Nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn Polyurethane (PU) phân tán Nano TiO2

MỞ ĐẦU
Gỗ là vật liệu dị hướng dễ bị thay đổi màu sắc, kích thước dưới tác động của mơi 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.
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 khơ 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 khơng cao. Để khắc phục nhược điểm trên, một số nhà khoa học đã
nghiên cứu nâng cao chất lượng màng sơn PU bằng một số vật liệu nano như SiO 2, ZnO,
TiO2,… Phần lớn kết quả 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.
Titanium dioxide (TiO2).là một vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, màu trắng, từ lâu đã
được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như: Sơn, nhựa, giấy, mỹ phẩm, dược
phẩm... Đây là vật liệu không độc hại, thân thiện với mơi trường, có tính ổn định hóa học
cao, có khả năng kháng khuẩn, diệt nấm mốc và tự làm sạch bề mặt và chống được tia UV,
có khả năng kháng ẩm, cải thiện độ bền bám dính, độ bền va đập có tác dụng làm sạch
khơng khí, làm sạch nước và có giá thành thấp.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi tiến hành nghiên cứu Luận án: "Nâng cao chất lượng
trang sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn Polyurethane (PU) phân tán nano TiO2”. Với những
tính năng vượt trội của nano TiO2, trong Luận án tác giả đã phối trộn vật liệu nano TiO2 với sơn
PU thông qua dung môi phân tán nhằm cải thiện một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức trên
bề mặt gỗ, từ đó nâng cao giá trị và mở rộng phạm vi sử dụng cho sản phẩm gỗ.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.1. 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.
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; Lớp phủ bền vững với sự bào
mịn, nước, nhiệt, mơi trường xung quanh; Độ cứng cao; Có khả năng chịu mài mịn tốt; Sơn
PU có khả năng pha chế với nhiều màu sắc. Tuy nhiên, sơn PU có một số nhược điểm: 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; Lớp phủ không bền vững với ánh sáng. 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 .
1.2. Đặc tính của vật liệu nano TiO2
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... Nano TiO2 là vật liệu có tính năng
quang xúc tác. Nano TiO2 kháng khuẩn bằng cơ chế thủy phân, tác động vào vi sinh vật như
phân hủy một số hợp chất hữu cơ. Nano TiO2 hoạt động theo cơ chế xúc tác nên bản thân
không bị tiêu hao. Bản thân nano TiO2 không độc hại, là chất trơ về mặt hóa học và sinh
học. Ngồi ra, hạt nano TiO2 cịn có khả năng hấp thụ tia cực tím, có tính năng tiêu diệt nấm
mốc,... Do đó, 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.
1.3. 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
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
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. 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. Khi trọng
lượng hạt nano tăng thì sức căng, mơ 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. Các kết quả nghiên cứu cho
thấy, vật liệu TiO2 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 TiO2 thuần túy, với hàm lượng thêm vào từ 0,5% đến 1% [51].
Yixing Tang (2013) đã sử dụng vật liệu nano TiO2 để sản xuất sơn PU có khả năng
kháng khuẩn và tự làm sạch. Trong nghiên cứu, tác giả đã tổng hợp sơn PU-TiO2 đi từ tiền
chất 4,4′-methylenebis (cyclohexylisocyanate) và Poly tetrahydrofuran ở tỷ lệ mol 2: 1 được
hòa tan trong dung môi THF với DBTDL làm chất xúc tác, phản ứng được giữ ở 60 ºC trong
2 giờ. Kết quả cho thấy, nano TiO2 có khả năng phân tán đều trong dung dịch PU khơng có
sự lắng đọng và kết tụ. Các tính chất của màng phủ PU-TiO2 đều được cải thiện đáng kể so
với màng PU thuần túy [61].

2


1.3.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Bùi Văn Ái và cộng sự (2015) đã nghiên cứu hiệu lực phòng chống nấm mục và côn
trùng hại gỗ của sơn PU có phân tán nano TiO2, SiO2, ZnO, nanoclay. Gỗ Bồ đề Styrax
tonkinensis được sơn phủ bằng sơn PU có phân tán nano được khảo nghiệm đánh giá hiệu lực
phòng chống nấm mục Pleurotus otreatus và mối nhà Coptotermes gestroi. Kết quả cho thấy,
sơn PU phân tán nano TiO2, ZnO và nanoclay cho hiệu lực phòng chống mối tốt; sơn PU sau
khi phân tán nano ZnO 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].
Nguyễn Thiên Vương và cộng sự (2016) đã nghiên cứu ứng dụng hạt nano chế tạo hệ
sơn nước cách nhiệt phản xạ ánh sáng mặt trời, bền thời tiết. Để nâng cao tính chất cơ học,
tính ổn định nhiệt độ, tính chống chịu thời tiết và tính chất kháng khuẩn của lớp phủ PU trên

cơ sở nhựa Acrylic bằng cách thêm hạt nano titanium rutile (R-TiO2). Kết quả cho thấy, các
hạt nano được phân tán một cách đồng nhất vào tồn bộ thể tích của lớp phủ; Độ bền va đập
của màng sơn nano tăng từ 120 đến 145 kg cm và tăng độ bám dính từ mức 1 xuống mức 0;
lớp phủ nano compozite chứa 2% hạt nano R-TiO2 với độ dày 30 µm có thể che chắn xấp xỉ
94% tia UV trong vùng 230 đến 400 nm; Kết hợp 2% trọng lượng hạt nano TiO2 vào lớp phủ
giảm nồng độ vi khuẩn xuống 6,1% sau 60 phút nuôi cấy [30], [56];
Cao Quốc An, Lý Tuấn Trường (2017) đã nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung môi
phân tán nano đến chất lượng màng sơn PU-nano TiO2. Nhóm tác giả đã sử dụng 3 loại dung
mơi Toluene, Etylacetate, Acetone để phân tán nano TiO2 cho vào sơn PU bóng, PU mờ tự
tạo từ nhựa Alkyde và sơn phủ trên ván ghép thanh và ván MDF. Kết quả cho thấy, chất
lượng của màng sơn có nano cải thiện đáng kể so với mẫu đối chứng. Dung môi phân tán có
ảnh hưởng đáng kể đến độ bóng của màng sơn. Độ bóng của màng sơn PU khi dùng
Etylacetate để phân tán nano vào sơn cao hơn độ bóng của màng sơn khi dùng dung môi
Axetone, Toluene phân tán. Các loại dung mơi sử dụng trong nghiên cứu ít ảnh hưởng đến
một số tính chất của màng sơn như: Độ bền axít, kiềm, nước, độ bám dính, độ mài mịn, độ
cứng và khả năng chịu tia UV chênh lệch không đáng kể [2].
Bùi Văn Ái, Nguyễn Thị Hằng, Hoàng Trung Hiếu, Hoàng Thị Tám, Bùi Thị Thủy
(2017), đã nghiên cứu khả năng bảo vệ màu sắc gỗ của sơn PU chứa vật liệu nano TiO 2, ZnO
và nanoclay hydrophilic. Các mẫu gỗ sau khi được sơn phủ và đặt trên giá phơi ở điều kiện tự
nhiên trong vòng 12 tháng, định kỳ đo đạc, lấy số liệu Kết quả cho thấy, sơn PU phân tán nano
TiO2 (nhỏ hơn 100 nm) 0,1%, nano TiO2 (21 nm) 0,1%, nano ZnO 0,1% và nanoclay
hydrophilic 0,1% đã làm giảm đáng kể hiện tượng biến màu cho gỗ: Tỷ lệ thay đổi màu sắc ΔE
(%) của cả gỗ Bồ đề và gỗ Keo lai đã được sơn phủ bằng PU chứa vật liệu nano đều nhỏ hơn
12%, mẫu sơn bằng PU thông thường đạt 18%, mẫu đối chứng không phủ mặt đạt trên 30% [5].
Lưu Minh Đại, Phạm Ngọc Chức, Đoàn Trung Dũng, Đào Ngọc Nhiệm (2018) đã
nghiên cứu đặc trưng và tính chất của màng sơn PU chứa nano CeO2-TiO2. Trong nghiên
cứu này, các hạt nano CeO2-TiO2 đã được áp dụng để cải thiện tính chất hấp thụ cực tím
(UV) của màng mỏng polyurethane. Kết quả cho thấy, khả năng tạo màng, ngoại quan màng
phủ, độ cứng, độ bám dính, độ bền va đập gần như không bị ảnh hưởng khi chứa hạt nano
CeO2-TiO2 nhỏ hơn hoặc bằng 2%; độ trầy xước không thay đổi khi CeO2-TiO2 nhỏ hơn

hoặc bằng 1%. Các mẫu chứa 0,2% nano CeO2-TiO2 cho thấy khả năng chống biến màu tốt
nhất và ít ảnh hưởng đến độ bóng của sơn [12].
1.4. Định hướng nghiên cứu của Luận án
1.4.1. Phân tích và đánh giá về các cơng trình nghiên cứu
Qua các cơng trình nghiên cứu trên thế giới và trong nước cho ta thấy, các nhà khoa
học chủ yếu tập trung nghiên cứu về lĩnh vực sử dụng vật liệu nano để nâng cao chất lượng
sơn PU, AC, Alkyde... dùng cho một số vật liệu như đồ gỗ, bê tông, kim loại,... Trong
nghiên cứu các tác giả đã sử dụng một số loại nano SiO2, TiO2, ZnO,... ở các nồng độ khác
nhau cho vào sơn thông qua dung môi hữu cơ bằng phương pháp khuấy trộn siêu âm, thiết
bị khuấy từ hoặc thiết bị khuấy trộn cắt nhanh với tốc độ cao hoặc tạo dung dịch sol nano từ
tiền chất hoặc bổ sung nano vào trong quá trình sản xuất sơn. Kết quả cho thấy, các hạt nano
phân tán đều trong sơn và đa phần các tính chất của màng sơn có chứa nano đều tốt hơn so
với màng sơn đối chứng. Tuy nhiên, các cơng trình nghiên cứu về lĩnh vực sử dụng vật liệu

3


nano cho vào chất phủ và kỹ thuật sơn phủ cho đồ gỗ nhằm cải thiện chất lượng màng sơn
còn rất ít. Mặt khác, các cơng trình nghiên cứu này chủ yếu chỉ công bố kết quả, chưa làm
rõ được cơ sở khoa học của vấn đề nghiên cứu. Do đó, việc nghiên cứu một số yếu tố cơng
nghệ nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn PU kết hợp với vật liệu
nano TiO2 là rất cần thiết và có ý nghĩa.
1.4.2. Định hướng nghiên cứu của Luận án
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời thời gian phân tán nano TiO2 đến một
số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất và tốc độ phun sơn PU kết hợp với nano TiO2 đến
một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức.
1.5. Đối tượng nghiên cứu
- Phối trộn sơn PU với vật liệu nano TiO2;
- Kỹ thuật phun sơn PU kết hợp với nano TiO2.

