ỨNG DỤNG RƠM VÀO CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE

1. Lý do thực hiện dự án Ngày nay, vật liệu composite phát triển mạnh mẽ và đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống của con người vì thế các nhà khoa học đã và đang tập trung nghiên cứu để có thể tạo ra loại vật liệu vừa bền vừa thân thiện môi trường. Thông thường vật liệu composite được sản xuất từ sợi gia cường là thủy tinh và sợi cacbon. Tuy sợi thủy tinh tạo ra sản phẩm tương đối bền nhưng giá thành cao và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của nhân công, người tiêu dùng và môi trường. Về phía sợi cacbon thì giá thành quá cao không phù hợp để sản xuất các sản phẩm thông dụng. Hiện nay, một số nghiên cứu tập trung sử dụng sợi tự nhiên sợi sơ dừa, sợi cây dừa nước, sợi bông, sợ tre,… làm vật liệu gia cường có ưu điểm là rẻ, thân thiện môi trường nhưng nhược điểm là quá trình tách sợi khó khăn, cơ tính không cao. Chính vì thế việc tìm ra loại sợi vừa rẻ, thân thiện môi trường vừa đáp ứng cơ tính của vật liệu composite là rất cần thiết hiện nay. Rơm rạ là nguồn phế thải trong nông nghiệp, bao gồm phần thân và cành lá của cây lúa, sau khi đã tuốt hạt lúa. Rơm rạ chiếm khoảng một nửa sản lượng của cây ngũ cốc như lúa mạch, lúa mì và lúa gạo. Trong trường hợp ở nước ta, thì rơm chủ yếu phát sinh từ cây lúa nước. Tác giả có ý tưởng kết hợp sợi tự nhiên (rơm) chế tạo vật liệu composite tạo ra vật liệu polymer composite bền có thể phục vụ đời sống của người dân. Ngoài ra, rơm có cơ tính khá cao, có giá thành rẻ, khối lượng riêng nhẹ. Từ những ưu điểm đó cho thấy rơm có khả năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống. Nắm bắt được những tiềm năng, lợi thế của sợi rơm chính vì vậy mà tác giả đã chọn đề tài này: “Ứng dụng rơm vào chế tạo vật liệu composite” 2. Mục đích nghiên cứu Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu khả năng ứng dụng rơm trong sản xuất vật liệu composite. Qua đó, đề ra quy trình sản xuất composite quy mô công nghiệp. Hơn thế nữa, thông qua đề tài này, rơm được chứng minh là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, thích hợp và cạnh tranh với nguyên liệu sản xuất composite truyền thống, nâng cao giá trị của rơm. 3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp luân phiên từng biến để tìm ra thông số tối ưu nhất, sau đó tiến hành tạo sản phẩm với thông số tối ưu đó. Các biến số trong nghiên cứu này là tỉ lệ rơm, kích thước sợi rơm, nhiệt độ trộn, thời gian trộn, tốc độ trộn, nhiệt độ ép, thời gian ép, áp suất ép nóng. Trong từng biến số sẽ chọn ra những thông số để khảo sát. Những yếu tố khác cũng được chọn dựa trên các tài liệu liên quan hoặc các bài báo khoa học thuộc các nghiên cứu có liên quan. Trước hết ta giả sử thông số tối ưu của các biến khác, để tìm ra thông số tối ưu của biến thứ nhất. Sau đó ta cố định biến số đầu tiên, để tìm ra các thông số tối ưu thứ hai. Và cứ tiếp tục như thế cho đến thông số cuối cùng.

