Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ tạo vật liệu composite gỗ nhựa plypropylene

Do vậy nhằm góp phần tận dụng một lượng lớn phế liệu gỗ từ các Nhà máy như mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn,… để sản xuất ra một loại vật liệu mới có nhiều tính chất tốt như vật liệu phức hợp gi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

QUÁCH VĂN THIÊM

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TẠO VẬT LIỆU

COMPOSITE GỖ NHỰA POLYPROPYLENE

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-

QUÁCH VĂN THIÊM

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TẠO VẬT LIỆU

COMPOSITE GỖ NHỰA POLYPROPYLENE

Chuyên ngành: Kỹ thuật chế biến lâm sản

Mã số:62 54 03 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn Khoa học: 1 PGS.TS TRẦN VĂN CHỨ

2 PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Hà Nội - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 02 tháng 6 năm 2014

NCS Quách Văn Thiêm

LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận án tiến sỹ, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trần Văn Chứ, PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu

và hoàn thiện luận án này

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo khoa Sau đại học, các thầy cô giáo khoa Chế biến Lâm sản đã quan tâm

và tận tình chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Trường

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí chế tạo máy, Trung tâm công nghệ cao, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi về vật chất, tinh thần trong quá trình học tập và làm việc

Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ, công nhân viên thuộc Trung tâm nghiên cứu Chế biến lâm sản, giấy và bột giấy thuộc Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh; Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia, Khoa Công nghệ vật liệu thuộc Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh; Viện công nghệ hóa học TP Hồ Chí Minh; Trung tâm thông tin khoa học thư viện Trường Đại học Lâm nghiệp; Công ty TNHH Chính Phát Thanh đã tạo mọi

điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ và ủng hộ tôi trong quá trình học tập và

nghiên cứu./

Hà Nội, ngày 02tháng 6 năm 2014

Nghiên cứu sinh

Quách Văn Thiêm

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt vii

Danh mục các bảng viii

Danh mục các hình x

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa 4

1.1.1 Khái niệm và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa 4

1.1.2 Thành phần trong vật liệu composite gỗ-nhựa 5

1.1.2.1 Vật liệu nền 5

1.1.2.2 Vật liệu cốt 7

1.1.2.3 Chất trợ tương hợp 11

1.1.2.4 Phụ gia 12

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của composite gỗ-nhựa 12

1.1.3.1 Ảnh hưởng của nguyên vật liệu đến tính chất của WPC 12

1.1.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nhựa nền/trợ tương hợp /bột gỗ 13

1.1.3.3 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất của vật liêu WPC 14

1.2 Các công trình nghiên cứu 15

1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước 15

1.2.2 Nghiên cứu trong nước 18

1.2.3 Nhận xét chung 22

Chương 2CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24

2.1 Thành phần trong vật liệu composite gỗ nhựa 24

2.1.1 Nhựa nền polypropylene 24

2.1.2 Cốt bột gỗ Cao su 25

2.1.3 Chất trợ tương hợp MAPP 27

2.1.4 Chất bôi trơn 28

2.2 Nguyên lý hình thành và cơ chế liên kết 28

2.2.1 Nguyên lý hình thành của vật liệu Composite gỗ – nhựa 28

2.2.2 Cơ chế liên kết giữa bột gỗ, nhựa PP và MAPP 29

2.3 Thiết bị và cơ sở lựa chọn thông số công nghệ 30

2.3.1 Thiết bị ép 30

2.3.2 Cơ sở lựa chọn thông số công nghệ 33

Chương 3ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

3.1 Đối tượng nghiên cứu 37

3.2 Phạm vi nghiên cứu 37

3.3 Mục tiêu nghiên cứu 38

3.4 Nội dung nghiên cứu 38

3.5 Phương pháp nghiên cứu 39

3.5.1 Cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu 39

3.5.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 40

3.5.3 Phương pháp thực nghiệm 40

3.5.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất của WPC 40

3.5.3.2.Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới tính chất của WPC 42

3.5.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ép tới tính chất của WPC 43

3.5.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất phun tới tính chất của WPC 43

3.5.3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ ép đa yếu tố tới tính chất của WPC 46

3.3.4 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 49

3.3.5 Thiết bị và phương pháp xác định các thông số nghiên cứu 50

3.6 Ý nghĩa của luận án 54

3.7 Những đóng góp mới của luận án 55

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 56

4.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa, bột gỗ, trợ tương hợp tới tính chất của vật liệu composite gỗ nhựa 56

4.1.1 Thực nghiệm tạo vật liệu WPC 56

4.1.1.1 Nguyên liệu 56

4.1.1.2 Mô tả quá trình thí nghiệm 56

4.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới khối lượng thể tích 61

4.1.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ hút nước 63

4.1.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền kéo 64

4.1.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền uốn 65

4.1.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền va đập 66

4.1.7 Xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý và kiểm tra bề mặt phá hủy 68

4.1.8 Kết luận ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất của WPC 71

4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng đơn yếu tố của chế độ ép tới tính chất của vật liệu composite gỗ nhựa 72

4.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ép 72

4.2.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 1 (T1) 72

4.2.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 2 (T2) 76

4.2.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 3 (T3) 79

4.2.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ép vùng 4 (T4) 82

4.2.1.5 Nhận xét về ảnh hưởng của nhiệt độ tới tính chất của WPC 85

4.2.2 Ảnh hưởng của thời gian ép 86

4.2.2.1 Thực nghiệm 86

4.2.2.2 Kết quả nghiên cứu 87

4.2.3 Ảnh hưởng của áp suất ép 90

4.2.3.1 Ảnh hưởng của áp suất phun tới khối lượng thể tích 93

4.2.3.2 Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ hút nước 94

4.2.3.3 Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ bền kéo 95

4.2.3.4 Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ bền uốn 97

4.2.3.5 Ảnh hưởng của áp suất phun tới độ bền va đập 99

4.2.4 Kết luận ảnh hưởng đơn yếu tố công nghệ tới tính chất của WPC 101

4.3 Ảnh hưởng của chế độ ép đa yếu tố tới tính chất của vật liệu composite gỗ nhựa102 4.3.1 Thí nghiệm tạo vật liệu 102

4.3.2 Kết quả nghiên cứu 103

4.3.2.1 Ảnh hưởng của chế độ ép tới khối lượng thể tích 103

4.3.2.2 Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ hút nước 105

4.3.2.3 Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ bền kéo 105

4.3.2.4 Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ bền uốn 107

4.3.2.5 Ảnh hưởng của chế độ ép tới độ bền va đập 109

4.3.3 Nhận xét ảnh hưởng của chế độ ép tới tính chất của WPC 111

4.4 Sản xuất thử và đánh giá chất lượng 112

4.4.1 Kiểm tra kết quả nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm 113

4.4.1.1 Tạo mẫu thí nghiệm 113

4.4.1.2 Đánh giá chất lượng sản phẩm 114

4.4.2 Sản xuất thử một số sản phẩm 115

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116

1 Kết luận 116

2 Kiến nghị 117 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu và

DANH MỤC CÁC BẢNG

3.1 Miền thực nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột

4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới tính chất

4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ vùng 2 tới tính chất của vật liệu

4.8 Ảnh hưởng của thời gian tới tính chất của vật liệu WPC 85

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1 Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn ngoài trời 5

1.2 Sử dụng vật liệu WPC trong xây dựng nhà dân dụng 5

2.1 Cấu tạo hiển vi của gỗ cao su trên 3 mặt cắt 26

2.4 Sơ đồ khuếch tán của MAPP gắn trên bề mặt sợi vào nhựa PP 30

3.1 Sơ đồ các bước tiến hành nghiên cứu 38

4.1 Sơ đồ tạo hạt gỗ nhựa 55

4.3 Mẫu thử tính chất cơ lý của vật liệu WPC 58 4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới khối lượng

thể tích

60

4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ hút nước 61

4.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa PP/MAPP/bột gỗ tới độ bền va