1.6. Phạm vi nghiên cứu
1.6.1. Các yếu tố cố định
- Sản phẩm gỗ nguyên được làm từ gỗ Keo lai có độ tuổi 14 năm khai thác tại huyện
Lương Sơn, Hịa Bình; Độ ẩm của gỗ là 10±2%; Độ nhẵn của gỗ là 8;
- Loại sơn PU 2 thành phần gồm sơn lót, sơn bóng dùng trong nội thất; Dung mơi
Butyl acetate có độ tinh khiết 99,5% mua tại Hà Nội;
- Loại hạt nano TiO2 có kích thước 40 nm dạng Rutile sản xuất tại Chiết Giang, Trung
Quốc có độ tinh khiết 98%;
- Chất hoạt động bề mặt Linear alkyl benzen sunfonic acid (Las) có hàm lượng 96%
mua tại Hà Nội;
- Phân tán nano bằng sóng siêu âm kết hợp với thiết bị khuấy từ; Tốc độ phân tán:
400-600 vòng/phút; Phân tán nano ở nhiệt độ thường;
- Sử dụng phương pháp phun khí nén bằng máy phun sơn tự động Mito K01 gồm 4
súng phun loại nhỏ; Hướng phun 2 chiều;
- Phương pháp sấy khô màng trang sức: Sấy khô tự nhiên.
1.6.2. Các yếu tố thay đổi
- Nồng độ hạt nano TiO2: Thực nghiệm ở các nồng độ: 0,05%; 0,1%; 0,15%; 0,2%;
0,25% (so với hàm lượng khơ của sơn PU bóng) và chỉ cho vào sơn PU bóng;
- Thời gian phân tán hạt nano: 1 giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ;
- Áp suất phun: Khi phun sơn bóng PU-TiO2 thay đổi áp suất phun ở 5 cấp độ: 0,1
MPa; 0,14 MPa; 0,18 MPa; 0,22 MPa; 0,26 MPa;
- Tốc độ di chuyển của súng phun: Khi phun sơn bóng PU-TiO2 thay đổi tốc độ súng
phun ở 5 cấp độ: 60 m/phút; 65 m/phút; 70 m/phút; 75 m/phút; 80 m/phút.
1.7. Mục tiêu nghiên cứu
1.7.1. Mục tiêu tổng quát
Xây dựng được cơ sở lý luận và thực tiễn về một số yếu tố công nghệ nâng cao chất
lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn PU kết hợp với vật liệu nano TiO2, từ đó góp
phần nâng cao giá trị sử dụng và mở rộng thị trường tiêu thụ cho sản phẩm gỗ.
1.7.2. Mục tiêu cụ thể
- Xác định được ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán vật liệu nano TiO2 đến

một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức;
- Xác định được ảnh hưởng của áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun đến một
số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức;
- Đề xuất được thông số công nghệ hợp lý nhằm nâng cao chất lượng trang sức bề
mặt sản phẩm gỗ bằng sơn PU.
1.8. Nội dung nghiên cứu
- Tổng hợp các thông tin về sơn PU, vật liệu nano TiO2, phương pháp phân tán nano
vào trong sơn và công nghệ trang sức sản phẩm gỗ;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 đến một số chỉ
tiêu chất lượng màng trang sức;

4


- Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun đến một số chỉ
tiêu chất lượng màng trang sức;
- Phân tích, đánh giá kết quả và đề xuất thông số công nghệ phù hợp để nâng cao chất
lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn PU kết hợp với nano TiO 2.
1.9. Phương pháp nghiên cứu
Ở đây chỉ tóm tắt phương pháp thực nghiệm đa yếu tố ơ thí nghiệm: N = 2n + 2n + 1
2
=2 +2x2+1=9
(1)
Bảng 1.1. Miền thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2
đến một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức
Mức biến đổi
Khoảng
Yếu tố tác động
-
-1

0
+1
+
biến thiên
Nồng độ nano TiO2 (C, %)
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
0,05
Thời gian phân tán (τ, giờ)
1
2
3
4
5
1
Bảng 1.2. Ma trận thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán nano
TiO2 đến một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức
Dạng mã
Dạng thực
Thông số đầu ra
No
Y1
Y2
Y3
Y4
X1
X2
C (%)  (giờ)
1
-1
-1

0,1
2
2
+1
-1
0,2
2
3
-1
+1
0,1
4
4
+1
+1
0,2
4
5
-
0
0,05
3
6
+
0
0,25
3
7
0
-

0,15
1
8
0
+
0,15
5
9
0
0
0,15
3
Sau khi tìm ra được các thông số tối ưu về nồng độ và thời gian phân tán nano TiO 2
vào sơn PU, Luận án tiến hành thực nghiệm đa yếu tố về ảnh hưởng của áp suất và tốc độ di
chuyển của súng phun đến một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức. Số thí nghiệm cũng
được tính theo cơng thức (1.1) : N = 9.
Bảng 1.3. Các chế độ phun sơn PU sau khi phối trộn với nano TiO2
Mức biến đổi
Khoảng
Yếu tố tác động
-
-1
0
+1
+
biến thiên
Áp suất phun (P, MPa)
0,05
0,1
0,15 0,2 0,25

0,05
Tốc độ di chuyển của súng
60
65
70
75
80
5
phun (V, m/phút)
Bảng 1.4. 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
Dạng mã
Dạng thực
Thông số đầu ra
STT X1
X2
P
V
Y1
Y2
Y3
Y4
(MPa) (m/phút)
1
-1
-1
0,14
65
2
+1

-1
0,22
65
3
-1
+1
0,14
75
4
+1
+1
0,22
75
0,1
70
5
-
0
0,26
70
6
+
0
0,18
60
7
0
-
0,18
80

8
0
+
9
0
0
0,18
70

5


1.10. 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
Sản phẩm gỗ
chưa trang sức
Dung môi Butyl
acetate + nano TiO2 +
Las

Xử lý bề mặt sản phẩm
Kiểm tra chất
lượng

Phân tán nano TiO2
trong dung mơi có
chứa chất HĐBM Las

Sơn lót
Kiểm tra
độ đục

Sơn PU
đối chứng

Pha chế
sơn PU

Phối trộn nano TiO2
với sơn PU

Lọc

Sấy khô

Chà nhám

Kiểm tra
chất lượng

Sơn màu
Sấy khô

Đo độ nhớt của sơn
PU và PU-TiO2

Sơn bóng

Sấy khơ
Kiểm tra chất lượng
màng trang sức

Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ phân tán nano TiO2 với sơn PU và quy trình trang sức bề mặt gỗ bằng sơn PU và PU-TiO2


a) Mô tả các bước phân tán nano TiO 2 vào trong sơn bóng PU
Bước 1: Tính tốn lượng nano TiO2, LAS, lượng dung môi Butyl acetate:
- Lượng nano TiO2 và chất HĐBM LAS căn cứ vào tỷ lệ sử dụng để xác định. Tỷ lệ
chất HĐBM LAS và vật liệu nano TiO2 là 1 : 2;
- Lượng dung môi Butyl acetate dùng để phân tán nano TiO2 phải căn cứ vào tỷ lệ
pha sơn và độ nhớt sử dụng để xác định;
Bước 2: Tiến hành phân tán hạt nano TiO2 vào trong dung mơi Butyl acetate đã có
chất HĐBM LAS trong bình chứa thủy tinh bằng thiết bị sóng siêu âm kết hợp với thiết bị
khuấy từ với tốc độ 400-600 vòng/phút theo các chế độ ở bảng 1.4.
Bước 3: Tiếp tục bổ sung phần sơn bóng và cứng PU theo tỷ lệ sử dụng và khuấy đều
bằng máy khuấy từ với tốc độ 200-300 vòng/phút trong 15 phút.
Bước 4: Lọc : Mục đích của cơng đoạn lọc là nhằm bỏ tạp chất có trong sơn. Sơn
được lọc qua lớp vải xô gồm 3 lớp.
Bước 5: Đo độ nhớt của sơn PU và PU kết hợp với nano TiO2 bằng máy đo độ nhớt
SNB-1 trước khi trang sức lên bề mặt gỗ.
b) Mô tả các bước công nghệ trang sức bề mặt gỗ bằng sơn PU và PU-TiO2
Bước 1: Xử lý bề mặt sản phẩm gỗ
- Mục đích: Xử lý bề mặt gỗ nhằm xử lý các khuyết tật và tạo độ phẳng và độ nhẵn bề
mặt trước khi trang sức.
- Yêu cầu chất lượng đạt được: Bề mặt phẳng khơng gợn sóng, khơng xù lơng gỗ, sạch
bụi và đạt độ nhẵn 8 (Rmax nhỏ hơn hoặc bằng 60µm), độ ẩm đạt 10±2%.
- Thông số công nghệ: Đối với sản phẩm gỗ có khuyết tật như nứt, mọt, mắt tiến hành
bả ma tít, sau đó sấy khơ 1giờ và chà nhám bằng loại giấy nhám 120, 180, 240, 320.
- Sau khi chà nhám xong, tiến hành làm sạch bụi gỗ trên bề mặt và kiểm tra chất lượng
bề mặt bằng máy đo độ nhẵn. Sản phẩm đạt chất lượng bề mặt và độ ẩm chuyển sang cơng
đoạn sơn lót.
Bước 2: Tiến hành sơn lót (2 lớp)