SÁNG TẠO KỸ THUẬT DỰ ÁN ỨNG DỤNG RƠM VÀO CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Lĩnh Vực Dự Thi: Vật liệu, hóa chất, lượng ****** Tác giả: MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Lý thực dự án 2 Mục đích nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu PHẦN NỘI DUNG .3 CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VẤN ĐÈ NGHIÊN CỨU .3 1.1 Vật liệu composite .3 1.2 Thành phần vật liệu composite 1.3 Nhựa polypropylen 1.4 Rơm 1.5 Chất tương hợp MAPP CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM 10 2.1 Thiết bị, nguyên liệu, hóa chất 10 2.2 Kế hoạch nghiên cứu .10 CHƯƠNG 3: KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN 12 3.1 Chuẩn bị nguyên liệu rơm chế tạo vật liệu 12 3.2 Kết thực nghiệm thảo luận 14 3.3 So sánh vật liệu từ rơm/nhựa PP với số vật liệu khác 18 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 PHẦN MỞ ĐẦU Lý thực dự án Ngày nay, vật liệu composite phát triển mạnh mẽ đóng vai trị quan trọng đời sống người nhà khoa học tập trung nghiên cứu để tạo loại vật liệu vừa bền vừa thân thiện môi trường Thông thường vật liệu composite sản xuất từ sợi gia cường thủy tinh sợi cacbon Tuy sợi thủy tinh tạo sản phẩm tương đối bền giá thành cao ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe nhân công, người tiêu dùng mơi trường Về phía sợi cacbon giá thành cao không phù hợp để sản xuất sản phẩm thông dụng Hiện nay, số nghiên cứu tập trung sử dụng sợi tự nhiên sợi sơ dừa, sợi dừa nước, sợi bông, sợ tre,… làm vật liệu gia cường có ưu điểm rẻ, thân thiện mơi trường nhược điểm q trình tách sợi khó khăn, tính khơng cao Chính việc tìm loại sợi vừa rẻ, thân thiện mơi trường vừa đáp ứng tính vật liệu composite cần thiết Rơm rạ nguồn phế thải nông nghiệp, bao gồm phần thân cành lúa, sau tuốt hạt lúa Rơm rạ chiếm khoảng nửa sản lượng ngũ cốc lúa mạch, lúa mì lúa gạo Trong trường hợp nước ta, rơm chủ yếu phát sinh từ lúa nước Tác giả có ý tưởng kết hợp sợi tự nhiên (rơm) chế tạo vật liệu composite tạo vật liệu polymer composite bền phục vụ đời sống người dân Ngoài ra, rơm có tính cao, có giá thành rẻ, khối lượng riêng nhẹ Từ ưu điểm cho thấy rơm có khả ứng dụng vào nhiều lĩnh vực sống Nắm bắt tiềm năng, lợi sợi rơm mà tác giả chọn đề tài này: “Ứng dụng rơm vào chế tạo vật liệu composite” Mục đích nghiên cứu Mục tiêu đề tài nghiên cứu khả ứng dụng rơm sản xuất vật liệu composite Qua đó, đề quy trình sản xuất composite quy mô công nghiệp Hơn nữa, thông qua đề tài này, rơm chứng minh nguồn nguyên liệu rẻ tiền, thích hợp cạnh tranh với nguyên liệu sản xuất composite truyền thống, nâng cao giá trị rơm Phương pháp nghiên cứu Phương pháp luân phiên biến để tìm thơng số tối ưu nhất, sau tiến hành tạo sản phẩm với thơng số tối ưu Các biến số