Thiết kế kỹ thuật kệ tủ ti vi thông minh cho không gian phòng khách hộ giađình

Do sự cấu tạo đặc biệt của vật liệu giấy nên với một lượng lớn các nhóm Hydroxyl trên bề mặt đã làm giảm độ bền của giấy, việc nghiên cứu làm bề mặt giấy có thể thay đổi tính hút ẩm/nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆN CÔNG NGHIỆP GỖ VÀ NỘI THẤT

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ KỸ THUẬT KỆ TỦ TIVI THÔNG MINH CHO KHÔNG GIAN PHÒNG KHÁCH HỘ GIA ĐÌNH

Ngành : Chế biến Lâm sản

Mã số : 7549001

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Tất Thắng

Sinh viên thực hiện : Đỗ Thị Lệ

Lớp : K61 - CBLS

Khóa học : 2016 - 2020

Hà Nội - 2020

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Thị Minh Nguyệt - những người thầy, cô đã tận tình trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình tiến hành thí nghiệm đề tài và viết báo cáo chuyên đề

Em xin trân trọng gửi đến quý Thầy, Cô giáo trong Viện Công nghiệp

gỗ và nội thất, các Phòng, Ban trực thuộc Trường Đại học Lâm nghiệp, những người đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp, trong suốt quá trình thực hiện

Em xin cảm ơn các cán bộ, giảng viên làm việc tại Trung tâm Thí nghiệm và Phát triển công nghệ, Viện Công nghiệp gỗ và nội thất, Trường Đại học Lâm Nghiệp tin tưởng, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em thực nghiệm,

đo mẫu trong suốt quá trình nghiên cứu Cùng gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Hà Nội, tháng 5 năm 2020

Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Lệ

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Hiện tượng kỵ nước trong tự nhiên 3

1.2 Lý thuyết tính thấm ướt bề mặt 4

1.2.1 Góc tiếp xúc 4

1.2.2 Hiện tượng trễ của góc tiếp xúc (Contact angle hysteresis) 7

1.3 Phương pháp tạo bề mặt kỵ nước cho giấy 7

1.4 Đặc điểm của giấy 8

CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 2.1 Đối tượng, mục tiêu, phạm vi nghiên cứu 10

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 10

2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu 10

2.1.3 Phạm vi nghiên cứu 10

2.2 Nội dung nghiên cứu 12

2.3 Phương pháp nghiên cứu 12

2.3.1 Phương pháp kế thừa tài liệu: 12

2.3.2 Phương pháp tiêu chuẩn: 12

2.3.2 Phương pháp thực nghiệm 13

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 16

3.1 Thông tin cơ bản của nguyên liệu giấy carton 16

3.2.Xử lý bề mặt xơ sợi bằng nano 17

3.3 Mức độ ảnh hưởng của nồng độ Stearic acid đến tính chất kỵ nước của giấy 203.4 Bước đầu đánh giá khả năng phân tách pha dầu và nước 233.5 Tính chất cơ lý của mẫu giấy sau khi xử lý nano ZnO và Stearic acid 24KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ 26TÀI LIỆU THAM KHẢO 28PHỤ LỤC 30

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ĐC Đối chứng Mẫu gỗ đối chứng

(Zn(CH 3 COOH) 2 2H2O

- ZnAc)

Zinc acetate dehydrate

Hóa chất

HMTA (C 6 H 12 N 4 ) Hexamethyenen tetramine Hóa chất

Zn(NO 3 ) 2 6H2O Zinc nitrae hexahydrate Hóa chất

EDS Phổ tán sắc năng lượng tia X

SEM Kính hiển vi điện tử quét

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Chế độ xử lý Stearic Acid cho màng ZnO trên giấy carton 11Bảng 1.2 Góc tiếp xúc giọt nước và bề mặt mẫu giấy với các chế độ xử lý khác nhau 21Bảng 1.3 Tính chất cơ lý của giấy sau khi đã xử lý nano ZnO 25

và Stearic acid 25

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hình ảnh bề mặt kỵ nước của lá Sen (Nelumbo nucifera) và cấu trúc

hiển vi của bề mặt lá Sen [6] 3

Hình 1.2 Cấu trúc bề mặt chân Nhện nước (Gerris remigis) 4

Hình 1.3 Góc tiếp xúc giữa giọt chất lỏng và bề mặt vật rắn [13] 5

Hình 1.4 Mô hình tiếp xúc giữa giọt chất lỏng và bề mặt rắn theo mô hình Wenzel (trái) và Cassie-Baxter (phải) [13] 5