- Mục đích: Sơn lót nhằm mục đích tạo ra một lớp nền phẳng tạo điều kiện thuận lợi
cho các lớp sơn tiếp theo có độ nhẵn, bóng và khả năng liên kết cao; giảm thiểu lượng tiêu
hao sơn lớp mặt.
- Yêu cầu chất lượng đạt được: Màng sơn lót phủ đều (độ phủ nhỏ hơn hoặc bằng
100%) và bám dính tốt với bề mặt sản phẩm (độ bám dính đạt cấp độ 0).
- Thông số công nghệ: Pha sơn theo tỷ lệ: Sơn lót (2) + Cứng (1) + Dung mơi (2,5-3)
(theo tỷ lệ khối lượng); Độ nhớt khi phun: 40 mPa.s; Áp suất phun: 0,2 MPa; Tốc độ di
chuyển của súng phun: 70 m/phút; Tốc độ băng tải: 4,8 m/phút; Khoảng cách phun: 20 cm;
Hướng súng phun đi 2 chiều.
Bước 3: Sấy khơ màng sơn lót
- u cầu: Sấy màng sơn lót khơ hồn tồn.
- Các mẫu gỗ sau khi sơn lót xong để hong phơi tự nhiên trên các giá ở nhiệt độ
thường, độ ẩm khơng khí 655%. Sau khi khơ hồn tồn, chuyển sang cơng đoạn chà nhám.
Bước 4: Chà nhám màng sơn lót
- Mục đích: Tiến hành chà nhám để nâng cao độ phẳng, độ nhẵn bề mặt và làm tăng độ
bám dính cho lớp sơn tiếp theo.
- Yêu cầu chất lượng đạt được: Màng sơn phẳng, nhẵn, sạch bụi, khơng bị trầy xước
và tróc bề mặt, khơng bị gợn sóng và kẻ sọc.
- Thơng số cơng nghệ: Màng sơn sau khi sấy khơ hồn tồn tiến hành chà nhám bề mặt
các mẫu bằng máy chà nhám cầm tay, loại giấy nhám 400.
- Sau mỗi lần chà nhám lớp sơn lót tiến hành làm sạch bụi và kiểm tra chất lượng. Sản
phẩm đạt chất lượng chuyển sang công đoạn sơn màu. Sản phẩm chưa đạt đem sơn lót lại,
sấy khô và chà nhám.
Bước 5: Tiến hành sơn màu
- Mục đích: Sơn màu với mục đích tạo màu sắc cho sản phẩm.

7


- Yêu cầu chất lượng đạt được: Bề mặt sản phẩm phải nhẵn và đạt màu so với mẫu

màu chỉ định, bám dính tốt với lớp sơn lót.
- Thơng số cơng nghệ: Tỷ lệ pha sơn: Sơn lót (2) + Cứng (1) + Dung môi (2,5) + tinh
màu (theo tỷ lệ khối lượng); Độ nhớt khi phun: 40 mPa.s; Áp suất phun: 0,2 MPa; Tốc độ di
chuyển của súng phun: 70 m/phút; Tốc độ băng tải: 4,8 m/phút; Khoảng cách phun: 20 cm;
Hướng súng phun đi 2 chiều.
Tỷ lệ tinh màu: Pha màu cánh gián già với màu vàng theo tỷ lệ là 9:1 (theo tỷ lệ khối lượng);
Bước 6: Sấy khơ màng sơn màu
- Mục đích: Sấy màng sơn màu khơ hồn tồn (khơ triệt để 100%) để tránh bị loang
màu màng sơn khi phủ lớp sơn bóng.
- Yêu cầu chất lượng đạt được: Màng sơn nhẵn, sạch bụi và đạt màu so với mẫu màu
chỉ định, không bị bong tróc, trầy xước bề mặt.
- Các mẫu gỗ sau khi sơn màu để hong phơi tự nhiên trên giá ở nhiệt độ thường, độ ẩm
khơng khí 655%. Sản phẩm đạt chất lượng màu chuyển sang công đoạn sơn sơn bóng.
Bước 7: Tiến hành sơn bóng
Trong cơng đoạn này, nghiên cứu đã bổ sung vật liệu nano TiO2 vào sơn PU bóng
thơng qua dung mơi Butyl acetate đã có chất HĐBM Las với mục đích nâng cao một số chỉ
tiêu chất lượng màng trang sức trên bề mặt gỗ.
- Yêu cầu chất lượng sản phẩm: Bề mặt sản phẩm phải trơn nhẵn, bóng, mịn, khơng có
vết trầy xước, bong tróc, bụi dính vào bề mặt.
- Thơng số cơng nghệ: Tỷ lệ pha sơn: Sơn bóng (2) + Cứng (1) + Dung môi (3) (theo tỷ lệ
khối lượng); độ nhớt: 37 mPa.s; Áp suất phun: 0,18 MPa; Tốc độ di chuyển của súng phun: 70
m/phút; Tốc độ băng tải: 4,8 m/phút; Khoảng cách phun: 20 cm; Hướng súng phun đi 2 chiều.
Bước 8: Sấy khơ màng sơn bóng : Tiến hành sấy màng sơn khơ hồn tồn. Cách sấy
tương tự bước 6.
Bước 9: Kiểm tra chất lượng sản phẩm
1.11. Những đóng góp mới của Luận án
- Luận án là cơng trình đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu một cách hệ thống, khoa học
về nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn PU-TiO2;
- Luận án đã sử dụng vật liệu nano TiO2 dạng hạt phân tán bằng dung mơi Butyl
acetate có bổ sung chất hoạt động bề mặt LAS sau đó phân tán vào sơn PU nhằm cải thiện

chất lượng màng trang sức trên bề mặt gỗ như nâng cao khả năng chống tia UV, khả năng
kháng hóa chất, nước và tăng khả năng chịu mài mòn, độ cứng của màng sơn,...;
- Kết quả phổ hấp thụ UV-Vis của nano TiO2 trong dung môi phân tán và UV-Vis của
sơn PU kết hợp với nano TiO2 là một trong những tính mới quan trọng của nghiên cứu;
- Luận án đã xác định được nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 hợp lý để đưa
vào sơn PU, đồng thời cũng xác định được áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun để
trang sức sơn PU-TiO2 lên bề mặt sản phẩm gỗ nhằm cải thiện chất lượng trang sức.
1.12. Ý nghĩa của Luận án
1.12.1. Ý nghĩa khoa học
Xây dựng được cơ sở khoa học về công nghệ nâng cao chất lượng trang sức bề mặt
sản phẩm gỗ bằng sơn PU kết hợp với vật liệu nano TiO 2. Đây sẽ là tiền đề cho các nghiên
cứu tiếp theo về công nghệ trang sức bề mặt và các công nghệ khác cho sản phẩm gỗ.
Các kết quả nghiên cứu sẽ mở ra hướng mới cho công nghệ trang sức bề mặt gỗ đặc
biệt sơn phủ bằng chất phủ lỏng kết hợp với vật liệu nano.
1.12.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc lựa chọn các thông số công nghệ, quy trình,
giải pháp phù hợp để nâng cao chất lượng trang sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn PU kết
hợp với vật liệu nano TiO2. Cơng nghệ này sẽ góp phần nâng cao giá trị sử dụng và mở rộng
thị trường tiêu thụ cho sản phẩm gỗ.

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Cơ chế khô của màng sơn PU
Sự tạo thành màng sơn PU gồm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Dung môi bay hơi;
Giai đoạn 2: Phản ứng tạo mạng của hệ polymer giữa các nhóm chức isocyanate
(NCO) với hydroxyl.
Với sơn một thành phần, ẩm chứa nhóm hydroxyl (OH) trong khơng khí bị hấp phụ và

tương tác lên màng tạo phản ứng khâu mạch hình thành polyurethane. Ngồi ra, có vài loại
sơn PU một thành phần có chất kết dính có thể khơ nhờ nhiệt. Nhiệt độ kích hoạt sự giải
phóng các nhóm isocynate bị bất hoạt để phản ứng với chính polyol trong mạch các phân tử
polymer để tạo mạch.
Sơn hai thành phần: Nhóm OH của các phân tử polyols sẽ phản ứng với các nhóm
NCO của MDI hay polyisocyanate tạo mạng mạch polyurethane trong màng.
2.2. Cấu trúc và tính chất vật lý của hạt nano TiO 2
TiO2 là chất rắn màu trắng, khi đun nóng có màu vàng, khi làm lạnh thì trở lại màu trắng.
Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (nhiệt độ là 1870 oC) [13], [18].
Tinh thể pha rutile và anatase đều có cấu trúc tứ giác và được xây dựng từ các đa diện
phối trí bát diện, trong mỗi bát diện có 1 ion Ti4+ nằm ở tâm và 6 ion O2+ nằm ở 2 đỉnh 4
góc. Trong một ô cơ sở của tinh thể TiO2 pha anatase có 4 ion Ti4+ và 7 ion O2+. Mỗi bát
diện tiếp giáp với 8 bát diện lân cận. Trong một ô cơ sở của tinh thể TiO2 pha rutile có 2 ion
Ti4+ và 4 ion O2+. Qua đó, cho thấy tinh thể TiO2 pha anatase khuyết O nhiều hơn tinh thể
TiO2 pha rutile, dẫn đến ảnh hưởng đến tính chất vật lý của vật liệu.
Độ bền nhiệt: Rutile có độ bề nhiệt động học nhất trong số các dạng tinh thể điển hình
của TiO2. Với anatase và brookite có sự sắp xếp khi nâng nhiệt độ lên 750 oC và 915oC tương
ứng để chuyển thành rutile. Cách biến đổi này là sự ổn định để đạt đến điểm nóng chảy xấp xỉ
1830 oC và 1858 oC.
Độ cứng: Trong thang Moh, vật liệu TiO2 có độ cứng tương đối cao. So với rutile,
anatase có độ cứng theo thang Moh thấp hơn. Anatase được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh
vực đòi hỏi độ cứng thấp hơn. Rutile thường được đưa vào trong nền polyme để cải thiện
một số tính chất như độ bền va đập, độ bề kéo đứt,… [13]
TiO2 rất bền về hóa học, khơng tác dụng với nước, dung dich axít vơ cơ lỗng (trừ HF),
kiềm và axít hữu cơ. Tuy nhiên, TiO2 có thể tác dụng với axít khi đun nóng lâu và với kiềm
mạnh [18], [19].
2.3.Các giả thuyết của sự bám dính
2.3.1.Tác dụng của sức căng bề mặt [7], [8], [9]
Hiện tượng dính kết là kết quả tổng hợp các lực
 23

do sức căng bề mặt. Do bề mặt gỗ có các mao mạch
③
nên chất phủ chui vào các lỗ đó. Mặt khác, khi đưa
chất phủ lên bề mặt gỗ thì tại bề mặt tiếp xúc xuất 
13
②
 12
hiện các lực sức căng bề mặt qua các pha tiếp xúc:
Chất rắn - môi trường, chất rắn - lỏng, chất lỏng ①
mơi trường. Lực bám dính giữa chất phủ và vật
Hình 2.1. Sự bám dính của giọt chất lỏng
dán ở hình 2.1.
trên bề mặt vật rắn:
1- Chất rắn; 2 – chất lỏng; 3 – khơng khí
Để cho giọt chất lỏng giữ lại ở trạng thái
13  12   23 cos 

