Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý thủy nhiệt Nano TiO2/ZnO đến tính chất chống cháy của gỗ Tần Bì (Fraxinus spp)

Mục tiêu nghiên cứu 1 Mục tiêu tổng quát

- Xác định được sự ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý thủy nhiệt vật liệu Nano TiO2/ZnO đến một số tính chất của gỗ Tần Bì (Fraxinus spp). - Đề xuất qui trình được 1 qui trình sơ bộ xử lý chậm cháy chậm cháy gỗ Tần Bì (Fraxinus spp).

Nội dung, phương pháp nghiên cứu 1. Nội dung nghiên cứu

Thành phần hóa học của gỗ

Sự tồn tại các liên kết hydro khác nhau về độ bền giữa các phân tử là do các đặc điểm về sự trương nở và độ tan của xenlulo (ít trương nở trong nước, trương nở nhiều hơn trong kiềm và trương (tan) vô hạn trong các bazơ phức và một số dung môi của đặc trưng của xenlulo). Khi độ ẩm tương đối môi trường thấp hơn 70 %, phân tử nước sẽ bị hấp phụ bởi nhóm -OH vốn có và nhóm -OH mới; độ ẩm tương đối môi trường tăng lên trên 70 %, lúc này sẽ hình thành các trung tâm hấp thụ, đồng thời rất nhiều lớp nước hấp phụ sẽ được tạo ra. Hemixenlulo có nhiều nhóm chức có tính hoàn nguyên, dễ bị ô xy hoá thành gốc -COOH, trong môi trường ẩm ướt, nhóm acetyl (-C=O) trên phân tử hemixenlulo dễ bị thủy phân tạo thành axit axetic, làm cho tính axit của gỗ tăng lên, khi sử dụng gỗ có tính axit mạnh để sản xuất thùng đừng linh kiện kim loại có thể làm ăn mòn kim loại.

Bản chất của cỏc liờn kết này chưa được xỏc định rừ ràng, trong lignin cú nhiều nhúm chức như hydroxyl tự do, nhóm metoxyl, nhóm cacbonyl và nối đôi, nhờ vậy mà nó có thể tham gia các phản ứng như oxy hóa làm đứt mạch cacbon tạo thành các axit béo và thơm, hydro hóa và khử, phản ứng với halogen, axit nitric, phản ứng metyl hóa. Tính chất cơ học và hiện tượng giãn nở của gỗ phụ thuộc vào mức độ liên kết, bản chất hoá học của các thành phần có trong gỗ mà trước tiên phải kể đến vai trò của nhóm hydroxyl, chiều dài các phân tử xenlulo, hemixenlulo, lignin và liên kết giữa các thành phần đó. Vật liệu nano là loại vật liệu siêu nhỏ, có kích thước từ 1-100nm, vật liệu nano có thể được phân ra thành 2 loại: (1)Vi hạt Nano, tức là chỉ những loại hạt siêu nhỏ có kích thước ở cấp độ nano mét, kích thước của chúng lớn hơn kích thước của nguyên tử và nhỏ hơn kích thước của các vi hạt thông thường, kích thước nằm trong khoảng 1-100nm, những hạt này bằng mắt thường và bằng kính hiển vi thông thường không thể quan sát được các hạt đơn lẻ, mà chỉ có thể quan sát được bằng kính hiển vi siêu điện tử có độ phóng đại rất cao; (2) Nano dạng rắn, chúng còn có tên gọi là vật liệu nano kết cấu, chúng do các hạt nano có kích thước 1-100nm tụ hợp lại với nhau hình thành nên dạng màng siêu mỏng hoặc dạng sợi Nano.

Trong công nghiệp chế biến gỗ, hạt Nano TiO2 được coi như một vật liệu biến tính có công hiệu rất cao, như tính năng tiêu diệt nấm mốc, phân giải chất gây ô nhiễm dạng hữu cơ, đồng thời nó còn có thể làm cho các loại nấm mốc sau khi chết sinh sản ra nhiều loại nội tố có thể tiếp tục tiêu diệt nấm mốc cho vật liệu. Nano TiO2 sẽ làm cho chất lượng của ván sàn được cải thiện đáng kể, như làm giảm sự biến màu bề mặt, chống nấm mốc, phân giải các chất dầu gây ô nhiễm trên bề mặt, khử mùi, phân giải các thành phần có hại,… vi vậy mà chúng đã được nhiều nước trên thế giới đưa vào ứng dụng rộng rãi. Tính chất này giúp khắc phục nhược điểm quan trọng của gỗ hút và nhả ẩm khi để ngoài môi trường, điều này có nghĩa là tính ổn định kích thước của gỗ được tăng lên đáng kể đồng thời hiệu quả cũng như phạm vi sử dụng của gỗ và các sản phẩm từ gỗ được mở rộng ra rất nhiều.

Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano

Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel, ..) và từ pha khí (nhiệt phân, ..). Phương pháp Sol-gel là một chuỗi qui trình các phản ứng hóa học bắt đầu đi từ dung dịch Sol của các precursor dạng lỏng và rắn… Các hạt Sol được phản ứng thủy phân và ngưng tụ để thành Gel. Hiện tượng ngưng tụ diễn ra liên tục làm cho liên kết kim loại – oxide – kim loại không ngừng tăng lên cho đến khi tạo ra một mạng lưới kim loại – oxide – kim loại trong khắp dung dịch.Phản ứng ngưng tụ được thực hiện theo mô hình.

Người ta dùng các iôn khí hiếm được tăng tốc trong điện trường để bắn phá bề mặt bia vật liệu, động năng của ion hoá truyền cho các nguyên tử trên bia khiến chúng bị bật ra bay về phía đế và lắng đọng trên đế. Dưới tác dụng của điện trường, các nguyên tử khí hiếm bị iôn hóa, tăng tốc và chuyển động về phía bia với tốc độ lớn và bắn phá bề mặt bia, truyền động năng cho các nguyên tử vật liệu tại bề mặt bia. Trong phương pháp lắng đọng chùm điện tử, người ta sử dụng động năng của chùm điện tử va chạm với bia làm bật ra các nguyên tử, các nguyên tử này chuyển động về phía đế và lắng đọng trên đế tạo thành màng mỏng.

Tuy nhiên phổ huỳnh quang của ZnO được xác định ở nhiệt độ phòng theo 3 bước cơ bản: Dải phát xạ gần vùng hấp thụ (UV) có đỉnh tại bước sóng 380 nm, dải phát xạ vùng màu xanh có đỉnh phổ lân cạn bước sóng 505 nm có đặc điểm rất rộng và tù, dải phát xạ vùng màu đỏ ở đỉnh có bước sóng 660 nm.

Lý thuyết về xử lý chậm cháy 1 Thuyết vật lí

Phản ứng đầu xẩy ra ở mặt tiếp xúc giữa carbon và không khí; phản ứng thứ hai xẩy ra ở pha khí và giải phóng lượng nhiệt gần bằng 2,5 lần so với phản ứng đầu. Nếu phản ứng có thể chuyển thẳng một lượng lớn thành monoxit, thì nhiệt giải phóng ra chỉ chiếm 28% so với trường hợp để chuyển toàn bộ thành đioxit. Than gỗ và các dạng carbon khác cháy ở nhiệt độ 850oC trong một dòng không khí khô tới đó các chất xúc tác được đưa vào với những lượng khác nhau.

Trong sự thay đổi như vậy, các chất chậm cháy hạ thấp ngưỡng năng lượng cho phản ứng (a) hoặc tăng các ngưỡng cho các phản ứng (b), (c) và (d). Các axit và các anhydride của chúng có tính hút nước mạnh và thúc đẩy quá trình tách nước của cellulose nhằm kìm hãm ngọn lửa theo các cơ chế như đã trình bày ở trên. Một số tác giả cho rằng sự phân hủy của axit sulfuric thành trioxit sulfur và nước bắt đầu ở nhiệt độ 150 - 180oC; số khác cho rằng nhiệt độ này tới 340oC.

Trong bất cứ trường hợp nào sự tổn thất chất chậm cháy đều là nghiệm trọng trước khi đạt được các điều kiện thích hợp cho quá trình cháy của than.

Ảnh hưởng của tham số xử lý đến tổn hao khối lượng của gỗ

Độ chính xác phù hợp đạt 32.41 cho thấy giá trị phù hợp với mô hình thực nghiệm. Mô hình này có thể được sử dụng để điều hướng không gian thiết kế. Để trực quan hơn có thể đánh giá sự phù hợp qua đồ thị so sánh tại hình 3.1.

Theo tiêu chuẩn TOCT 16363- 98 thì toàn bộ các chế độ đều cho kết quả mẫu gỗ xử lý thuộc nhóm vật liệu khó bốc cháy. - Theo đồ thị 3.2 nhận thấy khi nhiệt độ và thời gian thời gian xử lý tăng thì độ tổn hao của càng giảm, tức là khả năng chống cháy của gỗ tăng lên. Nguyên nhân là do khi xử lý ở nhiệt độ cao và thòi gian dài các hạt TiO2 có khả năng thấm sâu vào vách tế bào và các mao mạch của gỗ, từ đó tạo giai các lớp phủ bảo vệ tế bào, oxy trong gỗ giảm đi làm chô quá trình cháy chậm đi, gỗ được bảo vệ cháy tốt hơn.

Ảnh hưởng của tham số xử lý đến độ bền trượt màng keo

Độ chính xác phù hợp đạt 10.04 cho thấy giá trị phù hợp với mô hình thực nghiệm. Để trực quan hơn có thể đánh giá sự phù hợp qua đồ thị so sánh tại hình 3.3. - Theo đồ thị 3.4 nhận thấy khi nhiệt độ và thời gian thời gian xử lý tăng thì độ độ bền trượt của gỗ giảm đi, tức là độ bền dán dính kém đi.

Nguyên nhân là do khi xử lý ở nhiệt độ cao và thòi gian dài các hạt TiO2 có khả năng thấm sâu vào vách tế bào và các mao mạch của gỗ, bề bặm gỗ có một lớp vô cơ làm cho gỗ khó bám dính màng keo, các mao mạch của gỗ bị bịt kín làm cho các chân đinh (theo lí thuyết dán dính) bị ít đi hoặc ngắn lại từ đó làm cho độ bền dán dính kém đi.