2 vào sơn PU nồng độ nghiên cứu chưa ảnh hưởng rõ nét đến thành phần sơn PU, hay nói cách khác, vật liệu nano TiO2 nồng độ nghiên cứu thành phần sơn PU chưa xảy phản ứng hoá học 18 Hình 3.15 Phổ hồng ngoại màng sơn PU đối chứng Hình 3.16 Phổ hồng ngoại màng sơn PU-TiO2 điều kiện (C = 0,16%; τ = 3,68 giờ) 19 3.2 Ảnh hưởng áp suất tốc độ di chuyển súng phun đến chất lượng màng trang sức Trong Luận án tác giả làm đầy đủ thực nghiệm đơn yếu tố đa yếu tố ảnh hưởng áp suất tốc độ phun đến chất lượng màng trang sức Do tóm tắt Luận án có quy định số trang nên phần tác giả trình bày kết thực nghiệm đa yếu tố 3.2.1 Ảnh hưởng đến chiều dày màng trang sức Từ kết thực nghiệm, thông qua xử lý hồi quy phần mềm OPT xây dựng phương trình tương quan áp suất tốc độ di chuyển súng phun với chiều dày màng trang sức cơng thức 3.5a 3.5b Phương trình dạng mã: Y= 45,539+121,756X –211,444X12+0,721X2 0,680X2X1–0,010X22 (3.5a) Phương trình dạng thực: Y=12,642+68,143P+22,153P2-0,815V+2,720PV- 0,0004V2 (3.5b) Kết phân tích phương sai (Anova) chiều dày màng trang sức chế độ áp suất tốc độ di chuyển súng phun: Tổng bình Bậc tự Bình phương Giá trị thống Nguồn sai phường trung bình kê Fk-1; n-k;1-α số (SS) (df) (MS) (F) (Fcrit) Yếu tố 38577,416 4286,380 1504,081 1,947 Sai số 398,977 140 2,850 Tổng cộng 38976,393 149 Kết cho thấy F > Fcrit, điều chứng minh chiều dày màng trang sức chế độ áp suất tốc độ di chuyển súng phun có sai khác hệ số phương trình có ý nghĩa Nhận xét: Qua kết nghiên cứu nhận thấy, thay đổi áp suất tốc độ di chuyển súng phun chiều dày màng trang sức bị ảnh hưởng đáng kể, biến đổi từ 46,52 m đến 70,11 m Khi áp suất phun tăng, tốc độ di chuyển súng phun giảm, chiều dày màng trang sức tăng Ngược lại, áp suất phun giảm, tốc độ di chuyển súng phun tăng, chiều dày màng trang sức giảm Nguyên nhân dẫn đến khác biệt chiều dày màng trang sức chế độ phun áp suất phun lớn, tốc độ di chuyển súng phun chậm, làm cho chất phủ sương hóa mạnh, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ nhiều, làm cho chiều dày màng trang sức tăng đồng Khi áp suất phun thấp, súng phun di chuyển nhanh, chất phủ sương hóa kém, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ ít, làm cho chiều dày màng trang sức mỏng không đồng đều, dẫn đến chất lượng trang sức Tuy nhiên, áp suất phun cao, súng phun di chuyển chậm, chất phủ sương hóa mãnh liệt, làm tăng thêm tổn thất chất phủ mơi trường q trình phun dễ dẫn đến tượng chảy màng sơn Mặt khác, áp suất phun thấp, tốc độ di chuyển súng phun chậm, làm cho màng sơn thô, sần sùi, không dễ dẫn đến tượng chảy màng sơn Điều ảnh hưởng đến chất lượng màng trang sức [7], [8], [32], [33] 3.2.2 Ảnh hưởng đến thời gian khơ hồn tồn màng trang sức Thơng qua xử lý hồi quy phần mềm OPT xây dựng phương trình tương quan áp suất tốc độ di chuyển súng phun với thời gian khô hồn tồn màng