Hình 1.5 Hiện tượng trễ của góc tiếp xúc (Contact angle hysteresis) 7

Hình 1.6 Hình ảnh cấu trúc bề mặt của giấy đối chứng và giấy phủ mặt nano ZnO chế độ xử lý 01 18

Hình 1.7 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của bề mặt mẫu giấy phủ nano ZnO 20

Hình 1.8 Góc tiếp xúc mẫu giấy sau xử lý 22

Hình 1.9 Hình ảnh giọt nước trên bề mặt giấy 23

Hình 1.10 Hình ảnh giấy siêu kỵ nước khi tách dầu và nước 24

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Giấy là vật liệu được cấu tạo từ các thành phần xơ sợi có nguồn gốc tự nhiên (Chủ yếu là Cellulose hemicellulose), là một trong những loại sản phẩm hữu cơ có ý nghĩa trong vấn đề bảo vệ môi trường Giấy có tầm quan trọng đặc biệt trong cuộc sống của con người, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: Bao gói, lưu trữ và truyền thông tin vv Do sự cấu tạo đặc biệt của vật liệu giấy nên với một lượng lớn các nhóm Hydroxyl trên bề mặt đã làm giảm độ bền của giấy, việc nghiên cứu làm bề mặt giấy có thể thay đổi tính hút ẩm/nước là một hướng nghiên cứu đã và đang rất được quan tâm Nếu giấy có khả năng chống nước, giấy có thể sẽ được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành công nghệ thực phẩm và hóa mỹ phẩm, có thể tạo ra nhiều sản phẩm hữu ích

Hiện nay, do lượng sử dụng giấy hàng ngày cho các lĩnh vực bao gồm sản xuất, vận chuyển rất lớn, dẫn đến lượng giấy đã sử dụng/giấy phế thải đưa

ra môi trường cũng rất lớn Đây cũng là vấn đền rất bức thiết cần giải quyết,

và đã có nhiều giải pháp sản xuất giấy tái chế cũng như vật liệu từ giấy phế thải Tuy nhiên, việc tìm ra giải pháp phù hợp vẫn là đề tài cần có nhiều nghiên cứu để phát triển sao cho đạt hiệu quả cao nhất

Giải pháp xử lý phỏng sinh học những năm gần đây đã được thế giới nghiên cứu và phát triển rất mạnh Tại Việt Nam giải pháp này cũng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu về vật liệu để tạo ra bề mặt có cấu trúc như một số loại sinh vật, đặc biệt là tạo ra bề mặt kỵ nước Tuy nhiên, đối với giấy thì chưa thấy có báo cáo mang tính chính thống kết quả nghiên cứu từ Việt Nam

Với mục đích tạo ra loại giấy có tính năng kỵ nước, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm tạo giấy kỵ nước từ giấy phế liệu”

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Hiện tượng kỵ nước trong tự nhiên

Sinh vật trong tự nhiên có rất nhiều loài có bộ phận cơ thể có tính kỵ nước Bề mặt lá sen là một bề mặt kỵ nước điển hình Trong Ca dao Việt Nam

có câu về hiện tượng lá sen “Gần bùn mà chẳng hôi tanh mùi bùn”, hiện nay

đã được giải thích thông qua nghiên cứu về cấu trúc siêu hiển vi và hiện tượng kỵ nước của bề mặt lá sen Các giọt nước dễ dàng lăn trên bề mặt, và lấy đi bụi bám trên bề mặt, hiện tượng này được gọi là “Hiệu ứng lá sen” hoặc

“Hiệu ứng tự làm sạch” [10] Nghiên cứu cho thấy, các tính chất đặc biệt như

tự làm sạch, kỵ nước của bề mặt lá sen là do sự tồn tại của cấu trúc nhấp nhô cấp độ micro/nano cùng với tác động của chất sáp trên bề mặt kết hợp tạo nên (hình 1.1)

Hình 1.1 Hình ảnh bề mặt kỵ nước của lá Sen (Nelumbo nucifera) và cấu

trúc hiển vi của bề mặt lá Sen [6]