đập

65

4.10 Ảnh SEM vật liệu WPC với tỷ lệ nhựa PP 50%/bột gỗ

4.18 Mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy tới khối lượng thể

tích

90

4.19 Ảnh hưởng của áp suất P1 và P2 tới khối lượng thể tích 91 4.20 Ảnh hưởng của áp suất P3 và P4 tới khối lượng thể tích 91

4.24 Mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy tới độ bền uốn 94

4.27 Mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy tới độ bền va đập 96

4.31 Ảnh hưởng của nhiệt độ T1và áp suất P1 tới độ bền kéo 102

4.32 Ảnh hưởng của nhiệt độ T1và thời gian ép tới độ bền kéo 102

4.33 Mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy tới độ bền uốn 103

4.36 Mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy tới độ bền va đập 105

4.39 Ảnh SEM vật liệu WPC với tỷ lệ thành phần và chế độ gia

công tối ưu

109

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của đất nước, Ngành gỗ Việt Nam đã đạt được trong những năm qua là có tốc độ phát triển cao, và là một trong 10 ngành xuất khẩu chủ lực của cả nước Chỉ trong 13 năm trở lại đây, kim ngạch xuất khẩu của ngành gỗ đã tăng rất nhanh, từ 219 triệu USD năm 2000, đã tăng lên khoảng 5,0 tỷ USD trong năm 2013 Với kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ trong những năm qua; Việt Nam đang khẳng định vị trí số 1 ở khu vực Đông Nam

Á về sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ Với tốc độ phát triển như vậy Việt Nam đang trở thành một trong 10 nước hàng đầu về sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ lớn trên thế giới Trước tình hình này Chính phủ đã ra quyết định số 18/2007/QĐ-TTg, ngày 05 tháng 02 năm 2007 của Thủ tướng chính phủ về định hướng phát triển ngành chế biến gỗ đến năm 2020 là phát triển công nghiệp chế biến và thương mại lâm sản phải trở thành mũi nhọn của kinh tế lâm nghiệp, phát triển theo cơ chế thị trường trên cơ sở công nghệ tiên tiến, có tính cạnh tranh cao nhằm đáp ứng nhu cầu xuất khẩu và tiêu dùng nội địa Khuyến khích các thành phần kinh tế tích cực đầu tư và thúc đẩy công nghiệp chế biến lâm sản phát triển Phát triển mạnh các sản phẩm có ưu thế trong chế biến xuất khẩu; Theo quyết định này thì định hướng phát triển ngành chế biến

gỗ đến năm 2020 giá trị xuất khẩu sản phẩm gỗ đạt 7 tỷ USD Do vậy nhằm góp phần tận dụng một lượng lớn phế liệu gỗ từ các Nhà máy như mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn,… để sản xuất ra một loại vật liệu mới có nhiều tính chất tốt như vật liệu phức hợp giữa gỗ nhựa,…

Vật liệu phức hợp gỗ nhựa là một loại vật liệu mới kết hợp giữa sợi gỗ

và nhựa nhiệt dẻo, sự kết hợp giữa sợi gỗ và nhựa mang lại tính năng ưu việt cho sản phẩm phức hợp gỗ nhựa như:

Bền khi sử dụng, tuổi thọ của sản phẩm cao, có bề ngoài mang chất liệu

gỗ, có độ cứng cao hơn so với vật liệu nhựa, không có Formaldehyde Có

nhiều tính chất tốt ví dụ so với vật liệu gỗ như có kích thước ổn định hơn, không bị xuất hiện vết rạn nứt, không bị cong vênh, dễdàng tạo màu sắc cho sản phẩm, có thể gia công lần thứ 2 giống như vật liệu gỗ, dễdàng cắt gọt, dùng keo để kết dính, có thể dùng đinh hoặc ốc vít để liên kết, cố định, quy cách hình dạng có thể căn cứ vào yêu cầu của người dùng để điều chỉnh, tính linh hoạt cao Có tính nhiệt dẻo của vật liệu nhựa từ đó dễdàng gia công, tạo hình, thông thường có thể gia công theo mẫu đặt sẵn hoặc có thể gia công theo yêu cầu cụ thể, có khả năng ứng dụng rộng.Tính năng hóa học tốt, chịu được độ PH, chịu được hóa chất, chịu được nước mặn, có thể sử dụng được ở nhiệt độ thấp, Có thể sử dụng nhiều lần hoặc thu hồi tái sử dụng, có lợi ích trong bảo vệ môi trường

Hiện nay nhu cầu sử dụng vật composite gỗ nhựa trong nước rất lớn, tuy nhiên việc đáp ứng nhu cầu này chủ yếu dựa vào nhập khẩu Còn tình hình sản xuất trong nước còn rất ít, nguyên nhân của việc này xuất phát từ lý

do là chưa có nhiều nghiên cứu về máy móc thiết bị và công nghệ phù hợp với yêu cầu sản xuất trong nước;còn nhập công nghệ và máy móc thiết bị về Việt Nam thì chi phí rất lớn Để sản xuất trong nước được phát triển thì đòi hỏi việc nghiên cứu về công nghệ, máy móc thiết bị, nguyên vật liệu phù hợp với đặc điểm phát triển ở trong nước là việc rất quan trọng đòi hỏi các nhà nghiên cứu cần giải quyết vấn đề này

Khi nghiên cứu về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa chìa khóa của thành công là chọn được tỷ lệ hợp lý giữa các thành phần trong vật liệu và chế độ gia công như: nhiệt độ ép, áp suất phun, thời gian ép,… Từ đó xây dựng được quy trình sản xuất loại vật liệu này phù hợp với điều kiện ở Viêt Nam sẽ góp phần thúc đẩy sản xuất trong nước phát triển thay thế hàng ngoại nhập

Miền Đông Nam Bộ là khu vực sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ chiếm khoảng 70% cả nước, nguyên liệu sản xuất sử dụng chủ yếu là một số loại gỗ

như: Cao su, Keo lai, Thông, Sồi,… Trong đó gỗ Cao su sử dụng chủ yếu là khai thác ở các rừng trồng ở trong nước, hiện nay diện tích cây Cao su ở trong nước, Lào, Cămpuchia do các Công ty Việt Nam đầu tư là rất lớn Chúng sẽ là nguồn cung cấp nguyên liệu rất ổn định và lâu dài cho ngành chế biến gỗ ở trong nước Khi sản xuất các sản phẩm gỗ tự nhiên từ nguồn nguyên liệu này

có rất nhiều phế liệu có thể tận dụng để sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa như gỗ vụn, mùn cưa, dăm bào, Do vậy việc nghiên cứu tận dụng các phế liệu từ gỗ Cao su để sản xuất vật liệu composite là việc làm rất quan trọng và cần thiết

Nhựa plypropylene (PP) là loại nhựa thông dụng trên thế giới hiện nay,

có những đặc điểm và tính chất rất phù hợp với sản xuất vật liệu phức hợp gỗ nhựa như nhiệt độ, màu sắc, giá thành, độ bền, Do là loại nhựa được sử dụng rộng rãi nên việc nghiên cứu tạo composite gỗ nhựa PP là phù hợp với

xu thế hiện nay

Vì vậy việc nghiên cứu tận dụng phế liệu gỗ và nhựa để sản xuất vật liệu mới là xu hướng mới được nhiều nước quan tâm nghiên cứu, vừa để nâng cao giá trị lợi dụng gỗ, tiết kiệm nguyên liệu, từ đó góp phần giảm thiểu ô

nhiễm môi trường,…Xuất phát từ vấn đề trên, luận án“Nghiên cứu một số

yếu tố công nghệ tạo vật liệu composite gỗ nhựa plypropylene”sẽ góp phần

thúc đẩy nghiên cứu tạo vật liệu mới từ việc tận dụng phế liệu trong các nhà máy chế biến gỗ kết hợp với các loại nhựa nhiệt dẻo để tạo ra các sản phẩm phục vụ nhu cầu tiêu dùng trong nước./

