BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

PHẠM THỊ ÁNH HỒNG

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRANG SỨC BỀ MẶT SẢN PHẨM
GỖ BẰNG SƠN POLYURETHANE (PU) PHÂN TÁN NANO TIO 2

Ngành: Kỹ thuật chế biến lâm sản
Mã số: 9.54.90.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Cao Quốc An
2. GS.TS. Trần Văn Chứ

Hà Nội - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận án Tiến sĩ kỹ thuật mang tên “Nâng cao chất lượng
trang sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn Polyurethane (PU) phân tán nano TiO2”,
mã 9.54.90.01 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 và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác dưới mọi
hình thức.
Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng Bảo vệ Luận án Tiến sĩ về lời cam

1.7. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................................... 19
1.7.1. Mục tiêu tổng quát......................................................................................... 19
1.7.2. Mục tiêu cụ thể.............................................................................................. 19
1.8. Nội dung nghiên cứu........................................................................................ 19
1.9. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................. 20
1.9.1. Phương pháp lý thuyết................................................................................... 20
1.9.2. Phương pháp thực nghiệm............................................................................. 20
1.10. Mô tả thực nghiệm của Luận án..................................................................... 26

ii


1.10.1. Thông số đầu vào của nguyên liệu gỗ và hóa chất....................................... 26
1.10.2. Quá trình thực nghiệm phân tán nano TiO2 với sơn PU và công nghệ trang
sức bề mặt gỗ bằng sơn PU và PU-TiO2.................................................................. 28
1.11. Những đóng góp mới của Luận án.................................................................. 43
1.12. Ý nghĩa của Luận án....................................................................................... 43
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................ 44
2.1. Cơ chế khô của màng sơn PU........................................................................... 44
2.2. Cơ sở lý thuyết về vật liệu nano và nano TiO2.................................................. 44
2.2.1. Khái niệm và phân loại vật liệu nano............................................................. 44
2.2.2. Cấu trúc và tính chất vật lý của hạt nano TiO2............................................... 45
2.2.3. Lựa chọn loại nano và phương pháp phân tán nano vào sơn PU....................47
2.3. Cơ sở lý thuyết về công nghệ trang sức sản phẩm gỗ....................................... 50
2.3.1. Các giả thuyết của sự bám dính..................................................................... 50
2.3.2. Quá trình hình thành màng trang sức [7], [8]................................................. 53
2.3.3. Phương pháp trang sức sản phẩm gỗ [7], [8]................................................. 55
2.3.4. Yêu cầu cơ bản của chất phủ dạng lỏng và nền gỗ [7], [8]............................61
2.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng màng trang sức [7], [8], [32], [33].....61
2.4. Đặc điểm của gỗ Keo lai................................................................................... 64