4

Gao và cộng sự [11] cho rằng hiện tượng kỵ nước và lực hỗ trợ cao trên

bề mặt ở chân Nhện nước (Gerris remigis) có nguồn gốc từ cấu trúc thứ bậc

(Hierarchical structure) ở cấp độ nano, như hình 1.2 Bề mặt của chân Nhện nước được sắp xếp theo hình lông cứng với kích thước micro, và mỗi một sợi lông cứng lại có rãnh nano hình xoắn Với loại cấu trúc micro/nano này đã làm cho bề mặt của nó ít bị ướt bởi các giọt nước

Hình 1.2 Cấu trúc bề mặt chân Nhện nước (Gerris remigis)

Thanh tỉ lệ trong hình b, c có độ dài lần lượt là 20  m và 200 nm

“Hiệu ứng lá sen” như đề cập ở đây đã trở thành tiền đề cho ý tưởng chế tạo các vật liệu kỵ nước Hiện tại, việc chế tạo các bề mặt kỵ nước có thể đạt được bằng hai nhóm giải pháp: (1) Nhóm thứ nhất là sử dụng các vật chất có khả năng làm giảm năng lượng bề mặt vật liệu, (2) Nhóm thứ hai là sử dụng các giải pháp xử lý tạo ra độ ráp cho bề mặt vật liệu

1.2 Lý thuyết tính thấm ướt bề mặt

Thông thường, tính thấm ướt bề mặt/tính năng kỵ nước được đánh giá thông qua việc xác định góc tiếp xúc giọt nước với bề mặt và góc trượt/lăn của giọt nước trên bề mặt vật liệu

1.2.1 Góc tiếp xúc

Mức độ thấm ướt của chất lỏng trên bề mặt vật rắn được đánh giá thông qua góc tiếp xúc Độ lớn của góc tiếp xúc giữa giọt chất lỏng trên bề mặt vật rắn chỉ ra khả năng dàn trải của giọt chất lỏng trên bề mặt Khi sức căng giữa các bề mặt rắn, lỏng, khí đạt đến trạng thái cân bằng, góc hợp bởi tiếp tuyến

5

tại vị trí tiếp xúc giữa bề mặt chất lỏng và bề mặt vật rắn với bề mặt vật rắn

được gọi là góc tiếp xúc θ (hình 1.3)

Mối quan hệ giữa góc tiếp xúc và sức căng bề mặt có thể được biểu diễn theo phương trình của Young [16]:

cos θ = (γ SL + γ LV )/γ SV

Young cho rằng các yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn của góc tiếp xúc giữa giọt nước và bề mặt rắn là: γSV- lực căng bề mặt giữa giao diện pha rắn và pha khí, γSL- lực căng bề mặt giữa giao diện lỏng và rắn, γLV- lực căng bề mặt giữa giao diện khí và lỏng, nhưng phương trình của Young đã giả thiết rằng bề mặt rắn là bề mặt nhẵn bóng, để lý tưởng hoá mô hình Tuy nhiên, trong thực tế thì không thể có bề mặt nhẵn bóng hoàn toàn, do đó, độ lớn của góc tiếp xúc phải xem xét đến sự ảnh hưởng của độ nhám/thô của bề mặt, như hình 1.4

Hình 1.3 Góc tiếp xúc giữa giọt chất lỏng và bề mặt vật rắn [13]

θ < 90 o – bề mặt ưa nước; θ > 90 o – bề mặt kỵ nước; θ > 150 o – bề mặt siêu kỵ nước

Hình 1.4 Mô hình tiếp xúc giữa giọt chất lỏng và bề mặt rắn theo mô

hình Wenzel (trái) và Cassie-Baxter (phải) [13]

6

Wenzel [15] căn cứ vào phương trình của Young đã thêm vào độ nhám

r, r biểu thị tỉ lệ diện tích bên ngoài (diện tích mặt phẳng) và diện tích thật của

bề mặt thực tế tại bề mặt tiếp xúc, tại thời điểm này, mối quan hệ giữa góc tiếp xúc θ của giọt nước với bề mặt rắn và lực căng bề mặt như sau:

cosθ r = r(γ SL + γ LV )/γ SV = rcosθ

Từ đó có thể thấy, khi độ nhám tăng đến một mức độ nhất định, sự tiếp xúc của các giọt nước trên bề mặt nhám là một góc tiếp xúc tổng hợp, các giọt nước sẽ tiếp xúc với không khí bị mắc kẹt trên bề mặt rắn, như phương trình

