Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cưa (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU GỖ NHỰA TỪ NHỰA POLYEHYLEN TÁI CHẾ VỚI MÙN CƢA CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG CẤN DUY HUẤN Hà Nội, Năm 2017 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU GỖ NHỰA TỪ NHỰA POLYEHYLEN TÁI CHẾ VỚI MÙN CƢA CẤN DUY HUẤN CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ : 60440301 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS MAI VĂN TIẾN Hà Nội, Năm 2017 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUN VÀ MƠI TRƢỜNG HÀ NỘI Cán hƣớng dẫn chính: TS Mai Văn Tiến Cán chấm phản biện 1: PSG.TS Nguyễn Huy Tùng Cán chấm phản biện 2: TS Đỗ Văn Công Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI Ngày 02 tháng 01 năm 2018 LỜI CAM ĐOAN! Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn hoàn toàn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu khác TÁC GIẢ LUẬN VĂN Cấn Duy Huấn i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ với tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cƣa” Tôi xin chân thành cảm ơn TS Mai Văn Tiến hƣớng dẫn thực luận văn suốt thời gian qua, truyền đạt cho kinh nghiệm quý báu, bảo tận tình động viên giúp tơi hồn thành báo cáo luận văn Tơi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Tài nguyên Môi trƣờng Hà Nội tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức quý giá suốt thời gian học cao học trƣờng Cảm ơn anh chị, bạn bè ngƣời bạn đồng hành quãng thời gian học cao học, ngƣời sát cánh, giúp đỡ, động viên nguồn động lực để tơi vƣơn lên Do thời gian kiến thức hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót tơi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp q thầy – để luận văn đƣợc hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! HỌC VIÊN Cấn Duy Huấn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG viii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu: Các nội dung nghiên cứu chính: CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu vật liệu compozit 1.1.1 Vật liệu compozit 1.1.2 Tính chất vật liệu compozit 1.1.3 Phân loại vật liệu compozit .8 1.1.4 Ứng dụng vật liệu compozit 1.2 Tổng quan vật liệu compozit gỗ - nhựa 1.2.1 Vật liệu compozit gỗ - nhựa 1.2.2 Thành phần cấu tạo vật liệu compozit gỗ-nhựa 10 1.2.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu compozit gỗ-nhựa 18 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất compozit gỗ-nhựa 20 1.3 Các cơng trình nghiên cứu nước vật liệu gỗ nhựa .22 1.3.1 Nghiên cứu nước 22 1.3.2 Nghiên cứu nước 26 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU29 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 29 2.2 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 29 2.2.1 Thiết bị sử dụng .29 iii 2.2.2 Nguyên liệu hoá chất 29 2.3 Phƣơng pháp chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa 30 2.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu, hoá chất 30 2.3.2 Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa 30 2.3.3 Thực nghiệm chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa 32 2.3.4 Phương pháp chế tạo mẫu 34 2.4 Các phƣơng pháp xác định tính chất vật liệu 34 2.4.1 Xác định độ bền vật liệu 34 2.4.