CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1. Khái quát chung về sơn Polyurethane Sơn Polyurethane (PU) là các polyme có chứa nhóm chức Urethane: N C O H O PU là sản phẩm được tạo ra từ phản ứng giữa nhóm Isocyanate (-NCO) với Hydro linh động (-H) của rượu đa chức (Polyol), amin, urê, amid, este, ête. Tùy theo thành phần nguyên liệu dầu và khả năng đóng rắn, sơn PU gồm các loại sau: PU 2 thành phần đóng rắn nguội; PU 1 thành phần đóng rắn nóng; PU 1 thành phần đóng rắn bằng hơi ẩm không khí; Urethane Alkyde 1 thành phần khô tự nhiên; Urethane Alkyd gốc nước, khô sấy nóng 1 thành phần …[29].
Thực tế hiện nay sơn PU dùng để trang sức cho gỗ và sản phẩm từ gỗ chủ yếu là sơn PU 2 thành phần gốc dung môi. Vì vậy, trong Luận án chỉ giới thiệu về thành phần, đặc tính và phạm vi sử dụng của sơn PU 2 thành phần. Khái niệm về sơn PU 2 thành phần: Sơn PU 2 thành phần là loại sơn tổng hợp gồm 2 thành phần (thành phần A và thành phần B) để tách rời nhau, khi sử dụng mới tiến hành phối trộn chúng theo quy định của nhà sản xuất. Thành phần A: Là một rượu đa chức (polyol) đồng thời là một polyeste hay polyete, đó là một phần của polyol tiếp nhận sự pha màu, có tính nhựa, dung môi.
Thành phần B: Là một chất phản ứng rất nhạy, đó là một polyisocyanate, thường gọi là chất đóng rắn. Thành phần polyol phải hoàn toàn khô, nếu không nó sẽ thoát ra những bọt bong bóng, để lại vết trên màng và làm giảm chất lượng màng sơn. Polyisocyanate rất nhạy cảm với nước, dễ bị keo kết, thoát ra những bọt khí 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 luan an - 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 [16]. - 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 của sơn PU ở nhiệt độ 18-200C là 8-24h, ở nhiệt độ 600C là 5h. Dung môi thường dùng để hòa tan sơn PU là Ketone, Ester, Ether, Hydrocacbin thơm.
Lựa chọn một loại dung môi hoặc hỗn hợp một số loại dung môi phụ thuộc vào đặc tính của từng loại polyureathane [7], [8]. Một số sản phẩm gỗ trang sức bằng sơn PU 4 luan an 1. Đặc tính của vật liệu nano TiO 2 TiO2.là một vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như: Sơn, nhựa, giấy, mỹ phẩm, dược phẩm. Trong lĩnh vực công nghệ nano, thật khó tìm thấy một loại vật liệu nào lại có nhiều ứng dụng quý giá, thậm chí không thể thay thế như vật liệu nano TiO2.
Nano TiO2 là vật liệu có tính năng quang xúc tác. Khi được chiếu ánh sáng, nano TiO2 trở thành một chất oxy hóa khử mạnh nhất trong số những chất đã biết (gấp 1,5 lần ozôn, gấp hơn 2 lần clo) là những chất thông dụng vẫn được dùng trong xử lý môi trường. Điều này tạo cho vật liệu nhiều ứng dụng phong phú, đa dạng và quý giá. TiO2 có thể phân hủy được các chất độc hại bền vững như điôxin, thuốc trừ sâu, benzen,… cũng như một số loại virus, vi khuẩn gây bệnh với hiệu suất cao hơn so với các phương pháp khác.
Dưới tác dụng của ánh sáng, nano TiO2 trở nên kỵ nước hay ái nước tùy thuộc vào công nghệ chế tạo. Khả năng này được ứng dụng để tạo ra các bề mặt tự tẩy rửa không cần hóa chất hoặc tác động cơ học hoặc các thiết bị làm lạnh không cần điện. Khả năng quang xúc tác mạnh của nano TiO2 còn đang được nghiên cứu ứng dụng trong pin nhiên liệu và xử lý CO2 gây hiệu ứng nhà kính. Nano TiO2 kháng khuẩn bằng cơ chế thủy phân, tác động vào vi sinh vật như phân hủy một số hợp chất hữu cơ.
Vì vậy, nó tránh được hiện tượng “nhờn thuốc” và là một công cụ hữu hiệu chống lại sự biến đổi gen của vi sinh vật gây bệnh. Nano TiO2 hoạt động theo cơ chế xúc tác nên bản thân không bị tiêu hao, nghĩa 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 TiO2 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. Có khả năng hấp thụ tia cực tím: Sự hấp thụ tia cực tím của các hạt nano TiO2 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 luan an 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 khoảng 210 10m2. Như vậy, chỉ cần một lượng nhỏ hạt nano đã cho hiệu quả biến tính như mong muốn.
Có khả năng tiêu diệt nấm mốc: Ngoài những tính năng ưu việt trên, hạt nano TiO2 còn có 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 sản sinh ra những loại nội tố có thể tiếp tục tiêu diệt nấm mốc cho vật liệu. Giá thành rẻ: Giá thành của hạt nano TiO2 trên thị trường hiện nay cũng khá rẻ, hạt nano TiO2 có kích thước từ 0 - 40nm có giá khoảng 25÷60 USD/kg, còn hạt nano có kích thước từ 40 - 80nm thì chỉ có giá khoảng 16 ÷ 30USD/kg. Chính nhờ những tính năng ưu việt trên mà hạt nano TiO2 hiện đang được sử dụng khá phổ biến trong ngành công nghiệp chế biến gỗ [20]. Với những lý do trên, trong Luận án tác giả đã lựa chọn vật liệu nano TiO2 bổ sung vào sơn PU để nâng cao chất lượng màng trang sức trên bề mặt gỗ.
Tổng quan nghiên cứu về trang sức bề mặt sản phẩm gỗ và ứng dụng vật liệu nano để nâng cao chất lượng sơn dùng cho đồ gỗ Trang sức bề mặt gỗ là công đoạn cuối cùng của quy trình sản xuất đồ gỗ với mục đích là làm tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm và hạn chế những tác động xấu từ môi trường, vi sinh vật, từ đó nâng cao được tuổi thọ sử dụng và giá trị về kinh tế cho sản phẩm gỗ. Ngoài ra, bề mặt gỗ sau khi trang sức dễ vệ sinh hơn [7], [8], [40]. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1. Các công trình nghiên cứu về trang sức bề mặt sản phẩm gỗ Trang sức bề mặt gỗ đã được tiến hành từ rất lâu.
Cho đến nay, công nghệ này đã rất phát triển ở rất nhiều nước trên thế giới, cụ thể đã có các nhà khoa học nghiên cứu về các thành tựu trang sức bề mặt gỗ và các công trình này đã được ứng dụng ở rất nhiều nước. Abdullah Sonmez và cộng sự (2009) đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm gỗ đến độ bền bám dính của lớp phủ. Trong nghiên cứu nhóm tác giả đã sử dụng gỗ Thông, gỗ Beech, và gỗ Sồi ở 3 cấp độ ẩm 8%, 12%, 15% được phủ 3 loại sơn bóng: NC, PU 2 thành phần và sơn PU gốc nước. Theo kết quả nghiên cứu cho 6 luan an 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.