Luận án tiến sĩ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ PHOTORESIST PHẾ THẢI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VƯƠNG QUANG VIỆT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ PHOTORESIST PHẾ THẢI LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VƯƠNG QUANG VIỆT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ PHOTORESIST PHẾ THẢI Chuyên ngành: Công nghệ môi trường chất thải rắn Mã số: 62.85.06.10 Phản biện độc lập 1: …………………………… …………………… Phản biện độc lập 2: …………………………… …………………… Phản biện 1: ……………………………………… ………………… Phản biện 2: ……………………………………………………… … Phản biện 3: …………………………………………………………. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. NGUYỄN VĂN PHƯỚC 2. TS. NGUYỄN TRUNG VIỆT i LỜI CẢM ƠN Chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Văn Phước và TS. Nguyễn Trung Việt đã tận tình hướng dẫn. Cám ơn các thầy cô Khoa Môi trường, Khoa Công nghệ Hoá học, Khoa Công nghệ Vật liệu đã hết lòng giúp đỡ NCS trong suốt thời gian thực hiện luận án. Cảm ơn trường ĐH Bách khoa, Sở Khoa học Công nghệ, Sở Tài nguyên Môi trường, Viện ITIMS (ĐHBK Hà Nội), PTN Trọng điểm Quốc gia Vật liệu polyme và compozit (Tp. HCM), Phòng Độ bền Vật liệu Phi kim loại (VITTEP) đã tạo điều kiện thuận lợi về tài liệu, phòng thí nghiệm và cung cấp nguồn lực cho nghiên cứu. Rất cảm ơn đại tá KS. Nguyễn Thành Nhân về sự giúp đỡ chân tình, không điều kiện, về những bàn luận sâu sắc không chỉ đóng góp tính khoa học cho luận án mà còn giúp tôi hiểu biết sâu rộng hơn về những lĩnh vực khác của cuộc sống. Nhân dịp này cho phép tôi bày tỏ sự trân trọng với sự động viên giúp đỡ dưới mọi hình thức của bạn bè, đồng nghiệp và các sinh viên đã đồng hành cùng tôi qua những thời điểm khó khăn. Và cuối cùng, tôi không thể nào chuyên tâm nghiên cứu nếu thiếu sự quan tâm, động viên âm thầm của vợ (Minh Nguyệt) và các con (Hà Thu, Việt Hồng), đây thực sự là động lực quyết định thúc đẩy tôi hoàn thành luận án này. Vương Quang Việt ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Văn Phước và TS. Nguyễn Trung Việt. Các số liệu và kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả luận án Vương Quang Việt iii 3TLỜI CẢM ƠN3T i 3TLỜI CAM ĐOAN3T ii 3TCHỮ VIẾT TẮT TỪ TIẾNG VIỆT3T vii 3TCHỮ VIẾT TẮT TỪ TIẾNG ANH3T viii 3TDANH SÁCH BẢNG VÀ HÌNH3T x 3TMở đầu3T xiv 3TChương 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU3T 1 3T1.1 Các ứng dụng của quang khắc3T 1 3T1.2 Tổng quan nghiên cứu về giảm thiểu và xử lý photoresist3T 2 3T1.2.1 Nghiên cứu thay đổi công nghệ3T 2 3T1.2.2 Nghiên cứu xử lý chất thải lỏng3T 3 3T1.2.3 Xử lý polyme photoresist3T 5 3T1.2.4 Nghiên cứu ứng dụng polyme acrylic3T 6 3T1.2.5 Các nghiên cứu trong nước về photoresist3T 9 3T1.2.5.1 Nghiên cứu về photoresist3T 9 3T1.2.5.2 Nghiên cứu về xử lý photoresist phế thải3T 9 3T1.2.5.3 Xử lý chất thải photoresist của nhà máy Fujitsu3T 10 3T1.3 Tổng quan về phương pháp xử lý CTR công nghiệp nguy hại3T 10 3T1.3.1 Phương pháp nhiệt3T 10 3T1.3.2 Phương pháp ổn định và đóng rắn3T 11 3T1.3.3 Chôn lấp cuối cùng trong các bãi chôn lấp chất thải nguy hại3T 11 3T1.3.4 Yêu cầu và sự cần thiết của nghiên cứu3T 