nghiên cứu tỉ lệ rơm, kích thước sợi rơm, nhiệt độ trộn, thời gian trộn, tốc độ trộn, nhiệt độ ép, thời gian ép, áp suất ép nóng Trong biến số chọn thông số để khảo sát Những yếu tố khác chọn dựa tài liệu liên quan báo khoa học thuộc nghiên cứu có liên quan Trước hết ta giả sử thông số tối ưu biến khác, để tìm thơng số tối ưu biến thứ Sau ta cố định biến số đầu tiên, để tìm thơng số tối ưu thứ hai Và tiếp tục thông số cuối PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VẤN ĐÈ NGHIÊN CỨU 1.1 Vật liệu composite 1.1.1 Định nghĩa Vật liệu composite loại vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu có chất khác nhằm tạo loại vật liệu có đặc tính lý (hay hóa) vượt trội đặc tính lý (hay hóa) vật liệu thành phần Có thể nói vật liệu composite gồm nhiều pha gián đoạn (gọi vật liệu cốt hay gia cường) phân bố pha liên tục (gọi vật liệu hay vật liệu kết dính) Vật liệu cốt giúp cho vật liệu tăng độ cứng, độ bên, khả chịu va đập chịu mịn; cải thiện tính dẫn nhiệt, chịu nhiệt, khả chống mài mịn Ngồi ra, có vật liệu cốt có tác dụng giúp cho q trình gia công dễ dàng hơn, làm cho vật liệu composite nhẹ để hạ giá thành sản phẩm composite Vật liệu hay vật liệu kết dính có nhiệm vụ liên kết vật liệu gia cường lại với môi trường truyền lực học vào vật liệu gia cường Vật liệu đóng vai trị chủ yếu việc tạo hình chi tiết composite bảo vệ vật liệu gia cường tránh hư hỏng tác động học, hóa học hay mơi trường Bên cạnh đó, vật liệu đóng góp thêm vài tính chất cần thiết tính cách điện, dẻo dai Ưu điểm nôi bật vật liệu composite thay đổi cấu trúc hình học, phân bố vật liệu thành phần để tạo vật liệu có tính độ bền đáp ứng yêu cầu Do đó, composite có khả đáp ứng yêu cầu khắt khe công nghiệp đại tính cao, nhẹ, có khả chịu nhiệt độ cao Chính vậy, vật liệu composite ngày giữ vai trò then chốt cách mạng vật liệu 1.1.2 Tính chất Vật liệu composite tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu tính phụ thuộc vào: - Bản chất vật liệu thành phần - Tỉ lệ vật liệu thành phần - Tác dụng hỗ trợ vật liệu thành phần (đặc tính liên diện) - Luật phân bố vật liệu cốt vật liệu composite (ngẫu nhiên hay có định hướng; phân bố hay khơng ) - Hình đạng kích thước vật liệu cốt - Kỹ thuật gia công Vật liệu PC có tính chất chung như: - Sản phâm đa dạng - Khối lượng riêng nhỏ (nhẹ) - Giá thành rẻ (trừ số loại đặc biệt) - Khả chịu mơi trường, chịu hóa chất cao, khơng bị mối, mọt, rỉ sét - Cách điện, cách nhiệt, cách âm tốt - Thời gian sử dụng lâu, độ bền riêng cao - Gia công chế tạo đơn giản, nhanh, dễ tạo hình, dễ thay đổi sửa chữa 1.1.3 Ứng dụng Nhờ có tính chất ưu việt có khối lượng riêng thấp, có độ bền cao, chịu mơi trường tốt, điều khiển tính chất vật liệu theo hướng khác cách dễ dàng Vật liệu composite ngày ứng dụng rộng rãi chủ yếu cho số lĩnh vực sau: Ngành chế tạo ô tô: chủ yếu sử dụng vật liệu cormposite chất