(2.2)

13  12
 23

(2.3)

=> Cos 

9


cân bằng:

Góc  phụ thuộc vào bản chất của ba thể, nó thay đổi theo trạng thái và độ sạ ch của bề
mặt. Nếu góc căng của thể rắn và thể khí lớn hơn so với thể lỏng thì góc 0 <  < 90o. Khi
13  12   23

(2.4)

cos > 0 giọt chất lỏng có dạng cụp vào, khi đó giọt chất lỏng dính ướt bề mặt chất rắn. Khi
 > 90o tức là 13 > 12 giọt chất lỏng có dạng cong ra . Trường hợp này giọt chất lỏng khơng
dính ướt bề mặt chất rắn.
Đây là điều kiện dính ướt với bề mặt vật nhẵn
2.3.2. Lý thuyết cơ học (liên kết đinh keo) [7], [8], [9]
Thuyết này do MacBain và Hopkins đề xuất năm 1925. Theo thuyết này, khi đưa chất
phủ lên bề mặt gỗ, do gỗ là vật liệu rỗng xốp nên các phân tử của chất phủ thấm vào bề mặt
gỗ và đóng rắn tạo thành các đinh keo. Lực ma sát giữa các đinh keo và thành mao mạch
của gỗ tạo nên lực bám dính. Chất phủ càng thấm sâu vào bề mặt gỗ thì liên kết đinh keo
càng tốt
2.3.3. Lý thuyết phân tử [7], [8]
Lực liên kết do ảnh hưởng của lớp điện tích kép: Trong q trình chuyển động nhiệt
các điện tử dẫn điện chuyển động vượt khỏi ranh giới của bề mặt tạo thành lớp mây điện tử
ở bề mặt gỗ. Giữa lớp mây điện tử và các nguyên tử tạo thành một lớp điện tích kép, một
cực là mây điện tử, cực kia là các nguyên tử ở bề mặt. Lớp này gọi là lớp điện tử kép. Khi
có hai vật liệu tiếp xúc nhau, do sự chênh lệch hiệu điện thế ở hai bề mặt, giữa chúng có lực
điện tác dụng. Lực đó tính theo cơng thức 2.5:
F = 22S
(2.5)
Trong đó:  - điện tích riêng trên một đơn vị diện tích của lớp mây điện tử; S- diện
tích tiếp xúc.
Lực Van der Waals: Khi một phan tử hay một nguyên tử va vào bề mặt gỗ, giữa chúng
có lực liên kết phân tử Van der Waals. Lực này do tác dụng tương hỗ giữa hai mô men
lưỡng cực của hai nguyên tử hay phân tử.

2.3.4. Lý thuyết điện tử (liên kết tĩnh điện) [7], [8], [9]
Theo thuyết này, bản thân các phân tử của chất phủ và vật liệu nền mang điện tích
trái dấu. Khi đưa chất phủ lên bề mặt gỗ, tại bề mặt tiếp xúc hình thành lực hút tĩnh điện.
Lực này phụ thuộc vào chất lượng bề mặt vật liệu (độ nhẵn), độ ẩm của vật liệu và các
thông số kỹ thuật của chất phủ.
2.3.5. Lý thuyết khuếch tán [7], [8], [9]
Theo thuyết này, để tạo liên kết đòi hỏi các phần tử chất phủ và bề mặt vật liệu nền phải có khả
năng chuyển động, tương thích lẫn nhau và có thể xác nhập vào nhau. Mối liên kết này phụ thuộc
nhiều vào nhiệt độ tiếp xúc và trạng thái bề mặt của hai vật liệu. Vì vậy, khi đưa chất phủ lên bề mặt
gỗ, do gỗ là vật liệu rỗng xốp nên các phân tử chất phủ thấm ướt và khuếch tán vào bề mặt gỗ hình
thành nên 1 miền tiếp xúc tạo nên các liên kết.
2.3.6. Lý thuyết hoá học [7], [8, [9]
Lý thuyết hóa học chủ yếu giải thích sự hình thành các mối liên kết hố học giữa các
nhóm chức của chất phủ và vật liệu nền. Liên kết hóa học giữa phân tử của chất phủ và gỗ
thường được thể hiện qua phản ứng giữa nhóm chức (-OH) với –NCO, -CH2-OH,… hoặc
hydro linh động (-H) với các nhóm (-NCO), -COOH,…

10


CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 đến chất lượng màng
trang sức
Do tóm tắt Luận án quy định số trang nên phần này tác giả chỉ tóm tắt một sơ kết quả
đơn yếu tố và chủ yếu báo cáo kết qủa thực nghiệm đa yếu tố.
3.1.1. Kiểm tra độ ổn định của nano TiO2 trong dung môi phân tán
Độ đục của dung dịch
(NTU)

20.000

15.000
10.000

Nano TiO2
phân tán trong
dung mơi có…

5.000
00
Ngay sau khi phân
1 tán
2

4

8

12

24

48

72

96

Thời gian đo (giờ)

Độ hấp thụ

Hình 3.1. Độ đục của nano TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán trong dung môi Butyl
acetate (tỷ lệ chất HĐBM Las và vật liệu nano TiO2 là 1 : 2)
Từ biểu đồ ở hình 3.1 cho thấy độ đục của dung dịch nano TiO2 phân tán trong dung môi
Butyl acetate khơng có chất HĐBM Las giảm rất nhanh theo thời gian so với dung dịch
nano TiO2 phân tán trong dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las, nghĩa là nano TiO2
phân tán trong dung mơi khơng có chất Las bị sa lắng rất nhanh.. Như vậy, chất HĐBM Las
không chỉ hỗ trợ cho q trình phân tán cịn có tác dụng làm ổn định hạt nano TiO2 trong
dung môi Butyl acetate dùng để phân tán sơn PU, thời gian ổn định của nano TiO2 trong
dung môi Butyl acetate tương đối dài.
3.1.2. Kết quả phổ hấp thụ UV-Vis của nan TiO2 trong dung mơi phân tán

Độ hấp thụ

Bước sóng (nm)
Hình 3.2. Phổ hấp thụ UV-Vis của dung môi Butyl acetate có chất HĐBM Las

Bước sóng (nm)
Hình 3.3. Phổ hấp thụ UV-Vis của nano TiO2 ở nồng độ 0,15% phân tán trong dung
mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las

11


Qua kết quả phổ UV-Vis ở hình 3.2, 3.3 cho thấy, độ hấp thụ của dung mơi Butyl
acetate có chất HĐBM Las rất nhỏ, không đáng kể so với độ hấp thụ tia UV của nano TiO2
phân tán trong dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las, đặc biệt độ hấp thụ tia UV của
dung dịch có nano TiO2 từ bước sóng 296 nm đến 390 nm đạt 2,365 đến 3,017. Như vậy,
nano TiO2 có khả năng hấp thụ được tia UV ở vùng bước sóng tử ngoại (hình 3.3). Điều này
cũng hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu của Mirela Vlad và cộng sự (2009), Boris

Forsthuber et al và cộng sự (2013).
3.1.3. Xác định sự tồn tại hạt nano TiO2 trong màng sơn PU trên bề mặt gỗ
Kết quả phân tích cấu tạo hiển vi của màng sơn PU trước và sau khi kết hợp với vật
liệu nano TiO2 được thể hiện từ hình 3.4 đến hình 3.13.

Na no
TiO2

Hình 3.4. Ảnh SEM của màng
sơn PU đối chứng (x 4000)

Hình 3.5. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở
nồng độ 0,05% phân tán trong 3 giờ (x 500)

Na no
TiO2
Na no
TiO2

Hình 3.6. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2
ở nồng độ 0,1% phân tán 3 giờ (x 1000)

Hình 3.7. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2
ở nồng độ 0,15% phân tán 3 giờ (x 500)

Na no
TiO2

Na no
TiO2

Hình 3.9. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở
nồng độ 0,15% phân tán 1 giờ (x 1000)

Hình 3.8. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2
ở nồng độ 0,15% phân tán 5 giờ (x 5000)

12


Na no
TiO2

Na no
TiO2

Hình 3.10 Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở
nồng độ 0,2% phân tán 3 giờ (x 10.000)

Hình 3.11. Ảnh SEM của màng sơn PU-TiO2 ở
nồng độ 0,25% phân tán 3 giờ (x 5000)

Nhận xét: Kích thước của các hạt nano rất nhỏ cho phép chúng xâm nhập vào những
lỗ siêu nhỏ, các vùng mao dẫn trong mạng polyme [30], [56]. Qua các hình ảnh SEM cho
thấy, trang thái bề mặt của màng sơn PU đối chứng và màng PU-TiO2 trên bề mặt gỗ đều
khơng có hiện tượng nứt, bong tróc. Điều này cho thấy, khi bổ sung vật liệu nano TiO2 ở các
nồng độ và thời gian nghiên cứu vào trong sơn PU chưa ảnh hưởng rõ rệt đến mối liên kết
tạo mạng của hệ polyme giữa các nhóm chức NCO (isocyanate) với OH (hydroxyl) của
màng sơn. Mặt khác, màng sơn PU đối chứng (hình 3.4) trơn mịn, đồng nhất một màu đen,
còn màng sơn PU-TiO2 ở các nồng độ 0,05%; 0,1% và 0,15% phân tán ở thời gian 3 giờ, 4

giờ, 5 giờ cũng trơn mịn và có các hạt nano TiO2 màu trắng phân tán đều trong màng sơn
PU (từ hình 3.5 đến hình 3.8). Tuy nhiên, màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,2% và 0,25%
phân tán trong 3 giờ hoặc ở nồng độ 0,15% phân tán trong 1 giờ, 2 giờ vẫn cịn có sự khác
biệt lớn về màu sắc (từ hình 3.9 đến hình 3.11). Nguyên nhân dẫn đến hượng tượng này là
do thời gian phân tán chưa phù hợp.
3.1.4. Kết quả kiểm tra độ nhớt của sơn PU-TiO2
Bảng 3.1. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng
của nồng độ nano TiO2 đến độ nhớt của
sơn PU
Nồng độ nano
Giá trị
STT
TiO2 (%)
trung bình
1
0,05
37,70
2
0,1
37,77
3
0,15
37,85
4
0,2
38,16
5
0,25
38,48
6