trang sức cơng thức 3.6a 3.6b Phương trình dạng mã: Y = 27,223 – 4,439 X1+ 6,556 X12 + 0,666 X2 + 0,343 X2X1 0,004 X22 (3.6a) Phương trình dạng thực: Y = 107,082 – 48,242P + 26,223 P2 – 1,276V + 1,373PV 0,0001V2 (3.6b) 20 Kết phân tích phương sai (Anova) thời gian khơ hồn tồn màng trang sức chế độ áp suất tốc độ di chuyển súng phun: Tổng bình Bậc tự Bình phương Giá trị Nguồn sai phường trung bình thống kê Fk-1; n-k;1-α số (SS) (df) (MS) (F) (Fcrit) Yếu tố 4930,574 547,842 265,176 1,947 Sai số 289,234 140 2,066 Tổng cộng 5219,808 149 Kết cho thấy F > Fcrit, điều chứng minh thời gian khơ hồn tồn màng trang sức chế độ áp suất tốc độ súng phun có sai khác hệ số phương trình có ý nghĩa Nhận xét: Theo kết nghiên cứu nhận thấy, thời gian khơ hồn tồn màng trang sức chế độ phun có khác biệt rõ nét, biến đổi từ 24,04 đến 29,01 Khi áp suất phun tăng, tốc độ di chuyển súng phun giảm, thời gian khơ hồn tồn màng trang sức dài Ngược lại, áp suất phun giảm, tốc độ di chuyển súng phun tăng, thời gian khô màng trang sức giảm Sự khác biệt thời gian khô hoàn toàn màng trang sức chế độ phun áp suất phun lớn, tốc độ di chuyển súng phun chậm, làm cho chất phủ sương hóa mạnh, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ nhiều, dẫn đến chiều dày màng sơn tăng nên thời gian khô màng phủ tăng lên Khi áp suất phun thấp, súng phun di chuyển nhanh, chất phủ sương hóa kém, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ ít, chiều dày màng sơn mỏng, dẫn đến thời gian khô màng phủ giảm xuống Tuy nhiên, áp suất phun cao, súng phun di chuyển chậm, chất phủ sương hóa mãnh liệt, làm tăng thêm tổn thất chất phủ, dễ dẫn đến tượng chảy màng sơn, làm ảnh hưởng đến chất lượng màng trang sức [7], [8], [32], [33] 3.2.3 Ảnh hưởng đến độ bóng màng trang sức Thơng qua xử lý hồi quy phần mềm OPT xây dựng phương trình tương quan áp suất tốc độ di chuyển súng phun với độ bóng màng trang sức cơng thức 3.7a 3.7b Phương trình dạng mã:Y = 35,064 + 399,600X1 – 661,111X12 + 10,730X2 – 1,207X2X1 – 0,078X22 (3.7a) Phương trình dạng thực: Y = -122,507 + 83,134P + 281,944P2 + 3,727V - 4,827PV 0,003V2 (3.7b) Kết phân tích phương sai (Anova) độ bóng màng trang sức chế độ áp suất tốc độ di chuyển súng phun: Tổng bình Bậc tự Bình phương Giá trị Nguồn sai phường trung bình thống kê Fk-1; n-k;1-α số (SS) (df) (MS) (F) (Fcrit) Yếu tố 77775,488 8641,721 3653,021 1,947 Sai số 331,189 140 2,366 Tổng cộng 78106,677 149 Kết cho thấy F > Fcrit, điều chứng minh độ bóng màng trang sức chế độ áp suất tốc độ di chuyển súng phun có sai khác hệ số phương trình có ý nghĩa Nhận xét: Qua kết nghiên cứu nhận thấy, áp suất tốc độ di chuyển súng phun có ảnh hưởng đến độ bóng màng trang sức mức độ khác nhau, biến đổi từ 65,5 GU đến 92,1 GU Khi áp suất phun tăng, tốc độ di chuyển súng phun giảm, độ bóng màng trang sức tăng Ngược lại, áp suất phun