Ý nghĩa

AC

Acrylic

APS

Amino propyl trimethoxy silane

C
HĐBM Las

Nồng độ

%

Chất hoạt động bề mặt Linear alkyl benzen
sunfonic acid

NCO

Isocyanate

MDI

Diphenyl methane Diisocyanate

MC


T
TiO2

Nhiệt độ
Titanium dioxide

TiO2

Thời gian

Giờ

τ
UV
UV-Vis
V
FTIR
η
∆E
∇8

γ

C

o

Tia cực tím
Quang phổ tử ngoại nhìn thấy được

Bảng 1.5. Các chế độ phun sơn PU sau khi phối trộn với nano TiO2.......................25
Bảng 1.6. Ma trận thực nghiệm ảnh hưởng của áp suất và tốc độ di chuyển của súng
phun đến một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức............................................... 25
Bảng 1.7. Thông số kỹ thuật của sơn PU................................................................. 27
Bảng 1.8. Thông số kỹ thuật của máy phun sơn tự động Mito K01.........................33
Bảng 1.9. Tiêu chuẩn, kích thước và số lượng mẫu thử dùng trong nghiên cứu......34
Bảng 1.10. Tên chất thử dùng trong thí nghiệm....................................................... 38
Bảng 1.11. Phân loại mức độ bong tách của màng sơn............................................ 40
Bảng 2.1. Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase [13], [18]...............46
Bảng 3.1. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng của nồng độ nano TiO2 đến độ nhớt của sơn
PU............................................................................................................................ 70
Bảng 3.2. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng của thời gian phân tán nano TiO2...............70
đến độ nhớt của sơn PU........................................................................................... 70
Bảng 3.3. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng của nồng độ nano TiO2............................... 71
đến độ bền bám dính màng trang sức...................................................................... 71
Bảng 3.4. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng của thời gian phân tán nano TiO2...............72
đến độ bền bám dính màng trang sức...................................................................... 72
Bảng 3.5. Kết quả kiểm tra một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức trên bề mặt
gỗ với các thông số C và τ thích hợp.....................................................................103
Bảng 3.6. So sánh giữa giá trị tính toán được và giá trị thực nghiệm của một số chỉ
tiêu chất lượng màng trang sức..............................................................................103
Bảng 3.7. Thuộc tính phổ FTIR của màng sơn PU và PU kết hợp với nano TiO 2 . 104

Bảng 3.8. Kết quả kiểm tra một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức trên bề mặt
gỗ với các thông số P và V thích hợp....................................................................127
Bảng 3.9. So sánh giữa giá trị tính toán được và giá trị thực nghiệm của một số chỉ
tiêu chất lượng màng trang sức..............................................................................127

vi


Hình 2.4. Sự bám dính của giọt chất lỏng trên bề mặt vật rắn:................................50
Hình 2.5. Hình ảnh xác định góc thấm ướt θ của giọt chất phủ trên bề mặt vật liệu:
51
Hình 2.6. Liên kết cơ học........................................................................................ 51

vii


Hình 2.7. Liên kết tĩnh điện ................................................................................... 52
Hình 2.8. Liên kết khuếch tán ................................................................................ 53
Hình 2.9. Liên kết hóa học..................................................................................... 53
Hình 2.10. Đồ thị biểu diễn quá trình khô màng trang sức ..................................... 54
Hình 2.11. Dòng chất phủ của súng phun có miệng phun hình tròn [7], [8], [32]: .. 55
Hình 2.12. Vị trí nắp điều chỉnh và hình dạng mặt cắt dòng phun chất phủ [7]: ..... 56
Hình 2.13. Quỹ đạo di chuyển súng phun [7] ......................................................... 59
Hình 2.14. Phương hướng phun sơn hoặc véc ni [7] .............................................. 59
Hình 2.15. Sơ đồ cắt ngang vệt sơn trùng nhau [7], [38]: ....................................... 60
Hình 2.16. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng màng trang sức .......................... 61
Hình 3.1. Độ đục của nano TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán trong dung môi Butyl
acetate trong 3 giờ (tỷ lệ chất HĐBM Las và vật liệu nano TiO2 là 1 : 2) ............... 65
Hình 3.2. Phổ hấp thụ UV-Vis của dung môi Butyl acetate có chất HĐBM Las .... 66
Hình 3.3. Phổ hấp thụ UV-Vis của nano TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán trong dung
môi Butyl acetate có chất HĐBM Las.................................................................... 66
Hình 3.4. Ảnh SEM của màng sơn PU đối chứng (x 4000) .................................... 67
Hình 3.5. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,05% phân tán trong 3 giờ
(x 500) ................................................................................................................... 67
Hình 3.6. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,1% phân tán 3 giờ (x
1000).....................................................................................................................

67

68


Hình 3.14. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán 2 giờ (x
5000)..................................................................................................................... 69
Hình 3.15. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán 2 giờ (x
30.000).................................................................................................................. 69
Hình 3.16. Mẫu gỗ sơn PU sau khi thử độ bền bám dính ....................................... 73
Hình 3.17. Mẫu gỗ sơn PU-TiO2 sau khi thử độ bền bám dính............................... 73
Mối quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với khả năng kháng hóa
chất và nước của màng trang sức được thể hiện ở hình 3.18, 3.19. ......................... 73
Hình 3.18. Ảnh hưởng của nồng độ nano TiO2 đến độ bền hóa chất và nước của
màng trang sức ......................................................................................................

