Luận án tiến sĩ: Nâng cao tính kỵ nước và chống tia UV cho gỗ bồ đề Styrax tonkinensis

Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu nâng cao tính kỵ nước và chống tia UV cho gỗ bồ đề Styrax Tonkinensis bằng công nghệ phủ ZnO hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Văn Huyến
• Người hướng dẫn: PGS. Vũ Mạnh Tường
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Chế biến Lâm sản
• Đề tài: Nâng cao tính kỵ nước và chống tia UV cho gỗ Bồ đề bằng công nghệ phủ ZnO
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TRANG THÔNG TIN NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ MẶT HỌC THUẬT, LÝ LUẬN CỦA LUẬN ÁN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Công nghệ và vật liệu nano trong cải thiện chất lượng gỗ
• 1.2. Cải thiện tính chất cơ lý gỗ
• 1.3. Tạo hiệu ứng bề mặt gỗ
• 1.4. Tạo tính năng diệt khuẩn và tự làm sạch cho gỗ
• 1.5. Cải thiện tính năng chống chịu thời tiết cho gỗ
• 1.6. Cải thiện tính năng chậm cháy cho gỗ
• 1.7. Nghiên cứu ngoài nước về phương pháp biến tính gỗ bằng công nghệ nano
• 1.8. Các nghiên cứu xử lý tạo compozit gỗ-vật liệu vô cơ
• 1.9. Các nghiên cứu xử lý tạo lớp phủ micro/nano vô cơ trên bề mặt gỗ
• 1.10. Nghiên cứu trong nước về phương pháp biến tính gỗ bằng công nghệ nano
• 1.11. Kết luận rút ra từ tổng quan
• 1.12. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.12.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.12.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.13. Những đóng góp mới của luận án
• 1.14. Ý nghĩa của luận án
• 1.14.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.14.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Cách tiếp cận và nội dung nghiên cứu
• 2.3.1. Nghiên cứu khả năng phủ ZnO để nâng cao tính kỵ nước và chịu UV cho gỗ Bồ đề
• 2.3.2. Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện xử lý a xít stearic cho màng ZnO trên gỗ Bồ đề
• 2.3.3. Nghiên cứu nâng cao khả năng duy trì tính năng siêu kỵ nước của gỗ Bồ đề bằng phương pháp phủ kết hợp epoxy và ZnO
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp lý thuyết
• 2.4.2. Phương pháp thực nghiệm
• 2.4.3. Kiểm tra tính chất và phân tích số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Thành phần hóa học của gỗ
• 3.2. Công nghệ và vật liệu nano
• 3.3. Hiện tượng kỵ nước trong tự nhiên và lý thuyết thấm ướt
• 3.3.1. Hiện tượng kỵ nước trong tự nhiên
• 3.3.2. Lý thuyết thấm ướt bề mặt
• 3.4. Đặc điểm của nano ZnO
• 3.5. Đặc điểm gỗ Bồ đề
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Khả năng phủ ZnO để nâng cao tính kỵ nước và chịu UV cho gỗ Bồ đề
• 4.1.1. Cấu trúc hiển vi của lớp phủ ZnO trên gỗ Bồ đề
• 4.1.2. Cấu trúc tinh thể của lớp phủ ZnO trên gỗ Bồ đề
• 4.1.3. Tính năng kỵ nước của gỗ Bồ đề phủ ZnO
• 4.1.4. Tính năng chịu ẩm của gỗ Bồ đề phủ ZnO
• 4.1.5. Tính năng chịu nước của gỗ Bồ đề phủ ZnO
• 4.1.6. Tính năng chịu UV của gỗ Bồ đề phủ ZnO qua độ bền màu
• 4.1.7. Khả năng chống bám bẩn bề mặt của gỗ Bồ đề phủ ZnO
• 4.2. Tối ưu hóa điều kiện xử lý a xít stearic cho màng ZnO trên gỗ Bồ đề
• 4.2.1. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến góc tiếp xúc (WCA)
• 4.2.2. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến hiệu quả cách ẩm (MEE)
• 4.2.3. Ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến hiệu suất chống hút nước (WRE)
• 4.3. Tối ưu hóa điều kiện xử lý a xít stearic cho gỗ Bồ đề phủ ZnO
• 4.4. Nâng cao khả năng duy trì tính năng siêu kỵ nước của gỗ Bồ đề bằng phương pháp phủ kết hợp epoxy và ZnO
• 4.4.1. Cấu trúc hiển vi của lớp phủ epoxy kết hợp ZnO trên gỗ Bồ đề
• 4.4.2. Cấu trúc tinh thể của lớp phủ epoxy kết hợp ZnO trên gỗ Bồ đề
• 4.4.3. Tính năng kỵ nước của gỗ Bồ đề phủ epoxy kết hợp ZnO
• 4.4.4. Tính năng chịu UV của gỗ Bồ đề phủ epoxy kết hợp ZnO qua độ bền màu
• 4.5. Đề xuất quy trình công nghệ phủ gỗ Bồ đề bằng ZnO
• 4.5.1. Quy trình công nghệ phủ ZnO cho gỗ Bồ đề bằng phương pháp thủy nhiệt
• 4.5.2. Quy trình công nghệ phủ ZnO cho gỗ Bồ đề bằng phương pháp phun
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ và vật liệu nano trong cải thiện chất lượng gỗ

