Nâng cao tính kỵ nước và chống tia uv cho gỗ Bồ đề Styrax tonkinensis bằng công nghệ phủ ZnO

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Các mức thay đổi của thông số đầu vào 30

Bảng 2.2. Ma trận thí nghiệm đa yếu tố biến tính nhiệt cho gỗ 30

Bảng 3.1. Một số loại vật liệu nano và các lĩnh vực sử dụng 45

Bảng 3.2. Một số tính chất cơ học của gỗ Bồ Đề 53

Bảng 4.1. Bố trí thí nghiệm và kết quả xác định WCA 74

Bảng 4.2. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng đến WCA 76

Bảng 4.3. Bố trí thí nghiệm và kết quả xác định MEE 80

Bảng 4.4. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng đến MEE 82

Bảng 4.5. Bố trí thí nghiệm và kết quả xác định WRE 85

Bảng 4.6. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng đến WRE 87

Bảng 4.7. Thông số lựa chọn tối ưu hóa 90

Bảng 4.8. Giá trị tối ưu của hàm lượng formaldehyde dư, độ bền dán dính và hàm lượng khô 91

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

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 174 trang tài liệu này.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận án tiến sĩ mang tên “Nâng cao tính kỵ nước và chống tia uv cho gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis) bằng công nghệ phủ ZnO” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận án là hoàn toàn trung thực.

Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng Bảo vệ Luận án tiến sĩ về lời cam đoan của mình.

Hà Nội, tháng 5 năm 2022

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Văn Huyến XÁC NHẬN DUYỆT LUẬN ÁN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

Người Hướng dẫn 1

PGS. TS. Vũ Mạnh Tường

Người Hướng dẫn 2

GS. TS. Phạm Văn Chương

LỜI CẢM ƠN

Luận án Tiến sĩ mang tên “Nâng cao tính kỵ nước và chống tia uv cho gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis) bằng công nghệ phủ ZnO” chuyên ngành Kỹ thuật Chế biến Lâm sản, mã số: 9 54 90 01 là công trình nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam sử dụng vật liệu vô cơ kích thước micro/nano để tạo lớp phủ nâng cao chất lượng gỗ.

Trong quá trình thực hiện Luận án đã gặp không ít những khó khăn, nhưng với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của quý Thầy, Cô giáo cùng các đồng nghiệp và gia đình, đến nay Luận án đã hoàn thành nội dung nghiên cứu và mục tiêu đặt ra.

Nhân dịp này, Tôi xin đặc biệt bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai thầy giáo hướng dẫn PGS. TS. Vũ Mạnh Tường và GS. TS. Phạm Văn Chương đã hết lòng dìu dắt, định hướng, tận tình hướng dẫn và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị khoa học và thực tiễn để tôi hoàn thành Luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Phòng Đào tạo, Viện Công nghiệp gỗ và Nội thất, Khoa Công nghiệp và Kiến trúc – Phân hiệu Đại học Lâm nghiệp tại Đồng Nai, Trung tâm Thí nghiệm và Phát triển Công nghệ, Viện Công nghiệp gỗ và Nội thất, Thư viện, các Thầy, Cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Phân hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp tại tỉnh Đồng Nai đã tạo điều kiện cho tôi trong thời gian tôi thực hiện Luận án.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn tới toàn thể gia đình, đồng nghiệp và những người thân đã luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi về vật chất, tinh thần cho tôi trong suốt thời gian qua.

Hà Nội, tháng 5 năm 2022

Nguyễn Văn Huyến

TRANG THÔNG TIN NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ MẶT HỌC THUẬT, LÝ LUẬN CỦA LUẬN ÁN

I) Thông tin chung:

- Tên đề tài luận án và cơ sở đào tạo

+ Tên đề tài luận án: “Nâng cao tính kỵ nước và chống tia uv cho gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis) bằng công nghệ phủ ZnO”

+ Tên cơ sở đào tạo: Trường Đại học Lâm nghiệp

- Nghiên cứu sinh

+ Họ tên NCS: Nguyễn Văn Huyến

+ Khóa đào tạo NCS: K25

+ Ngành: Kỹ thuật Chế biến lâm sản; Mã số: 9.54.90.01

- Người hướng dẫn khoa học:

+ Họ tên người hướng dẫn khoa học 1: Vũ Mạnh Tường; Chức danh khoa học: Phó giáo sư, học vị: Tiến sĩ; Đơn vị công tác: Trường Đại học Lâm nghiệp;

+ Họ tên người hướng dẫn khoa học 2: Phạm Văn Chương; Chức danh khoa học: Giáo sư, học vị: Tiến sĩ; Đơn vị công tác: Trường Đại học Lâm nghiệp.