Mẫu đối chứng
37,52

Bảng 3.2. Kết quả kiểm tra ảnh hưởng
của thời gian phân tán nano TiO2 đến độ
nhớt của sơn PU
Giá trị
Thời gian
STT
trung
phân tán (giờ)
bình
37,78
1
1
37,87
2
2
37,92
3
3
38,05
4
4
38,12
5
5
37,44
6
Mẫu đối chứng

Nhận xét: Qua kết quả nghiên cứu ở bảng 3.1 và bảng 3.2 cho thấy, khi thay đổi
nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 ở các mức nghiên cứu, độ nhớt của sơn PU-TiO2
thay đổi không nhiều so với độ nhớt của sơn PU đối chứng. Khi thay đổi nồng độ nano TiO2
ở 5 mức 0,05%, 0,1%; 0,15%; 0,2%; 0,25% phân tán trong dung môi Butyl acetate có chất
HĐBM Las với thời gian 3 giờ, độ nhớt của sơn PU-TiO2 dao động từ 37,70 mPa.s đến 38,48

13


mPa.s, chỉ tăng 0,48% đến 2,49% so với sơn PU đối chứng (bảng 3.1). Khi phân tán hạt nano
TiO2 ở nồng độ 0,15% trong dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las với 5 mức thời gian
1 giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, độ nhớt của sơn PU-TiO2 cũng thay đổi không đáng kể, chỉ
dao động 37,78 mPa.s đến 38,12 mPa.s (chỉ tăng 0,89% đến 1,78% so với sơn PU đối chứng
thể hiện ở bảng 3.2).
3.1.5 Ảnh hưởng đến độ cứng của màng trang sức
Thông qua xử lý hồi quy bằng phần mềm OPT xây dựng được phương trình ương
quan giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với độ cứng của màng trang sức như ở
cơng thức 3.1a và 3.1b.
Phương trình dạng mã: Y = 2,575 + 5,011X1 – 0,083X12 + 0,075X2 – 0,250X2X1+
0,003X22 (3.1a)
Phương trình dạng thực: Y = -23,417 + 167,899C – 33,320C2 + 0,733 - 1,000C +
0,00012 (3.1b)
Kết quả phân tích phương sai (Anova) độ cứng của màng trang sức ở các nồng độ và
thời gian phân tán nano TiO2 :
Tổng bình Bậc tự Bình phương Giá trị
Nguồn sai
phường
do
trung bình
thống kê

Fk-1; n-k;1-α
số
(SS)
(df)
(MS)
(F)
(Fcrit)
260,851
9
28,983
13,868
Yếu tố
1,947
Sai số
292,593
140
2,089
Tổng cộng
553, 445
149
Kết quả cho thấy F > Fcrit, điều này chứng minh rằng độ cứng của màng trang sức
giữa các nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 đã có sự sai khác.
Nhận xét: Qua kết quả nghiên cứu cho thấy, độ cứng màng sơn PU-TiO2 cao hơn
màng sơn PU đối chứng. Khi thay đổi nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2, độ cứng của
màng sơn PU-TiO2 cũng được cải thiện, tăng từ 3,29 lên 4,09 H (tăng 11,55% đến 28,85%
so với màng sơn PU đối chứng). Khi nồng độ và thời gian phân tán nano tăng thì độ cứng
của màng trang sức tăng. Ngược lại, khi nồng độ và thời gian phân tán nano giảm, độ cứng
của màng trang sức giảm. Tuy nhiên, độ cứng của màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,2% phân
tán trong 2 giờ, nồng độ 0,25% phân tán 3 giờ, nồng độ 0,15% phân tán 1 giờ không đều
(theo kết quả chụp SEM từ hình 3.9 đến hình 3.11). Nguyên nhân dẫn đến độ cứng của

màng sơn PU-TiO2 cao hơn so với màng sơn đối chứng là do nano TiO2 là ơ xít kim loại nên
có độ cứng cao. Hơn nữa, do các hạt nano TiO2 có kích thước siêu nhỏ nên chúng có khả
năng xâm nhập vào các lỗ siêu nhỏ và các mao dẫn trong mạng polyme của màng sơn PU,
đã làm triệt tiêu ứng suất trong cấu trúc giữa pha nền và pha cốt của màng sơn PU-TiO2.
Mặt khác, nhờ các hạt TiO2 có kích thước nano nên diện tích giao diện bên trong vật liệu
tăng lên rất nhiều, điều này càng làm tăng độ cứng của nó [20], [26].
3.1.6. Ảnh hưởng đến khả năng chịu mài mòn của màng trang sức
Thông qua xử lý hồi quy bằng phần mềm OPT xây dựng được phương trình tương
quan giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với tỷ lệ khối lượng tổn thất do mài mịn
ở cơng thức 3.2a và 3.2b.
Phương trình dạng mã: Y = 0,217 – 1,003X1 + 1,972X12 – 0,012X2 + 0,117X2X1 –
0,001X22 (3.2a)
Phương trình dạng thực: Y = 26,196 - 288,915C +788,879C2 - 0,391 + 2,334C 0,0012 (3.2b)
Kết quả phân tích phương sai (Anova) tỷ lệ khối lượng tổn thất do mài mòn của màng
trang sức ở các nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 :

14


Tổng bình Bậc tự Bình phương Giá trị
Nguồn sai
phường
do
trung bình
thống kê
Fk-1; n-k;1-α
số
(SS)
(df)
(MS)

(F)
(Fcrit)
838,802
9
93,200
46,599
Yếu tố
1,947
Sai số
280,002
140
2,000
Tổng cộng
1118,804
149
Kết quả cho thấy F > Fcrit, điều này chứng minh rằng tỷ lệ khối lượng tổn thất do mài
mòn của màng trang sức giữa các nồng độ và thời gian phân tán nano TiO 2 đã có sự sai
khác.
Nhận xét: Tỷ lệ tổn thất khối lượng do mài mòn của màng sơn PU-TiO2 thấp hơn so
với màng sơn PU đối chứng. Khi nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 thay đổi thì tỷ lệ
tổn thất do mài mòn của màng sơn PU-TiO2 cũng giảm từ 0,1305% xuống 0,1057% (giảm
23,90% xuống 6,05% so với màng sơn PU đối chứng). Khi nồng độ và thời gian phân tán
nano đều tăng thì tỷ lệ tổn thất khối lượng do mài mòn của màng trang sức giảm. Ngược lại,
khi nồng độ và thời gian phân tán nano giảm, tỷ lệ tổn thất khối lượng do mài mòn của
màng trang sức tăng. Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất khối lượng do mài mòn của màng sơn PUTiO2 ở nồng độ 0,2% phân tán 2 giờ, nồng độ 0,25% phân tán 3 giờ, nồng độ 0,15% phân
tán 1 giờ khơng đều (theo kết quả chụp SEM từ hình 3.9 đến hình 3.11). Nguyên nhân làm
cho tỷ lệ tổn thất khối lượng do mài mòn của màng sơn PU-TiO2 thấp hơn màng sơn PU đối
chứng cũng là do bản thân nano TiO2 là ơ xít kim loại có độ cứng tương đối cao. Hơn nữa,
do các hạt nano TiO2 có kích thước siêu nhỏ nên chúng có khả năng xâm nhập vào các lỗ
siêu nhỏ và các mao dẫn trong mạng polyme của màng sơn PU, đã làm triệt tiêu ứng suất

trong cấu trúc giữa pha nền và pha cốt của màng sơn PU-TiO2. Mặt khác, nhờ các hạt TiO2
có kích thước nano nên diện tích giao diện bên trong vật liệu tăng lên rất nhiều, điều này
càng làm tăng độ cứng của nó.
3.1.7. Ảnh hưởng đến độ bền hóa chất và nước
Mối quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với độ bền hóa chất và
nước của màng trang sức được thể hiện ở hình 3.14.
Khả năng kháng hóa chất và
nước của màng trang sức
(mức)

5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0

Đối
0,1% 0,2% 0,1% 0,2% 0,05% 0,25% 0,15% 0,15% 0,15%
chứng
2h
2h
4h
4h

3h
3h
1h
5h
3h
Nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 (%; h)
Axít Axetic
Natri clorua
Amoniac
Rượu etylic
Cà phê Nước chè Nước

Hình 3.12. 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
Nhận xét: Qua kết quả cho thấy, màng sơn PU-TiO2 có khả năng kháng hoá chất và
nước tốt hơn so với màng sơn PU đối chứng. Khi thay đổi nồng độ và thời gian phân tán nano
TiO2, độ bền hoá chất và nức của màng sơn PU-TiO2 cũng được thay đổi đáng kể. Nguyên
nhân làm cho màng sơn PU-TiO2 có khả năng kháng hoá chất và nước tốt hơn màng sơn đối
chứng là do nano TiO2 là chất ổn định hóa học, khơng tan trong axít, bazơ, kỵ nước [13], [18],
[19]. Mặt khác, do các hạt nano TiO2 có kích thước siêu nhỏ nên chúng có khả năng xâm
nhập vào các lỗ siêu nhỏ và các mao dẫn trong mạng polyme của màng sơn PU, từ đó đã cản
trở được sự tiếp xúc giữa hóa chất và nước với bề mặt màng sơn PU.

