Ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ phân tán nano titandioxid (TiO₂) đến chất lượng màng trang sức trên sản phẩm gỗ

ứng của màng trang sức tăng. Ngược lại, khi 0,391 + 2,334C - 0,0012 (6b) 
nồng độ và thời gian phân tán nano giảm, độ Đồ thị quan hệ giữa nồng độ và thời gian 
cứng của màng trang sức giảm. Tuy nhiên, độ phân tán nano TiO2 với tỷ lệ khối lượng tổn 
cứng của màng sơn PU-TiO2 ở các chế độ thất do mài mòn của màng trang sức được thể 
(nồng độ 0,2% phân tán trong 2 giờ; nồng độ hiện ở hình 14. 
0,25% phân tán 3 giờ; nồng độ 0,15% phân tán 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2019 107 
 Công nghiệp rừng 
 0.16 0.1389
 0.1305
 0.14 0.1246 0.1228
 0.1149 0.11740.11450.1166
 0.12 0.1109 0.1057
 0.1
 0.08
 0.06
 0.04
 0.02
 0
 mònmàngcủa trang sức (%)
 Tỷ lệ Tỷ lệ lượngkhối tổn thất mài 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 (C, %; τ, h)
Hình 14. 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 
 Kết quả phân tích phương sai (Anova) tỷ lệ gian phân tán nano TiO2 thay đổi thì tỷ lệ tổn 
khối lượng tổn thất do mài mòn của màng thất do mài mòn của màng sơn PU-TiO2 cũng 
trang sức ở các nồng độ và thời gian phân tán giảm từ 0,1305% xuống 0,1057% (giảm 
nano TiO2: F = 46,599; Fcrit = 1,947348 (F > 23,90% xuống 6,05% so với màng sơn PU đối 
Fcrit), điều này chứng minh rằng tỷ lệ khối chứng). Tuy nhiên, tỷ lệ tổn thất khối lượng do 
lượng tổn thất do mài mòn của màng trang sức mài mòn của màng sơn PU-TiO2 ở các chế độ 
giữa các nồng độ và thời gian phân tán nano (nồng độ 0,2% phân tán 2 giờ; nồng độ 0,25% 
TiO2 đã có sự sai khác và hệ số của phương phân tán 3 giờ; nồng độ 0,15% phân tán 1 giờ) 
trình đều có ý nghĩa. không đều bởi khi nồng độ nano TiO2 tăng, 
 Từ kết quả cho thấy, tỷ lệ tổn thất khối thời gian phân tán ngắn thì các hạt nano phân 
lượng do mài mòn của màng sơn PU-TiO2 thấp tán không đều trong màng sơn PU (kết quả 
hơn so với màng sơn PU đối chứng (hình 14). chụp SEM từ hình 9 đến hình 12). 
Nguyên nhân do nano TiO2 là một ô xít kim 3.5. Ảnh hưởng đến độ bền hóa chất và nước 
loại có độ cứng tương đối cao nên khi cho Mối quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân 
nano TiO2 vào trong sơn đã cải thiện được độ tán nano TiO2 với độ bền hóa chất và nước của 
mài mòn của màng sơn. Khi nồng độ và thời màng trang sức được thể hiện ở hình 15. 