73

Hình 3.19. Ảnh hưởng của thời gian phân tán nano TiO2 đến độ bền hóa chất và
nước của màng trang sức ....................................................................................... 74
Hình 3.20. Ảnh SEM màng sơn PU sau khi nhỏ dung dịch axít Acetic 10 % (x
1000)..................................................................................................................... 75
Hình 3.21. Ảnh SEM màng sơn PU sau khi nhỏ dung dịch Natriclorua 15% (x 500)
..............................................................................................................................75
Hình 3.22. Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,2% sau khi nhỏ Amoniac 10%
(x 1000) ................................................................................................................. 75
Hình 3.23. Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,15% sau khi nhỏ Acetic 10% (x
2000)..................................................................................................................... 75
Hình 3.24. Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,25 % sau khi nhỏ Natriclorua
15% (x5000) .......................................................................................................... 76
Hình 3.25. Ảnh SEM màng sơn PU-TiO2 nồng độ 0,2 % sau khi nhỏ Natriclorua
15% (x5000) .......................................................................................................... 76

của màng trang sức.................................................................................................. 84
Hình 3.41. Ảnh hưởng của thời gian phân tán nano TiO2 đến độ biến màu.............84
của màng trang sức.................................................................................................. 84
Hình 3.42. Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch sơn PU đối chứng...........................87
Hình 3.43. Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch sơn PU kết hợp với nano TiO2........87
Hình 3.44. Ảnh hưởng của nồng độ nano TiO2 đến độ bóng của màng trang sức
trước và sau khi chiếu tia UV.................................................................................. 87
Hình 3.45. Ảnh hưởng của thời gian phân tán nano TiO2 đến độ bóng của màng
trang sức trước và sau khi chiếu tia UV................................................................... 88
Hình 3.46. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với độ
cứng của màng trang sức......................................................................................... 91
Hình 3.47. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với tỷ lệ
khối lượng tổn thất do mài mòn của màng trang sức............................................... 93
Hình 3.48. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với độ
bền hóa chất và nước của màng trang sức............................................................... 95
Hình 3.49. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với độ
lệch màu của màng trang sức................................................................................... 97
Hình 3.50. Mẫu gỗ sơn PU-TiO2 trước khi chiếu tia UV......................................... 99

x


Hình 3.51. Mẫu gỗ sơn PU-TiO2 sau khi chiếu tia UV 960h...................................99
Hình 3.52. Mẫu gỗ sơn PU trước khi chiếu tia UV.................................................. 99
Hình 3.53. Mẫu gỗ sơn PU sau khi chiếu tia UV 960h............................................ 99
Hình 3.54. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với độ
bóng của màng trang sức trước và sau khi chiếu tia UV.......................................100
Hình 3.55. Phổ hồng ngoại của màng sơn PU đối chứng......................................105
Hình 3.57. Ảnh hưởng của áp suất phun đến thời gian khô hoàn toàn của màng
trang sức................................................................................................................107