Cassie [7] [8] (hình 1.4) Gọi f1, f2 lần lượt là phần diện tích chiếm chỗ của vật rắn và không khí, θ1 là góc tiếp xúc giữa giọt nước và bề mặt nhẵn, θ2 là góc tiếp xúc giữa giọt nước và không khí Góc tiếp xúc tổng hợp thực tế θ’

được tính theo phương trình sau:

cosθ'= f1cosθ1 + f2cosθ2

Do góc tiếp xúc θ2 giữa giọt nước và không khí là 180o, f1 + f2 =1, nên

công thức này có thể được chuyển thành:

cosθ'= f1cosθ1 - f2 = f1cosθ1 - f1 - 1

Phương trình Wenzel và Cassie có thể được chuyển đổi với nhau dưới những điều kiện nhất định Khi thay đổi cấu trúc hình học bề mặt rắn, tăng độ nhám của bề mặt rắn, trạng thái của các giọt nước trên bề mặt rắn sẽ được chuyển đổi từ mô hình của Wenzel sang phương trình Cassie [12]; sau khi bề mặt rắn bị mài mòn cơ học như ma sát, cấu tạo thô hoặc thành phần hoá học của bề mặt rắn sẽ bị phá huỷ, sẽ chuyển đổi từ phương trình Cassie sang phương trình Wenzel [9] [14]

7

1.2.2 Hiện tượng trễ của góc tiếp xúc (Contact angle hysteresis)

Trong nghiên cứu tính thấm ướt của bề mặt vật liệu, nếu chỉ dựa vào độ lớn góc tiếp xúc tĩnh thì chưa đủ để đánh giá tổng thể mà cần xem xét đến hiện tượng trễ của góc tiếp xúc (Contact angle hysteresis)

Hình 1.5 Hiện tượng trễ của góc tiếp xúc (Contact angle hysteresis)

Hiện tượng trễ của góc tiếp xúc phản ánh khả năng lăn/trượt của giọt nước trên bề mặt vật rắn Để đánh giá hiện tượng này có thể thông qua tính

toán độ chênh lệch giữa góc tiếp xúc phía trước (θ A) và góc tiếp xúc phía sau

(θ B) của giọt nước Độ chênh lệch càng nhỏ thể hiện góc tiếp xúc trễ nhỏ, giọt nước dễ dàng lăn/trượt trên bề mặt vật rắn Góc lăn/trượt là góc nghiêng của

bề mặt vật liệu so với mặt đất () khi giọt nước bắt đầu lăn/trượt Giá trị của góc này phản ánh độ lớn của góc tiếp xúc trễ, có thể sử dụng góc lăn/trượt để thay thế cho việc đo góc tiếp xúc trễ Có thể sử dụng độ lớn góc lăn/trượt để thay thế mô hình Wenzel và Cassie trong đánh giá tính thấm ướt của vật liệu Trong

mô hình của Wenzel, giọt nước dính vào bề mặt vật rắn, góc lăn/trượt lúc này khá lớn Nhưng trong mô hình Cassie do diện tích tiếp xúc nhỏ, giọt nước dễ lăn/trượt, góc lăn/trượt nhỏ, bề mặt siêu kỵ nước thường phù hợp với mô hình của Cassie, yêu cầu góc tiếp xúc lớn hơn 150o, góc lăn/trượt nhỏ hơn 10o

1.3 Phương pháp tạo bề mặt kỵ nước cho giấy

Trong những năm gần đây, lấy ý tưởng từ “Hiệu ứng lá sen” (Hiệu ứng

lá sen là chỉ sự không thấm nước của bề mặt một số lá cây, điển hình là lá sen Nước bị lăn/trượt trên bề mặt của lá nhờ cấu trúc đặc biệt trên bề mặt), các tác giả trong và ngoài nước cũng đã tiến hành nhiều nghiên cứu và thảo luận về

8

việc tạo ra giấy kỵ nước [3] [4] [1] [17] [5] Các phương pháp đang được sử dụng phổ biến gồm:

- Phương pháp Sol-gel

- Phương pháp thuỷ nhiệt

- Phương pháp tổ hợp từng lớp (Layer-by-layer assembly method)

- Phương pháp kết tủa thể khí (Lhemical vapor deposition)

- Phương pháp kết tủa thể lỏng (Chemical bath deposition)

- Kỹ thuật Plasma

- Phương pháp đồng trùng hợp ghép nhánh bề mặt (Graft polymerization)

co-1.4 Đặc điểm của giấy

Giấy là vật liệu mỏng được làm từ chất xơ dày từ vài trăm µm, đến vài

mm thường có nguồn gốc từ thực vật, và được tạo thành các mạng lưới bởi lục liên kết hidro không có chất kết dính Thông thường giấy được sử dụng dưới dạng lớp mỏng nhưng cũng có thể dung để tạo hình các hình các vật lớn Loại giấy quan trọng nhất về văn hóa là giấy viết Bên cạnh đó được sử dụng làm vật liệu bao bì, trong nội thất như giấy dán tường, giấy về sinh hay trong thủ công trang trí

Giấy được sản xuất từ bột gỗ hoặc bột giấy như tre, nứa, bông, đay, gỗ rừng trồng ( thông, bạch đàn, sồi, linh sam, ), giấy phế thải Đó chính là nguồn sơ sợi Cellulose trong thực vật, hay tất cả nguyên liệu có chứa Cellulose Ngoài bột giấy (Cellulose) trong giấy còn có các phụ gia nhằm tăng độ trắng, độ nhẵn, mịn, độ phản quang

Một số tính chất căn bản của giấy:

Bất kỳ loại giấy, giấy bìa, giấy in, giấy dán tường nào cũng có các tính chất căn bản là độ ẩm, định lượng, độ dày, mật độ, độ xếp chặt và thành phần chất độn Đó là những đặc điểm mô tả rất quan trọng của giấy Vì trao đổi thương mại giấy đều dựa trên khối lượng, nên định lượng là mối quan hệ giữa cân nặng của vật liệu với bề mặt của nó Bên cạnh định lượng còn có độ dày

9

và mật độ cũng là những chỉ tiêu quan trọng về bản chất của cấu trúc giấy Xác định độ ẩm của giấy chỉ đơn giản là cân mẫu giấy trước và sau khi sấy ở nhiệt độ 105 ± 2°C, ISO 287 Cần duy trì thời gian sấy đủ mức cần thiết để đạt được trọng lượng cố định Độ ẩm được biểu diễn dưới dạng % của khối lượng của mẫu ẩm Định lượng là khối lượng trên một đơn vị diện tích của giấy và giấy bìa, được biểu diễn thành g/m2 Việc xác định định lượng bao gồm động tác cân một miếng giấy có diện tích biết trước, ISO 536 Miếng giấy xét nghiệm có diện tích ít nhất là 500cm2, thường là 200 x250 mm, với sai số cắt cho phép là ± 0.5 mm Nói về độ dày của giấy, người ta thường dùng đơn vị mm Thiết bị sử dụng là máy đo độ dày của một tờ giấy hay nhiều tờ giấy được ép với lực nén cho trước tạo bởi hai đĩa đặt song song Lực nén thường được ưa dùng là 100 kPa, ISO 534 Do bởi giá trị nhận được cho một tờ giấy riêng lẻ phụ thuộc vào việc quá trình đo đã sử dụng một hay nhiều tờ giấy nên cần phân biệt rõ sự khác biệt giữa hai giá trị này Để đo độ dày của một tờ riêng lẻ thì rõ rang là phải dùng một tờ riêng biệt, nhưng độ dày xếp chặt là giá trị độ dày trung bình của một tờ đo được từ một xấp nhiều

tờ Do có nhiều thay đổi và tính chịu nén của giấy, và tính không bất biến của các tính chất bề mặt của giấy nên giá trị độ dày xếp chặt thường nhỏ hơn giá trị độ dày của một tờ giấy riêng lẻ Việc sử dụng giá trị độ dày theo những trường hợp cụ thể thì phụ thuộc vào mục đích sử dụng kết quả Độ dày tờ giấy riêng lẻ thường có liên quan tới một hoàn cảnh sử dụng thành phẩm, như công tác in ấn chẳng hạn Độ dày xếp chặt là độ dày cuối cùng của quyển sách được làm từ tờ giấy ta đang xét Mật độ biểu kiến là khối lượng trên một đơn

vị thể tích của giấy hay giấy bìa được tính theo tỷ số giữa định lượng và độ dày, đơn vị tính là kg/mP3 P, đôi khi là g/cmP3 P Theo ISO 534, mật độ còn được gọi là mật độ xếp chặt biểu kiến dựa trên độ dày xếp chặt, hay là mật độ biểu kiến dựa trên độ dày của tờ giấy riêng lẻ