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope) .36 2.4.3 Phương pháp phân tích nhiệt TGA (Thermal Gravimetric Analysis) 36 2.4.4 Phương pháp nhiệt vi sai DTA (Differential Thermal Analysis) 36 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Nghiên cứu khả tƣơng hợp thành phần tổ hợp để chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa .37 3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng điều kiện chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa sở HDPE tái chế với mùn cƣa 38 3.2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa HDPE/mùn cưa đến tính chất lý 38 3.2.2 Ảnh hưởng kích thước hạt mùn cưa đến tính chất vật liệu gỗ nhựa tạo thành 39 3.2.3 Ảnh hưởng tốc độ trộn hợp đến tính chất lý nhựa hạt 40 3.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ trộn hợp đến tính chất lý nhựa hạt 41 3.2.5 Ảnh hưởng phụ gia tương MAPE hợp đến tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa .42 3.2.6 Ảnh hưởng phụ gia chống cháy Al2O3 đến tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa .43 3.2.7 Ảnh hưởng phương pháp xử lý mùn cưa đến tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa tạo thành 44 iv 3.3 Đặc trƣng cấu trúc tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa từ nhựa HDPE tái chế với mùn cƣa 46 3.3.1 Đặc trưng cấu trúc hình thái bề mặt vật liệu gỗ nhựa 46 3.3.2 Giản đồ phân tích nhiệt vật liệu gỗ nhựa 47 3.3.3 Khảo sát khả chịu môi trường vật liệu compozit gỗ nhựa HDPE tái chế với mùn cưa .49 3.4 So sánh số tính chất vật liệu gỗ nhựa HDPE/mùn cƣa với số vật liệu khác chủng loại 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 Kết luận 51 Kiến nghị .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 56 v DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Ký hiệu WPC PE HDPE PP PVC Vật liệu compozit gỗ nhựa - Wood Plastic Composite Polyethylen Polyethylen tỷ trọng cao- High density polyethylene Polypropylen Polyvinylclorua MAPE Copolyme Polyethylen Maleic Anhydrit MAPP Copolyme Polypropylen Maleic Anhydrite PVAC Polyvinyl acetat LDPE Polyethylen tỷ trọng thấp – Low density polyethylene SEM Kính hiển vi điện tử quét - Scanning Electron Microsope TGA Phân tích nhiệt trọng lƣợng - Theramal Gravimetric Analysis DTA Phân tích nhiệt vi sai - Differential Thermal Analysis vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Chất độn dạng sợi Hình 1.2 Sự ảnh hƣởng loại số lƣợng chất độn lên hiệu compozit Hình 1.3 Các q trình gia cơng compozit polime Hình 1.4 Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn ngồi trời 10 Hình 1.5 Công thức cấu tạo cellulose 13 Hình 1.6 Liên kết hydro cellulose 14 Hình 1.7 Cấu trúc hóa học hemicellulose 15 Hình 1.8: Công thức cấu tạo lignin 16 Hình 1.9 Phƣơng pháp đúc ép 19 Hình 1.10 Phƣơng pháp ép phun 19 Hình 1.11 Phƣơng pháp đùn kéo 20 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu .30 Hình 3.1 Giản đồ momen xoắn trình trộn hợp chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa sở HDPE/mùn cƣa 37 Hình 3.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ nhựa/ mùn cƣa tới tính chất lý vật liệu .38 Hình 3.3 Ảnh hƣởng kích thƣớc mùn cƣa đến tính chất vật liệu gỗ nhựa 39 Hình 3.