Gỗ là vật liệu dị hướng dễ bị thay đổi màu sắc, kích thước dưới tác động của
môi trường nên các sản phẩm gỗ ở nước ta hiện nay 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. Công đoạn trang sức có thể tiến
hành trước hoặc sau khi lắp ráp thành sản phẩm. Đây là khâu quan trọng trong quá
trình sản xuất đồ gỗ. Phương pháp trang sức sản phẩm mộc rất đa dạng, cơ bản chia
thành 3 loại: phun, quét, dán mặt và nghệ thuật đặc biệt. Các dạng này có thể tiến
hành thủ công hoặc cơ giới. Bề mặt sản phẩm gỗ sau khi trang sức có độ cứng nhất
định, có tính năng chịu nước, chịu khí hậu, làm cho nó tránh được hoặc giảm nhẹ sự
xâm hại của ánh sáng mặt trời, nước, ngoại lực, hóa chất, côn trùng,… ngăn ngừa
sản phẩm cong vênh biến dạng, nứt, mài mòn, kéo dài thời gian sử dụng, tạo cho sản
phẩm có màu sắc, hoa văn đẹp, độ bóng cao mang lại cho con người cảm giác dễ
chịu tốt đẹp. Hiệu quả trang sức có ảnh hưởng rất lớn đến giá trị của sản phẩm mộc.
Các loại chất phủ thường được sử dụng trong ngành gỗ hiện nay như:
Nitrocellulose (NC), Polyurethane, Ankyde, chất phủ gốc Amine,... Trong đó, chất
phủ Polyurethane (PU) là loại được dùng phổ biến nhất để trang sức sản phẩm gỗ
bởi chúng có nhiều ưu điểm như màng sơn khô nhanh, bám dính tốt, phẳng mịn, có
độ cứng và độ bóng cao, giá thành phù hợp. Tuy nhiên, loại sơn này có nhược điểm
lớn là chịu ánh sáng tự nhiên kém nên màng sơn dễ bị biến màu trong quá trình sử
dụng, khả năng kháng ẩm và hóa chất không cao. Do đó, chúng chỉ thích hợp trang
sức cho sản phẩm gỗ dùng trong nội thất và dùng ở những nơi có độ ẩm không
cao,... Để khắc phục nhược điểm trên, một số nhà khoa học trên thế giới và trong
nước đã tiến hành nghiên cứu nâng cao chất lượng màng sơn PU bằng một số vật
liệu nano như SiO2, ZnO, TiO2,… Phần lớn kết quả nghiên cứu cho thấy, màng sơn
PU sau khi kết hợp với vật liệu nano đều có khả năng kháng khuẩn và tự làm sạch,
chống chịu được tia cực tím (UV) có khả năng chống trầy xước, chống mài mòn, độ
cứng tăng lên, khả năng kháng ẩm cũng được cải thiện rõ rệt.

1


cacbonic. Vì vậy, phải thao tác rất thận trọng [16].
Đặc tính của sơn PU 2 thành phần:
Theo một số tài liệu nghiên cứu [7], [8], [16], [29] đã chỉ ra rằng, sơn PU có
những tính chất vượt trội hơn 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 như: kim loại, gỗ, da, chất
dẻo, bê tông, vôi vữa,…;
- Lớp phủ bền vững với sự bào mòn, nước, nhiệt, môi trường xung quanh;
- Độ cứng cao, gần bằng độ cứng của gương nhưng cũng rất dẻo;
- Có khả năng chịu mài mòn tốt;

3


- Có các chỉ số cách điện cao;
- Sơn PU có khả năng pha chế với nhiều màu sắc khác nhau.
Tuy nhiên, sơn PU có một số nhược điểm:
- Do là sơn 2 thành phần nên thời gian sống bị hạn chế (thời gian sống
khoảng 6-8 giờ khi hòa trộn thành phần A với thành phần B), sử dụng không thuận
tiện. Trong quá trình sử dụng cần bảo vệ isocyanate tránh tác dụng của ẩm [1 6].
- Đối với loại sơn PU dùng cho đồ gỗ thì lớp phủ không bền vững với ánh
sáng (thường hay bị ố vàng) nên không thích hợp cho sử dụng ngoại thất hoặc ở
những nơi có ánh sáng chiếu vào.
Chính nhờ những ưu điểm trên, hiện nay PU là một trong những loại sơn
được sử dụng rộng rãi trong công nghệ sản xuất đồ gỗ. Loại sơn này có thể trang
sức bằng phương pháp thủ công và phương pháp cơ giới. Thời gian khô hoàn toàn
0