lượng cao chế tạo tiết phận cho ô tô, đặc biệt ô tô thể thao phương tiện giao thông mặt đất Hiệu nhận sử dụng vật liệu là: giảm trọng lượng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu mài mòn Ngày nay, vật liệu composite nghiên cứu để chế tạo phận phải chuyển động qua lại Chuyển động quay nhằm làm giảm rung động tiếng ồn tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc Ngành hàng khơng vũ trụ: vật liệu composite ứng dụng để chế tạo máy bay quân dân từ sớm Các ứng dụng chính: mũi máy bay, máy bay, cánh máy bay, Ưu điểm sử dụng vật liệu composite cho hiệu kinh tế cao, giảm trọng lượng kết cấu nhờ giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng khối lượng vận chuyền tầm bay xa Trong công nghiệp đóng tàu: so với vật liệu kim loại vật liệu composite có ưu điểm sử dụng làm vật liệu đóng tàu tỷ trọng bé có khả cách điện tốt, đặc biệt bền mơi trường hóa chất nước biển Hiện ngành đóng tàu vật liệu composite sử dụng đề làm tiết thân tàu, cột buồm, thùng chứa ca nô cứu sinh Trong công nghiệp xây dựng vật liệu composite sử dụng để sản xuất sản phâm tắm lợp chịu lực, ông dẫn 1.2 Thành phần vật liệu composite Vật liệu composite gồm hai thành phần chính: + Vật liệu (hay vật liệu kết dính) + Vật liệu gia cường (vật liệu cốt) 1.2.1 Vật liệu Thường polyme Đây cấu tử vật liệu composite Vật liệu pha liên tục đóng vai trị chất kết dính, liên kết vật liệu gia cường, chuyển ứng suất lên chúng Ngồi ra, vật liệu cịn có tác dụng bảo vệ chất gia cường tác dụng môi trường Vật liệu sử dụng cho vật liệu composite nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo 1.2.1.1 Nhựa chất dẻo Nhựa nhiệt dẻo loại polyme có khả chảy mềm tăng nhiệt độ lên đóng rắn lại làm nguội Nhựa nhiệt dẻo có khả tái sinh nhiều lần Một số nhựa nhiệt dẻo: polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS), polyvinyl clorua (PVC), polymetyl meta acrylat (PMMA), polyetylen terephtalat (PET) 1.2.1.2 Nhựa nhiệt rắn Là loại polyme bị tác động nhiệt phương pháp xử lý hóa học khác trở nên cứng rắn Nhựa nhiệt rắn sau đóng rắn khơng cịn khả chuyển sang trạng thái chảy mềm tác dụng nhiệt Do khơng có khả tái sinh Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu composite có tính chất lí cao nhựa nhiệt dẻo vấn đề xử lý chúng sau sử dụng phức tạp tốn Một số nhựa nhiệt rắn: nhựa melamin formaldehyde (ME), polyester không no (PEKN), nhựa epoxy (EP), nhựa polyuretan 1.2.2 Vật liệu gia cường Vật liệu gia cường có tác dụng chịu ứng suất tập trung vật liệu truyền đến Do vậy, vật liệu gia cường làm tăng độ bền cho vật liệu composite Để lựa chọn vật liệu gia cường, người ta dựa vào yếu tố sau: đặc tính học cao, tính kháng (hóa chất, mơi trường, nhiệt độ ), phân tán tốt vào vật liệu nền, truyền nhiệt, giải nhiệt tốt, thuận lợi cho q trình gia cơng giá thành rẻ Tùy theo yêu cầu cho vật liệu composite mà người ta lựa chọn