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ trộn hợp đến tính chất lý vật liệu .41 Hình 3.5 Ảnh hƣởng chất tƣơng hợp MAPE đến tính chất vật liệu gỗ nhựa 42 Hình 3.6 Ảnh hƣởng phƣơng pháp xử lý mùn cƣa đến tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa 45 Hình 3.7 Ảnh SEM vật liệu không sử dụng MAPE 46 Hình 3.8 Ảnh SEM vật liệu sử dụng MAPE (1%) 46 Hình 3.9 Ảnh SEM vật liệu sử dụng MAPE (1,5 %) 46 Hình 3.10 Ảnh SEM vật liệu sử dụng MAPE (2 %) .46 Hình 3.11 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa khơng sử dụng phụ gia chống cháy .47 Hình 3.12 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa có chứa phụ gia chống cháy (Al2O3 hàm lƣợng 1%) 48 Hình 3.13 Độ tăng trọng lƣợng compozit ngâm môi trƣờng nƣớc 49 vii Từ số liệu kết hình 3.4 nhận thấy: Khi nhiệt độ trộn hợp thay đổi tính chất lý (độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt) vật liệu thay đổi Cụ thể độ bền kéo đứt độ bền uốn tăng nhiệt độ trộn hợp tăng lên từ 130oC lên 160oC (độ bền kéo tăng từ 35,3MPa lên 41,2 MPa; độ bền uốn từ 34,5 MPa lên 42,6 MPa) Khi tiếp tục tăng nhiệt độ trộn từ 150oC lên 180oC, tính lý hạt nhựa lại giảm Độ bền kéo đứt độ bền uốn vật liệu đạt giá trị lớn ứng với nhiệt độ trộn hợp 150oC-160oC Nguyên nhân tăng nhiệt độ trộn hợp, vật liệu nhanh đạt trạng thái chảy nhớt làm cho trình trộn hợp diễn thuận lợi, độ đồng sản phẩm tăng lên, độ bền kéo độ dãn dài đứt tăng Khi trộn hợp vật liệu khoảng nhiệt độ cao 160oC tính chất lý vật liệu giảm xảy tƣợng phân huỷ nhiệt làm đứt mạch phân tử nhựa HDPE tái chế, làm giảm độ bền kéo độ dãn dài đứt Từ kết trên, cho thấy nhiệt độ trộn thích hợp để chế tạo vật liệu gỗ nhựa 150oC 3.2.5 Ảnh hưởng phụ gia tương hợp MAPE đến tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa Khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng chất tƣơng hợp MAPE tới tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa lần lƣợt ứng với hàm lƣợng 1%; 1,5%; 2,0%; 2,5% 3,0%; sử dụng hàm lƣợng mùn cƣa 50% chế độ gia công tối ƣu [MPa] MAPE [%] Hình 3.5 Ảnh hưởng chất tương hợp MAPE đến tính chất vật liệu gỗ nhựa 42 Từ kết hình 3.5 nhận thấy, tăng tỷ lệ MAPE tính lý vật liệu compozit gỗ nhựa tăng lên rõ rệt, độ hút nƣớc vật liệu giảm xuống Cụ thể tăng tỷ lệ MAPE từ 0,5% lên 3,0% độ bền kéo vật liệu tăng từ 34,6MPa lên 41,2MPa, độ bền uốn tăng từ 33,2MPa lên 44,3MPa, độ hấp thụ nƣớc giảm từ 5,2% xuống 1,9% Nguyên nhân dẫn đến tƣợng ứng với tỷ lệ hàm lƣợng MAPE thấp chƣa đủ để làm tăng khả tƣơng hợp giúp cho phân tán mùn cƣa vào nhựa tốt nên vật liệu chƣa đạt đƣợc độ đồng cao nên tính lý độ hấp thụ nƣớc vật liệu cao Ứng với tỷ lệ MAPE sử dụng 2% vật liệu tạo có tính tƣơng hợp tốt nên tính chất vật liệu cao tỷ lệ MAPE cao có tác dụng làm giảm tính ƣa nƣớc vật liệu 3.2.6 Ảnh hưởng phụ gia chống cháy Al2O3 đến tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa Mẫu vật liệu gỗ nhựa đƣợc tạo thành ứng với tỷ lệ nhựa HDPE/ mùn cƣa 50/50 phần khối lƣợng, 2% chất tƣơng hợp MAPE hàm lƣợng phụ gia chống cháy lần lƣợt 0,3; 0,5; 0,7; 1,0 1,5 (% trọng lƣợng) Bảng 3.2 Ảnh hưởng phụ gia chống cháy hợp đến tính chất lý vật liệu gỗ nhựa Hàm