giảm, tốc độ di chuyển súng phun tăng, độ bóng màng trang sức giảm Nguyên nhân dẫn đến khác biệt độ bóng màng trang sức chế độ phun 21 áp suất phun lớn, tốc độ di chuyển súng phun chậm, chất phủ sương hóa mạnh, hạt chất phủ bé, làm cho màng trang sức mịn đồng nên độ bóng màng phủ tăng Khi áp suất phun thấp, súng phun di chuyển nhanh, chất phủ sương hóa kém, hạt chất phủ thơ, làm cho màng trang sức thô, sần sùi, không phẳng, dẫn đến độ bóng màng phủ giảm Tuy nhiên, áp suất phun lớn, súng phun di chuyển chậm, làm cho q trình sương hóa mãnh liệt, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ nhiều, dễ dẫn đến chảy màng sơn làm tăng thêm tổn thất chất phủ sương hóa 3.2.4 Ảnh hưởng đến khả chống tia UV màng trang sức Thông qua xử lý hồi quy phần mềm OPT xây dựng phương trình tương quan áp suất tốc độ di chuyển súng phun với khả chống tia UV màng trang sức công thức 3.8a 3.8b Phương trình dạng mã: Y = 2,809 + 31,242X1 + 71,417X12 – 0,646X2 – 1,120X2X1 + 0,007X22 (3.8a) Phương trình dạng thực: Y = -14,912 – 228,928P + 285,667 P2 + 1,698V - 4,480PV 0,0003V2 (3.8b) Kết phân tích phương sai (Anova) khả chống tia UV màng trang sức chế độ áp suất tốc độ di chuyển súng phun: Tổng bình Bậc tự Bình phương Giá trị Nguồn sai phường trung bình thống kê Fk-1; n-k;1-α số (SS) (df) (MS) (F) (Fcrit) Yếu tố 552,506 61,390 28,932 1,947 Sai số 297,058 140 2,122 Tổng cộng 849,564 149 Kết cho thấy F > Fcrit, điều chứng minh khả chống tia UV màng trang sức chế độ áp suất tốc độ súng phun có sai khác hệ số phương trình có ý nghĩa Nhận xét: Qua kết nghiên cứu cho thấy, độ lệch màu ΔE màng trang sức chế độ phun khác nhau, biến đổi từ 8,57 đến 14,25 Khi áp suất phun tăng, tốc độ di chuyển súng phun giảm, độ biến màu màng trang sức giảm Ngược lại, áp suất phun giảm, tốc độ di chuyển súng phun tăng, độ biến màu tăng Sự khác biệt độ lệch màu màng sơn PU-TiO2 chế độ phun màng sơn PU có hạt nano TiO2 hấp thụ tia cực tím nên tạo hiệu ứng che chắn tia UV cho lớp phủ PU làm giảm xuống cấp lớp phủ Khi áp suất phun tăng, súng di chuyển chậm, chất phủ sương hóa mạnh, lượng sơn PU-TiO2 đưa lên bề mặt gỗ nhiều, làm cho chiều dày màng sơn phủ đồng mịn nên màng sơn PU-TiO2 có khả chống lại tác nhân gây lão hóa tốt hơn, làm cho độ lệch màu màng sơn giảm Khi áp suất phun thấp, tốc độ di chuyển súng phun nhanh, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ ít, làm cho chiều dày màng sơn mỏng không nên hiệu che chắn tia UV hạt nano cho màng sơn giảm, dẫn đến lão hóa màng phủ tăng lên, làm cho độ lệch màu màng sơn tăng Nhận xét chung: Qua kết nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố đa yếu tố cho thấy, áp suất tốc độ di chuyển súng phun thay đổi có ảnh hưởng đáng kể số tiêu chất lượng màng trang sức (chiều dày, thời gian khơ, độ bóng khả chống tia UV màng) 3.2.5 Xác định áp suất tốc độ di chuyển súng