II) Những đóng góp mới về mặt học thuật, lý luận của luận án:

- Về mặt học thuật:

+ Luận án là công trình đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu một cách hệ thống công nghệ phủ mặt gỗ Bồ đề bằng ZnO để nâng cao tính kỵ nước và chống tia UV cho gỗ;

+ Luận án đã nghiên cứu sử dụng hợp ZnO để phủ mặt cho gỗ Bồ đề bằng phương pháp thủy nhiệt để cải thiện tính chất gỗ, đặc biệt là tính chất bề mặt gỗ trong đó có tính siêu kỵ nước và chịu UV cho gỗ; Đã xác định được cấu trúc bề mặt bằng hình ảnh FESEM và cấu trúc tinh thể bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của lớp phủ ZnO trên gỗ Bồ đề;

+ Luận án đã xác định được điều kiện hợp lý để xử lý cho gỗ sau khi đã phủ ZnO để đạt được tính siêu kỵ nước tốt nhất cho gỗ Bồ đề;

+ Luận án đã nghiên cứu được giải pháp kéo dài tuổi thọ siêu kỵ nước cho bề mặt gỗ Bồ đề phủ ZnO;

+ Luận án đã xây dựng được quy trình công nghệ đơn giản để tạo ra lớp phủ siêu kỵ nước, chịu UV và có độ bền cao cho gỗ Bồ đề.

- Về mặt lý luận:

+ Nội dung nghiên cứu của luận án đã góp phần bổ sung cơ sở khoa học về công nghệ phủ mặt gỗ bằng vật liệu nano vô cơ. Đây sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về công nghệ phủ mặt gỗ bằng công nghệ nano để nâng cao tính năng siêu kỵ nước và chịu UV ở Việt Nam;

+ Các kết quả nghiên cứu sẽ mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực phủ mặt, biến tính gỗ bằng công nghệ và vật liệu nano.

- Những luận điểm mới rút ra từ kết quả nghiên cứu của luận án:

Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc lựa chọn các thông số công nghệ, quy trình, giải pháp phù hợp để phủ mặt cho gỗ Bồ đề nói riêng, gỗ rừng trồng Việt Nam nói chung. Công nghệ này sẽ góp phần nâng cao giá trị sử dụng và mở rộng lĩnh vực sử dụng cho gỗ Bồ đề cũng như các loại gỗ kém chất lượng khác của Việt Nam.

Hà Nội, ngày 05 tháng 5 năm 2022

Tập thể người hướng dẫn Nghiên cứu sinh

Hướng dẫn 1

Vũ Mạnh Tường

Hướng dẫn 2

Phạm Văn Chương Nguyễn Văn Huyến

ĐẶT VẤN ĐỀ

Gỗ là nguồn nguyên liệu tái tạo duy nhất trong các loại vật liệu như: sắt thép, xi măng, gỗ, nhựa; là loại vật liệu thân thiện với môi trường nên gỗ luôn được con người yêu thích, và được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, sản xuất đồ gỗ, trang trí nội thất và nhiều lĩnh vực khác. Tuy nhiên, do gỗ là vật liệu hữu cơ, có cấu trúc xốp, rỗng và chứa nhiều nhóm chức ưa nước, nên gỗ có khả năng hút ẩm và nước rất mạnh. Đặc biệt, khi sử dụng ở điều kiện ngoài trời gỗ thường bị thay đổi đặc tính bề mặt do chịu tác động của các nhân tố môi trường như: tia tử ngoại (UV) từ ánh sáng mặt trời và độ ẩm không khí. Vì vậy, nâng cao khả năng chống chịu tia UV cũng như tính chịu ẩm/nước của gỗ sẽ mở rộng lĩnh vực sử dụng của nó.