lượng chống Độ bền kéo Độ bền uốn Khả chống cháy Al2O3 [%] [MPa] [MPa] cháy UL-94 0,0 41,2 42,2 V-0 0,3 42,2 44,3 V-0 0,5 42,5 45,2 V-1 0,7 43,1 45,0 V-1 1,0 43,6 45,3 V-2 1,5 42,7 44,5 V-2 STT Khi có mặt phụ gia chống cháy, độ bền kéo uốn vật liệu compozit gỗ nhựa cao so với mẫu khơng có phụ gia Điều đƣợc giải thích phụ gia 43 chống cháy Al2O3 tác dụng ổn định nhiệt, chống cháy ngăn cản q trình phân hủy oxi hóa nhiệt vật liệu, có tác dụng gia cƣờng thêm cho vật liệu Sự có mặt phụ gia Al2O3 làm giảm đáng kể trình cắt mạch phân tử phân hủy oxi hóa nhiệt giảm so với mẫu khơng có phụ gia Vật liệu compozit với hàm lƣợng Al2O3 ứng với tỷ lệ từ 0,3-0,7% tăng cƣờng hiệu ổn định nhiệt cho vật liệu nhƣng lƣợng phụ gia chƣa đủ để dập tắt lửa khả chống cháy đạt mức V-1 Ngƣợc lại, hàm lƣợng Al2O3 lớn 1,0% thành phần compozit, phần phụ gia dƣ thừa gây cản trở tƣơng hợp nhựa mùn cƣa làm giảm hiệu ổn định nhiệt gây giảm tính chất vật liệu compozit Nhƣ vậy, với hàm lƣợng 1,0% phù hợp với hiệu ổn định cao mà không gây ảnh hƣởng đến liên kết thành phần của vật liệu tổ hợp 3.2.7 Ảnh hưởng phương pháp xử lý mùn cưa đến tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa tạo thành Để khảo sát so sánh ảnh hƣởng phƣơng pháp xử lý mùn cƣa đến tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa tạo thành, sử dụng hạt mùn cƣa cỡ hạt 0,5-1,0 mm cho tất thí nghiệm Trong thí nghiệm sau mùn cƣa đƣợc phân loại cỡ hạt rây sàng, hạt mùn cƣa đƣợc xử nhƣ sau: - Không sử dụng tác nhân để xử lý; - Ngâm tẩm xử lý dung dịch NaOH 10% qua đêm; - Ngâm tẩm xử lý dung dịch HCl 5% qua đêm Kết thúc trình xử lý, tiến hành lọc nhanh rửa mùn cƣa nƣớc cất dịch lọc có mơi trƣờng trung tính Tất loại mùn cƣa sau sấy khơ 100oC khối lƣợng không đổi trƣớc tiến hành trộn hợp để chế tạo vật liệu Mẫu vật liệu gỗ nhựa đƣợc chế tạo ứng với tỷ lệ nhựa HDPE/mùn cƣa 50/50 phần khối lƣợng, 2% chất tƣơng hợp MAPE hàm lƣợng phụ gia chống cháy 1%, điều kiện gia công trộn hợp không đổi đây, sử dụng 03 loại mùn cƣa đƣợc chuẩn bị nhƣ Kết ảnh hƣởng phƣơng pháp xử lý mùn 44 cƣa đến tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa tạo thành đƣợc thể hình 3.6 Hình 3.6 Ảnh hưởng phương pháp xử lý mùn cưa đến tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa Kết hình 3.6 nhận thấy: Khi mùn cƣa đƣợc ngâm tẩm xử lý trƣớc có tác dụng làm tăng đáng độ bền kéo độ bền uốn vật liệu compozit tạo thành Về độ hấp thụ nƣớc mẫu vật liệu cho độ hấp thụ nƣớc thấp so với mẫu sử dụng hạt mùn cƣa không xử lý Mẫu mùn cƣa xử lý dung dịch NaOH cho độ bền lý tốt Giải thích tƣợng việc xử lý mùn cƣa có tác dụng loại bỏ chất hữu chất hòa tan lại hạt mùn cƣa nên làm cho mùn cƣa có tính tƣơng hợp tốt với nhựa HDPE tái chế Theo nhiều nghiên cứu việc xử lý sợi gỗ (hạt mùn cƣa) kiềm phƣơng pháp phổ biến cho sợi thực vật nói chung, phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm bật nhƣ: Tiến hành đơn giản, rẻ tiền, không yêu cầu trang thiết bị hiệu tƣơng đối cao Xử lý kiềm hóa nhằm hòa tan phần vơ định hình nhƣ lignin, axit béo, hemixenlulo, tạo cho bề mặt sợi gỗ có độ thơ ráp, giảm bó xoắn tăng phân tử định hƣớng tăng số tính chất lý hóa sợi gỗ làm tăng khả bám dính sợi nhựa [15] Chính việc xử lý mùn cƣa dung dịch NaOH vật liệu thu đƣợc có tính chất lý tốt 45 3.3 Đặc trƣng cấu trúc tính chất vật liệu compozit gỗ nhựa từ nhựa HDPE tái chế với mùn cƣa 3.3.1 Đặc trưng cấu trúc hình thái bề mặt vật liệu gỗ nhựa Hình 3.7 Ảnh SEM vật liệu khơng sử Hình 3.8 Ảnh SEM vật liệu sử dụng dụng MAPE MAPE (1%) Hình 3.9 Ảnh SEM vật liệu sử dụng Hình 3.10 Ảnh SEM vật liệu sử dụng MAPE (1,5 %) MAPE (2 %) Phân tích kết chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM (hình 3.7 đến 3.10) cho thấy hình thái cấu trúc bề mặt vật liệu compozit gỗ nhựa có sử dụng không sử dụng chất tƣơng hợp MAPE cho thấy khác biệt rõ hình thái học vật liệu tạo thành Khi khơng có mặt chất tƣơng hợp MAPE, nhựa bề mặt mùn cƣa xuất nhiều khe hở lớn (hình 3.7) Điều chứng tỏ độ tƣơng hợp nhựa có tính phân cực bề mặt mùn cƣa phân cực 46 Khi có mặt chất trợ tƣơng hợp MAPE, số lƣợng kích thƣớc khe hở bề mặt mùn cƣa nhựa giảm xuống đáng kể Các kết (hình 3.8 đến 3.10) cho thấy mức độ tƣơng hợp vật liệu HDPE với mùn cƣa chịu ảnh hƣởng hàm lƣợng MAPE quan sát hình 3.8 đến 3.10 ứng với hàm lƣợng MAPE 2% hình thái cấu trúc nhƣ số lƣợng kích thƣớc khe hở bề mặt mùn cƣa nhựa nhỏ Nhƣ vậy, chứng tỏ MAPE cải thiện đáng kể độ tƣơng hợp nhựa HDPE tái chế mùn cƣa điều có tác dụng cải thiện đáng kể tính chất lý nhƣ độ kháng nƣớc vật liệu compozit gỗ nhựa tạo thành 3.3.2 Giản đồ phân tích nhiệt vật liệu gỗ nhựa Nhiệt độ [oC] Hình 3.11 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa không sử dụng phụ gia chống cháy 47 Nhiệt độ [oC] Hình 3.12 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa có chứa phụ gia chống cháy (Al2O3 hàm lượng 1%) Giản đồ phân tích nhiệt vật liệu (hình 3.11 3.12) cho thấy: Trên đƣờng TGA ứng với khoảng nhiệt độ 250-400oC có giảm nhẹ khối lƣợng Khi nhiệt độ 400oC khối lƣợng vật liệu xảy với tốc độ nhanh, nguyên nhân chất hữu bắt đầu bị phân hủy So sánh độ bền nhiệt vật liệu compozit có sử dụng khơng sử dụng phụ gia chống cháy Al2O3 cho thấy vật liệu sử dụng phụ gia chống cháy cho độ bền nhiệt cao so với vật liệu không sử dụng Cụ thể đƣờng DSC cho thấy tƣơng ứng píc nhiệt đặc trƣng mẫu vật liệu compozit không sử dụng phụ gia chống cháy 127,41oC; 428,71oC 472,84oC tƣơng ứng với khoảng nhiệt giải phóng nƣớc liên kết thành phần vật liệu, nhiệt độ bắt đầu phân hủy mẫu vật liệu vật liệu bắt đầu bùng cháy Đối với mẫu vật liệu có sử dụng phụ gia chống cháy Al2O3 cho thấy đỉnh nhiệt đặc trƣng có nhiệt độ cao hẳn cụ thể 129,78oC; 437,89oC 488,75oC Từ kết thu đƣợc chứng tỏ Al2O3 có tác dụng làm tăng tính bền nhiệt vật liệu compozit gỗ nhựa đáng kể sử dụng với hàm lƣợng nhỏ 1% 48 3.3.3 Khảo sát khả chịu môi trường vật liệu compozit gỗ nhựa HDPE tái chế với mùn cưa Các mẫu compozit mùn cƣa đƣợc ngâm môi trƣờng nƣớc để khảo sát độ thay đổi trọng lƣợng độ bền Độ thay đổi trọng lƣợng mẫu vật liệu compozit mùn cƣa với 50% phần trọng lƣợng, có sử dụng phụ gia tƣơng hợp MAPE (2% phần trọng lƣợng) không sử dụng phụ gia tƣơng hợp nhƣ sử dụng phụ gia chống cháy (1% phần trọng lƣợng) [%] Thời gian [ngày] Hình 3.13 Độ tăng trọng lượng compozit ngâm môi trường nước Độ hấp thụ nƣớc vật liệu tăng tăng thời gian ngâm mẫu, sau khoảng