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa

1.1.1 Khái niệm và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa

Vật liệu composite gỗ - nhựa là loại vật liệu composite được tổ hợp chủ yếu từ các loại nhựa nhiệt dẻo PE, PP, PVC , có thể từ nhựa tái sinh hoặc nguyên sinh cùng với cốt là các loại bột gỗ, sợi gỗ hay các loại sợi thực vật khác Ngoài ra, có thể có thêm một số chất phụ gia trợ liên kết khác Sản phẩm WPC có cơ tính tốt, có độ ổn định kích thước cao và có thể chế tạo ra các loại sản phẩm có hình dạng phức tạp [4,6,20]

Sản phẩm WPC có thể sản xuất bằng công nghệ ép đùn, ép phun hay

ép phằng trong khuôn Gỗ có thể được sử dụng ở dạng bột gỗ, dăm gỗ hay các phế liệu trong chế biến gỗ như mùn cưa, vỏ bào,… Nhựa nhiệt dẻo có thể sử dụng là nhựa tái sinh hoặc nguyên sinh tuỳ vào lĩnh vực và yêu cầu sử dụng của vật liệu [23-25]

Vật liệu WPC là vật liệu được biết đến sớm vào năm 1900, tuy nhiên vào năm 1983công ty American Woodstock ở Sheboygan, Wisconsin bắt đầu sản xuất WPC cho nội thất ôtô bằng phương pháp ép đùn sử dụng nhựa nền

PP và bột gỗ, từ đó sản phẩm WPC được phổ biến rộng trên thế giới [57]

Vật liệu WPC hiện nay được sử dụng nhiều trong công nghiệp như làm sàn tàu, khung cửa, ván sàn, ốp tường, ốp trần nhà, làm hàng rào trang trí Nhờ những đặc tính ưu việt mà WPC được dùng để thay thế cho gỗ tự nhiên, ván dăm, ván sợi dùng trong xây dựng, giao thông, các công trình nội thất, ngoại thất, đồ nội thất ô tô, máy bay, Một số ứng dụng cụ thể của vật liệu composite như: Làm ván sàn ngoài trời (hình 1.1), sử dụng làm vật liệu nhà dân dụng (hình 1.2)…[65]

Hình 1.1: Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn ngoài trời

Hình 1.2: Sử dụng vật liệu WPC trong xây dựng nhà dân dụng

1.1.2 Thành phần trong vật liệu composite gỗ-nhựa

PE

Công thức phân tử

n C H

H C H

HPhân loại: dựa vào tỷ trọng PE chia thành 3 loại chính là tỷ trọng thấp (PELD) 0,910 ÷ 0,925g/cm3, chứa 55÷65% pha kết tinh; tỷ trọng trung bình

(PEHD)0,941 ÷ 0, 959 g/cm3 và cao hơn chứa 74÷95% pha kết tinh

Tính chất vật lý: Polyetylene màu trắng, hơi trong có ánh mờ, mặt bóng láng, mềm dẻo, không dẫn điện và không dẫn nhiệt, không cho nước và khí thấm qua, chống thấm khí O2, CO2, N2 và dầu mỡ đều kém Tùy thuộc vào loại PE mà chúng có nhiệt độ hóa thủy tinh khoảng -700C và nhiệt độ chảy lỏng khoảng 110 - 1300C

Tính chất hóa học: PE là polymer không cực nên có tính cách điện cao,

ở nhiệt độ thường, PE không tan trong dung môi, nhưng axit H2SO4 và HNO3đậm đặc, hỗn hợp nitro hóa, xăng và axit Cromic thì tác dụng mạnh Nhiệt độ trên 700C, PE tan yếu trong toluen, xilen, amin acetate, dầu thông, paraffin,…

Ở 90 -1000C, H2SO4 và HNO3 phá hủy nhanh polymer.Dưới tác dụng của oxy không khí, tia tử ngoại, nhiệt thì các tính chất cơ lý và điện môi của PE giảm, hiện tượng này gọi là lão hóa

Tính chất cơ học của PE phụ thuộc vào trọng lượng phân tử và độ mềm dẻo của mạch polymer, hàm lượng độn Tính chất cơ học của PE phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ nhất là độ bền kéo, độ bền uốn, độ dãn dài

* Nhựa nền Polypropylene[4,30,54]

Nhựa PP một trong những polyme nhiệt dẻo thông dụng, do PP có giá thành thấp, có thể tái sinh được, độ bền cao, độ ổn định nhiệt cao và được dùng làm pha nền cho một số loại composite, đặc biệt là composite thân thiện

với môi trường

Cấu trúc: PP tồn tại ba cấu trúc không gian cơ bản là Syndiotactic, Isotactic, Atactic Trong đó syndiotactic, isotactic là cấu trúc kết tinh (d = 0.91 g/cm3) còn atactic là cấu trúc không kết tinh (d = 0.86-0.89 g/cm3)

Tính chất nhiệt: Polypropylene là loại nhựa bán kết tinh có nhiệt độ chảy lỏng (160-170oC) Do nhiệt độ chuyển thủy tinh cao (Tg= -20oC) nên PP

có khuynh hướng bị dòn ở nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ 155oC, PP còn ở thể rắn nhưng đến gần nhiệt độ chảy lỏng, PP chuyển sang trạng thái mềm cao Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy về 120oC, PP bắt đầu kết tinh lại Ở 300oC, nếu

PP có chứa chất ổn định thì sẽ bền oxy hóa và không bị phân hủy ngay cả đun vài giờ trong không khí

Tính chất hóa học: ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ, trương trong hydrocacbon thơm và clo hóa, khi nhiệt độ lớn hơn 800C thì PP bắt đầu tan trong hai loại dung môi trên

Các tính chất khác:tính chất cơ học PP phụ thuộc vào khối lượng phân

tử trung bình, độ đồng đều và hàm lượng polymer atactic Nếu hàm lượng polymer atactic giảm và khối lượng phân tử trung bình tăng thì tính chất của

có kích thước nhỏ hơn 1,2mm tùy theo công nghệ ép phun hay ép đùn.Với kích thước này, bột gỗ có thể tự cháy ở nhiệt độ 200oC Thông thường, bột gỗ

sử dụng có kích thước trong khoảng 300-420 μm và được phân loại thành các cấp 50–150 μm, 100–200 μm, 200–450 μm, và 450–700 μm [30]

Các thành phần hóa học chính của bột gỗ bao gồm cellulose, lignin, hemicellulosevà hợp chất vô cơ khác Trong đó cellulose, hemicellulose và lignin là các thành phần ảnh hưởng lớn đến các tính chất của sợi Thành phần hóa học của sợi phụ thuộc vào môi trường sống, tuổi cây, phương pháp tách sợi,…[21]

Cellulose[20]: celluloselà polysacarit tự nhiên, có cấu trúc mạch

thẳng không phân nhánh, được tạo thành từ các mắt xích cơ bản là anhydro–D–gluco–pyranozơ, liên kết với nhau qua liên kết 1,4–α–glucozit Cellulose

có mặt trong tất cả các loài thực vật nhưng mỗi loài có một hàm lượng khác nhau Công thức phân tử của cellulose là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n; và

công thức cấu tạo như sau:

hoặc

Hình 1.3: Công thức cấu tạo cellulose

Cellulose là polyme tương đối cứng, các đại phân tử có mức độ bất đối xứng cao do cấu trúc mạch vòng của mắt xính, do nhóm –OH có cực cao và liên kết mạnh giữa các phân tử của chúng Liên kết giữa các phân tử cellulose được thực hiện bằng các lực vật lý với năng lượng liên kết nhỏ và bằng liên kết hydro Khả năng đứt và hình thành trở lại liên kế hydro là nguyên nhân tạo nên hàng loạt tính chất quan trọng của vật liệu cellulose Trong cellulose khô hầu như tất cả các nhóm –OH đều tham gia tạo thành liên kết hydro