0


là đầu tư một lần và sử dụng lâu dài.
Bản thân nano TiO2 không độc hại, là chất trơ về mặt hóa học và sinh học do
đó sản phẩm của sự phân huỷ chất này không gây tác động xấu đến môi trường và
sức khỏe con người. Những đặc tính này tạo cho nano TiO 2 những lợi thế vượt trội
về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong việc làm sạch môi trường nước và không khí
khỏi các tác nhân ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và sinh học [13], [20].
Đặc tính của nano TiO2 đối với ngành chế biến gỗ:
Hạt nano TiO2 có tính kỵ nước: Một trong những đặc tính quan trọng nhất của
hạt nano TiO2 chính là tính kỵ nước. Tính chất này có thể giúp khắc phục nhược
điểm quan trọng của gỗ là hút và nhả ẩm khi để ngoài môi trường hoặc ở những nơi
có độ ẩm cao, điều này có nghĩa là tính ổn định kích thước của gỗ được tăng lên
đáng kể. Mặt khác, TiO2 không làm ảnh hưởng đến các tính chất khác của gỗ như
đặc tính về thị giác, đặc tính về âm thanh... của gỗ.
Có khả năng hấp thụ tia cực tím: Sự hấp thụ tia cực tím của các hạt nano TiO 2
đã tạo ra hiệu ứng che chắn tia UV cho bề mặt gỗ, nên làm giảm khả năng biến màu
của gỗ, giảm khả năng lão hóa của gỗ,…

5


Hạt nano TiO2 bền, không độc: TiO2 bền, không bị ăn mòn quang học và hóa
học nên việc sử dụng sẽ mang lại hiệu quả cao. Trong công nghiệp chế biến gỗ, hạt
nano TiO2 được coi như một vật liệu biến tính có công hiệu rất cao, là vật liệu an
toàn, không ô nhiễm và có hiệu quả lâu dài.
Hiệu ứng bề mặt: Do hạt Nano TiO2 có kích thước rất nhỏ nên có khả năng
dàn trải rất tốt. Chỉ với 1 g hạt nano kích thước hạt từ 0- 40nm cho diện tích bề mặt
2

khoảng 210 ± 10m . Như vậy, chỉ cần một lượng nhỏ hạt nano đã cho hiệu quả biến
tính như mong muốn.


thấy, sự khác biệt về độ ẩm có ảnh hưởng đáng kể đến độ bám dính của vecni trên
bề mặt gỗ. Độ bám dính cao nhất thu được từ sơn bóng polyurethane hai phần, được
áp dụng trên mẫu gỗ Sồi có độ ẩm 8% [35].
Abdullah Sönmez và cộng sự (2011) đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm gỗ
đến chất lượng trang sức bề mặt gỗ. Các mẫu gỗ thử nghiệm làm từ gỗ Thông
Scotland (Pinus sylvestris) và gỗ Sồi (Fagus orientalis) được thay đổi 3 cấp độ ẩm
8%, 10% và 12% và trang sức bằng véc ni gốc nước. Độ cứng của các mẫu thử được
đánh giá dựa trên tiêu chuẩn ANS / ISO1522, độ bóng dựa trên TS.4318 EN ISO
2813 và độ bền dính dựa trên ASTM D-4541. Kết quả chỉ ra rằng sự thay đổi độ ẩm
của vật liệu gỗ ảnh hưởng xấu đến hiệu suất trang sức bề mặt gỗ. Đối với gỗ có độ
ẩm là 8% và 10% cho chất lượng trang sức tốt nhất [36].
Ozdemir, T và cộng sự (2013) đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhớt và độ
dày màng sơn đến độ bền bám dính của gỗ. Trong nghiên cứu nhóm tác giả đã sơn
Nitrocelluse không màu trang sức lên loại gỗ Alder (Alnus glutinosa), và gỗ Pine
Scotland (Pinus sylvestris). Kết quả cho thấy, mẫu gỗ Pine có độ bền bám dính cao
hơn so với mẫu Alder. Sự biến đổi của độ nhớt sơn có ảnh hưởng đáng kể đến độ
bền bám dính cụ thể là độ nhớt của sơn 15s cho độ bền bám dính cao hơn 25s, trong
khi hiệu quả của độ dày màng là không đáng kể [45].
Emilia-Adela Salca và cộng sự (2016) đã nghiên cứu ảnh hưởng của loại giấy
nhám, phương pháp trang sức, loại chất phủ đến chất lượng màng trang sức. Trong
nghiên cứu nhóm tác giả đã sử dụng 4 loại giấy nhám: 80#, 100#, 120#, 150# và xử
lý bề mặt cuối cùng loại 180#; sử dụng phương pháp cán trục và phương pháp phun
đối với loại sơn UV bóng gốc acrylic 100%; phương pháp phun đối với sơn bóng
gốc nước để trang sức lên bề mặt gỗ Black Alder. Kết quả nghiên cứu cho thấy, độ
bám dính của các mẫu sơn UV 100% theo phương pháp cán trục và phương pháp
phun không có sự khác biệt. Khi giấy nhám càng mịn thì độ bóng của màng trang
sức tăng, độ bóng của các mẫu khi phủ loại sơn UV 100% theo phương pháp cán
trục cao hơn so với phương pháp phun (cùng 1 loại sơn UV 100%). Cả 2 loại sơn sử
dụng trong nghiên cứu được phủ lên bề mặt mẫu gỗ theo phương pháp phun có độ