vật liệu gia cường thích hợp Có hai loại vật liệu gia cường: dạng sợi dạng hạt 1.2.2.1 Vật liệu gia cường dạng sợi Vật liệu gia cường dạng sợi truyền ứng suất tốt vật liệu gia cường dạng hạt ứng suất điểm sợi phân bố toàn chiều dài sợi điểm chịu ứng suất nhỏ nhiều so với vật liệu gia cường dạng hạt Các loại sợi gia cường thông dụng: + Sơi thủy tinh: loại sợi sử dụng rộng rãi rẻ, dễ kiếm, tính chất lý tương đối tốt, có khả chịu hóa chất chịu nhiệt tốt + Sợi cacbon: có độ bền học biến thiên khoảng rộng, sử dụng lĩnh vực hàng khơng, vũ trụ + Sợi aramid: có độ bền riêng cao thép lần nhẹ sợi thủy tinh, có tính tự dập tắt lửa, chịu nhiệt độ 400°C, nhược điểm không chịu tác dụng tia tử ngoại độ bền giảm nhanh uốn liên tục + Sợi tự nhiên: xét độ bền khơng loại sợi loại sợi thân thiện với mơi trường, tái tạo, lại đa dạng nên thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu Sợi dạng sợi liên tục (sợi dài đơn, vải dệt ), sợi ngắn 1.2.2.2 Vật liệu gia cường dạng hạt Vật liệu gia cường dạng hạt bột gỗ, cao lanh, bột nhẹ, vảy mica Hình 1.1 Cấu tạo composite cốt hạt Vật liệu gia cường dạng hạt thường ứng dụng sản phẩm có u cầu độ bền khơng cao, nhằm hạ giá thành sản phẩm, số trường hợp hạt dùng để cải thiện số tính chất vật liệu tăng khả chịu nhiệt, chịu mài mịn, giảm co ngót 1.3 Nhựa polypropylen 1.3.1 Giới thiệu nhựa polypropylen (PP) Polypropylen loại polyme phản ứng trùng hợp propylen, sản phẩm trình chưng cất dầu mỏ, có cơng thức phân tử (C3H6)n Hình 1.2: Nhựa propylen 1.3.2 Tính chất nhựa PP 1.3.2.1 Tính chất nhiệt Nhựa PP có tính bền học cao, cứng, không màu, không mùi, không vị, không độc, cháy sáng với lửa màu xanh nhạt, chịu nhiệt độ cao 100°C Nhựa PP có nhiệt độ nóng chảy khoảng 160°C đến 170°C Ở 155°C, nhựa PP thể rắn gần đến nhiệt độ nóng chảy chuyển sang trạng thái mềm cao su, giảm nhiệt độ xuống 120°C nhựa PP bắt đầu kết tinh Ở dạng vô định hình, nhựa PP có khối lượng riêng khoảng 0,855 g/cm 2, cịn dạng tỉnh thể khoảng 0,946 g/cm Khi tiếp xúc với tạp chất kim loại đồng, mangan hợp chất kim loại ảnh hưởng lớn đến tính chịu nhiệt PP Do đó, cần ý tổng hợp gia công nhựa PP Bảng 1: Thông số kỹ thuật nhựa polypropylen 1.3.2.2 Độ bền hóa học Nhựa PP có khả chống lại tác dụng hóa học nhiều loại dung mơi hóa học, axit, bazơ Ở nhiệt độ thường, nhựa PP không tan dung môi hữu tiếp xúc lâu Tất dạng nhựa PP không hút nước Nhựa PP có nhược điểm bị lão hóa đưới xạ tia UV tiếp xúc với ánh sáng mặt trời Đây lí việc sử dụng chúng làm lấy sáng thay cho kính Đối với với vật dụng làm nhựa PP có tiếp xúc với ánh sáng mặt trời cần sử dụng thêm chất hấp thụ tia UV, muội than thêm vào (khoảng 2%) trình gia công đề bảo vệ nhựa PP khỏi tác động tia UV Nhựa PP bị oxy hóa nhiệt độ cao, vấn đề gặp phải q trình gia cơng Các chất chống oxi hóa thường thêm vào nhựa để chống tượng thoái hóa 1.3.3 Ứng dụng nhựa PP