Hình 1.4: Liên kết hydro trong cellulose

Do cấu trúc hóa học của cellulose có nhiều nhóm hydroxyl có thể tạo tương tác với nước thông qua việc tạo liên kết hydro Trong khi sợi thủy tinh chỉ có hiện tượng hấp thụ nước trên bề mặt thì sợi cellulose tương tác với nước không chỉ trên bề mặt mà còn cả bên trong bó sợi Lượng phân tử nước

bị hấp thụ phụ thuộc vào cân bằng theo độ ẩm tương đối của không khí

Hemicellulose[20]: hemicellulose là những chất polysaccharides cấu

tạo nên vách tế bào, nhưng so với cellulose thì hemicellulose kém ổn định hoá học hơn, dễ bị phân giải khi ở nhiệt độ cao Hemicellulose gồm có pentosan (C5H8O4)n và hexosan (C6H10O5)n Hàm lượng pentosan và hexosan trong các loại gỗ có khác nhau, ở cây lá rộng lượng pentosan nhiều (19 - 23%) và hexosan (3 - 6%), ở gỗ lá kim tỷ lệ pentosan và hexosan xấp xỷ nhau (10 - 12%) Nói chung hemicellulose dễ bị thuỷ phân dưới tác dụng của acid.Hemicelluloses có cấu trúc phức tạp hơn celluloses và có cấu trúc phân

tử có mạch nhánh nhiều, độ trùng hợp thấp n < 200 Do cấu trúc mạch nhánh hemicelluloses có cấu trúc chủ yếu ở vùng vô định hình, ngoài ra còn có một

ít tồn tại ở vùng tinh thể của celluloses Vì vậy nó dễ thủy phân trong dung dịch axit, dễ bị trích ly khỏi sợi trong dung dịch kiềm loãng, dễ hấp thụ ẩm,

có khả năng thủy phân dưới tác dụng của vi khuẩn và làm suy giảm độ bền nhiệt của sợi, tính chất cơ học kém, không bền

Hình 1.5: Cấu trúc hóa học của hemicellulose Lignin[20]: là một polyme thơm tự nhiên, là một hỗn hợp phức tạp của

nhiều polyme dạng phenolic, có cấu tạo mạng không gian ba chiều Trong thực vật lignin là chất liên kết giữa các tế bào, làm cho thành tế bào cứng hơn, chịu va đập, chịu nén, bền dưới tác động của vi sinh vật, lignin đóng vai trò như nhựa nền trong composite, còn cellulose đóng vai trò chất gia cường Lignin có cấu trúc vô định hình, có khối lượng phân tử từ 4000 -10000, độ trùng hợp cao n = 25 – 45, liên kết giữa các đơn vị lignin rất phức tạp Bản chất của các liên kết này chưa được xác định rõ ràng, trong lignin có nhiều nhóm chức như hydroxyl tự do, nhóm metoxyl, nhóm cacbonyl và nối đôi, nhờ vậy mà nó có thể tham gia các phản ứng như oxy hóa làm đứt mạch cacbon tạo thành các axit béo và thơm, hydro hóa và khử, phản ứng với halogen, axit nitric, phản ứng metyl hóa Lignin nóng chảy ở nhiệt độ 140 –

160oC

Một dạng công thức điển hình của lignin như sau:

Hình 1.6: Công thức cấu tạo của lignin Thành phần vô cơ: hàm lượng các chất vô cơ trong thực vật thường

được quy về hàm lượng tro, nó được đo xấp xỉ bằng lượng muối khoáng và các chất vô cơ khác trong sợi sau khi nung ở nhiệt độ 575±25oC Các chất vô

cơ thường gặp trong thành phần của tro là oxit silic chiếm chủ yếu 90 - 97%, oxit kali chiếm 1,8 – 2,8%, CaO, PbO, Al2O3, Fe2O3… [2]

Tóm lại: khi sử dụng bột gỗ hay sợi thực vật làm vật liệu cốt có ưu điểm là có thể tạo ra vật liệu composite cótính bền dai cao, khối lượng thể tích thấp và có khả năng phân hủy sinh học Hơn nữa bột gỗ dễ kiếm với giá thành

rẻ, có thể triển khai với vốn đầu tư thấp, dễ gia công, không gây kích thích da,

ít ăn mòn thiết bị Đặc biết có thể tái chế được, phế thải sau khi sử dụng có khả năng phân hủy sinh học, dễ phân hủy hoàn toàn bằng nhiệt Nhưng nhược điểm của bột gỗ hay sợi thực vật là bản chất phân cực cao làm chúng không tương thích với các polymer không phân cực, sự dễ hút ẩm, kích thước sợi ngắn dẫn đến độ bền uốn kém, dễ cháy bởi nhiệt,

1.1.2.3 Chất trợ tương hợp

Chất trợ tương hợp là các hợp chất cao phân tử có khả năng hoạt động

bề mặt trong hỗn hợp polyme không đồng nhất Thông thường, mạch của chất trợ tương hợp có cấu trúc khối, trong đó một phần trộn lẫn với một cấu tử của hỗn hợp và phần còn lại trộn lẫn với cấu tử thứ hai Cấu trúc khối này có thể được chế tạo trước và thêm vào hỗn hợp polyme không tương hợp, ngoài ra cũng có thể được tạo ra tại chỗ trong quá trình trộn hợp, tuy nhiên để có thể tiến hành tương hợp tại chỗ thì các cấu tử của hỗn hợp phải có khả năng phản ứng với nhau [30]

Hiện nay có rất nhiều loại chất trợ tương hợp đã được nghiên cứu và ứng dụng trong công nghệ sản xuất WPC [37] như MAPP; MAPE, PVAC, PMAA, …Các chất trợ tương hợp này thường được sử dụng cùng với một số chất khác làm tác nhân khơi mào phản ứng tạo liên kết Tùy vào chủng loại nhựa nền và vật liệu gia cường mà người ta lựa chọn các chất trợ tương hợp

và chất khơi mào cho phù hợp

1.1.2.4 Phụ gia

Chất trợ ổn định:chất trợ ổn định sẽ chậm quá trình lão hóa của vật liệu nhựa, các chất trợ ổn định thường được sử dụng như phosphit hữu cơ, hỗn hợp epoxy, chất phòng lão hóa đa nhân phenol (như Bisphenol A), chất hấp thụ tia UV Benzo-triazole (như Cyasorb, Tinuvin) [8, 24, 55]

Chất độn:chất độn được thêm vào để tiết kiệm nguyên liệu cốt, giảm độ

co ngót, giảm giá thành sản phẩm; chất độn thường sử dụng nhất là canxi cacbonate (CaCO3) [24, 55]

Chất hóa dẻo: Chất hóa dẻo được thêm vào vật liệu để lảm cải thiện khả năng gia công, độ mềm dẻo và khả năng dãn dài Chất hóa dẻo làm giảm độ nhớt, nhiệt độ chuyển thủy tinh và môđun đàn hồi của sản phẩm mà không làm thay đổi tính chất hóa học của vật liệu được hóa dẻo Các chất hóa dẻo thường được sử dụng như: Phtalates (DOP, DIOP, DINP…); Monocarboxylic acid ester (acetate, propionate, glycolic acid ester, benzoic acid ester); Phosphate (ngoài tác dụng hóa dẻo còn có tác dụng chống cháy); Chất hóa dẻo polyester [8, 24]

Chất bôi trơn: Nhựa nhiệt dẻo thường được gia công ở nhiệt độ trên

nhiệt độ nóng chảy hoặc trên nhiệt độ chuyển thủy tinh đối với loại nhựa vô định hình Do khối lượng phân tử lớn nên nhựa chỉ có thể được đẩy và định dạng dưới áp suất cao, lực chuyển dịch làm hao tốn nhiều nguyên liệu Nhiệt sinh ra trong quá trình này làm gia tăng quá trình phân hủy hoặc ảnh hưởng xấu đến hệ phân tán nhiều pha.Ngoài việc ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái chảy của vật liệu, chất bôi trơn còn có tác dụng như làmsản phẩm bóng láng hơn, giúp phân tán độn và màu dễ dàng hơn [8, 24]