tím (UV), cụ thể là:
Mirela Vlad, Bernard Riedl, Ing. Pierre Blanchet (2009) đã nghiên cứu biến
tính sơn Acrylic bằng nano TiO2 có kích thước 10, 20 nm ở nồng độ 1%, 2%, ZnO
có kích thước 20 nm ở nồng độ 1%, 2%, 5%, và 0,4% nano ZnO kết hợp với 0,54%
nano CeO2 có kích thước 10 nm dùng cho gỗ ngoài trời. Kỹ thuật tạo sơn nano bằng
thiết bị khuấy trộn siêu âm. Mẫu gỗ Vân Sam sau khi sơn phủ đưa vào thiết bị thử
độ ổn định thời tiết có gia tốc và để ngoài trời. Chỉ tiêu chất lượng của sơn được
đánh giá qua độ bền bám dính, sự thay đổi màu và độ bóng của màng sơn. Kết quả
cho thấy màng sơn biến tính nano đều cải thiện đáng kể về độ bền bám dính, khả
năng chịu tia UV và độ bóng không ảnh hưởng đáng kể so với màng sơn không có
nano [42].
M. Sabzi, S.M. Mirabedini, J. Zohuriaan-Mehr, M. Atai (2009) đã nghiên cứu
biến tính lớp phủ PU bằng các hạt nano TiO2 với tác nhân liên kết silan. Để cải

8


thiện sự phân tán các hạt nano và tăng khả năng tương tác giữa các hạt nano và ma
trận polyme, bề mặt các hạt nano đã được biến tính bằng amino propyl trimethoxy
silane (APS). Các hạt nano được phân tán trong dung môi Toluene bằng thiết bị siêu
âm trong 30 phút và khuấy thêm 4 giờ. Kết quả cho thấy, xử lý bề mặt các hạt nano
TiO2 với APS đã cải thiện sự phân tán các hạt nano, các tính chất cơ học và bảo vệ
tia cực tím của lớp phủ polyurethane cũng tăng. Các mức độ ảnh hưởng này phụ
thuộc vào phần trọng lượng của hạt nano. Khi trọng lượng hạt nano tăng thì sức
căng, mô đun đàn hồi, độ cứng lớp phủ được tăng lên [44].
S.M. Mirabedini và cộng sự (2011) đã tiến hành đánh giá vai trò của vật liệu
TiO2 kích thước nano (20 nm) lên hiệu quả của sơn PU 2 thành phần, loại N75 của
hãng Bayer. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, vật liệu TiO 2 nếu được biến tính bằng
aminopropyl trimethoxy silan sẽ cho kết quả bảo vệ màng phủ cũng như các tính
chất cơ học của màng tốt hơn so với màng phủ có vật liệu TiO 2 thuần túy, với hàm