10

CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng, mục tiêu, phạm vi nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Công nghệ sản xuất giấy kỵ nước

- Đặc tính kỵ nước của giấy khi xử lý với dung dịch nano ZnO

2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu

(1) Nguyên liệu và vật tư sử dụng

- Nguyên liệu: Giấy carton phế thải

- Hóa chất:

Loại hoá chất nguồn tạo dung dịch nano ZnO: Zinc acetate dehydrate (Zn(CH3COOH)2.2H2O - ZnAc)

- Công thức pha dung dịch nano ZnO: 0,57g ZnO(NO3)2.6H2O ; 0,27g

C6 H12N4 và 40 ml nước tinh khiết khấy trong 30 phút

(2) Phương pháp phủ ZnO cho giấy carton

11

Trong khuôn khổ của khóa luận tốt nghiệp, nghiên cứu chỉ dừng lại ở các bước xử lý xơ sợi với dung dịch nano ZnO như sau:

- Xử lý thuỷ nhiệt để xử lý tạo ra lớp màng chứa ZnO trên bề mặt giấy

(3) Chế độ xử lý giảm năng lượng bề mặt màng ZnO

Để làm giảm năng lượng bề mặt của màng ZnO và tạo ra tính kỵ nước cho giấy, chuyên đề đã tiến hành ngâm mẫu giấy sau khi phủ dng dịch nano ZnO bằng Stearic Acid trong điều kiện môi trường phòng thí nghiệm Viện Công nghiệp gỗ và Nội thất Điều kiện xử lý thay đổi theo bảng sau:

Bảng 1.1 Chế độ xử lý Stearic Acid cho màng ZnO trên giấy carton Chế độ Nồng độ dung dịch Stearic Acid (%) Thời gian ngâm (phút)

(4) Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm

Căn cứ phạm vi và thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp cho phép, tiến hành đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng sản phẩm sau:

- Phân tính cấu trúc hiển vi của màng nano ZnO bằng kính hiển vi điện

tử quét (SEM)

- Phân tích cấu trúc tinh thể của màng nano ZnO trên giấy bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD)

12

- Tính kỵ nước của giấy: Đo góc tiếp xúc giọt nước và bề mặt phủ sau khi xử lý

- Khả năng tách pha dầu và nước

- Sơ bộ đánh giá tính chất cơ lý của giấy sau khi xử lý bề mặt

2.2 Nội dung nghiên cứu

Với mục tiêu và phạm vi nghiên cứu như trên, chuyên đề đã tiến hành thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:

(1) Tìm hiểu một số thông tin cơ bản về nguyên liệu giấy carton

(2) Phân tích cấu trúc hiển vi và cấu trúc tinh thể của màng nano ZnO trên bề

mặt giấy trước và sau khi xử lý bằng dung dịch nano ZnO và Stearic Acid

(3) Đánh giá mức độ ảnh hưởng của nồng độ Stearic Acid đến tính chất kháng nước của giấy sau xử lý

(4) Sơ bộ đánh giá khả năng phân tách dầu nước của mẫu giấy sau xử lý với dung dịch nano ZnO và Stearic acid

(5) Đánh giá tính chất cơ lý của giấy sau xử lý

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp kế thừa tài liệu:

Kế thừa các kết quả tài liệu có liên quan để tổng hợp các thông tin về nguồn nguyên liệu giấy phế liệu- bìa carton

2.3.2 Phương pháp tiêu chuẩn:

Sử dụng các tiêu chuẩn TCVN để xác định một só tính chất cơ lý của mẫu giấy thí nghiệm

- Xác định định lượng: TCVN 1270 – 2000 (g/m2)

- Xác định độ bền kéo: TCVN 1862 – 2000 (m)

13

- Xác định độ bền xé: TCVN 3229 – 2000 (mN.m2/g)