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của composite gỗ-nhựa

1.1.3.1 Ảnh hưởng của nguyên vật liệu đến tính chất của WPC

Ảnh hưởng của chủng loại nguyên liêu:chủng loại nguyên liệu thành

phần có ảnh hưởng rất nhiều đến cơ tính của vật liệu WPC Các nguyên liệu thành phần có cơ tính tốt thì vật liệu composite cũng có cơ tính tốt và tốt hơn

tính chất của từng nguyên liệu thành phần

Ảnh hưởng của kích thước bột gỗ: kích thước của bột gỗ có ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu Nếu bột gỗ có kích thước quá lớn thì quá trình phối trộn không tốt, khả năng hòa trộn giữa bột gỗ và nhựa không đều gây khuyết tật cho sản phẩm Ngược lại nếu bột gỗ có kích thước nhỏ thì quá trình phối trộn đồng đều hơn và yêu cầu áp lực ép không cao, do đó trong quá trình gia công mức độ phối trộn nhựa và bột gỗ đều hơn, sản phẩm ít bị khuyết tật Nhưng kích bột gỗ càng nhỏ thì các mạch phân tử của chúng bị cắt đứt càng nhiều làm giảm độ bền của bột gỗ, dễ cháy trong quá trình gia công do đó tính chất của vật liệu giảm Kích thước bột gỗ thích hợp để sản xuất vật liệu WPC khoảng ≤ 1,2mm.[24,33,55]

Ảnh hưởng của độ ẩm bột gỗ: trong vật liệu WPC thì bột gỗ là thành phần có khả năng hút ẩm rất lớn, nước trên bề mặt bột gỗ đóng vai trò giống như nguyên tử làm phân tách trên bề mặt phân chia pha giữa sợi và nhựa nền

Sự xuất hiện của hơi nước trong vật liệu thường làm ảnh hưởng xấu đối với quá trình ép và chất lượng sản phẩm như làm cong vênh, phồng rộp sản phẩm, làm chậm quá trình đóng rắn, Do đó độ ẩm của bột gỗ ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất cơ học của vật liệu WPC, cho nên độ ẩm của bột gỗ trước khi gia công khoảng 4% [10, 24,55]

1.1.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nhựa nền/trợ tương hợp/bột gỗ

Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa nền: nếu nhựa nền quá ít thì bột gỗ nhiều do

đó không bao bọc hết cốt và dẫn đến hiện tượng liên kết giữa pha cốt-nền không liên tục làm cho tính chất của vật liệu giảm Ngược lại nếu nhựa nền quá nhiều thì bột gỗ ít, pha nền bao bọc được toàn bộ cốt, nhưng nếu tỷ lệ cốt

ít thì độ bền không cao và giá thành sản phẩm cao; Nếu chọn được tỷ lệ nhựa nền PP và cốt phù hợp thì liên kết cốt nền sẽ tốt nhất, giảm giá thành sản

phẩm,…[8,10,13,24,39]

Ảnh hưởng của tỷ lệ MAPP: nếu tỷ lệ MAPP quá cáo và quá thấp cũng

sẽ ảnh hưởng tới tính chất của vật liệu; nếu chọn tỷ lệ MAPP quá thấp thì cầu nối liên kết hóa học-khuếch tan giữa cốt và nền ít làm cho tính chất của vật liệu giảm; nếu chọn tỷ lệ MAPP cao thì lớp trung gian nhiều các mạch phân

tử MAPP lớn khó tiếp xúc với bề mặt gỗ dẫn đến khó phản ứng được với nhóm OH, khi đưa một lượng lớn MAPP sẽ làm cản trợ sự kết tinh của polyme dẫn đến làm giảm tính chất của vật liệu [12,18,26,27]

1.1.3.3 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất của vật liêu WPC

Ảnh hưởng của nhiệt độ ép: khi nhiệt độ gia công quá cao (vượt quá giới hạn trên) thì nhựa có khả năng nóng chảy tốt, tuy nhiên lại ảnh hưởng xấu tới tính chất của bột gỗ và nhựa Bột gỗ và nhựa dễ bị phân hủy ở nhiệt

độ cao làm giảm tính chất cơ lý và làm thay đổi màu sắc của sản phẩm Nếu nhiệt độ thấp (dưới giới hạn dưới) thì sản phẩm có kết cấu không chặt chẽ do nhựa chưa chảy hoàn toàn nên ảnh hưởng đến sự trộn đều và khả năng liên kết giữa nhựa và bột gỗ Ngoài ra chúng còn tạo ra pha bột gỗ, pha nhựa riêng

lẻ và gián đoạn nên tính chất cơ lý giảm.[10,24,55]

Ảnh hưởng của áp suất phun: đóng vai trò tạo sự tiếp xúc giữa bột gỗ

và nhựa, điều chỉnh áp suất phun không tốt sẽ dẫn đến chất lượng sản phẩm không cao Khi ép không nên để áp suất cao vì khi đó nhựa có thể chảy ra ngoài, nên mức độ hòa trộn giữa bột gỗ và nhựa không đồng đều dẫn đến không đều về tính chất của vật liệu trên cùng một sản phẩm Nếu áp suất phun nhỏ thì không đảm bảo tính chất vật lý, cơ học của sản phẩm Ngoài ra áp suất phun cũng ảnh hưởng đến tỷ trọng của sản phẩm, song sự ảnh hưởng này cũng nằm trong giới hạn nhất định Nếu áp suất tăng thì tỷ trọng cũng tăng, nếu áp suất tăng quá cao vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu thì trọng không tăng nữa Nếu tiếp tục tăng áp suất thì kết cấu của vật liệu sẽ bị phá hủy, làm giảm chất lượng sản phẩm [24,55]

Ảnh hưởng của thời gian ép:Thời gian ép phải được lựa chọn hợp lý trên cả 3 giai đoạn ép (ép định hình, ép sản phẩm và làm nguội) Nếu thời gian ép định hình quá ngắn làm cho nhựa không chảy hết và thấm ướt đều lên

bề mặt bột gỗ làm giảm mức độ hòa trộn giữa bột gỗ và nhựa dẫn đến tính chất của vật liệu không đảm bảo Nếu thời gian ép định hình quá dài thì năng suất của máy sẽ thấp, thời gian gia nhiệt dài dẫn đến bột gỗ dễ bị phân hủy làm giảm tính chất của vật liệu và ảnh hưởng xấu đến màu sắc của sản phẩm Thời gian làm nguội là thời gian đóng rắn của vật liệu, nó phụ thuộc vào vận tốc đóng rắn của hỗn hợp nhựa-gỗ, thông thường phụ thuộc vào chiều dày sản phẩm Nếu thời gian làm nguội ngắn thì không đủ thời gian nhựa đóng rắn dẫn đến tính chất của sản phẩm không đảm bảo Nếu thời gian làm nguội dài thì sẽ làm giảm năng suất của máy Vì vậy để đảm bảo tính chất của vật liệu khi gia công phải chọn thời gian ép ở cả 3 giai đoạn một cách hợp lý

[10,24,55]

1.2 Các công trình nghiên cứu

1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước

Vật liệu composite gỗ nhựa trong những năm gần đây được nhiều nước quan tâm nghiên và có rất nhiều các công trình nghiên cứu sử dụng sợi tự nhiên có chứa thành phần cellulose như sợi lanh, đay, gai, tre, dứa, gỗ,… để tạo ra vật liệu mới phục vụ nhu cầu con người Các loại sợi này được sử dụng

để thay thế cho các chất vô cơ khó phân hủy và chúng giúp nâng cao được một số tính chất của vật liệu composite Với những ưu điểm là khối lượng riêng thấp, tính năng cơ lý cao, ít gây tác dụng mài mòn thiết bị gia công, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường và nguồn nguyên liệu sẵn có, các sản phẩm composite sợi tự nhiên đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau; Đã có nhiều các công trình nghiên cứu về lĩnh vực này như:

- Vật liệu WPC là loại vật liệu được tạo ra bằng cách trộn bột gỗ với các loại nhựa, hay đưa bột gỗ vào gia cường cho nhựa nền, qua ép đùn hoặc

ép phun ở nhiệt độ cao Vật liệu WPC gia cường bằng các loại sợi tự nhiên hay bột gỗ cũng thuộc nhóm vật liệu này Sản phẩm của nó đều có đặc tính

cơ học rất tốt và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, nhưng do đặc tính của nhựa PP là kỵ nước, phân cực kém, khó kết hợp với sợi tự nhiên có đặc tính ưa nước và phân cực cao, nên khả năng tạo liên kết giữa hai loại vật liệu này là không cao.[26,57]