 5.5
 5
 4.5
 4
 3.5
 3
 2.5
 2
 1.5
 màng trang sức 1
 0.5
 0
 Khả năng kháng hóa chất và nước của Đối 0,1% 2h 0,2% 0,1% 0,2% 0,05% 0,25% 0,15% 0,15% 0,15%
 chứng 2h 4h 4h 3h 3h 1h 5h 3h
 Nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 (C,%; τ, h)
 Axít Axetic Natri clorua Amoniac Rượu etylic Cà phê Nước chè Nước
Hình 15. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với độ bền hóa chất và nước 
108 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2019 
 Công nghiệp rừng 
 Qua biểu đồ ở hình 15 cho thấy, màng sơn TiO2 tăng từ mức 4,44 lên mức 5. Nguyên là 
PU-TiO2 có khả năng kháng hoá chất và nước do nano TiO2 là một chất trơ về mặt hóa học, 
tốt hơn so với màng sơn PU đối chứng, thể không tan trong axít, bazơ, kỵ nước, có khả 
hiện rõ nhất ở các nồng độ 0,15%; 0,2%; năng diệt khuẩn và tự làm sạch bề mặt. Điều 
0,25% phân tán trong thời gian 3 giờ, 4 giờ, 5 này cũng tương đồng với kết quả nghiên cứu 
giờ đều đạt mức 5 tương ứng với màng sơn của Yixing Tang (2013), P A Charpentier và 
không bị thay đổi về màu sắc, độ bóng và cấu cộng sự (2012), Kim và cộng sự (2005). 
trúc bề mặt. Khi thay đổi nồng độ và thời gian 3.6. Ảnh hưởng đến khả năng chống tia UV 
phân tán nano TiO2, độ bền hoá chất và nước của màng trang sức 
của màng sơn PU-TiO2 cũng được thay đổi Thông qua xử lý hồi quy bằng phần mềm 
đáng kể so với màng sơn đối chứng. Cụ thể là OPT xây dựng được phương trình tương quan 
khả năng kháng dung dịch axít của màng sơn giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 
PU-TiO2 tăng từ mức 4,24 lên mức 5; Khả với khả năng chống tia UV của màng trang sức 
năng kháng dung dịch Natri clorua của màng (công thức 7a và 7b). 
sơn PU-TiO2 tăng từ mức 4,18 lên mức 5; Khả Phương trình dạng mã: 
 2
năng kháng dung dịch Amoniac của màng sơn Y = 17,161 – 44,428X1 + 65,833X1 - 
 2 
PU-TiO2 tăng từ mức 4,26 lên mức 5; Khả 0,226X2 + 0,100X2X1 + 0,017X2 (7a) 
năng kháng dung dịch Rượu etylic của màng Phương trình dạng thực: 
 2 
sơn PU-TiO2 tăng từ mức 4,01 lên mức 5; Khả Y = 34,342 – 184,288C + 263,332C - 
năng kháng dung dịch cà phê của màng sơn 0,186 + 0,400C - 0,00072 (7b) 
PU-TiO2 tăng từ mức 4,31 lên mức 5; Khả Đồ thị quan hệ giữa nồng độ và thời gian 
năng kháng dung dịch nước chè của màng sơn 
 phân tán nano TiO2 với độ lệch màu ∆E của 
PU-TiO2 tăng từ mức 4,36 lên mức 5; Khả màng trang sức được thể hiện ở hình 16. 
năng kháng dung dịch nước của màng sơn PU-
 25
 19.26
 20
 14.85
 15 12.78 12.36
 10.89 11.76 11.34 11.42
 10.37 9.62
 sức 10
 5
 Độ lệch màu của màng trang 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 (C,%; τ, h) 
 Hình 16. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 với độ lệch màu 
 Kết quả phân tích phương sai (Anova) độ PU-TiO2 có khả năng chống tia UV tốt hơn so 
lệch màu ∆E của màng trang sức ở các nồng độ với màng sơn PU đối chứng. Khi thay đổi nồng 
và thời gian phân tán nano TiO2: F = 21,488; độ và thời gian phân tán nano TiO2, độ lệch 
Fcrit = 1,947348 (F > Fcrit), điều này chứng màu của màng sơn PU-TiO2 cũng giảm từ 
minh rằng độ lệch màu của màng trang sức 14,85 xuống 9,62 (giảm 50,06% xuống 22,90% 
giữa các nồng độ và thời gian phân tán nano so với màng sơn PU đối chứng). Nguyên nhân 
TiO2 đã có sự sai khác và hệ số của phương dẫn đến màng sơn PU-TiO2 có khả năng chống 
trình đều có ý nghĩa. tia UV tốt hơn so với màng sơn PU đối chứng 
 Qua biểu đồ ở hình 16 nhận thấy, màng sơn vì bản thân hạt nano TiO2 có khả năng hấp thụ 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2019 109 
 Công nghiệp rừng 
được tia cực tím. Sự hiện diện của các hạt nano Yêu cầu đối với các hàm mục tiêu: Độ cứng 
TiO2 đã làm chậm sự hình thành các sản phẩm của màng trang sức (Y1) lớn nhất; Khả năng 
oxy hóa (OH, COOH) trong quá trình lão hóa. chịu mài mòn của màng trang sức (Y2) lớn 
Do đó, các hạt nano TiO2 làm giảm sự xuống nhất (Tỷ lệ tổn thất khối lượng do mài mòn 
cấp của lớp phủ (Thien Vuong Nguyen et al., nhỏ nhất); Khả năng chống tia UV của màng 
2016). trang sức (Y3) tốt nhất (Độ lệch màu nhỏ nhất). 