đến ngày mẫu vật liệu đạt độ hấp thụ nƣớc bão hòa Kết hình 3.13 cho thấy mẫu vật liệu có sử dụng chất tƣơng hợp MAPE chống cháy Al2O3, độ hút nƣớc vật liệu compozit HDPE với mùn cƣa giảm đáng kể Với hàm lƣợng độn 50% phần trọng lƣợng hàm lƣợng chất tƣơng hợp MAPE 2% Al2O3 1%, độ tăng trọng lƣợng mẫu vật liệu compozit trạng thái bão lần lƣợt là: 12,5% (mẫu khơng có MAPE) Độ hút nƣớc giảm xuống rõ rệt 49 mẫu vật liệu có sử dụng chất trợ tƣơng MAPE Al2O3 bão hòa 1,9% 1,42% 3.4 So sánh số tính chất vật liệu gỗ nhựa HDPE/mùn cƣa với số vật liệu khác chủng loại Mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa thành phần 2% MAPE, 1% Al2O3 tỷ lệ khối lƣợng HDPE/ mùn cƣa đƣợc dùng 50/50 để so sánh với mẫu compozit tƣơng tự nhựa HDPE nguyên chất, nhƣ gỗ thông mẫu ván sàn thị trƣờng Kết theo bảng 3.3 Bảng 3.3 So sánh tính chất vật liệu compozit HDPE/mùn cưa với số vật liệu khác Độ bền kéo Độ bền uốn Độ hút nước [MPa] [MPa] [%] Mẫu compozit HDPE/mùn cƣa 42,5 45,2 1,42 Mẫu ván sàn Janmi 9,26 16,95 - Mẫu gỗ thông 46,71 76,54 60 Nhựa HDPE 28,0 20,0 0,01 Tên mẫu Dựa vào kết bảng 3.3 ta thấy: - Mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa HDPE/mùn cƣa mà chúng tơi chế thử có độ bền kéo, độ bền uốn uốn thấp so với gỗ thông nhƣng lại cao so với mẫu gỗ ván sàn Janmi thị trƣờng - Mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa có tính lý cao so với nhựa HDPE - Mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa HDPE/mùn cƣa có khả kháng nƣớc tốt gỗ 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong trình thực luận văn với đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa từ nhựa Polyethylen tái chế với mùn cƣa”, thu đƣợc số kết sau:  Đã chế tạo thành công vật liệu compozit gỗ nhựa từ nhựa HDPE tái chế với mùn cƣa phƣơng pháp trộn hợp nóng chảy thiết bị trộn kín Nhiệt độ trộn hợp 150oC với tốc độ quay trục vít 30 vòng/phút Nhiệt độ gia cơng ép mẫu 160-150oC áp lực ép 2-5 Hàm lƣợng mùn cửa sử dụng 50% phần trọng lƣợng so với nhựa HDPE tái chế, kích thƣớc hạt mùn cƣa phù hợp từ 0,51,0 mm  Sử dụng chất tƣơng hợp MAPE với hàm lƣợng 2% phụ gia chống cháy Al2O3 với hàm lƣợng 1% cải thiện độ tƣơng hợp nhựa mùn cƣa từ cải thiện tính chất lý vật liệu gỗ nhựa tạo thành nhƣ độ kháng nƣớc  Kích thƣớc hạt cách thức xử lý mùn cƣa ảnh hƣởng đáng kể đến tính lý vật liệu compozit gỗ nhựa tạo thành Độ bền lý vật liệu giảm nhẹ kích thƣớc hạt nhỏ (1,0 mm) Mùn cƣa đƣợc xử lý dung dịch NaOH vật liệu thu đƣợc có tính lý tốt  Vật liệu compozit gỗ nhựa từ HDPE tái chế với mùn cƣa có độ bền kéo đạt 42,5MPa, độ bền uốn 45,2MPa, độ hấp thụ nƣớc 1,42% Mẫu vật liệu compozit gỗ nhựa HDPE/mùn cƣa chế thử có độ bền kéo, độ bền uốn uốn thấp so với gỗ thông nhƣng lại cao so với mẫu gỗ ván sàn Janmi thị trƣờng Kiến nghị Vật liệu compozit gỗ nhựa từ HDPE tái chế với mùn cƣa, hƣớng nghiên cứu vật liệu xanh, thân thiên môi trƣờng, giúp hạn chế ô nhiễm môi trƣờng từ chất thải rắn loại plastic Việc nghiên cứu tận dụng phế liệu gỗ nhựa polyethylen phế thải để sản xuất vật liệu compozit gỗ nhựa khơng có ý nghĩa mặt khoa học mơi trƣờng mà có tính ứng dụng thực tiễn cao Tuy vậy, để sử dụng thực tế hƣớng đề tài phải tiếp tục nghiên