- Vào những năm 80, mặc dù chưa có nền tảng khoa học để xác định chính xác về cơ chế liên kết giữa sợi gỗ và nhựa, song bằng cách sử dụng các chất trợ tương hợp (hay chất khơi mào) các nhà nghiên cứu đã tiến hành xử

lý hóa học để nâng cao tính tương hợp của hai loại vật liệu này Các nghiên cứu cho thấy phần lớn các chất trợ tương hợp như silan, maleic anhydride ghép polyolefin đều làm tăng khả năng bám dính giữa hai loại vật liệu [23,44] Kishi và các đồng nghiệp (1988) đã tạo ra quá trình este hóa bằng cách xử lý sợi gỗ với dung dịch MAPP Qua phân tích quang phổ cho thấy liên kết hóa học giữa MA với gỗ và PP đã xuất hiện

- Năm 1999, Jochen Gassan và Andrzej K.Bledzki đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xử lý bề mặt sợi đến tính chất cơ học của compozit PP- sợi đay [23] Các tác giả đã tiến hành xử lý sợi bằng cách cho MAPP với các hàm lượng khác nhau trong toluen với thời gian 5 phút và 10 phút Sau đó đem sấy chân không trong 2 giờ ở 75oC Kết quả cho thấy, hiệu quả của chất trợ tương hợp phụ thuộc vào nồng độ và thời gian xử lý, như môđun đàn hồi tăng 90% khi xử lý trong 5 phút Xử lý lâu hơn và nồng độ MAPP cao hơn sẽ làm môđun đàn hồi giảm xuống Độ bền uốn tăng 40% khi

xử lý bằng dung dịch MAPP 0,1% tỷ lệ trong toluen với thời gian xử lý 15 phút Khi tăng nồng độ MAPP lên 0,6% thì kết quả nhận được với 5phút và 10phút là như nhau

- Năm 2006, Fauzi Febrianto và Dina Styawatti đã tiến hành nghiên cứu

về ảnh hưởng của bột gỗ và hàm lượng chất biến tính MA đến tính chất cơ lý

của vật liệu composite bột gỗ và PP tái sinh [36] Nghiên cứu cho thấy tính chất

cơ lý của vật liệu composite phụ thuộc vào hàm lượng và kích thước của bột

gỗ, nhựa PP Khi tăng tỷ lệ gỗ/nhựa thì độ bền kéo càng giảm, môđun đàn hồi tăng Tính chất vật lý và tính chất cơ học của vật liệu đều bị ảnh hưởng bởi hàm lượng chất MA, khi cho 2,5% trọng lượng MA thì độ bền kéo, độ bền kéo

và môđun đàn hồi đều cao hơn so với composite không có MA

- Năm 1991, Felix J.Mvà đồng nghiệp đã sử dụng MAPP để xử lý cellulose trong sợi gỗ [35] Kết quả cho thấy, chất trợ tương hợp MAPP đã làm giảm góc tiếp xúc giữa hai loại vật liệu, góc tiếp xúc nằm trong khoảng

1300-1400, khả năng kết dính tăng lên rõ rệt Với nghiên cứu đó, các tác giả đã đánh giá được sự ảnh hưởng của chất trợ tương hợp đến khả năng thấm ướt của gỗ và liên kết giữa nhựa PP-bột gỗ-chất trợ tương hợp

- Năm 1997, Continho và các nghiệp đã tiến hành nghiên cứu về hiệu quả của việc xử lý và ảnh hưởng của điều kiện trộn đến tính chất của composite gỗ nhựa khi xử lý bằng MAPP và silan Các tác giả đã chỉ ra rằng, điều kiện tốt nhất để trộn hỗn hợp sợi gỗ và nhựa là ở 180oC, trong thời gian

10 phút với tốc độ quay 60 vòng/phút.Trước khi trộn hợp, sợi gỗ được xử lý với silan, mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của phương pháp gia công nhưng vì quá trình này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như các bước trộn, điều kiện máy móc thiết bị, độ ẩm của sợi gỗ, loại nhựa nên việc xác định quy trình cho việc tạo vật liệu cần được thực hiện với một điều kiện xác định cụ thể

Năm 2010,Cao Jin-Zhen và các đồng nghiệp nghiên cứu sơ bộ về đặc tính dẻo của vật liệu composites MAPP ghép với bột gỗ bạch dương và nhựa

PP [29].Các tác giả đã đo độ mỏi và phân tích động lực học của vật liệu Trong nghiên cứu đã sử dụng tỷ lệ gỗ/nhựa là (40:60, 60:40, 80:20) cùng với

5 cấp tỷ lệ MAPP (0, 1,2,4, 8%) để nghiên cứu ảnh hưởng của MAPP đến đặc tính dẻo của vật liệu Kết quả cho thấy tỷ lệ gỗ cao thì độ bền mỏi cao hơn với

vật liệu không dùng MAPP Khi biến tính bằng MAPP ở tỷ lệ gỗ-nhựa là 60:40 và 80:20 thì dễ dàng thấy được ảnh hưởng của nó đến độ bền mỏi của vật liệu cao hơn, nhưng hầu như không ảnh hưởng với tỷ lệ 40:60 Độ bền mỏi tốt nhất khi MAPP ở 1% với tỷ lệ bột gỗ/PP là 60:40 Kết quả cho thấy việc sử dụng MAPP với tỷ lệ phù hợp sẽ làm tính dẻo của WPC khi tỷ lệ gỗ cao hơn nhựa

Năm 2011, Behzad Kord nghiên cứu ảnh hưởng của Maleic anhydride đến độ bền uốn, kéo, độ bền va đập của nhựa PP gia cường bằng mùn cưa [26] Sản phẩm được chế tạo từ nhựa PP và bột gỗ lấy từ mùn cưa với tỷ lệ 50/50 tính theo trọng lượng, chất trợ tương hợp từ 0,1 – 2% đã được sản xuất bằng phương pháp ép nóng chảy và ép phun Kết quả cho thấy độ bền kéo,độ bền va đập đã tăng mạnh khi tăng chất trợ tương hợp MA, các đặc tính cơ học của vật liệu composite gỗnhựa cũng tăng lên

Năm 2006, M.Khalid và các đồng nghiệp đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất trợ tương hợp MAPP lên đặc tính cơ học của vật liệu composite sinh học

PP gia cường bằng sợi cây cọ dầu và cellulose [50] Trong nghiên cứu sử

dụng chất trợ tương hợp MAPP cho PP-cellulose (lấy từ cây cọ dầu) và PP- sợi từ cây cọ dầu (EFBF) Tỷ lệ trộn của PP với cellulose và PP với EFBF là 70:30 trên máy trộn brabender tại nhiệt độ là 1800C MAPP được cho vào với các tỷ lệ 2,3,5 và 7% tỷ lệ so với PP trong quá trình trộn Kết quả cho thấy tỷ

lệ của MAPP đã ảnh hưởng đến độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập của vật liệu Khi cho 30% tỷ lệ (cellulose và sợi) và 70% nhựa PP cho chất trợ tương hợp 2% MAPP thì cho kết quả tốt nhất đối với vật liệu PP- EFBF, độ bền kéo của PP- EFBF, tăng 58% so với khi không cho chất trợ tương hợp MAPP, nhưng lại không có sự thay đổi nhiều với vật liệu PP-cellulose

1.2.2 Nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu về gỗ Cao su: Cây Cao su là một cây công nghiệp được trồng để lấy nhựa là chủ yếu, đến giai đoạn ít nhựa thì được chặt bỏ để trồng

mới Cây cao su ở Việt Nam được trồng nhiều ở khu vực Miền Đông Nam Bộ

và Tây Nguyên Gỗ Cao su hiện nay đang được sử dụng nhiều trong chế biến sản phẩm gỗ trong nước và xuất khẩu, sản xuất ván dăm, làm bột giấy,… đã

có một số nghiên cứu về gỗ Cao su đó là:

- Năm 1998, Phạm Ngọc Nam [14,16] đã nghiên cứu về cấu tạo, tính chất vật lý, tính chất cơ học của gỗ Cao su như là: mạch gỗ khá lớn từ 385-396μm; tế bào mô mềm khá phong phú, trong nhu mô còn có các tinh thể silic, oxalat canxi; ở cây Cao su có hiện tượng ống dẫn nhựa bệnh, gỗ Cao su

dễ bị nấm mốc và mọt phá hoại, tự bảo quản kém, cường độ chịu lực trung bình,…

- Năm 2000, Phạm Ngọc Nam [15] đã nghiên cứu sản xuất ván dăm từ cành ngọn và bìa bắp gỗ Cao su; kết quả nghiên cứu này cho thấy khả năng dán dính giữa gỗ Cao su với các loại keo thông dụng thường dùng trong ngành gỗ có độ bền phù hợp với các yêu cầu sản xuất đồ gỗ

- Năm 2011, đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ của TS Hoàng Thị Thanh Hương [11] đã nghiên cứu phòng chống cháy cho gỗ Cao su kết quả cho thấy khi sử dụng các chất phòng chống cháykhác nhau tác giả đã khuyến cáo nên sử dụng với hóa chất phòng chống cháy có công thức là (H3BO347,5%;Na2B8O13.10H2O 47,5%; Na2Cr2O7 5%)thì gỗ chất lượng gỗ chậm cháy đảm bảo theo tiêu chuẩn ASTME 160 – 80 của Mỹ

Nghiên cứu sử dụng sợi thực vật sản suất vật liệu composite có nhiều

ưu điểm như nhẹ, độ bến kéo tốt, dễ gia công, giá thành thấp, dễ phân hủy, thân thiện với môi trường,… cho nên đã có rất nhiều nghiên cứu về sử dụng sợi thực vật làm vật liệu gia cường cho composite đã có các công trình nghiên cứu tiêu biểu như:

- Năm 2003, Trần Vĩnh Diệu và đồng nghiệp đã nghiên cứu chế tạo composite trên cơ sở PP gia cường bằng sợi đay [5] Vật liệu được chế tạo bằng cách xếp các lớp màng PP-MAPP và sợi đay theo thiết kế rồi ép trên

máy ép thủy lực (ép phẳng trong khuôn kín) dưới áp suất 7MPa trong 50 phút; kết quả cho thấy hàm lượng MAPP có ảnh hưởng đến tính chất cơ học của composite, độ bền kéo và độ bền uốn cực đại khi dùng 7% trọng lượng MAPP, độ bền va đập giảm khoảng 50%

- Năm 2003, Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme-compozit trên cơ sở nhựa PP gia cường bằng hệ lai tạo tre, luồng-sợi thủy tinh [6] Vật liệu chế tạo bằng cách nhựa và sợi được xếp từng lớp vào khuôn theo nguyên tắc nhựa sợi xen kẽ; hàm lượng sợi chiếm 60% và được ép ở nhiệt độ 190oC, áp suất ép 100KG/cm2, gia nhiệt trong 60 phút, ép trong 30 phút, làm nguội đến 80oC bằng phương pháp ép phẳng trong khuôn; kết quả cho thấy việc xử lý sợi tre luồng bằng dung dịch NaOH đã làm tăng hàm lượng cellulose trong sợi do đó làm tăng khả năng bám dính giữa sợi và nhựa Việc sử dụng lai tạo 3 loại sợi trên cho tính năng độ bền uốn của vật liệu tăng lên rõ rệt

- Năm 2006, Trần Vĩnh Diệu và đồng nghiệp đã tiến hành khảo sát độ bền va đập của composite PP- Bột trấu[4] Kết quả là độ bền va đập của composite được khảo sát ở các hàm lượng bột: 30, 35, 40, 45, 50 và 55%, cùng với chất trợ tương hợp MAPP có hàm lượng MA 0,5% Kết quả cho thấy, composite với hàm lượng bột trấu 55% có độ bền va đập đạt 2,5KJ/m2, cao gấp 4 lần so với PP nguyên sinh

vật liệu composite sợi đay/nhựa PP bằng phương pháp biến tính nhựa nền [12] Vật liệu gia công bằng hai công đoạn tạo hạt gỗ nhựa bằng máy ép đùn hai trục vít và tạo mẫu thử bằng phương pháp đúc tiêm (ép phun trong khuôn kín) Kết quả đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các tác nhân tương hợp copolymer ghép của PP với MA (MAHgPP) đến tính chất của composite nền nhựa PP gia cường bằng sợi đay Kết quả cho thấy, khi thêm 2% khối lượng Exxelor (Ex) vào nhựa nền PP thì khả năng kết dính tại bề mặt tiếp xúc được

cải thiện đáng kể, nhờ vậy đã làm tăng độ bền kéo trượt, độ bền kéo, độ bền

va đập và độ kháng nước của vật liệu tạo ra Tuy nhiên ảnh hưởng đến môđun kéo ảnh hưởng không nhiều

- Năm 2011,Hà Tiến Mạnh và đồng nghiệp Nghiên cứu ảnh hưởng của

tỷ lệ bột gỗ và nhựa polypropylene đến tính chất composite gỗ-nhựa[13] Nguyên liệu sử dụng là gỗ Keo tai tượng, nhựa tái chế PP và được pha trộn tỷ

lệ gỗ/nhựa theo 3 cấp (50/50; 60/40; 70/30) trộn đều và được tạo hạt trên máy

ép hai trục vít ở nhiệt độ 175oC tạo thành hạt gỗ nhựa; sau đó ép sản phẩm trên máy ép phẳng ở nhiệt độ 170oC dưới áp lực 1,5-7,5MPa trong chu kỳ ép

là 40 phút Kết quả nghiên cứu đã xác định được sự ảnh hưởng của tỷ lệ bột

gỗ - nhựa đến một số tính chất của composite gỗ-nhựa PP Tuy nhiên sự ảnh hưởng này chưa có sự khác biệt lớn

Đại đã nghiên cứu công nghệ sản xuất composite từ phế liệu gỗ và chất dẻo phế thải [7] Vật liệu được chế tạo từ nhựa PP, PE, PVC tái chế với phế liệu

gỗ Keo tai tượng Kết quả đã đạt được như:đã xây dựng được các bước công nghệ chủ yếu để xử lý tái chế các loại nhựa này và các bước công nghệ tạo bột gỗ Keo tai tượng từ mun cưa, phoi bào, bìa bắp; Đã xác định được ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ/nhựa tái chế đến tính chất của hạt và đã thiết lập được quy trình công nghệ tạo hạt gỗ nhựa với cấp tỷ lệ cho nhựa PP và PE (bột gỗ 50%/nhựa 45%/ trợ tương hợp 5%) và đề xuất được công nghệ sản xuất composite gỗ-nhựa từ phế liệu gỗ và nhựa tái chế PP, PE, PVC trên máy ép đùn hai trục vít Cinnanici TS 80

- Năm 2013,đề tài thuộc chương KH&CN trọng điểm cấp Nhà nước KC.02/11-15 của TS Nguyễn Vũ Giang nghiên cứu chế tạo vật liệu composite trên cơ sở nhựa polylefin (polyetylen, polypropylene) khâu mạch (XLPO)và bột gỗ biến tính ứng dụng làm vật liệu xây dựng, kiến trúc nội- ngoại thất [10] Vật liệu được chế tạo từ bột gỗ Giáng hương sau đó xử lý bột

gỗ bằng kiềm nóng để loại bỏ tạp chất có trong bột gỗ và rửa sạch bằng nước cất rồi sấy khô; sau đó biến tính bề mặt bột gỗ bằng tetraethyl ortosilicat và 3-glyxidoxyl propyl trimetoxy silan Dùng bột gỗ đã biến tính chế tạo vật liệu XLPE/bột gỗ biến tính và XLPP/bột gỗbiến tính với các yếu tố thay đổi như

tỷ lệ bột gỗ thay đổi từ 20-60%, nhiệt độ gia công từ 170-200oC, thời gian trộn từ 3-8 phút; phương pháp gia công là dùng thiết bị ép đùn một trục tạo hạt sau đó chuyển sang máy ép định hình tấm phẳng,… Kết quả đề tài đã xác định được các thông số công nghệ ảnh hưởng tới quá trình biến tính bột gỗ Giáng hương và điều kiện gia công tối ưu cho hai loại vật liệu XLPE/bột gỗ biến tính và XLPP/bột gỗ biến tính