12 3T1.4 Vấn đề cần làm sáng tỏ trong quá trình nghiên cứu3T 13 3TChương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU3T 15 3T2.1 Lý thuyết về đóng rắn bằng cách tạo blend polyme3T 15 3T2.1.1 Lý thuyết về trộn hợp dung dịch3T 15 3T2.1.1.1 Mô hình nhiệt động3T 15 3T2.1.1.2 Mô hình lưới của Huggins-Flory3T 16 3T2.1.2 Tính chất pha và sự tương hợp khi thêm chất tương hợp3T 17 3T2.1.2.1 Blend polyme của hai cấu tử không trộn hợp3T 17 3T2.1.2.2 Nồng độ chất tương hợp tới hạn3T 19 3T2.1.3 Thông số tương tác và các phương pháp tương hợp3T 20 3T2.1.3.1 Thông số hòa tan và thông số tương tác3T 20 3T2.1.3.2 Các phương pháp tương hợp3T 21 3T2.2 Cách tiếp cận của nghiên cứu3T 21 3T2.2.1 Photoresist phế thải, ảnh hưởng môi trường và kỹ thuật khảo sát3T 22 3T2.2.2 Tái chế photoresist bằng cách tạo blend polyme phù hợp3T 23 3T2.2.3 Cân nhắc lợi thế so sánh của phương án xử lý3T 25 3T2.3 Sơ đồ nghiên cứu3T 25 3T2.3.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu3T 26 3T2.3.2 Đơn thành phần blend cao su3T 27 3T2.4 Phương pháp nghiên cứu3T 27 iv 3T2.4.1 Phương pháp phân tích và đo đạc3T 27 3T2.4.2 Phân tích thông số môi trường3T 29 3T2.4.3 Đo tính năng cơ lý của mẫu blend (lưu hoá, ứng suất kéo và trương nở)3T 31 3T2.4.4 Quy hoạch thực nghiệm3T 32 3T2.5 Nội dung phân tích và thực nghiệm3T 32 3T2.5.1 Lấy mẫu PR3T 32 3T2.5.2 Xác định thành phần và đặc tính của PR3T 33 3T2.5.3 Tạo các blend polyme3T 33 3T2.5.4 Xác định các đặc tính của blend3T 34 3T2.5.5 Thực nghiệm xác định cơ chế của phản ứng3T 34 3T2.5.6 Các phương án so sánh3T 34 3TChương 3 TÍNH CHẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA PHOTORESIST PHẾ THẢI TỚI MÔI TRƯỜNG3T 37 3T3.1 Tính chất của photoresist phế thải3T 37 3T3.1.1 Thành phần kim loại nặng3T 37 3T3.1.2 Thành phần của photoresist phế thải3T 37 3T3.1.3 Hàm lượng chất tan trong PR3T 40 3T3.1.4 Hàm lượng acrylat tan trong nước3T 43 3T3.1.5 Đặc tính nhiệt của PR3T 44 3T3.2 Ảnh hưởng của photoresist phế thải đến môi trường3T 46 3T3.2.1 Phần không tan3T 46 3T3.2.2 Phần tan trong nước3T 46 3TChương 4 TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ HỆ BLEND POLYME VỚI PHOTORESIST3T 49 3T4.1 Khảo sát một số hệ blend với photoresist phế thải3T 49 3T4.1.1 Khảo sát hệ cao su thiên nhiên NR3T 49 3T4.1.1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng PR và trợ tương hợp đến tính năng cơ lý3T 50 3T4.1.1.2 Ảnh hưởng của PR và trợ tương hợp đến tính trương nở3T 51 3T4.1.1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng PR đến chế độ lưu hoá3T 51 3T4.1.2 Khảo sát hệ cao su tổng hợp NBR3T 52 3T4.1.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng PR và trợ tương hợp đến tính năng cơ lý3T 52 3T4.1.2.2 Ảnh hưởng của PR và trợ tương hợp đến tính trương nở3T 53 3T4.1.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng PR đến chế độ lưu hoá3T 54 3T4.1.3 Nhận xét về các hệ khảo sát3T 55 3T4.2 Hình thành blend polyme với photoresist3T 57 3T4.2.1 Quan điểm nhiệt động3T 57 3T4.2.2 Đánh giá khả năng phản ứng3T 63 3T4.2.3 Cơ chế ổn định và đóng rắn trong blend3T 67 3T4.