3.7. Xác định giá trị phù hợp của nồng độ và Từ điều kiện của các hàm mục tiêu ở trên ta 
thời gian phân tán nano TiO2 có mô hình bài toán tối ưu như sau: 
 2 2
 Y1 = -23,417 + 167,899C – 33,320C + 0,733 - 1,000C + 0,0001 Max 
 2 2 
 Y2 = 26,166 - 288,915C + 788,879C - 0,391 + 2,334C - 0,001 Min 
 2 2 
 Y3 = 34,342 – 184,288C + 263,332C - 0,186 + 0,400C - 0,0007 Min 
 0,05 C 0,25; 1  5 
 Sau khi giải hệ phương trình trên, ta thu 3.8. Khảo nghiệm với các giá trị tối ưu C và 
được kết quả là: C = 0,158;  = 3,651. Vậy giá  tìm được 
trị nồng độ và thời gian phân tán nano TiO2 Tiến hành phân tán nano TiO2 vào sơn PU 
phù hợp với điều kiện thí nghiệm: C = 0,158%; bóng và sơn phủ lên bề mặt gỗ theo các thông 
 = 3,651 giờ. số sau: Nồng độ nano TiO2: C = 0,158%; Thời 
 Một số chỉ tiêu chất lượng màng trang sức gian phân tán:  = 3,651 giờ; Áp suất phun: P = 
trên bề mặt gỗ đạt được như sau: Độ cứng của 0,18 Mpa; Tốc độ phun: T = 70 m/phút. Sau khi 
màng trang sức là: Y1 = 3,6 H; Tỷ lệ tổn thất sơn phủ cho các mẫu gỗ, tiến hành kiểm tra các 
khối lượng do mài mòn là: Y2 = 0,1157%; Độ chỉ tiêu chất lượng trang sức cho các mẫu gỗ. 
lệch màu của màng trang sức là: Y3 = 11,42. Kết quả kiểm tra được trình bày ở bảng 5, 6. 