S. K. Dhoke, Narayani Rajgopalan, A. S. Khanna (2012), Ấn Độ đã nghiên
cứu biến tính sơn PU gốc nước bằng vật liệu nano ZnO có kích thước trung bình 3540nm ở nồng độ 0,1%, 1%. Kỹ thuật phân tán nano bằng thiết bị phân tích dò siêu
âm. Kết quả cho thấy chất lượng màng sơn biến tính với nano đều được cải thiện
đáng kể so với màng sơn không có nano. Màng sơn có nano ở nồng độ 0,1% có độ
cứng cao hơn, khả năng chống tia UV và chịu trầy xước tốt hơn so với màng sơn
biến tính ở nồng độ 1%, như: Độ cứng màng sơn không nano: 3H, độ cứng màng
sơn nano ở nồng độ 0,1%: 5H, độ cứng màng sơn nano ở nồng độ 1%: 4H; Độ trầy
xước của màng sơn không nano: 700gm, màng sơn có 0,1% nano: 1100gm và màng
sơn có 1% nano: 900 gm...[52].
R. Y. Hong và cộng sự (2012) đã nghiên cứu SiO 2 kích thước hạt nano được
biến tính bề mặt bằng một loại silan được phân tán trong chất phủ PU bằng kỹ thuật
nén dung dịch (solution blending) cùng với sự hỗ trợ của thiết bị nghiền. Các kết
quả nghiên cứu cho thấy, với sự có mặt của silica, độ cứng của màng phủ tăng lên
đáng kể, loại được biến tính giúp tăng mạnh hơn loại không được biến tính. Khi có
mặt silica, tính chất kéo của màng cũng tăng đáng kể (xấp xỉ 70 MPa so với 45 MPa
của màng không được gia cường). Kết quả phân tích nhiệt cũng cho thấy silica gia
tăng độ bền nhiệt cho vật liệu phủ [53].
Nghiên cứu của Boris Forsthuber và cộng sự (2013) cho thấy: Hydroxybenzotriazole (BTZ) có thể phối hợp với TiO 2 để bảo vệ lớp phủ Acrylic cho gỗ khi
sử dụng trong môi trường có nguồn tia UV lớn. Các kết quả thực nghiệm cho thấy,
BTZ có mặt trong chất phủ giúp cho gỗ tránh khỏi sự tác động của quá trình quang
hóa, TiO2 giúp bảo vệ màng phủ vì giữ cho màng phủ có điểm thủy tinh hóa khá
cao. Từ các kết quả thực nghiệm, nhóm tác giả cũng xây dựng được mô hình cho
phép xác định và dự đoán chính xác tốc độ quang hóa các chất phủ trong [37].
Mahr M.S và cộng sự (2013) đã nghiên cứu sử dụng vật liệu nano ZnO để gia
tăng tính chống chầy xước và ma sát cho vật liệu phủ PU. Kết quả cho thấy, với 5%
ZnO, có thể gia cường khả năng chống chầy xước cho chất phủ PU 1 thành phần lên
gấp hơn 3 lần so với chất phủ thuần túy [43].
Yixing Tang (2013) đã sử dụng vật liệu nano TiO 2 để sản xuất sơn PU có khả
năng kháng khuẩn và tự làm sạch. Trong nghiên cứu, tác giả đã tổng hợp sơn PU-


nhất khi cho SiO2 vào chất phủ PU ở nồng độ 3% [62].
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
1.3.2.1. Các công trình nghiên cứu về chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ
Nguyễn Thị Kim Loan (2016) đã nghiên cứu một số yếu tố công nghệ trang
sức vật liệu gỗ bằng sơn Alkyde. Trong nghiên cứu tác giả đã tiến hành trang sức bề
mặt ván ghép thanh bằng sơn Alkyde ở 3 mức độ nhớt là: 18s; 21s; 24s và 3 mức áp
2