Nhựa PP loại nhựa ứng dụng rộng rãi với tính chất ưu việt Nhựa PP có khối lượng phân tử cao dùng để sản xuất ống nhựa, màng, vật liệu bọc dây cáp điện, sợi 1.4 Rơm 1.4.1 Giới thiệu chung Rơm nguồn phế thải nông nghiệp, bao gồm phần thân cành lúa, sau tuốt hạt lúa Rơm rạ chiếm khoảng nửa sản lượng ngũ cốc, lúa mạch, lúa mì lúa gạo Đã có lúc rơm rạ coi loại sản phẩm phụ hữu ích thu hoạch được, nhu cầu lương thực mà sản lượng lúa ngày gia tăng, với nguồn rơm rạ tận dụng hết, nên rơm rạ trở thành nguồn phế thải khó xử lý nơng nghiệp Mặc dù nguồn phụ phẩm có chứa vật chất mang lại lợi ích cho xã hội, song giá trị thực thường bị bỏ qua chi phí lớn cho công đoạn thu thập, vận chuyển công nghệ xử lý để sử dụng cách hữu ích Việc đốt trời nguồn phế thải gây vấn đề môi trường, làm ảnh hưởng đến sức khỏe người đồng thời thất thoát nguồn tài nguyên Nếu nguồn phế thải tận dụng để tăng cường cho sản xuất vật liệu chúng khơng cịn nguồn phế thải mà trở thành vật liệu 1.4.2 Thành phần cấu trúc rơm Thành phần hóa học rơm rạ tính theo khối lượng khô gồm xenluloza (cellulose) 60%, linhin (lignin) - 14%, đạm hữu (protein) - 3,4%, chất béo (lipid) - 1,9% 1.4.2.1 Cellulose Được coi polysacarit tự nhiên, có cấu trúc mạch thẳng không phân nhánh, tạo thành từ mắt xích anhydro-D-gluco-pyranozơ, liên kết với qua liên kết 1,4-α-glucozit Cellulose có mặt tất lồi thực vật lồi có hàm lượng khác Cellulose bền với kiềm dễ dàng bị thủy phân axit thành đường tan nước Chính nhóm OH có cellulose làm cho sợi thực vật nói chung rơm nói riêng phân cực hút âm 1.4.2.2 Lignin Lignin polyme thơm tự nhiên, hỗn hợp phức tạp nhiều polyme dạng phenolic, có cấu tạo mạng khơng gian ba chiều Trong thực vật lignin chất liên kết tế bào, làm cho thành tế bào cứng hơn, chịu va đập, chịu nén, bền tác động vi sinh vật Hydroxyl, methoxyl cacbonyl nhóm xác định lignm Lignm phát có chứa nhóm hydroxl năm năm methoxyl đơn vị Người ta cho đơn vị cấu trúc phân tử lignin dẫn xuất 4-hydroxy-3methoxy-phenyl propane Lignin khơng hịa tan hầu hết dung mơi khơng bị tách thành monomer Lignin hồn tồn vơ định hình kỵ nước Nó khơng thủy phân axit, tan kiềm nóng, dễ dàng bị oxy hóa dễ dàng tụ với phenol Lignin nóng chảy nhiệt độ 140°C — 160°C, có khả bền nhiệt tốt dễ bị suy giảm độ bền tia tử ngoại mà trước chế tạo vật liệu cần phải xử lý sợi để loại bỏ lignin 1.5 Chất tương hợp MAPP 1.5.1 Vai trò chất tương hợp MAPP Sợi thực vật nói riêng rơm nói chung có thành phần cellulose, hemicellulose, lignin Trong thành phần này, đặc biệt cellulose có số lượng nhóm OH nhiều tạo nên tính phân cực cho rơm Trong đó, nhựa PP có cấu trúc hóa học khơng phân cực Vì vậy, việc đưa vào hỗn hợp nhựa PP rơm chất có vai trị gắn kết quan trọng để cải thiện tính tương hợp thành phần vật liệu composite Có nhiều chất tương hợp nghiên cứu, polypropylene maleic anhydride ghép (MAPP) sử dụng