Nâng cao độ bền màu và khả năng kỵ nước của gỗ keo lai bằng phuơng pháp phủ zno

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆN CÔNG NGHIỆP GỖ =====&&&==== KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên khóa luận: NÂNG CAO ĐỘ BỀN MÀU VÀ KHẢ NĂNG KỴ NƢỚC CỦA GỖ KEO LAI BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỦ ZnO NGÀNH : CHẾ BIẾN LÂM SẢN MÃ NGÀNH :52540301 Giáo viên hƣớng dẫn : PGS.TS Vũ Mạnh Tƣờng Sinh viên thực : Đôn Văn Thành Mã sinh viên : 1451010459 Lớp : 59A - CBLS Khóa học : 2014 - 2018 Hà Nội, tháng năm 2018 LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS.Vũ Mạnh Tƣờng, ngƣời tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ em suốt q trình làm khóa luận nhƣ trình học tập, nghiên cứu trƣờng Em xin kính chúc thầy gia đình mạnh khoẻ đạt đƣợc nhiều thành công nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy, giáo Viện cơng nghiệp gỗ, Phịng, Ban trực thuộc Trƣờng Đại học Lâm nghiệp, ngƣời hƣớng dẫn tạo điều kiện cho em đƣợc học tập hồn thành khóa luận Em xin cảm ơn cán bộ, giảng viên làm việc Trung tâm Thí nghiệm Phát triển cơng nghệ, Viện Cơng nghiệp gỗ, Trƣờng Đại học Lâm nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ em suốt thời gian thực khóa luận tốt nghiệp Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn lớp ngƣời thân em bên lúc em cần họ nhất! Hà Nội, tháng năm 2018 Sinh viên thực Đôn Văn Thành i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .3 1.1 Hiện tƣợng kỵ nƣớc/siêu kỵ nƣớc tự nhiên 1.2 Lý thuyết tính thấm ƣớt bề mặt 1.2.1 Góc tiếp xúc 1.2.2 Hiện tƣợng trễ góc tiếp xúc (Contact angle hysteresis) 1.3 Phƣơng pháp tạo bề mặt siêu kỵ nƣớc cho gỗ .7 1.4 Đặc điểm gỗ Keo lai [19] 1.4.1 Đặc điểm hình thái gỗ Keo lai 1.4.2 Đặc điểm sinh thái gỗ Keo lai 1.4.3 Khai thác sử dụng CHƢƠNG MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 2.1 Đối tƣợng, mục tiêu, phạm vi nghiên cứu 10 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 10 2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu 10 2.1.3 Phạm vi nghiên cứu 10 2.2 Nội dung nghiên cứu 12 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 12 2.3.1 Cách tiếp cận, phƣơng án bố trí thí nghiệm 12 2.3.2 Phƣơng pháp tạo mẫu thí nghiệm 13 2.3.3 Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng sản phẩm 14 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 17 3.1 Ảnh hƣởng số lần nhúng thời gian nhúng đến góc tiếp xúc 17 3.2 Độ bền bề mặt gỗ sau chiếu UV 19 3.2.1 Số số L, A, B mẫu gỗ theo thời gian thử UV : 19 ii 3.3 Khả tự làm bề mặt .23 3.4 Cấu trúc hiển vi thành phần nguyên tố lớp phủ 24 3.4.1 Cấu trúc hiển vi lớp phủ 24 3.4.2 Thành phần nguyên tố lớp phủ 25 3.5 Cấu trúc tinh thể lớp phủ 27 KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ 29 Kết luận 29 Tồn 29 Kiến nghị .29 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu ZnO ĐC Zn2+ Tên gọi Ghi Oxit kẽm Hóa chất Đối chứng Mẫu gỗ đối chứng Zinc acetate dehydrate Hóa chất Hexamethyenen tetramine Hóa chất (Zn(CH3COOH)2.2H2O - ZnAc) HMTA (C6H12N4 ) Hóa chất Zn(NO3)2.6H2O Zinc nitrae hexahydrate EDS Phổ tán sắc lƣợng tia X XRD phổ nhiễu xạ tia X SEM kính hiển vi điện tử quét iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1.Chế độ công nghệ phủ ZnO lên gỗ Keo lai .11 Bảng 3.1 Góc tiếp xúc mẫu gỗ xử lý mẫu gỗ đối chứng theo thời gian tiếp xúc với lần nhúng 18 Bảng 