15


Độ hấp thụ

3.1.8. Ảnh hưởng đến khả năng chống tia UV của màng trang sức
a) Kết quả kiểm tra độ biến màu của màng trang sức

Thông qua xử lý hồi quy bằng phần mềm OPT xây dựng được phương trình tương
quan giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với khả năng chống biến màu của màng
trang sức ở cơng thức 3.3a và 3.3b.
Phương trình dạng mã: Y = 17,161 – 44,428X1 + 65,833X12- 0,226X2 + 0,100X2X1 +
0,017X22 (3.3a)
Phương trình dạng thực: Y = 34,342 – 184,288C + 263,332C2 - 0,186 + 0,400C 0,00072
(3.3b)
Kết quả phân tích phương sai (Anova) độ lệch màu ∆E của màng trang sức ở các nồng
độ và thời gian phân tán nano TiO2 :
Bình
Tổng bình Bậc tự
phương
Giá trị thống
Nguồn sai
phường
do
trung bình
kê
Fk-1; n-k;1-α
số
(SS)
(df)
(MS)
(F)
(Fcrit)
472,853
9
52,539
21,488
Yếu tố

1,947
Sai số
342,306
140
2,445
Tổng cộng
815,159
149
Kết quả cho thấy F > Fcrit, điều này chứng minh rằng độ lệch màu của màng trang
sức giữa các nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 đã có sự sai khác.
Nhận xét: Qua kết quả nghiên cứu cho thấy, màng sơn PU-TiO2 có độ lệch màu thấp hơn so
với màng sơn PU đối chứng. Khi thay đổi nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2, độ lệch
màu của màng sơn PU-TiO2 cũng giảm từ 14,85 xuống 9,62 (giảm 50,06% xuống 22,90%
so với màng sơn PU đối chứng). Nguyên nhân dẫn đến màng sơn PU-TiO2 có độ lệch màu
thấp hơn so với màng sơn PU đối chứng cũng là do các hạt nano TiO2 có khả năng hấp thụ
được tia cực tím (theo kết quả phổ UV-Vis ở hình 3.3 và hình 3.14). Sự hiện diện của các
hạt nano TiO2 đã làm chậm sự hình thành các sản phẩm oxy hóa trong q trình lão hóa. Vì
vậy, các hạt nano TiO2 làm giảm sự xuống cấp của lớp phủ [15], [56]. Hơn nữa, các hạt
nano TiO2 khi hấp thụ tia cực tím đã tạo ra hiệu ứng che chắn tia UV cho lớp phủ polyme,
do đó lớp phủ PU có nano có khả năng chống lại tác nhân gây lão hóa tốt hơn so với lớp phủ
PU đối cứng [15], [31], [56]. Điều này cũng phù hợp với kết quả của Selamawit Mamo Fufa
và cộng sự (2012), Mirela Vlad và cộng sự (2009), Boris Forsthuber et al và cộng sự (2013),
Bùi Văn Ái và cộng sự (2017), Nguyễn Thiên Vương và cộng sự (2016).

Bước sóng (nm)
Hình 3.13. Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch sơn PU đối chứng

16

Độ hấp thụ

Bước sóng (nm)
Hình 3.14. Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch sơn PU kết hợp với nano TiO2
b) Kết quả kiểm tra độ bóng của màng trang sức
Thơng qua xử lý hồi quy bằng phần mềm OPT xây dựng được phương trình tương
quan giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với độ bóng màng trang sức sau khi
chiếu tia UV ở công thức 3.4a và 3.4b.
Phương trình dạng mã: Y = 45,750 + 151,439X1 - 25,694X12- 1,326X2 + 13,283X2X1 0,022X22 (3.4a)
Phương trình dạng thực: Y = 20,486 + 272,108C - 102,776C2 - 40,743 + 263,660C 0,0222
(3.4b)
Nhận xét: Độ bóng của màng trang sức sau khi chiếu tia UV: Độ bóng màng sơn
PU-TiO2 sau khi chiếu tia UV cao hơn độ bóng của màng sơn đối chứng. Khi thay đổi nồng
độ và thời gian phân tán nano TiO2, độ bóng của màng sơn PU-TiO2 dao động từ 50,34 GU
đến 72,81 GU (tăng từ 12,36% đến 39,40% so với màng sơn PU đối chứng. Nguyên nhân
dẫn đến độ bóng của màng sơn PU-TiO2 sau khi chiếu tia UV cao hơn so với màng sơn PU
đối chứng là do sự hiện diện của các hạt nano TiO2 đã làm chậm sự hình thành các sản
phẩm oxy hóa trong q trình lão hóa. Vì vậy, các hạt nano TiO2 làm giảm sự xuống cấp
của lớp phủ. Các hạt nano TiO2 khi hấp thụ tia cực tím đã tạo ra hiệu ứng che chắn tia UV
cho lớp phủ polyme, do đó lớp phủ PU có nano có khả năng chống lại tác nhân gây lão hóa
tốt hơn so với lớp phủ PU đối cứng [15], [31], [56].
Nhận xét chung: Qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố cho
thấy, khi thay đổi nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2, một số tính chất của màng trang
sức được cải thiện đáng kể, như tăng khả năng kháng hoá chất và nước, tăng độ cứng, giảm
tỷ lệ tổn thất do mài mòn, tăng khả năng kháng tia UV. Bên cạnh đó, độ nhớt của sơn PU,
độ bám dính và độ bóng của màng trang sức trước khi chiếu tia UV chưa ảnh hưởng rõ nét.
3.1.8. Xác định giá trị phù hợp của nồng độ và thời gian phân tán nano TiO 2
Mục đích của bài tốn này là tìm ra nồng độ nano TiO2 C (%) và thời gian phân tán
nano  (giờ) để tạo ra màng trang sức có chất lượng tốt nhất. Từ điều kiện ta có mơ hình bài
tốn tối ưu như sau:

Y1 = -23,417 + 161,899C – 33,320C2 + 0,733 - 1,000C + 0,00012  Max
Y2 = 26,196 - 288,915C +788,879C2 - 0,391 + 2,334C - 0,0012  Min
Y3 = 34,342 – 184,288C +263,332C2 - 0,186 + 0,400C - 0,00072  Min
Y4 = 20,486 + 272,108C - 102,776C2 - 40,743 + 263,660C - 0,0222  Max
0,05  C  0,25; 1    5
Sau khi giải hệ phương trình trên, ta thu được kết quả là: C = 0,159;  = 3,682
Với giá trị của nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 trên, một số chỉ tiêu chất
lượng màng trang sức trên bề mặt gỗ đạt được: Độ cứng màng trang sức là: Y1 = 3,59 H; Tỷ
lệ tổn thất khối lượng do mài mòn là: Y2 = 0,1152%; Độ lệch màu màng trang sức sau khi
chiếu tia UV là: Y3 = 11,24; Độ bóng màng trang sức sau khi chiếu tia UV: Y4 = 65,19 GU.

17


3.1.9. Khảo nghiệm với giá trị nồng độ và thời gian phân tán TiO2 tối ưu tìm được
Để phù hợp với các thiết bị sản xuất Luận án sẽ làm tròn các giá trị tối ưu thành C =
0,16% và  = 3,68 giờ. Do đó, Luận án sẽ tiến hành phân tán nano TiO2 vào sơn PU bóng và
sơn phủ lên bề mặt gỗ theo các thông số như sau: Nồng độ nano TiO2 : C = 0,16%; Thời
gian phân tán:  = 3,68 giờ; Áp suất phun: P = 0,18 Mpa; Tốc độ phun: T = 70 m/phút.
Bảng 3.3. Kết quả kiểm tra một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức trên bề mặt gỗ
với các thông số C và  thích hợp
Chỉ tiêu chất
Tỷ lệ tổn thất Độ lệch màu Độ bóng sau khi
Độ cứng
lượng
do mài mòn,
sau khi
chiếu tia UV
(H)
Mẫu

(%)
chiếu tia UV
(GU)
0,1401
19,27
43,14
Màng sơn PU đối chứng 2,80
Màng sơn PU kết hợp
3,59
0,1152
11,24
65,19
với nano TiO2
33,82%
Mức độ cải thiện
22,01%
17,77%
41,67%
Bảng 3.4. So sánh giữa giá trị tính tốn được và giá trị thực nghiệm của một số chỉ tiêu
chất lượng màng trang sức
Chỉ tiêu chất Độ cứng Tỷ lệ tổn thất Độ lệch màu Độ bóng sau
lượng
(H)
do mài mịn sau khi chiếu khi chiếu tia
Giá trị
(%)
tia UV
UV (GU)
Lý thuyết
3,59

0,1152
11,24
65,19
Thực nghiệm
3,53
0,1158
11,54
64,66
Nhận xét: Qua kết quả ở bảng 3.3 cho thấy khi thực nghiệm với các thơng số thích
hợp đã tìm được thì các chỉ tiêu chất lượng màng sơn PU kết hợp với TiO2 có sự thay đổi rõ
rệt so với màng sơn PU đối chứng. Mặt khác, khi so sánh giá trị tính tốn được và giá trị
thực nghiệm của các chỉ tiêu chất lượng: độ cứng, tỷ lệ tổn thất khối lượng do mài mòn, độ
lệch màu và độ bóng sau khi chiếu tia UV có sự sai lệch không đáng kể (bảng 3.4). Như
vậy, giá trị tối ưu tính tốn có thể chấp nhận được.
3.1.10. Cấu trúc hố học của màng trang sức phân tích bằng phổ hồng ngoại
Căn cứ vào dữ liệu thu được từ máy phân tích quang phổ hồng ngoại và các tài liệu
tham khảo [31], [56], [57], [58] để phân tích xác định thuộc tính các đỉnh (peak) trên phổ
của các mẫu màng sơn đối chứng và màng sơn có nano TiO2.
Bảng 3.5. Thuộc tính phổ FTIR của màng sơn PU và PU kết hợp với nano TiO2
Số sóng (cm-1)
Nhóm chức tương ứng
Sơn đối chứng
Sơn có nano
3342,52
3325,61
OH
2926,60
2926,51
CH2
1735,81

1733,22
C=O
1537,64
1537,61
C=NH
1120,75
1121,08
C-O741,13
741,22
C6H5
Qua kết quả phân tích phổ hồng ngoại ở bảng 3.5 và hình 3.15, 3.16 cho thấy, cường
độ hấp thụ hồng ngoại đặc trưng cho các nhóm chức cấu trúc hóa học trong màng sơn PU
kết hợp với nano TiO2 chưa có sự thay đổi đáng kể so với màng sơn PU đối chứng. Như
vậy, khi cho vật liệu nano TiO2 vào sơn PU ở nồng độ nghiên cứu chưa ảnh hưởng rõ nét
đến các thành phần của sơn PU, hay nói cách khác, giữa vật liệu nano TiO2 ở nồng độ
nghiên cứu và các thành phần của sơn PU chưa xảy ra phản ứng hoá học.