nhiều hiệu Khác với phương pháp xử lí hóa học khác anhydride maleie (MA) khơng sử dụng để thay đổi bề mặt sợi thực vật mà thay đổi bề mặt PP để đạt khả kết dính tốt tính chất học vật liệu tổng hợp Mạch PP cho phép anhydride maleic gắn kết sản xuất maleic anhydride polypropylene ghép (MAPP) Sau đó, việc xử lí sợi cellulose với copolyme MAPP nóng cung cấp liên kết hóa trị qua giao diện 1.5.2 Phản ứng cúa MAPP với bề mặt sợi thực vật Khi sợi thực vật trộn nóng chảy với AMPP, nhóm -OH có tác dụng tác nhân thân hạch (do có đơi điện tử tự ngun tử oxy) tác kích vào hai carbon nhóm carboxyl để mở vịng anhydride vào tạo thành nhóm ester Tiếp theo sau phản ứng mở vịng, nhóm carboxyl cịn lại anhydride maleic tiếp tục phản ứng với nhóm -OH khác (liên phân tử nội phân tử) để tạo thêm nhóm ester thứ hai 10 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM 2.1 Thiết bị, nguyên liệu, hóa chất 2.1.1 Thiết bị + Cân Ahaus SPS 402 + Tủ sấy Memmert, Đức + Máy trộn Haake PolyDrive, Đức + Bộ rây Retsch model AS 200 control, Đức + Máy ép gia nhiệt + Máy kéo nén Zwich/Roell, Đức + Máy đo va đập vạn loại lắc Zwick/Roell, Đức 2.1.2 Nguyên liệu hóa chất + Nhựa polypropylene + NaOH + MAPP + Rơm 2.2 Kế hoạch nghiên cứu 2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu rơm, chế tạo vật liệu Rơm sau lấy rửa sạch, phơi khơ nghiền nhỏ Sau đó, bột rơm xử lý dung địch H2SO4 2% 100°C nhằm loại bỏ đường tạp chất Tiếp tục rửa nước máy pH ≈ 7, cuối rửa lại nước cất Bột rơm sau phơi khô sấy tủ sấy 80°C 48h, sau cho vào bao milon cột kín để không bị ẩm nước Rơm nhựa PP trộn máy trộn Haake PolyDrive ép thành tấm, cuối tiến hành đo thông số như: lực uốn, lực kéo, lực va đập 2.2.2 Khảo sát Ảnh hưởngcác yếu tố ánh hướng đến tính vật liệu 11 Điều kiện khảo sát ban đầu: + Rơm chưa xử lý NaOH + Rơm có kích thước nhiều kích cỡ + Nhiệt độ trộn 1700C + Hàm lượng chất tương hợp MAPP 3% + Nhiệt độ ép 180°C Khảo sát điều kiện tối ưu đề chế tạo vật liệu composite từ rơm/PP + Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng rơm/PP đến có tính vật liệu composite + Khảo sát ảnh hưởng xử lí rơm đến tính vật liệu + Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt rơm đến tính vật liệu composite + Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ trộn đến tính vật liệu + Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ ép đến tính vật liệu + Khảo sát ảnh hưởng chất tương hợp MAPP đến tính vật liệu Dùng điều kiện tối ưu khảo sát để chế tạo vật liệu composite ứng dụng để sản xuất số vật dụng Có thể tóm tắt quy trình nghiên cứu sau: 12 13 CHƯƠNG 3: KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chuẩn bị nguyên liệu rơm chế tạo vật liệu 14 Hình 3.12: Các mẫu vật liệu từ rơm nhựa PP với điều kiện chế tạo vật liệu khác 15 3.2 Kết thực nghiệm thảo luận 3.2.1 Khảo sát Ảnh hưởng hàm lượng rơm đến tính vật liệu Rơm trộn với