3.2 Góc tiếp xúc mẫu gỗ xử lý mẫu gỗ đối chứng theo thời gian tiếp xúc với lần nhúng 18 Bảng 3.3 Góc tiếp xúc mẫu gỗ xử lý mẫu gỗ đối chứng theo thời gian tiếp xúc với lần nhúng 18 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hình ảnh bề mặt siêu kỵ nƣớc Sen (Nelumbo nucifera) cấu trúc hiển vi bề mặt Sen [2] .3 Hình 1.2 Cấu trúc bề mặt chân Nhện nƣớc (Gerris remigis) .4 Hình 1.3 Góc tiếp xúc giọt chất lỏng bề mặt vật rắn [13] .5 Hình 1.4 Mơ hình tiếp xúc giọt chất lỏng bề mặt rắn theo mơ hình Wenzel (trái) Cassie-Baxter (phải) [13] Hình 1.5 Hiện tƣợng trễ góc tiếp xúc (Contact angle hysteresis) .6 Số lần nhúng 11 Hình 2.1 Khơng gian màu CIELab (1976) .16 Hình 3.1 Góc tiếp xúc mẫu gỗ đối chứng 17 Hình 3.2 Góc tiếp xúc mẫu gỗ xử lý 17 Hình 3.3 Hình ảnh mẫu gỗ trƣớc sau phun nƣớc 23 Hình 3.4 Hình ảnh cấu trúc bề mặt gỗ Keo lai đối chứng gỗ Keo lai phủ mặt ZnO phủ lần 24 Hình 3.5 Mơ cấu trúc bề mặt gỗ trƣớc sau phủ ZnO 25 Hình 3.6 Vị trí lựa chọn phân tích thành phần nguyên tố 26 Hình 3.7 Phổ tán sắc lƣợng tia X (EDS) bề mặt gỗ phủ ZnO 26 Hình 3.8 Cấu trúc tinh thể gỗ phủ ZnO gỗ không phủ 28 vi ĐẶT VẤN ĐỀ Gỗ nguồn nguyên liệu tái tạo bốn loại nguyên liệu đƣợc công nhận giới (sắt thép, xi măng, gỗ, nhựa) Với tính chất độc đáo đặc tính mơi trƣờng tốt nên gỗ ln đƣợc ngƣời u thích, đƣợc sử dụng rộng rãi xây dựng, sản xuất đồ gỗ, trang trí nội thất nhiều lĩnh vực khác Tuy nhiên, gỗ vật liệu hữu cơ, có cấu trúc xốp, rỗng chứa nhiều nhóm chức ƣa nƣớc, nên gỗ có khả hút ẩm nƣớc mạnh Khi để gỗ mơi trƣờng có tác dụng oxy, ánh sáng, nƣớc, thời gian dài dễ dàng phát sinh tƣợng nhƣ: biến dạng, nứt, mục, biến màu, Nguyên nhân dẫn đến tƣợng tính ƣa nƣớc gỗ Chính nghiên cứu giảm tính ƣa nƣớc gỗ hƣớng cần thiết có ý nghĩa Nhằm giảm tính ƣa nƣớc gỗ, có nhiều giải pháp/cơng nghệ xử lý nhƣ xử lý nhiệt/biến tính nhiệt, axetyl hố gỗ, xử lý silan hoá gỗ, polymer hoá gỗ, ngâm tẩm nhựa phân tử lƣợng thấp,… Những giải pháp mức độ định làm giảm thiểu khả hút nƣớc gỗ nhƣng ngăn cản cách triệt để nƣớc thấm vào gỗ, đặc biệt nƣớc dƣới dạng dung dịch Ngoài ra, giải pháp truyển thống xử lý biến tính gỗ thƣờng phá huỷ cấu trúc vốn có gỗ, giảm độ bền học Hơn nữa, hố chất sử dụng q trình xử lý cịn gây ảnh hƣởng xấu đến mơi trƣờng sức khoẻ ngƣời Vì vậy, việc tìm công nghệ xử lý làm cho gỗ trở nên kỵ nƣớc/siêu kỵ nƣớc mà đáp ứng đƣợc yêu cầu môi trƣờng không thay đổi cấu trúc gỗ hƣớng nghiên cứu đƣợc quan tâm Bề mặt siêu kỵ nƣớc tồn phổ biến tự nhiên, nhƣ Sen, chân Nhện nƣớc,… nguồn ý tƣởng quan trọng nghiên cứu xử lý biến tính gỗ Trong bề mặt Sen bề mặt kỵ nƣớc điển hình với góc tiếp xúc lớn 150o góc lăn giọt nƣớc nhỏ 10o Giọt nƣớc lăn bề mặt Sen trôi bụi bẩn từ tạo hiệu tự làm Nếu nhƣ xử lý làm cho bề mặt gỗ có cấu trúc tƣơng tự nhƣ bề mặt Sen, làm cho bề mặt gỗ trở nên siêu kỵ nƣớc, giảm cách hiệu việc nƣớc thấm vào gỗ, từ cải thiện đƣợc vấn đề ổn định kích thƣớc hút ẩm/nƣớc gỗ gây Ngoài ra, tiến hành xử lý bề mặt gỗ hợp lý, làm cho gỗ trở thành loại vật liệu sinh học thân thiện với mơi trƣờng có cấu trúc xốp, có tính kỵ nƣớc, kỵ dầu, tự làm sạch, chậm cháy, chống sinh vật,… làm nguyên liệu tốt trang trí nội ngoại thất xây dựng, kéo dài tuổi thọ sản phẩm, nâng cao hiệu sử dụng gỗ rừng trồng, góp phần bảo vệ tài ngun mơi trƣờng Để tạo bề mặt siêu kỵ nƣớc, năm gần có số cơng trình nghiên cứu ngồi nƣớc cơng bố