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của blend cao su và PR3T 69 3T4.2.4.1 Hàm lượng PR3T 69 3T4.2.4.2 Hàm lượng trợ tương hợp3T 70 3T4.2.4.3 Hàm lượng than đen3T 70 3T4.2.4.4 Độ ẩm của PR3T 70 3TChương 5 SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM BLEND POLYME VỚI PR3T 73 v 3T5.1 Điều chỉnh thành phần và chế độ gia công3T 73 3T5.1.1 Điều chỉnh đơn pha chế và chế độ gia công phù hợp3T 73 3T5.1.1.1 Điều chỉnh đơn pha chế3T 73 3T5.1.1.2 Điều chỉnh chế độ gia công3T 74 3T5.1.1.3 Chế độ gia công3T 74 3T5.1.2 Qui hoạch thực nghiệm3T 75 3T5.1.2.1 Qui hoạch cho đơn thành phần của blend cao su NR3T 76 3T5.1.2.2 Qui hoạch cho đơn thành phần của blend cao su NBR3T 78 3T5.1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng than đen đến tính năng3T 79 3T5.1.3.1 Kết qủa thử nghiệm ảnh hưởng của than đen đến tính năng cơ lý3T 80 3T5.1.3.2 Kết quả thử nghiệm ảnh hưởng của than đen đến đặc tính lưu hoá3T 81 3T5.1.3.3 Bàn luận về ảnh hưởng của than đen3T 83 3T5.1.4 Ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ tương hợp3T 85 3T5.1.4.1 Kết quả thử nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng TTH đến tính năng cơ lý3T 86 3T5.1.4.2 Kết qủa thử nghiệm ảnh hưởng của TTH đến đặc tính lưu hoá3T 87 3T5.1.4.3 Bàn luận về ảnh hưởng của trợ tương hợp3T 89 3T5.2 Tính ổn định của vật liệu3T 91 3T5.2.1 Ổn định của vật liệu blend Cao su Thiên nhiên NR với CSTNgAM (G2, I2)3T 92 3T5.2.2 Ổn định của vật liệu blend cao su NBR với dầu hạt điều (H1, K1)3T 95 3T5.2.3 Kháng mài mòn của mẫu blend3T 96 3T5.2.4 Hàm lượng acrylat linh động trong blend3T 97 3T5.3 Đề xuất dây chuyền công nghệ tái chế photoresist tạo blend polyme3T 99 3T5.3.1 Công nghệ và phương án xử lý3T 99 3T5.3.3 Tính kinh tế môi trường của dây chuyền tái chế3T 101 3T5.3.4 So sánh các phương án xử lý3T 102 3T5.3.4.1 Chi phí môi trường của các phương án3T 102 3T5.3.4.2 Nhận xét về các phương án và dây chuyền xử lý3T 105 3T5.4 Các sản phẩm từ blend cao su với photoresist tái chế3T 105 3TKẾT LUẬN3T 107 3TCÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN3T 109 3TTÀI LIỆU THAM KHẢO3T 111 3TPHỤ LỤC (danh mục)3T 117 vi Diễn giải một số thuật ngữ/ khái niệm dùng trong luận án: • “Blend là hỗn hợp của nhiều hợp phần” (Từ điển Oxford, 1984). “Polyme blend hay polyme mixture là nhóm các vật liệu tương tự như hợp kim bao gồm ít nhất 2 polyme trộn với nhau tạo nên vật liệu mới có tính chất khác biệt” (Wikipedia, 2010). Blend có ý nghĩa là hỗn hợp (mixture) song có sự phân bố thành phần đồng đều hơn được dùng phổ biến trong công nghệ polyme. • Photoresist hay resist chỉ loại chất dễ dàng tham gia phản ứng quang hoá làm thay đổi tính tan của chúng khi bị phơi sáng hay dưới tác dụng của các bức xạ nói chung. Trong nghiên cứu này photoresist hay resist được Việt hóa là chất cảm quang, hay nhựa cảm quang. Thuật ngữ này không thay thế cho định nghĩa - Tác giả vii CHỮ VIẾT TẮT TỪ TIẾNG VIỆT BVMT Bảo vệ môi trường BCL Bãi chôn lấp CTNH Chất thải nguy hại CSTNgAM Cao su thiên nhiên maleic hoá Cty Công ty CTR Chất thải rắn ĐHBK Đại học Bách khoa HCM Thành phố Hồ Chí Minh HD dầu hạt điều KCN Khu công nghiệp KCNC Khu công nghệ cao NCKH Nghiên cứu khoa học NM Nhà máy TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TNHH Trách nhiệm hữu hạn TNMT Tài nguyên và Môi trường TT Trung tâm TTH trợ tương hợp PTHQ phương trình hồi qui PTN Phòng thí nghiệm Photoresist Nhựa cảm quang pkl phần khối lượng theo cao su nền PR Nhựa cảm quang phế thải P/t Phương trình QCVN Qui chuẩn Việt Nam QHTN Qui hoạch thực nghiệm QUATEST 3 Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường Khu vực 3 UBND Ủy ban nhân dân VINAUSEN Công ty Cổ phần Môi trường Việt Úc VITTEP Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ Môi trường viii CHỮ VIẾT TẮT TỪ TIẾNG ANH (Chữ viết tắt Tiếng Anh đầy đủ/ Tiếng Việt) 3T Temperature, time, turbulence/ Nhiệt độ, thời gian lưu, xáo trộn 3 R Reduce, reuse, recycle/ giảm thiểu, tái sử dụng, tái chế 4020 N-(1,3-dimethylbutyl)-N’-phenyl-p-phenylene diamine/ phòng lão 4020 ACM acrylate rubber/ cao su acrylat ASA (meth) acrylate –styrene-acrylonitril copolyme/ copolyme metacrylat-styren-acrylonitril ASE Center of Analytical Services and Experimentation HCMC/ TT. Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm Tp. HCM BR butadien rubber/ cao su butadien CMC Critical micelles concentration/ Nồng độ micell tới hạn CRP controlled radical polymerization methods/ phương pháp trùng hợp gốc có kiểm soát D phenyl – β – naphtylamin anti-aging agent/ phòng lão Neozon D DFR Dry Film Resist/ Phim khô cảm quang DM disulfure dibenzothiazol DOP dioctyl phthalate DTA Differential Thermal Analysis/ phân tích nhiệt vi sai CERCLA Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act Luật về Trách nhiệm pháp lý, Đền bù Phản hồi Môi trường Tích cực EMAS Eco- Management and Audit Scheme/ Sơ đồ Kiểm toán và Quản lý Sinh thái ENR epoxidized natural rubber/ cao su epoxy hoá EPA Environmental Protection Agency/ Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ ETM Center for Environmental Technology & Management/ TT. Công nghệ và Quản lý Môi trường FE Field emission/Phát xạ trường [...]... acrylat” [31] Các nghiên cứu này mới dừng ở mức thử nghiệm ban đầu, tổng hợp resist, xem xét cơ chế, nguyên lý của phản ứng Đây là kết quả của các đề tài, luận văn cao học 1.2.5.2 Nghiên cứu về xử lý photoresist phế thải Trong số nghiên cứu gần với chủ đề có nghiên cứu của Võ Thanh Hiếu (2005) về công nghệ xử lý nước thải sản xuất bo mạch điện tử và đề xuất phương án thu hồi đồng oxit ở công ty Fujitsu... [56] Các nghiên cứu này tập trung vào sử dụng công nghệ hợp lý để giảm thiểu lượng photoresist sử dụng và qua đó giảm lượng PR tạo thành Các công nghệ này được cho là mang tính đột phá và giúp cho quản lý chất thải từ trên dây chuyền công nghệ Tuy nhiên đến nay các công nghệ làm giảm lượng PR phát sinh này vẫn đang trong quá trình hoàn thiện, chưa có ứng dụng rộng rãi 1.2.2 Nghiên cứu xử lý chất thải lỏng... quang khắc Ngoài ra giảm hoạt tính, đóng rắn chất thải cũng đã được nghiên cứu xử lý không chỉ cho resist phế thải chung mà còn ứng dụng để xứ lý các chất thải khác 1.2.4 Nghiên cứu ứng dụng polyme acrylic Có rất ít tài liệu nói về ứng dụng acrylat polyme trong xử lý PR từ dây chuyền quang khắc nhưng nghiên cứu ứng dụng của polyme này lại rất phổ biến Nghiên cứu