phun phù hợp để trang sức bề mặt gỗ sơn PU-TiO2 Mục đích tốn tìm áp suất tốc độ phun di chuyển súng phun để tạo màng trang sức có chất lượng tốt Từ điều kiện hàm mục tiêu ta có mơ hình tốn tối ưu sau: 22 Y4 = 12,642 + 68,143P + 22,153P2 - 0,815V + 2,720PV - 0,0004V2 Max 2 Y5 = 107,082 – 48,242P + 26,223 P – 1,276V + 1,373PV - 0,0001V Min Y6 = -121,507 + 83,134P + 281,944P2 + 3,727V - 4,827PV - 0,003V2 Max Y7 = -14,912 – 228,928P + 285,667 P2 + 1,698V - 4,480PV - 0,0003V2 Min 0,1 P 0,26; 60 V 80 Sau giải hệ phương trình trên, ta thu kết là: P = 0,188; V = 70,75 Với giá trị áp suất tốc độ di chuyển súng phun sơn PU-TiO2 trên, số tiêu chất lượng màng trang sức đạt sau: Chiều dày màng trang sức là: Y4 = 60,71 m; Thời gian khô hoàn toàn màng trang sức là: Y5 = 26,43 giờ; Độ bóng màng trang sức là: Y6 = 88,06 GU; Độ lệch màu màng trang sức là: Y7 = 11,19 3.2.6 Khảo nghiệm với giá trị áp suất tốc độ di chuyển súng phun tối ưu Để phù hợp với thiết bị sản xuất, Luận án làm tròn giá trị P V thành : P = 0,19 MPa, V = 71 m/phút Do đó, Luận án tiến hành phân tán nano TiO2 vào sơn PU bóng sơn phủ lên bề mặt gỗ theo thông số: Nồng độ nano TiO2 : C = 0,16 %; Thời gian phân tán: = 3,68 giờ; Áp suất phun: P = 0,19 Mpa; Tốc độ di phun: V = 71 m/phút Bảng 3.6 Kết kiểm tra số tiêu chất lượng màng trang sức bề mặt gỗ với thông số P V thích hợp Chiều Thời gian khơ Độ bóng, Độ lệch màu sau Chỉ tiêu chất lượng chiếu tia UV Mẫu dày, m hoàn toàn, GU Màng sơn PU đối chứng 58,94 26,08 86,84 19,14 Màng sơn PU kết hợp với nano 60,29 26,41 87,39 11,32 TiO2 Mức độ cải thiện 2,24% 1,25% 0,63% 40,85% Bảng 3.7 So sánh giá trị tính tốn giá trị thực nghiệm số tiêu chất lượng màng trang sức Chỉ tiêu chất lượng Chiều Thời gian khơ Độ bóng, Độ lệch màu sau chiếu tia UV Giá trị dày, m hoàn toàn, GU Lý thuyết 60,71 26,43 88,06 11,19 Thực nghiệm 60,29 26,41 87,39 11,32 Nhận xét: Qua kết bảng 3.6 cho thấy thực nghiệm với thơng số thích hợp tìm tiêu chất lượng màng sơn PU kết hợp với nano TiO2 có thay đổi rõ rệt so với màng sơn PU đối chứng Mặt khác, so sánh giá trị tính tốn giá trị thực nghiệm tiêu chất lượng: chiều dày, thời gian khơ hồn tồn, độ bóng độ lệch màu màng trang sức sau chiếu tia UV có sai lệch khơng đáng kể (bảng 3.7) Vì vậy, giá trị tối ưu tính tốn chấp nhận Một số mẫu gỗ trang sức sơn PU-TiO2 chế độ thông số tối ưu hình 3.73 Nhận xét chung: Theo kết nghiên cứu Luận án để nâng cao chất lượng trang sức bề mặt cho sản phẩm gỗ sơn PU phù hợp với thiết bị thực tế sản xuất, đem lại hiệu kinh tế cao, Luận án đề xuất bổ sung vật liệu nano TiO2 vào sơn PU nồng độ 0,16% phân tán thông qua dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM LAS 3,68 phun áp suất 0,19 MPa với tốc độ di chuyển súng phun 71 m/phút thích hợp Q trình phân tán nano TiO2 vào sơn PU công nghệ trang sức bề mặt bề mặt gỗ sơn PU-TiO2 thực