Các cơng nghệ chủ yếu dựa sở khoa học công nghệ nano để tạo bề mặt có cấu trúc phân lớp với kích thƣớc nano mét Các bề mặt thƣờng đƣợc tạo từ hợp chất vô nhƣ TiO2, SiO2, ZnO,… Mỗi loại hợp chất có đặc tính riêng cơng nghệ chế tạo khác Với ƣu điểm nguồn nguyên liệu phong phú, giá thành rẻ, công nghệ chế tạo đơn giản oxit kẽm (ZnO), đồng thời với phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên ngành Công nghệ Chế biến Lâm sản, nhóm nghiên cứu lựa chọn đề tài: “Nâng cao độ bền màu khả kỵ nƣớc gỗ keo lai phƣơng pháp phủ ZnO” CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện tƣợng kỵ nƣớc/siêu kỵ nƣớc tự nhiên Sinh vật tự nhiên có nhiều lồi có phận thể có tính siêu kỵ nƣớc Bề mặt Sen bề mặt siêu kỵ nƣớc điển hình Trong Ca dao Việt Nam có câu tƣợng Sen : “gần bùn mà chẳng mùi bùn”, đƣợc giải thích thông qua nghiên cứu cấu trúc siêu hiển vi tƣợng siêu kỵ nƣớc bề mặt Sen Các giọt nƣớc dễ dàng lăn bề mặt, lấy bụi bám bề mặt, tƣợng đƣợc gọi “hiệu ứng sen” “hiệu ứng tự làm sạch” [8] Nghiên cứu cho thấy, tính chất đặc biệt nhƣ tự làm sạch, siêu kỵ nƣớc bề mặt sen tồn cấu trúc nhấp nhô cấp độ micro/nano với tác động chất sáp bề mặt kết hợp tạo nên (hình 1.1) Hình 1.1 Hình ảnh bề mặt siêu kỵ nƣớc Sen (Nelumbo nucifera) cấu trúc hiển vi bề mặt Sen [2] Gao cộng [9] cho tƣợng siêu kỵ nƣớc lực hỗ trợ cao bề mặt chân Nhện nƣớc (Gerris remigis) có nguồn gốc từ cấu trúc thứ bậc (hierarchical structure) cấp độ nano, nhƣ hình 1.2 Bề mặt chân Nhện nƣớc đƣợc xếp theo hình lơng cứng với kích thƣớc micro, Phụ biểu 1: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ đối chứng 15s 120s 60s Phụ biểu 2: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ xử lý nhúng lần 15 phút 15s 120s 60s Phụ biểu 3: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ xử lý lần 20p 15s 120s 60s Phụ biểu 4: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ xử lý lần 25p 15s 120s 60s Phụ biểu 5: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ xử lý lần 15p 15s 120s 60s Phụ biểu 6: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ xử lý lần 20 phút 15s 60s 120s 60s Phụ biểu 7: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ xử lý lần 25p 15s 120s 60s Phụ biểu 8: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ xử lí lần 15p 15s 120s 60s Phụ biểu 9: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ xử lý 5lần 20 phút 15s 60s 120s 60s Phụ biểu 10: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ xử lý lần 25p 15s 120s 60s Phụ biểu 11: Hình ảnh giọt nƣớc bề mặt gỗ xử lý ngâm Stearic 15s 120s 60s Phụ biểu 12: Hình ảnh mẫu sau chiếu tia Uv kèm ghi + BẢNG GHI CHÚ MẪU THÍ NHIỆM Ảnh lúc Ảnh lúc Ảnh lúc 30 Ảnh lúc 54 Ảnh lúc 102 Ảnh lúc 204h Phụ biểu 13: Hình ảnh thiết bị sử dụng ... mặt gỗ Keo lai đối chứng gỗ Keo lai phủ mặt ZnO phủ lần 24 Từ hình ảnh SEM gỗ không phủ gỗ phủ ZnO cho thấy đặc điểm sau: Đối với gỗ không phủ, bề mặt xuất cấu trúc vốn có gỗ ruột tế bào mạch gỗ, ... nhóm nghiên cứu lựa chọn đề tài: ? ?Nâng cao độ bền màu khả kỵ nƣớc gỗ keo lai phƣơng pháp phủ ZnO? ?? CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện tƣợng kỵ nƣớc/siêu kỵ nƣớc tự nhiên Sinh vật tự nhiên... xử lý ZnO đến tính kỵ nƣớc gỗ (2) Ảnh hƣởng tia UV đến màu sắc màng ZnO gỗ sau xử lý ZnO (3) Phân tích cấu trúc hiển vi cấu trúc tinh thể màng ZnO gỗ (4) Đánh giá khả tự làm bề mặt gỗ phủ ZnO 2.3