PP theo tỷ lệ khối lượng khác nhau: 0/100; 40/60; 50/50; 60/40; 70/30 tạo compound máy trộn nhiệt độ 170°C tốc độ quay trục vít 50 vịng/phút Mẫu ép nhiệt độ 180°C tiến hành đo độ bền uốn, độ bền kéo độ bền va đập Kết thực nghiệm trình bày hình 3.13 Hình 3.13: Ảnh hưởng hàm lượng rơm đến tính vật liệu Nhận xét Từ kết trình bày hình 3.13, cho thấy tăng tỷ lệ khối lượng rơm/PP độ bền uốn, độ bền kéo độ bền va đập vật liệu composite rơm/PP giảm Điều giải thích tăng hàm lượng rơm khả tương tác bề mặt phân cực rơm bề mặt không phân cực nhựa PP dần Nếu tìm tỷ lệ khối lượng rơm/PP cho tính tối ưu khơng có tỷ lệ phù hợp Tuy nhiên, nghiên cứu hướng đến khả ứng dụng nghĩa sử dụng rơm nhiều tính chấp nhận Vì vậy, chọn tỷ lệ khối lượng rơm/PP 50/50 giá trị tối ưu 3.2.2 Khảo sát xứ lý hóa học rơm đến tính vật liệu Rơm sau lấy tiến hành xử lý phương pháp hóa học Trước tiên, rơm xử lý dung dịch H 2SO4 10% 100°C nhằm loại bỏ tạp chất, sau tiến hành rửa ngâm dung dịch NaOH có nồng độ 1% nhằm tăng hàm lượng cenlulose Sau ngâm dung dịch NaOH 3h, tiếp tục rửa rơm nước máy pH ≈ 7, cuối rửa lại nước cất 16 Rơm sau rửa phơi khơ ngồi nắng, sau sấy tủ sấy 80°C 48h Cuối rơm bảo quản tủ sấy nhiệt độ 50°C để không bị ẩm nước Kết thúc trình xử lý, ta tiến hành trộn ép mẫu để kiểm tra tính vật liệu composite Kết thực nghiệm trình bày hình 3.14 Hình 3.14: Ảnh hưởng xử lý hóa học rơm đến tính vật liệu Nhận xét: Từ kết trình bày hình 3.14, cho thấy: rơm sau xử lý hóa học cho tính cao so với rơm không xử lý Việc xử lý rơm dung dịch NaOH phá vỡ liên kết hydro cấu trúc mạng, làm tăng độ nhám bề mặt giúp khả kết dính rơm nhựa PP tốt Ngoài ra, việc xử lý rơm dung dịch NaOH giúp loại bỏ phần lignin, sáp Hình 3.15: Sợi cellulose khơng xử lý (i) xử lý NaOH (ii) 17 3.2.3 Khảo sát Ảnh hưởng kích thước hạt rơm đến tính vật liệu Rơm sau rây phân thành ba loại kích thước từ 0,5 đến 1,18mm, nhỏ 0.5mm hỗn hợp nhỏ 1,18mm Tiến hành khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt lên tính vật liệu composite Kết thực nghiệm trình bày hình 3.16 Hình 3.16: Ảnh hưởng kích thước hạt rơm đến tính vật liệu Nhận xét: Từ kết trình bày hình 3.16 cho thấy: rơm hỗn hợp tạo nên vật liệu có tính cao Điều giải thích kích thước nhỏ rơm đóng vai trị chất độn, khơng làm tăng tính vật liệu, cịn với kích thước lớn rơm vừa đóng vai trò chất độn, vừa chất gia cường Khi trộn hai loại với nhau, tạo thành hỗn hợp với nhiều kích thước hạt có kích thước nhỏ đóng vai trị chất độn giúp cho nhựa PP phân tán vào hạt có kích thước lớn nên tính vật liệu cao 3.2.4 Khảo sát Ảnh hưởng nhiệt độ trộn đến tính vật liệu Nhiệt độ trộn phụ thuộc vào nhiệt độ nóng chảy nhựa PP Nhựa PP có nhiệt độ nóng chảy khoảng 1650C — 1700C nên khảo sát nhiệt độ trộn 1650C, 1700C, 1750C 1800C Kết thực nghiệm trình bày hình 3.17 18 Hình 3.17: Ảnh hưởng nhiệt độ trộn đến tính vật liệu 19