Nhằm cải thiện tính năng, mở rộng phạm vi ứng dụng của gỗ đã có rất nhiệu nghiên cứu, đồng thời không ngừng xuất hiện các công nghệ, kỹ thuật mới và phương pháp mới trong xử lý/biến tính gỗ. (Để thống nhất thuật ngữ, trong toàn bộ luận án sẽ sử dụng thuật ngữ biến tính gỗ hoặc biến tính bề mặt gỗ, bao gồm phủ mặt gỗ). Trong các phương pháp biến tính gỗ, biến tính bề mặt gỗ là phương pháp làm thay đổi hình thái, thành phần, cấu trúc hoặc trạng thái ứng suất của bề mặt gỗ, từ đó thu được các tính năng đặc biệt cho bề mặt gỗ, làm cho bề mặt gỗ có những tính năng mà bản thân bề mặt gỗ tự nhiên không có. Biến tính bề mặt gỗ có ý nghĩa vô cùng đặc biệt, một mặt nó có thể cải thiện và nâng cao tính năng của vật liệu và sản phẩm (chịu nước, chịu UV, chống mục, chậm cháy, ổn định kích thước, chịu mài mòn, tính năng trang sức), đảm bảo độ tin cậy và độ an toàn khi sử dụng sản phẩm, kéo dài tuổi thọ sử dụng sản phẩm, tiết kiệm tài nguyên và nguồn năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường; mặt khác còn tạo thêm cho gỗ những tính năng hóa học và vật lý đặc thù (siêu kỵ nước, diệt khuẩn, tự làm sạch, tự phân giải chất hữu cơ,…), từ đó chế tạo ra vật liệu gỗ có tính năng mới và giá trị sử dụng cao, nhằm mở rộng lĩnh vực sử dụng cũng như phạm vi ứng dụng của nó.

Những năm gần đây, với sự phát triển của khoa học công nghệ, nhiều thiết bị hiện đại được ứng dụng trong nghiên cứu, do đó đã có nhiều nghiên cứu làm rõ bản

chất của các hiện tượng tự nhiên. Ví dụ trường hợp bề mặt siêu kỵ nước trong tự nhiên, như lá Sen, cánh hoa hồng, chân Nhện nước,… đã trở thành nguồn ý tưởng quan trọng trong nghiên cứu xử lý biến tính gỗ. Trong đó bề mặt lá Sen là bề mặt kỵ nước điển hình với góc tiếp xúc lớn hơn 150o và góc lăn/trượt của giọt nước nhỏ hơn 10o. Giọt nước lăn trên bề mặt lá Sen cuốn trôi đi bụi bẩn trên lá từ đó đã tạo ra hiệu quả tự làm sạch. Vì vậy, nếu có thể xử lý làm cho bề mặt gỗ có cấu trúc phân lớp tương tự như bề mặt lá Sen, làm cho bề mặt gỗ trở nên siêu kỵ nước, sẽ có thể giảm một cách hiệu quả việc nước thấm vào gỗ, từ đó cải thiện được vấn đề kém ổn định kích thước do hút ẩm/nước của gỗ gây ra. Ngoài ra, nếu tiến hành xử lý bề mặt gỗ hợp lý, sử dụng loại vật liệu phủ phù hợp sẽ có thể làm cho gỗ trở thành loại vật liệu sinh học thân thiện với môi trường có cấu trúc xốp, có tính năng kỵ nước, tự làm sạch, chậm cháy, chịu UV,… làm nguyên liệu tốt trong trang trí nội ngoại thất và trong xây dựng, kéo dài tuổi thọ sản phẩm, nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ, góp phần bảo vệ tài nguyên và môi trường.

Để tạo ra bề mặt siêu kỵ nước đồng thời chịu tia UV cho vật liệu, những năm gần đây đã có những công trình nghiên cứu trong và ngoài nước công bố. Các công nghệ chủ yếu dựa trên cơ sở khoa học của công nghệ nano để tạo ra bề mặt có cấu trúc phân lớp với kích thước micro/nano mét tương tự cấu trúc tạo ra hiệu ứng lá Sen. Các bề mặt này thường được tạo ra từ các hợp chất vô cơ như TiO2, SiO2, ZnO,… Trong đó, mỗi loại hợp chất có những đặc tính riêng và công nghệ chế tạo khác nhau. Trên cơ sở xem xét ưu điểm nguồn nguyên liệu phong phú, giá thành rẻ, công nghệ chế tạo đơn giản của hợp chất vô cơ đáp ứng được yêu cầu tạo ra bề mặt có cấu trúc phân lớp với kích thước micro/nano mét nên luận án đã chọn để tài “Nâng cao tính kỵ nước và chống tia uv cho gỗ Bồ đề (Styrax tonkinensis) bằng công nghệ phủ ZnO”. Luận án đã tiến hành nghiên cứu tạo lớp phủ có cấu trúc micro/nano, để gỗ Bồ đề trở thành loại vật liệu kỵ nước và chịu tia UV. Kết quả này sẽ tạo ra hướng mới trong việc áp dụng để xử lý thay thế cho một số phương pháp xử lý bề mặt gỗ

hiện nay.