2

2

suất phun là: 2 kg/cm ; 3,5 kg/cm ; 5 kg/cm . Kết quả cho thấy khi trang sức ở độ
2

nhớt 21s và áp suất 3,5 kg/cm chất lượng màng sơn đạt tối ưu nhất, cụ thể là: Khi
phun ở độ nhớt 21s độ bám dính màng sơn đạt 1 điểm; Độ cứng đạt 2,3H; Độ bền
uốn đạt cấp 1 tương ứng đường kính trục 1 mm; Độ bóng đạt 71,7%; Thời gian khô
bề mặt là 2,1 giờ và thời gian khô hoàn toàn là 20,4 giờ. Khi phun ở áp suất 3,5
2

kg/cm : Độ bám dính màng sơn đạt 1 điểm; Độ cứng đạt 2,2 H; Độ bền uốn đạt 1;

11


Độ bóng đạt 71,5%; Thời gian khô bề mặt là 2,05 giờ và thời gian khô hoàn toàn là
20,3 giờ [17].
Phạm Thị Ánh Hồng, Cao Quốc An, Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2016) đã
nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhớt chất phủ polyurethane (PU) đến chất lượng của

12


nồng độ 0,1%, TiO2 có kích thước nhỏ hơn 100 nm nồng độ 0,1%, và nanoclay
hydrophilic nồng độ 0,5% cho hiệu lực phòng chống tốt với nấm mục [3].
Bùi Văn Ái, Nguyễn Duy Vượng, Hoàng Trung Hiếu (2015) đã nghiên cứu
khả năng nâng cao độ ổn định kích thước của gỗ bằng sơn PU phân tán vật liệu
nano. Trong nghiên cứu nhóm tác giả đã dùng sơn PU phân tán vật liệu TiO2 kích
thước 21 nm, nhỏ hơn 100 nm, và sự kết hợp của TiO2 với 02 loại vật liệu nanoclay
phủ mặt gỗ Keo lai và gỗ Bồ đề. Kết quả cho thấy, màng phủ khi được phân tán vật
liệu nano nâng cao không nhiều độ ổn định kích thước gỗ [4].
Nguyễn Ngọc Tú Hương (2015) đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại hạt
nano đến biến đổi hóa học của lớp phủ Acrylic trong môi trường thời tiết nhân tạo.
Trong nghiên cứu tác giả đã phân tán các hạt nano R-TiO 2 và ZnO trong nước cất
bằng thiết bị siêu âm TPC-15 còn Texanol được phân tán trong nhũ tương acrylic
AC-261. Sau 1 giờ rung siêu âm, hai hỗn hợp này được pha trộn với nhau và tiếp tục
rung siêu âm thêm 3 giờ. Kết quả cho thấy, dưới tác động của môi trường thời tiết
nhân tạo đã xảy ra sự thay đổi các nhóm chức hóa học trong lớp phủ. Các liên kết CH ankan và C-O este giảm dần trong đó các liên kết C-H ankan giảm mạnh nhất,
đồng thời có sự gia tăng của các nhóm hydroxyl, C=O của nhóm axit cacboxylic và
nhóm C=C đặc trưng của các sản phẩm oxy hóa quang; Các hạt nano R-TiO 2 ở các
nồng độ khảo sát (1-6%) đều có các dụng bảo vệ quang cho chất nền. Các hạt nano
R-TiO2 ở nồng độ 2% có tác dụng ổn định quang tốt nhất. Trong khi, các hạt ZnO
gây suy giảm cho chất nền polyme [15].
Tô Thị Xuân Hằng và cộng sự (2015), đã nghiên cứu khả năng chống tia UV
của lớp phủ PU bằng nano ZnO biến tính với silan. Sự suy thoái của lớp phủ PU có
nano ZnO ở nồng độ 0,1% và các lớp phủ PU có nano ZnO-APS ở hai nồng độ 0,1
và 0,5% trong quá trình thử QUV được đánh giá bởi phép đo độ bóng và quang phổ
trở kháng điện hóa. Bề mặt phủ sau khi thử QUV được quan sát bằng SEM. Kết quả
cho thấy nano ZnO-APS có cấu trúc hình cầu với kích thước hạt khoảng 10-15 nm.
Nano ZnO cải thiện độ bền UV của lớp phủ PU và xử lý bề mặt bằng APS tăng