theo sơ đồ hình 1.1 mục 1.10 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua kết nghiên cứu Luận án, tác giả đưa số kết luận sau: - Đây cơng trình nghiên cứu nước ta số yếu tố công nghệ nâng cao chất lượng trang sức bề mặt gỗ sơn PU phối trộn vật liệu nano TiO 2; - Luận án tổng hợp sở lý luận sơn PU, vật liệu nano TiO2, phương pháp phân tán nano vào sơn công nghệ trang sức sản phẩm gỗ - Đề tài xác định ảnh hưởng nồng độ thời gian phân tán vật liệu nano TiO2 đến số tiêu chất lượng màng trang sức + Vật liệu nano TiO2 phân tán dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las ổn định dung môi Butyl acetate đơn Dung dịch nano TiO2 phân tán dung môi có khả hấp phụ tia UV vùng bước sóng tử ngoại + Qua hình ảnh SEM cho thấy, trang thái bề mặt màng sơn PU đối chứng màng PU-TiO2 bề mặt gỗ khơng có tượng nứt, bong tróc + Khi thay đổi nồng độ thời gian phân tán nano TiO2, số tính chất màng trang sức cải thiện đáng kể, tăng khả kháng hoá chất nước, tăng độ cứng, giảm tỷ lệ tổn thất mài mòn, tăng khả kháng tia UV Bên cạnh đó, độ nhớt sơn PU, độ bám dính độ bóng màng trang sức trước chiếu tia UV chưa ảnh hưởng rõ nét - Đề tài xác định ảnh hưởng áp suất tốc độ di chuyển súng phun đến số tiêu chất lượng màng trang sức: Khi áp suất tốc độ di chuyển súng phun thay đổi có ảnh hưởng đáng kể đến chiều dày, thời gian khơ, độ bóng khả chống tia UV màng trang sức - Luận án xác định thông số công nghệ tối ưu: Nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 vào sơn PU (C = 0,16 %, = 3,68 giờ); Áp suất tốc độ phun sơn PU kết hợp với nano TiO2 phù hợp với điều kiện thí nghiệm (P = 0,19 MPa, V = 71 m/phút) Luận án tiến hành khảo nghiệm thông số tối ưu cho kết màng trang sức đảm bảo chất lượng - Luận án đề xuất thông số công nghệ phù hợp để nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ sơn PU kết hợp với nano TiO2 : Phân tán nano TiO2 vào sơn PU nồng độ 0,16% thông qua dung môi Butyl acetate có chất HĐBM Las 3,68 phun sơn PU-TiO2 áp suất 0,19 MPa với tốc độ di chuyển súng phun 71 m/phút thích hợp Quá trình phân tán nano TiO2 vào sơn PU công nghệ trang sức bề mặt bề mặt gỗ sơn PU-TiO2 thực theo sơ đồ hình 1.3 mục 1.10.2 Kiến nghị Kết nghiên cứu Luận án bước đầu cho thấy nồng độ thời gian phân tán nano TiO2 vào sơn PU; áp suất tốc độ phun sơn PU-TiO2 lên bề mặt gỗ có ảnh hưởng đến chất lượng màng trang sức Tuy nhiên, cần có nghiên cứu theo hướng sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ loại chất HĐBM đến độ ổn định vật liệu nano phân tán dung môi pha sơn dùng để trang sức sản phẩm gỗ; - Nghiên cứu ảnh hưởng độ ẩm độ nhẵn bề mặt gỗ đến số tiêu chuất lượng màng trang sức; - Nghiên cứu ảnh hưởng khoảng cách góc độ phun đến số tiêu chất lượng màng trang sức; - Đánh giá khả chống chịu điều kiện mơi trường ngồi trời màng sơn PU kết hợp với vật liệu nano TiO2 bề mặt gỗ 24