 Bảng 5. Kết quả chất lượng màng trang sức trên bề mặt gỗ với thông số C và  thích hợp 
 Chỉ tiêu chất lượng 
 Mẫu Tỷ lệ tổn thất do mài Độ lệch màu sau khi 
 Độ cứng, H 
 mòn, % chiếu tia UV 
 Màng sơn PU đối chứng 2,80 0,1401 19,27 
 Màng sơn PU kết hợp với nano TiO2 3,53 0,1158 11,54 
 Mức độ cải thiện 20,68% 17,34% 40,11% 
 Bảng 6. So sánh giữa giá trị tính toán được và giá trị thực nghiệm của chất lượng màng trang sức 
 Chỉ tiêu chất lượng 
 Giá trị 
 Độ cứng, H Tỷ lệ tổn thất do mài mòn, % Độ lệch màu sau khi chiếu tia UV 
 Lý thuyết 3,60 0,1157 11,42 
 Thực nhiệm 3,53 0,1158 11,54 
 Qua kết quả ở bảng 5 cho thấy, khi thực 3.9. Cấu trúc hoá học của màng trang sức 
nghiệm với các thông số thích hợp đã tìm được phân tích bằng phổ hồng ngoại 
thì các chỉ tiêu chất lượng màng sơn PU phối Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của 
hợp nano TiO2 có sự thay đổi rõ rệt so với màng sơn PU đối chứng và màng sơn PU-TiO2 
màng sơn PU đối chứng. Mặt khác, khi so sánh ở điều kiện (C = 0,158%; τ = 3,651 giờ) được 
giá trị tính toán được và giá trị thực nghiệm thể hiện ở hình 18, 19. Căn cứ vào dữ liệu thu 
của các chỉ tiêu chất lượng: độ cứng, tỷ lệ tổn được từ máy phân tích quang phổ hồng ngoại 
thất khối lượng do mài mòn và độ lệch màu và các tài liệu tham khảo (Kim và cộng sự, 
sau khi chiếu tia UV có sự sai lệch không đáng 2005) để phân tích xác định thuộc tính các 
kể (Bảng 6). Như vậy, giá trị tối ưu có thể chấp đỉnh (peak) trên phổ của các mẫu màng sơn đối 
nhận được. chứng và màng sơn có nano. 
110 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2019 
 Công nghiệp rừng 
 Bảng 7. Thuộc tính phổ IR 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-O- 
 741,13 741,22 C6H5 
 Qua kết quả phân tích phổ hồng ngoại ở liệu nano TiO2 vào sơn PU ở nồng độ nghiên 
bảng 7 và hình 17, 18 cho thấy, cường độ hấp cứu chưa ảnh hưởng rõ nét đến các thành phần 
thụ hồng ngoại đặc trưng cho các nhóm chức của sơn PU, hay nói cách khác, giữa vật liệu 
cấu trúc hóa học trong màng sơn PU phối trộn nano TiO2 ở nồng độ nghiên cứu và các thành 
nano TiO2 chưa có sự thay đổi đáng kể so với phần của sơn PU chưa xảy ra phản ứng hoá học. 
màng sơn PU đối chứng. Như vậy, khi cho vật 
 Hình 17. Phổ hồng ngoại của màng sơn PU đối chứng 
 Hình 18. Phổ hồng ngoại của màng sơn PU - TiO2 ở điều kiện (C = 0,158%; τ = 3,651 giờ) 
4. KẾT LUẬN rất mạnh so với dung dịch sơn PU đối chứng. 
 Độ hấp thụ tia cực tím của dung dịch sơn Trang thái bề mặt của màng sơn PU đối 
PU có phối trộn nano TiO2 ở nồng độ 0,15% chứng và màng PU-TiO2 trên bề mặt gỗ đều 
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2019 111 
 Công nghiệp rừng 
 không có hiện tượng nứt, bong tróc. Tuy nhiên, property, thermal stability, weathering resistance and 
 antibacterial property of styrene acrylic polyurethane 
 màng sơn PU-TiO2 ở nồng độ 0,2% và 0,25% 
 coating. Institute for Tropical Technology, Vietnam 
 phân tán trong 3 giờ hoặc ở nồng độ 0,15% 
 Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietnam. 
 phân tán trong 1 giờ, 2 giờ vẫn có sự khác biệt Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. 7 045015; 
 lớn về màu sắc. 2. Kim, T. K., Lee, M. N., Lee, S. H., Park, Y. C., 
 Khi phân tán nano TiO2 vào trong sơn PU ở Jung, C. K., and Boo, J. H. (2005). Development of 
 các nồng độ và thời gian nghiên cứu thì chất surface coating technology of TiO2 powder and 
 improvement of photocatalytic activity by surface 
 lượng màng sơn PU-TiO2 trên bề mặt gỗ đã 
 modification. Thin Solid Films 475(1-2), 171-177. 