- Xác định độ chịu bục TCVN 3228-1 – 2000 ( k.Pa.m2/g)

2.3.2 Phương pháp thực nghiệm

- Cách tiếp cận, phương án bố trí thí nghiệm

Trên cơ sở đặc điểm bề mặt kỵ nước trong tự nhiên và hiệu ứng lá sen như trình bày trong phần tổng quan đã chỉ ra: Để có được bề mặt kỵ nước với góc tiếp xúc lớn hơn 150o và góc lăn/trượt nhỏ hơn 10o, bề mặt vật liệu cần có hai điều kiện cơ bản gồm: (1) Vật liệu trên bề mặt có năng lượng bề mặt thấp

và (2) Bề mặt vật liệu phải có cấu trúc thứ bậc (Hierarchical structure) ở cấp

độ nano/micro

Với hai yêu cầu trên, như chúng ta đã biết giấy là nguyên liệu được làm

từ vật liệu hữu cơ, được cấu tạo trên cơ sở các tế bào thực vật, trong các thành phần cấu tạo nên giấy có chứa nhiều nhóm ưa nước (như -OH) vì vậy bản thân giấy là loại vật liệu ưa nước

Để làm cho giấy từ vật liệu ưa nước trở thành vật liệu có bề mặt kỵ nước

có thể áp dụng công nghệ nano để đưa lên bề mặt giấy một hoặc nhiều lớp cấu trúc thức bậc ở cấp độ nano, sau đó kết hợp với xử lý làm giảm năng lượng bề mặt của lớp có cấu trúc nano này sẽ đạt được tính năng kỵ nước cho giấy

Với những luận cứ này, chuyên đề đã tiến hành nghiên cứu tạo bề mặt kỵ nước cho giấy thông qua hai bước cơ bản sau:

Bước 1: Áp dụng công nghệ nano, tạo ra lớp phủ liên tục hợp chất Zinc

acetate dehydrate (Zn(CH3COOH)2.2H2O - ZnAc) có cấu trúc nano trên bề mặt sợi giấy

Bước 2: Sử dụng dung dịch Stearic acid để xử lý lớp phủ nano ZnO để

làm giảm năng lượng bề mặt lớp phủ nano ZnO

14

Với hai bước xử lý này sẽ tạo ra được giấy có lớp phủ kỵ nước có đặc tính cấu trúc bề mặt theo nguyên lý kỵ nước của các sinh vật trong tự nhiên

- Phương pháp tạo mẫu thí nghiệm

(1) Phương pháp tạo lớp phủ nano ZnO trên sợi giấy/giấy

- Bước 1: Chuẩn bị 30g giấy carton: làm nhỏ kích thứơc giấy carton và ngâm nước

- Bước 2: Chuẩn bị dung dịch nano ZnO: Công thức pha dung dịch nano ZnO: 0,57g ZnO(NO3)2.6H2O ; 0,27g C6 H12N4 và 40 ml nước tinh khiết khuấy trong 30 phút

- Bước 3: Vắt kiệt nước giấy đã làm nhỏ rồi cho vào dung dịch thủy nhiệt, khuấy gia nhiệt ở nhiệt độ 80oC trong thời gian 3h

- Bước 4: Lọc lấy xơ sợi và dàn trải thành giấy mỏng định lượng khoảng 70g/m2 sau đó làm khô ở nhiệt độ 600C (sấy trong khoảng 1,5h)

(2) Phương pháp xử lý giảm năng lượng bề mặt lớp phủ ZnO trên giấy

- Bước 1: Chuẩn bị mẫu gồm mẫu giấy không phủ và đã phủ nano ZnO

- Bước 2: Ngâm mẫu ở Bước 1 vào dung dịch Stearic acid với nồng độ

và thời gian ngâm thay đổi như Bảng 2.2 Mỗi chế độ 5 mẫu

- Bước 3: Sấy mẫu ở 60oC trong 3h

- Phương pháp đo góc tiếp xúc

+ Kích thước mẫu: dày х 20 х 20 mm

+ Dung lượng mẫu: 3 mẫu/chế độ

+ Dụng cụ: xi lanh mini sao cho có thể tạo ra giọt nước khoảng 5µl

+ Kính hiển vi soi nổi gắn máy ảnh kỹ thuật số