vật liệu mới lai tạo: sử dụng cấu trúc của... dụng hỗn hợp để sản xuất PWB hoặc sản phẩm tương tự [104] 1.2 Tổng quan nghiên cứu về giảm thiểu và xử lý photoresist 1.2.1 Nghiên cứu thay đổi công nghệ Tách PR bằng phương pháp ướt là công nghệ truyền thống nhưng đi kèm với việc phát sinh chất thải dạng lỏng Một hướng khác được quan tâm nghiên cứu là tách photoresit với công nghệ khô đã được Flamm (1992) mô tả từ rất sớm [63] Một trong số đó là phương... nghệ khô bóc tách photoresist trong quá trình sản xuất PWB Mục tiêu của nghiên cứu là khắc phục nhược điểm của phương pháp khi không tách hoàn toàn photoresist hoặc gây hư hỏng sản phẩm do các cơ chế gắn liền với công nghệ plasma [42], [46] Cũng từ năm 2002, EPA khởi động dự án nghiên cứu khảo sát phát triển công nghệ thân thiện với môi trường có mã số R829554 Dự án có mục tiêu nghiên cứu, khảo sát sử... vừa cố định chất thải đồng thời sử dụng lại khối vật chất đó như một sản phẩm có ích Mục tiêu của luận án là: (i) Trong điều kiện thiết bị hiện có, nghiên cứu đặc tính của photoresist phế thải và tính chất cơ lý của khối monolith (blend polyme với photoresist) ; (ii) ứng dụng công nghệ ổn định và đóng rắn vào lĩnh vực biến tính cao su nhựa kỹ thuật theo hướng tái chế Đối tượng của nghiên cứu là PR từ dây... mạch điện tử và đề xuất phương án thu hồi đồng oxit ở công ty Fujitsu với mục tiêu tận thu đồng trong nước thải Nghiên cứu đã thành công trên cơ sở công nghệ và dùng phụ gia của công ty mẹ [13] Các nghiên cứu của Nguyễn Quốc Bình (2003, 2006) về ứng dụng công nghệ đốt nhiệt phân để xử lý chất thải rắn nguy hại tại Tp HCM đã mô tả PR là một trong số đối tượng được đề tài thử nghiệm [3], [5] Kết quả... như Na, Fe, Al từ chất thải lỏng thuốc hiện chứa photoresist và TAAH thay cho các phương pháp xử lý qui ước Xử lý chất thải lỏng chứa photoresist của Miki Kohei và cộng sự [93] với mục đích để dùng lại dung dịch thuốc hiện bằng cách áp dụng siêu lọc Phát minh quản lý dung dịch thải chứa photoresist resin theo đăng ký phát minh US 4,786,417 [80] cung cấp hệ thống quản lý dung dịch thải chứa PR từ trong... (chương 1); Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu (chương 2), Kết quả và thảo luận (trong chương 3, 4 và 5) Luận án bao gồm 27 bảng, 67 hình, 9 phụ lục và 126 tài liệu tham khảo Các kết quả chính của luận án được công bố trong 10 bài trên các tạp chí, báo cáo tại hội nghị chuyên ngành quốc tế và trong nước xvi Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU Nội dung của chương trình bày khái quát về công nghệ quang... Theo báo cáo về quản lý CTNH của Sở TN&MT Tp Hồ Chí Minh và Báo cáo hoàn tất xử lý tiêu huỷ chất thải nhựa cảm quang photoresist của VINAUSEN, việc xử lý PR được thực hiện trong lò đốt 2 cấp [8] Một phần photoresist (chưa rõ khối lượng) được lưu trữ trong các kho tạm chứa của SONADEZI chờ phương án xử lý phù hợp Như vậy, hiện nay ở Việt Nam phương pháp được áp dụng (hoặc nghiên cứu hạn chế) là phương . với công nghệ khô đã được Flamm (1992) mô tả từ rất sớm [63]. Một trong số đó là phương pháp cacbondioxit còn gọi là quang khắc “khô” thân thiện hơn với môi trường. Tuy nhiên phương pháp này