Công nghệ nano đã trở thành một trong những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, mang lại nhiều ứng dụng đột phá trong các ngành công nghiệp. Vật liệu nano được xem là 'vật liệu của thế kỷ 21' nhờ vào các tính chất vượt trội như hiệu ứng kích thước lượng tử, hiệu ứng bề mặt và khả năng tạo ra các tính năng mới. Trong lĩnh vực xử lý gỗ, việc kết hợp công nghệ nano với khoa học gỗ đã mở ra hướng đi mới, giúp cải thiện các tính chất vốn có của gỗ và tạo ra các tính năng đặc thù như chống thấm nước, chống tia UV, và tự làm sạch. Các vật liệu nano như ZnO, TiO2, và SiO2 đã được ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng tăng cường độ bền cơ học, tính ổn định kích thước và khả năng chống chịu thời tiết.

1.1. Ứng dụng của vật liệu nano trong cải thiện tính chất gỗ

Vật liệu nano như ZnO và TiO2 đã được sử dụng để cải thiện các tính chất cơ lý của gỗ. Ví dụ, nano ZnO có khả năng hấp thụ tia UV mạnh, giúp bảo vệ gỗ khỏi tác hại của ánh sáng mặt trời. Nano TiO2 được ứng dụng trong phương pháp sol-gel để tẩm vào gỗ, giúp giảm độ co rút thể tích và tăng độ ổn định kích thước lên đến 60%. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng vật liệu nano có thể tạo ra các hiệu ứng như tự làm sạch và kháng khuẩn, giúp kéo dài tuổi thọ của gỗ trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt.

1.2. Công nghệ phủ ZnO trong xử lý gỗ

Công nghệ phủ ZnO đã được nghiên cứu và ứng dụng để nâng cao tính kỵ nước và chống tia UV cho gỗ. ZnO là một vật liệu vô cơ có khả năng tạo ra lớp phủ với cấu trúc micro/nano, giúp gỗ đạt được tính siêu kỵ nước tương tự như bề mặt lá Sen. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng lớp phủ ZnO không chỉ cải thiện khả năng chống thấm nước mà còn tăng cường khả năng chịu tia UV, giúp gỗ bền màu và ổn định hơn trong điều kiện ngoài trời. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc bảo vệ gỗ và mở rộng phạm vi ứng dụng của gỗ trong các lĩnh vực như xây dựng và trang trí nội thất.

II. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phủ ZnO cho gỗ Bồ đề

Gỗ Bồ đề là một loại gỗ tự nhiên có giá trị kinh tế cao nhưng thường bị hạn chế trong việc sử dụng ngoài trời do khả năng chống thấm nước và chịu tia UV kém. Công nghệ phủ ZnO đã được nghiên cứu để khắc phục những hạn chế này, giúp nâng cao tính kỵ nước và chống tia UV cho gỗ Bồ đề. Nghiên cứu đã tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện xử lý, bao gồm nồng độ dung dịch và thời gian phủ, để đạt được hiệu quả tối đa. Kết quả cho thấy lớp phủ ZnO không chỉ cải thiện khả năng chống thấm nước mà còn tăng cường độ bền màu của gỗ khi tiếp xúc với tia UV.

2.1. Tối ưu hóa điều kiện xử lý a xít stearic cho màng ZnO

Nghiên cứu đã tiến hành tối ưu hóa các điều kiện xử lý a xít stearic để tăng cường hiệu quả của lớp phủ ZnO trên gỗ Bồ đề. Kết quả cho thấy việc điều chỉnh nồng độ dung dịch và thời gian xử lý có ảnh hưởng đáng kể đến góc tiếp xúc nước (WCA) và hiệu quả cách ẩm (MEE). Các thí nghiệm đã xác định được điều kiện tối ưu để đạt được tính siêu kỵ nước với góc tiếp xúc nước lớn hơn 150°, giúp gỗ Bồ đề có khả năng chống thấm nước vượt trội.

2.2. Phương pháp phủ kết hợp epoxy và ZnO

Để nâng cao khả năng duy trì tính siêu kỵ nước của gỗ Bồ đề, nghiên cứu đã áp dụng phương pháp phủ kết hợp epoxy và ZnO. Kết quả cho thấy lớp phủ kết hợp này không chỉ cải thiện khả năng chống thấm nước mà còn tăng cường độ bền của lớp phủ khi tiếp xúc với các tác động cơ học và môi trường. Phương pháp này đã mở ra hướng đi mới trong việc bảo quản gỗ và kéo dài tuổi thọ sử dụng của gỗ trong các điều kiện khắc nghiệt.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu đã đạt được những kết quả đáng kể trong việc nâng cao tính kỵ nước và chống tia UV cho gỗ Bồ đề thông qua công nghệ phủ ZnO. Các kết quả phân tích cấu trúc hiển vi và tinh thể của lớp phủ ZnO đã chứng minh hiệu quả của phương pháp này trong việc tạo ra bề mặt siêu kỵ nước và bền màu. Nghiên cứu cũng đã đề xuất quy trình công nghệ phủ ZnO bằng phương pháp thủy nhiệt và phun, giúp đơn giản hóa quá trình sản xuất và ứng dụng trong thực tế.

3.1. Đề xuất quy trình công nghệ phủ ZnO

Nghiên cứu đã đề xuất quy trình công nghệ phủ ZnO cho gỗ Bồ đề bằng hai phương pháp chính: thủy nhiệt và phun. Phương pháp thủy nhiệt cho phép tạo ra lớp phủ với cấu trúc micro/nano đồng đều, trong khi phương pháp phun giúp tối ưu hóa thời gian và chi phí sản xuất. Cả hai phương pháp đều đạt được hiệu quả cao trong việc nâng cao tính kỵ nước và chống tia UV cho gỗ, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gỗ.

3.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu không chỉ mang lại những đóng góp quan trọng về mặt khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn. Việc ứng dụng công nghệ phủ ZnO giúp nâng cao giá trị sử dụng của gỗ Bồ đề, mở rộng phạm vi ứng dụng trong các lĩnh vực như xây dựng, trang trí nội thất và sản xuất đồ gỗ. Đồng thời, nghiên cứu cũng góp phần bảo vệ tài nguyên gỗ và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.