1.2.3 Nhận xét chung

Từ những trình bày ở trên có thể rút ra một số kết luận sau:

- Vật liệu composite gỗ nhựa là loại vật liệu mới nằm trong chương trình KH&CN cấp Nhà nước tài đã có rất nhiều nghiên cứu về lĩnh vực này Tuy nhiên các nghiên cứu này mới sử dụng được một số loại sợi thực vật áp dụng vào trong sản xuất và còn rất nhiều loại sợi thực vật phế liệu cần được nghiên cứu để chế tạo ra loại vật liệu WPC để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đáp ứng nhu cầu xã hội

- Dựa vào các tài liệu thu thập được và phân tích các công trình nghiên cứu về sử dụng gỗ Cao su của nhiều tác giả đã công bố Hiện nay trên thế giới

đã có nhiều công trình nghiên cứu về công nghệ tạo vật liệu WPC, nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu đầy đủ về sử dụngphế liệu gỗ Cao su của Việt Nam để sản xuất vật liệu WPC

- Về nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đã có nhiều nghiên cứu như:nghiên cứu thay đổi tỷ lệ thành phần (nhựa, bột gỗ, trợ tương hợp, phụ gia biến tính bột gỗ, ), nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ như nhiệt độ tạo hạt, nhiệt độ ép, Nhưng các nghiên cứu này chủ yếu là đơn yêu tố và chủ yếu tạo sản phẩm bằng phương pháp ép đùn, ép phẳng, còn phương pháp ép phun còn ít những nghiên cứu

- Về đánh giá chất lượng sản phẩm: hầu hết các nghiên cứu đều đánh giá chất lượng sản phẩm theo một số đặc tính như khối lượng thể tích, độ hút nước, độ bền uốn, độ bền kéo, độ bền va đập

-Từ kết quả phân tích những tồn tại như trên, căn cứ vào yêu cầu thực tiễn, luận án đã đưa ra được mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

để xác định chế độ gia công hợp lý và làm cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu hoàn thiện sử dụng gỗ Cao su của Việt Nam làm vật liệu WPC

Cấu trúc của Moplen RP348N: PP 348 có cấu trúc không điều hòa (random) copolymer, PP copolymer không điều hòa là PP mà ở mắc xích được biến tính bằng cách gắn các phân tử monomer khác nhau là ethylene Điều này làm thay đổi tính chất vật lý của polymer như: tăng độ trong và sáng, tăng độ bền va đập, uốn dẻo và giảm nhiệt độ chảy lỏng tuy nhiên tính chất kháng khí, mùi, hóa chất giống như PP homopolymer Polypropylene có cấu trúc không điều hòa thường chứa 1-7% khối lượng là ethylene, 99-93% là propylene PP không điều hòa copolymer do có nhóm ethylene chen vào giữa mạch polymer cản trở sắp xếp kết tinh nên giảm độ kết tinh so với PP homopolymer tương ứng tính chất vật lý: giảm độ cứng, tăng độ kháng va đập, tăng độ trong, giảm nhiệt độ nóng chảy thuận lợi cho một số ứng dụng trong ngành tự động, nội thất, composite gỗ nhựa,…[64]

Tính chất nhiệt: polypropylene Moplen RP348N là loại nhựa bán kết tinh có nhiệt độ chảy lỏng 170oC Do nhiệt độ chuyển thủy tinh cao (Tg= -

20oC) nên PP có khuynh hướng bị dòn ở nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ 155oC, PP còn ở thể rắn nhưng đến gần nhiệt độ chảy lỏng, PP chuyển sang trạng thái mềm cao Khi giảm từ nhiệt độ chảy lỏng về 120oC, PP bắt đầu kết tinh lại Ở

300oC, nếu PP có chứa chất ổn định thì sẽ bền oxy hóa và không bị phân hủy ngay cả đun vài giờ trong không khí

Tính chất hóa học: ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ, trương trong hydrocacbon thơm và clo hóa, khi nhiệt độ lớn hơn 800C thì PP bắt đầu tan trong hai loại dung môi trên

Nhựa polypropylene Moplen RP348N được sản xuất tại công ty HMC Polymers Company Limited, Thái Lan Có một số đặc tính kỹ thuật như: chỉ

số chảy 11(g/phút); khối lượng thể tích 0,9(g/cm3); độ bền kéo 29(MPa); độ

co dãn 13(%); môđun đàn hồi 1050(MPa); năng lượng bẻ gãy 64(J/m); nhiệt

độ chảy mềm 86(0C), nhiệt độ chảy lỏng 1700C [64]

2.1.2 Cốt bột gỗ Cao su

Cấu tạo thô đại: Cao su là loài gỗ cây lá rộng, về mặt cấu tạo thô đại khi mới cưa xẻ gỗ có màu vàng nhạt, lúc khô biến thành màu kem nhạt Gỗ Cao su có phần giác và lõi tuy nhiên hai phần này rất khó phân biệt, vòng sinh trưởng rõ ràng, có chiều rộng khoảng 2-4 mm; Gỗ Cao su thớ thẳng, ít xoắn thớ, có lỗ mạch khá lớn, phân bố phân tán, nhu mô gỗ Cao su phong phú, tia

gỗ có cấu tạo tụ hợp, xếp từ 2÷3 hàng tế bào, sợi gỗ thẳng [14-16]

Cấu tạo hiển vi của gỗ Cao su thể hiện trên ba mặt cắt cơ bản bao gồm: mặt cắt ngang, mặt cắt tiếp tuyến, mặt cắt xuyên tâm với những đặc điểm cấu tạo đặc trưng như sau:[14-16]

Hình 2.1: Cấu tạo hiển vi của gỗ cao su trên 3 mặt cắt

- Mạch gỗ: gỗ Cao su có lỗ mạch khá lớn, đường kính trung bình đo theo chiều xuyên tâm từ 385-396 μm, phân bố theo kiểu phân tán, số lượng mạch trung bình đạt 6/mm2 Đa phần mạch phân tán đơn, có khi kép ở xuyên tâm Những lỗ mạch kép có thể từ 2-7 lỗ mạch đơn nằm sát cạnh nhau Các lỗ mạch nằm ở giữa bị ép lại theo hướng xuyên tâm có sự hiện diện của trữ bào (thể bít) chiếm tỉ lệ đáng kể khoảng 1/3, tế bào mạch có tấm xuyên mạch đơn

- Nhu mô (tế bào mô mềm): các hình thức phân bố nhu mô của gỗ Cao

su khá phong phú, chủ yếu là nhu mô xa mạch xếp thành những dải băng 1 hàng tế bào Ngoài ra còn có các dãy nhu mô liên kết các mạch, đặc biệt có sự xuất hiện của nhu mô dọc xếp thành từng tầng Bên cạnh đó còn có các tinh thể silic, oxalat canxi trong nhu mô

- Tia gỗ: gỗ Cao su có tia tụ hợp, bề rộng tia từ 2-3 hàng tế bào, chiều cao tia biến động từ 15-20 hàng tế bào Đôi khi xuất hiện tinh quả trám ở tế bào đứng

- Sợi gỗ: sợi gỗ Cao su khá thẳng có vách ngăn ngang đa phần nằm vuông gốc tế bào sợi

- Ống dẫn nhựa bệnh: ở cây Cao su có hiện tượng ống dẫn nhựa bệnh

do tổn thương

Tính chất cơ học: theo Phạm Ngọc Nam [14-16] gỗ Cao su có tính chất

cơ lý xếp hạng trung bình và mộ số tính chất cơ bản như bảng sau: