Trong nghiên cứu đặc tính bề mặt vật liệu, một vật liệu có bề mặt được côi là kỵ nước khi góc tiếp xúc với nước (WCA) trên bề mặt của nó lớn hơn 90°; ngược lại, bề mặt vật liệu đó được phân loại là bề mặt ưa nước. Ngoài ra, bề mặt của vật liệu có thể được coi là siêu kỵ nước nếu góc tiếp xúc của nước trên bề mặt của nó lớn hơn 150 ° [36]. Trong luận án, tính kỵ nước của gỗ không phủ và gỗ phủ epoxy kết hợp ZnO được xác định thông qua WCA.
Như trong Hình 4.32 cho thấy, gỗ không phủ (mẫu S1) thể hiện đặc tính ưa nước, với WCA là 60,4°. Sau khi phủ lớp phủ ZnO (mẫu S2) và lớp phủ epoxy kết hợp ZnO (mẫu S3), bề mặt gỗ trở nên siêu kỵ nước, với WCA trung bình lần lượt là 156,8° và 154,1°.
Phương pháp được sử dụng để chế tạo ZnO kỵ nước trong nghiên cứu này gần giống với phương pháp của Xiang et al. [25] với một số thay đổi. Lớp phủ micro / nano siêu kỵ nước ZnO được tạo ra bằng cách sử dụng bột ZnO tự chế tạo trong phòng thí nghiệm, sau đó biến tính axit stearic, và bột ZnO đã biến tính siêu kỵ nước được phủ lên bề mặt gỗ bằng phương pháp phun đơn giản. Do đó, sản phẩm thu được có tính siêu kỵ nước là hoàn toàn có thể lý giải được..
Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm cũng cho thấy, WCA trung bình của mẫu S2 lớn hơn một chút so với mẫu S3. Hiện tượng này có thể do lớp phủ trước epoxy được phủ trên bề mặt của mẫu S3 gây ra. Có thể quan sát thấy từ phân tích FESEM rằng chỉ có các lớp ZnO kỵ nước với cấu trúc thứ bậc kích thước
micro / nano trong lớp phủ ZnO mà không có lớp phủ trước epoxy (Hình 4.3b). Nhưng trong mẫu S3 thì một số hạt ZnO kỵ nước lại bị bao bọc bởi một phần epoxy. Do đó, tính kỵ nước của các hạt ZnO này bị giảm, dẫn đến WCA trên mẫu S3 nhỏ hơn so với mẫu S2.
Hình 4.32. Góc tiếp xúc của nước với bề mặt gỗ
S1- gỗ không phủ; S2- gỗ phủ ZnO không có Epoxy; S3- gỗ phủ epoxy kết hợp ZnO
Về cơ bản để tạo ra tính siêu kỵ nước của lớp phủ sẽ cần cócấu trúc thứ bậc kích thước micro/nano. Tuy nhiên, các cấu trúc này thường không bền về mặt cơ học, điều này hạn chế phạm vi sử dụng các lớp phủ siêu kỵ nước. Vì thế,để cải thiện độ bền của lớp phủ, chất kết dính trung gian đã được sử dụng. Trong nghiên cứu này, lớp epoxy đóng rắn không hoàn toàn đóng vai trò liên kết các hạt ZnO kỵ nước với bề mặt gỗ nhằmcải thiện độ bền của lớp phủ ZnO.
Để khảo sát ảnh hưởng của lớp phủ epoxy đến độ bền của lớp phủ ZnO, luận án đã thử nghiệm mô phỏng bằng cách phun tia nước lên lớp phủ thu được của các mẫu S2 và S3.
Hình 4.33 minh họa sơ đồ về thử nghiệm phun tia nước trên các mẫu phủ và kết quả đo WCAcủa các mẫu S2 và S3.
Hình 4.33. (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
Như có thể thấy trong Hình 4.33, WCA của mẫu S2 và mẫu S3 bịgiảm xuống khi số lượng chu kỳphun nướctăng lên. Tuy nhiên, mức độgiảm WCA của mẫu S2 mạnhhơn so với mẫu S3. WCA của mẫu S2 thay đổi trong khoảng 134,4° đến 156,8°, WCA của mẫu S3 thay đổi trong khoảng 149,6° đến 154,1° trong năm chu kỳphun nước.
Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy đặc tính siêu kỵ nước của mẫu S2 bị tia nước phá hủy dễ dàng hơn so với mẫu S3, điều này chỉ ra rằng epoxy đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ bền của lớp phủ siêu kỵ nước ZnO. Các kết quả này tương tự như kết quả của các nghiên cứu sử dụng các loại vật liệu nano khác [29,30,34].