18


Hình 3.15. Phổ hồng ngoại của màng sơn PU đối chứng

Hình 3.16. Phổ hồng ngoại của màng sơn PU-TiO2 ở điều
kiện
(C = 0,16%; τ = 3,68 giờ)

19


3.2. Ảnh hưởng của áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun đến chất lượng màng

trang sức
Trong Luận án tác giả đã làm đầy đủ thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố về ảnh
hưởng của áp suất và tốc độ phun đến chất lượng màng trang sức. Do tóm tắt Luận án có
quy định số trang nên phần này tác giả chỉ trình bày kết quả thực nghiệm đa yếu tố.
3.2.1. Ảnh hưởng đến chiều dày màng trang sức
Từ kết quả thực nghiệm, thông qua xử lý hồi quy bằng phần mềm OPT xây dựng được
phương trình tương quan giữa áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun với chiều dày của
màng trang sức như cơng thức 3.5a và 3.5b.
Phương trình dạng mã: Y= 45,539+121,756X –211,444X12+0,721X2 0,680X2X1–0,010X22
(3.5a)
Phương trình dạng thực: Y=12,642+68,143P+22,153P2-0,815V+2,720PV- 0,0004V2 (3.5b)
Kết quả phân tích phương sai (Anova) chiều dày của màng trang sức ở các chế độ áp
suất và tốc độ di chuyển của súng phun:
Tổng bình
Bậc tự Bình phương Giá trị thống
Nguồn sai
phường
do
trung bình
kê
Fk-1; n-k;1-α
số
(SS)
(df)
(MS)
(F)
(Fcrit)
Yếu tố
38577,416
9

4286,380
1504,081
1,947
Sai số
398,977
140
2,850
Tổng cộng
38976,393
149
Kết quả cho thấy F > Fcrit, điều này chứng minh rằng chiều dày của màng trang sức
giữa các chế độ áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun đã có sự sai khác và hệ số của
phương trình đều có ý nghĩa.
Nhận xét: Qua kết quả nghiên cứu nhận thấy, khi thay đổi áp suất và tốc độ di chuyển
của súng phun thì chiều dày của màng trang sức bị ảnh hưởng đáng kể, biến đổi từ 46,52
m đến 70,11 m. Khi áp suất phun tăng, tốc độ di chuyển của súng phun giảm, chiều dày
màng trang sức tăng. Ngược lại, khi áp suất phun giảm, tốc độ di chuyển của súng phun
tăng, chiều dày màng trang sức giảm. Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt về chiều dày của
màng trang sức giữa các chế độ phun là do khi áp suất phun lớn, tốc độ di chuyển của súng
phun chậm, làm cho chất phủ sương hóa mạnh, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ nhiều, làm cho
chiều dày màng trang sức tăng và đồng đều. Khi áp suất phun thấp, súng phun di chuyển
nhanh, chất phủ sương hóa kém, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ quá ít, làm cho chiều dày
màng trang sức mỏng và không đồng đều, dẫn đến chất lượng trang sức kém. Tuy nhiên,
nếu áp suất phun quá cao, súng phun di chuyển quá chậm, chất phủ sương hóa rất mãnh liệt,
làm tăng thêm sự tổn thất chất phủ ra mơi trường và trong q trình phun dễ dẫn đến hiện
tượng chảy màng sơn. Mặt khác, nếu áp suất phun thấp, tốc độ di chuyển của súng phun quá
chậm, làm cho màng sơn thô, sần sùi, không đều và dễ dẫn đến hiện tượng chảy màng sơn.
Điều này cũng ảnh hưởng đến chất lượng màng trang sức [7], [8], [32], [33].
3.2.2. Ảnh hưởng đến thời gian khơ hồn tồn của màng trang sức
Thơng qua xử lý hồi quy bằng phần mềm OPT xây dựng được phương trình tương

quan giữa áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun với thời gian khơ hồn tồn màng
trang sức như ở cơng thức 3.6a và 3.6b.
Phương trình dạng mã: Y = 27,223 – 4,439 X1+ 6,556 X12 + 0,666 X2 + 0,343 X2X1 0,004 X22 (3.6a)
Phương trình dạng thực: Y = 107,082 – 48,242P + 26,223 P2 – 1,276V + 1,373PV 0,0001V2 (3.6b)

20


Kết quả phân tích phương sai (Anova) thời gian khơ hoàn toàn của màng trang sức ở
các chế độ áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun:
Tổng bình Bậc tự Bình phương
Giá trị
Nguồn sai
phường
do
trung bình
thống kê
Fk-1; n-k;1-α
số
(SS)
(df)
(MS)
(F)
(Fcrit)
Yếu tố
4930,574
9
547,842
265,176
1,947

Sai số
289,234
140
2,066
Tổng cộng
5219,808
149
Kết quả cho thấy F > Fcrit, điều này chứng minh rằng thời gian khơ hồn tồn của
màng trang sức giữa các chế độ áp suất và tốc độ súng phun đã có sự sai khác và hệ số của
phương trình đều có ý nghĩa.
Nhận xét: Theo kết quả nghiên cứu nhận thấy, thời gian khơ hồn tồn của màng trang
sức ở các chế độ phun có sự khác biệt rõ nét, biến đổi từ 24,04 giờ đến 29,01 giờ. Khi áp
suất phun tăng, tốc độ di chuyển của súng phun giảm, thời gian khơ hồn tồn của màng
trang sức dài hơn. Ngược lại, khi áp suất phun giảm, tốc độ di chuyển của súng phun tăng,
thời gian khô của màng trang sức giảm. Sự khác biệt về thời gian khơ hồn tồn của màng
trang sức ở các chế độ phun là do khi áp suất phun lớn, tốc độ di chuyển của súng phun
chậm, làm cho chất phủ sương hóa mạnh, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ nhiều, dẫn đến chiều
dày màng sơn tăng nên thời gian khô của màng phủ tăng lên. Khi áp suất phun thấp, súng
phun di chuyển nhanh, chất phủ sương hóa kém, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ ít, chiều dày
màng sơn mỏng, dẫn đến thời gian khô của màng phủ giảm xuống. Tuy nhiên, nếu áp suất
phun quá cao, súng phun di chuyển quá chậm, chất phủ sương hóa rất mãnh liệt, làm tăng
thêm sự tổn thất chất phủ, dễ dẫn đến hiện tượng chảy màng sơn, làm ảnh hưởng đến chất
lượng màng trang sức [7], [8], [32], [33].
3.2.3. Ảnh hưởng đến độ bóng của màng trang sức
Thơng qua xử lý hồi quy bằng phần mềm OPT xây dựng được phương trình tương
quan giữa áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun với độ bóng của màng trang sức như
cơng thức 3.7a và 3.7b.
Phương trình dạng mã:Y = 35,064 + 399,600X1 – 661,111X12 + 10,730X2 – 1,207X2X1 –
0,078X22 (3.7a)
Phương trình dạng thực: Y = -122,507 + 83,134P + 281,944P2 + 3,727V - 4,827PV 0,003V2 (3.7b)

Kết quả phân tích phương sai (Anova) độ bóng của màng trang sức ở các chế độ áp
suất và tốc độ di chuyển của súng phun:
Tổng bình Bậc tự Bình phương
Giá trị
Nguồn sai
phường
do
trung bình
thống kê
Fk-1; n-k;1-α
số
(SS)
(df)
(MS)
(F)
(Fcrit)
Yếu tố
77775,488
9
8641,721
3653,021
1,947
Sai số
331,189
140
2,366
Tổng cộng 78106,677
149
Kết quả cho thấy F > Fcrit, điều này chứng minh rằng độ bóng của màng trang sức
giữa các chế độ áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun đã có sự sai khác và hệ số của

phương trình đều có ý nghĩa.
Nhận xét: Qua kết quả nghiên cứu nhận thấy, áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun có
ảnh hưởng đến độ bóng của màng trang sức ở các mức độ khác nhau, biến đổi từ 65,5 GU đến 92,1
GU. Khi áp suất phun tăng, tốc độ di chuyển của súng phun giảm, độ bóng của màng trang sức tăng.
Ngược lại, khi áp suất phun giảm, tốc độ di chuyển của súng phun tăng, độ bóng của màng trang sức
giảm. Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt về độ bóng của màng trang sức ở các chế độ phun cũng do

21


khi áp suất phun lớn, tốc độ di chuyển của súng phun chậm, chất phủ sương hóa mạnh, hạt chất phủ
bé, làm cho màng trang sức mịn và đồng đều nên độ bóng của màng phủ tăng. Khi áp suất phun thấp,
súng phun di chuyển nhanh, chất phủ sương hóa kém, hạt chất phủ thô, làm cho màng trang sức thơ,
sần sùi, khơng bằng phẳng, dẫn đến độ bóng của màng phủ giảm. Tuy nhiên, nếu áp suất phun quá
lớn, súng phun di chuyển quá chậm, làm cho quá trình sương hóa rất mãnh liệt, lượng sơn đưa lên bề
mặt gỗ nhiều, dễ dẫn đến chảy màng sơn và làm tăng thêm sự tổn thất chất phủ do sương hóa.
3.2.4. Ảnh hưởng đến khả năng chống tia UV của màng trang sức
Thông qua xử lý hồi quy bằng phần mềm OPT xây dựng được phương trình tương quan
giữa áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun với khả năng chống tia UV của màng trang
sức như ở công thức 3.8a và 3.8b.
Phương trình dạng mã: Y = 2,809 + 31,242X1 + 71,417X12 – 0,646X2 – 1,120X2X1 +
0,007X22 (3.8a)
Phương trình dạng thực: Y = -14,912 – 228,928P + 285,667 P2 + 1,698V - 4,480PV 0,0003V2 (3.8b)
Kết quả phân tích phương sai (Anova) khả năng chống tia UV của màng trang sức ở
các chế độ áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun:
Tổng bình Bậc tự Bình phương
Giá trị
Nguồn sai
phường
do

trung bình
thống kê
Fk-1; n-k;1-α
số
(SS)
(df)
(MS)
(F)
(Fcrit)
Yếu tố
552,506
61,390
28,932
1,947
Sai số
297,058
140
2,122
Tổng cộng
849,564
149
Kết quả cho thấy F > Fcrit, điều này chứng minh rằng khả năng chống tia UV của
màng trang sức giữa các chế độ áp suất và tốc độ súng phun đã có sự sai khác và hệ số của
phương trình đều có ý nghĩa.
Nhận xét: Qua kết quả nghiên cứu cho thấy, độ lệch màu ΔE của màng trang sức ở
các chế độ phun là khác nhau, biến đổi từ 8,57 đến 14,25. Khi áp suất phun tăng, tốc độ di
chuyển của súng phun giảm, độ biến màu của màng trang sức giảm. Ngược lại, khi áp suất
phun giảm, tốc độ di chuyển của súng phun tăng, độ biến màu tăng. Sự khác biệt về độ lệch
màu của màng sơn PU-TiO2 ở các chế độ phun là do trong màng sơn PU có các hạt nano
TiO2 hấp thụ được tia cực tím nên đã tạo ra hiệu ứng che chắn tia UV cho lớp phủ PU và

làm giảm sự xuống cấp của lớp phủ. Khi áp suất phun tăng, súng di chuyển chậm, chất phủ
sương hóa mạnh, lượng sơn PU-TiO2 đưa lên bề mặt gỗ nhiều, làm cho chiều dày màng sơn
phủ đồng đều và mịn nên màng sơn PU-TiO2 có khả năng chống lại tác nhân gây lão hóa tốt
hơn, làm cho độ lệch màu của màng sơn giảm. Khi áp suất phun thấp, tốc độ di chuyển của
súng phun nhanh, lượng sơn đưa lên bề mặt gỗ ít, làm cho chiều dày màng sơn mỏng và
không đều nên hiệu quả che chắn tia UV của các hạt nano cho màng sơn giảm, dẫn đến sự
lão hóa của màng phủ tăng lên, làm cho độ lệch màu của màng sơn tăng.
Nhận xét chung: Qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố cho
thấy, khi áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun thay đổi có ảnh hưởng đáng kể một số
chỉ tiêu chất lượng màng trang sức (chiều dày, thời gian khơ, độ bóng và khả năng chống tia
UV của màng).
3.2.5. Xác định áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun phù hợp để trang sức bề mặt
gỗ bằng sơn PU-TiO2
Mục đích của bài tốn này là tìm ra áp suất và tốc độ phun di chuyển của súng phun để
tạo ra màng trang sức có chất lượng tốt nhất. Từ điều kiện của các hàm mục tiêu ở trên ta có
mơ hình bài tốn tối ưu sau:

22


Y4 = 12,642 + 68,143P + 22,153P2 - 0,815V + 2,720PV - 0,0004V2
 Max
2
2
Y5 = 107,082 – 48,242P + 26,223 P – 1,276V + 1,373PV - 0,0001V  Min
Y6 = -121,507 + 83,134P + 281,944P2 + 3,727V - 4,827PV - 0,003V2  Max
Y7 = -14,912 – 228,928P + 285,667 P2 + 1,698V - 4,480PV - 0,0003V2  Min
0,1  P  0,26; 60  V  80
Sau khi giải hệ phương trình trên, ta thu được kết quả là: P = 0,188; V = 70,75.
Với giá trị của áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun sơn PU-TiO2 trên, một số chỉ

tiêu chất lượng màng trang sức đạt được như sau: Chiều dày của màng trang sức là: Y4 =
60,71 m; Thời gian khơ hồn tồn của màng trang sức là: Y5 = 26,43 giờ; Độ bóng của
màng trang sức là: Y6 = 88,06 GU; Độ lệch màu của màng trang sức là: Y7 = 11,19.
3.2.6. Khảo nghiệm với giá trị áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun tối ưu
Để phù hợp với thiết bị sản xuất, Luận án sẽ làm tròn các giá trị P và V thành : P =
0,19 MPa, V = 71 m/phút. Do đó, Luận án tiến hành phân tán nano TiO2 vào sơn PU bóng
và sơn phủ lên bề mặt gỗ theo các thông số: Nồng độ nano TiO2 : C = 0,16 %; Thời gian
phân tán:  = 3,68 giờ; Áp suất phun: P = 0,19 Mpa; Tốc độ di phun: V = 71 m/phút.
Bảng 3.6. 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
Chiều Thời gian khơ Độ bóng, Độ lệch màu sau
Chỉ tiêu chất lượng
khi chiếu tia UV
Mẫu
dày, m hoàn toàn, giờ
GU
Màng sơn PU đối chứng
58,94
26,08
86,84
19,14
Màng sơn PU kết hợp với nano 60,29
26,41
87,39
11,32
TiO2
Mức độ cải thiện
2,24%
1,25%
0,63%

40,85%
Bảng 3.7. So sánh giữa giá trị tính tốn được và giá trị thực nghiệm của một số
chỉ tiêu chất lượng màng trang sức
Chỉ tiêu chất lượng Chiều Thời gian khơ Độ bóng, Độ lệch màu sau
khi chiếu tia UV
Giá trị
dày, m hoàn toàn, giờ
GU
Lý thuyết
60,71
26,43
88,06
11,19
Thực nghiệm
60,29
26,41
87,39
11,32
Nhận xét: Qua kết quả ở bảng 3.6 cho thấy khi thực nghiệm với các thơng số thích
hợp đã tìm được thì các chỉ tiêu chất lượng màng sơn PU kết hợp với nano TiO2 có sự thay
đổi rõ rệt so với màng sơn PU đối chứng. Mặt khác, khi so sánh giá trị tính tốn được và giá
trị thực nghiệm của các chỉ tiêu chất lượng: chiều dày, thời gian khơ hồn tồn, độ bóng và
độ lệch màu của màng trang sức sau khi chiếu tia UV có sự sai lệch khơng đáng kể (bảng
3.7). Vì vậy, giá trị tối ưu tính tốn có thể chấp nhận được. Một số mẫu gỗ trang sức sơn
PU-TiO2 ở chế độ thơng số tối ưu ở hình 3.73
Nhận xét chung: Theo kết quả nghiên cứu của Luận án để nâng cao chất lượng trang
sức bề mặt cho sản phẩm gỗ bằng sơn PU và phù hợp với thiết bị trong thực tế sản xuất,
đem lại hiệu quả kinh tế cao, Luận án đề xuất bổ sung vật liệu nano TiO2 vào sơn PU ở
nồng độ 0,16% và phân tán thông qua dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM LAS trong
3,68 giờ và phun ở áp suất 0,19 MPa với tốc độ di chuyển của súng phun 71 m/phút là thích

hợp. Quá trình phân tán nano TiO2 vào sơn PU và cơng nghệ trang sức bề mặt bề mặt gỗ
bằng sơn PU-TiO2 được thực hiện theo sơ đồ hình 1.1 ở mục 1.10.

23


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Qua các kết quả nghiên cứu của Luận án, tác giả đưa ra một số kết luận sau:
- Đây là cơng trình nghiên cứu đầu tiên ở nước ta về một số yếu tố công nghệ nâng cao
chất lượng trang sức bề mặt gỗ bằng sơn PU phối trộn vật liệu nano TiO 2;
- Luận án đã tổng hợp được cơ sở lý luận về sơn PU, vật liệu nano TiO2, phương pháp
phân tán nano vào trong sơn và công nghệ trang sức sản phẩm gỗ.
- Đề tài đã xác định được ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phân tán vật liệu nano
TiO2 đến một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức.
+ Vật liệu nano TiO2 phân tán trong dung môi Butyl acetate có chất HĐBM Las ổn định
hơn trong dung môi Butyl acetate đơn thuần. Dung dịch nano TiO2 phân tán trong dung mơi này
có khả năng hấp phụ được tia UV trong vùng bước sóng tử ngoại.
+ Qua các hình ảnh SEM cho thấy, trang thái bề mặt của màng sơn PU đối chứng và
màng PU-TiO2 trên bề mặt gỗ đều khơng có hiện tượng nứt, bong tróc.
+ Khi thay đổi nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2, một số tính chất của màng
trang sức được cải thiện đáng kể, như tăng khả năng kháng hoá chất và nước, tăng độ cứng,
giảm tỷ lệ tổn thất do mài mòn, tăng khả năng kháng tia UV. Bên cạnh đó, độ nhớt của sơn
PU, độ bám dính và độ bóng của màng trang sức trước khi chiếu tia UV chưa ảnh hưởng rõ
nét.
- Đề tài đã xác định được ảnh hưởng của áp suất và tốc độ di chuyển của súng phun
đến một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức: Khi áp suất và tốc độ di chuyển của súng
phun thay đổi có ảnh hưởng đáng kể đến chiều dày, thời gian khơ, độ bóng và khả năng
chống tia UV của màng trang sức.
- Luận án đã xác định được các thông số công nghệ tối ưu: Nồng độ và thời gian phân

tán nano TiO2 vào sơn PU (C = 0,16 %,  = 3,68 giờ); Áp suất và tốc độ phun sơn PU kết
hợp với nano TiO2 phù hợp với điều kiện thí nghiệm (P = 0,19 MPa, V = 71 m/phút). Luận
án cũng đã tiến hành khảo nghiệm các thông số tối ưu và cho kết quả màng trang sức đảm
bảo chất lượng.
- Luận án đã đề xuất được thông số công nghệ phù hợp để nâng cao chất lượng trang
sức bề mặt sản phẩm gỗ bằng sơn PU kết hợp với nano TiO2 : Phân tán nano TiO2 vào sơn
PU ở nồng độ 0,16% thông qua dung mơi Butyl acetate có chất HĐBM Las trong 3,68 giờ
và phun sơn PU-TiO2 ở áp suất 0,19 MPa với tốc độ di chuyển của súng phun 71 m/phút là
thích hợp. Q trình phân tán nano TiO2 vào sơn PU và công nghệ trang sức bề mặt bề mặt
gỗ bằng sơn PU-TiO2 được thực hiện theo sơ đồ hình 1.3 ở mục 1.10.2.
2. Kiến nghị
Kết quả nghiên cứu của Luận án bước đầu cho thấy nồng độ và thời gian phân tán
nano TiO2 vào sơn PU; áp suất và tốc độ phun sơn PU-TiO2 lên bề mặt gỗ có ảnh hưởng đến
chất lượng màng trang sức. Tuy nhiên, cần có các nghiên cứu theo các hướng sau:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ và loại chất HĐBM đến độ ổn định của vật liệu
nano phân tán trong dung môi pha sơn dùng để trang sức sản phẩm gỗ;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm và độ nhẵn bề mặt gỗ đến một số chỉ tiêu chuất
lượng màng trang sức;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách và góc độ phun đến một số chỉ tiêu chất
lượng màng trang sức;
- Đánh giá khả năng chống chịu các điều kiện mơi trường ngồi trời của màng sơn
PU kết hợp với vật liệu nano TiO2 trên bề mặt gỗ.

24