 được cải thiện đáng kể so với màng sơn PU đối 3. P A Charpentier, K Burgess, L Wang, R R 
 chứng: độ cứng của màng sơn PU-TiO2 tăng từ Chowdhury, A F Lotus and G Moula (2012). Nano-
 3,29 lên 4,09 H; tỷ lệ tổn thất do mài mòn của TiO2/polyurethane composites for antibacterial and self-
 cleaning coatings, Department of Chemical and 
 màng sơn PU-TiO2 giảm từ 0,1305% xuống 
 0,1057%; độ bền hoá chất và nước của màng Biochemical Engineering, University of Western 
 Ontario, London, ON, N6A 5B9, Canada, pp: 1-9. 
 sơn PU-TiO2 tăng từ mức 4,01 đến mức 5; độ 4. Mirela Vlad, Bernard Riedl, Ing. Pierre Blanchet, 
 lệch màu ∆E giảm từ 14,85 xuống 9,62. Anti-UV waterborne nanocomposite Anti-UV 
 Bài báo đã xác định được giá trị nồng độ và waterborne nanocomposite coatings for exterior wood 
 (2009). International Conference on Nanotechnology for 
 thời gian phân tán nano TiO2 phù hợp với điều 
 kiện thí nghiệm là: C = 0,158%;  = 3,651 giờ. the Forest Products Industry June 23-26, Edmonton, 
 Alberta, pp: 1-21. 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 5. Yixing Tang (2013). Self-cleaning Polyurethane 
 1. Thien Vuong Nguyen, Tuan Anh Nguyen, Phi and Polyester Coatings, The School of Graduate and 
Hung Dao, Van Phuc Mac, Anh Hiep Nguyen, Minh Postdoctoral Studies, The University of Western Ontario 
Thanh Do and The Huu Nguyen (2016). Effect of rutile London, Ontario, Canada, pp: 1-69. 
titania dioxide nanoparticles on the mechanical 
 EFFECT OF SOME TECHNOLOGICAL FACTORS DISPERSION 
 TITANDIOXID (TiO2) NANO TO THE QUALITY OF THE COATING FILM 
 ON WOOD PRODUCTS 
 Pham Thi Anh Hong1, Cao Quoc An2 
 1,2Vietnam National University of Forestry 
 SUMMARY 
 The article presents results of studies on the effect of concentration and dispersion time of TiO2 nano to the 
 quality of the coating film on wood surface. TiO2 nano particles were dispersed in Butyl acetate solvent which 
 has LAS surfactant at the concentrations of 0.05%; 0.1%; 0.15%; 0.2%; 0.25% in 1 hour, 2 hours, 3 hours, 4 
 hours, 5 hours respectively by ultrasound waves and magnetic stirrers, these solvent was then added gloss PU 
 coating, PU hardness and stirred with 200 - 300 rpm for 15 minutes. This coating solution was sprayed on the 
 wood surface samples. The results show that, the ultraviolet absorption of PU coating solution mixed with TiO2 
 nano was very strong compared to the controlled PU solution. The quality of the PU-TiO2 coating film has been 
 improved more significantly than the controlled PU coating film: The surface hardness increased from 3.29 to 
 4.09 H; mass loss rate due to abrasion decreased from 0.1305% to 0.1057%; chemical and water resistance 
 increased from 4.01 to 5; the color deviation ΔE also decreased from 14.85 to 9.62. No cracking or peeling of 
 PU-TiO2 coating film on wood surface; simultaneously there is not significantly changed about characteristic 
 infrared absorption intensity for chemical structure groups in PU coating film mixed with nano TiO2. So, to 
 ensure the quality of the surface finishing of wood products and bring about economic efficiency, TiO2 nano 
 particles should be appropriately used at the concentration of 0.158% and in 3.651 hours of dispersion. 
 Keywords: Coating film, dispersion, solvent, TiO2 nano, wood products. 
 Ngày nhận bài : 14/8/2018 
 Ngày phản biện : 23/01/2019 
 Ngày quyết định đăng : 31/01/2019 
 112 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 - 2019