cứu đánh giá khảo sát sâu yếu ảnh hƣởng phụ gia khác nhằm ổn định sản phẩm q trình gia cơng nhƣ đánh giá độ ổn định sản phẩm sử dụng dƣới tác dụng nhiệt, ánh sáng, tia tử ngoại, nấm mốc điều kiện thực tế 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT: Bùi Chƣơng, Phan Thị Minh Ngọc (2010), Cơ sở hóa học polymer, Nhà xuất Bách khoa, Hà Nội Trần Vĩnh Diệu, Bùi Chƣơng (2010), Nghiên cứu ứng dụng sợi thực vậtnguồn nguyên liệu có khả tái tạo để bảo vệ mơi trường, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ Trần Vĩnh Diệu (2005), Gia công Polyme, Nhà xuất Đại học Bách khoa Hà Nội Trần Vĩnh Diệu, Trần Trung Lê (2006), Môi trường gia công chất dẻo compozit, Nhà xuất Đại học Bách khoa, Hà Nội Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái, Phan Minh Ngọc, Lê Phƣơng Thảo, Lê Hồng Quang (2002), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polyme compozit sở nhựa PP gia cƣờng sợi đay”, Tạp chí Hóa Học, T40(3A), Tr 8-13 Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân (2003), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu Polymecompozit sở nhựa PP gia cƣờng hệ lai tạo tre, luồng - sợi thủy tinh”, Tạp chí Hóa Học, T41(3), Tr 49-53 Vũ Huy Đại (2012), Báo cáo Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ“Nghiên cứu công nghệ sản xuất compozit từ phế liệu gỗ chất dẻo phế thải”, Bộ Nông nghiệp Phát triển nơng thơn, Hà Nội Nguyễn Đình Đức (2007), Cơng nghệ vật liệu compozit, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Lê Minh Đức (2008), Thiết bị gia công polymer, Nhà xuất Bách khoa, Hà Nội 10 Nguyễn Vũ Giang (2013), Báo cáo Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ “Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit sở nhựa polylefin (polyetylen, polypropylen) khâu mạch (XLPO) bột gỗ biến tính ứngdụng làm vật liệu xây dựng, kiến trúc nội - ngoại thất”, Bộ Khoa học Cơng nghệ, Hà Nội 11 Hồng Thị Thanh Hƣơng (2011), Báo cáo Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ 52 “Nghiên cứu cơng nghệ phòng chống cháy cho vật liệu gỗ”, Bộ Giáo dục Đào tạo, Hà Nội 12 Đoàn Thị Thu Loan (2010), “Nghiên cứu cải thiện tính vật liệu Compozit sợi đay/ nhựa Polypropylene phƣơng pháp biến tính nhựa nền”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 1(36), Tr 28-35 13 Hà Tiến Mạnh, Nguyễn Bảo Ngọc, Nguyễn Đức Thành, Đỗ Thị Hoài Thanh, Hà Thị Thu, Nguyễn Hải Hoàn (2011), “Nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ bột gỗ nhựa polypropylene đến tính chất compozit gỗ - nhựa” Tạp chí khoa học Lâm Nghiệp, Số 1, Tr 1752-1759 14 Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vĩnh Diệu (2004), Hóa lý Polyme, Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 15 Nguyễn Hữu Niếu, Phan Thanh Bình, Huỳnh Sáu, “Một Số Thay Đổi Về Tính Chất Sợi Dứa Việt Nam Bằng Phƣơng Pháp Xử Lý Trong Dung Dịch Sodium Hydroxide”, Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, tập 10, số 03-2007 16 Phan Thị Minh Ngọc, Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Thúy Hằng (2007), “Ảnh hƣởng chất trợ tƣơng hợp Polypropylen ghép Anhydrit Maleic đến tính chất học vật liệu Polypropylen Compozit gia cƣờng mắt tre”, Tạp chí Hóa học, T45 (5A), Tr 77-84 17 Nguyễn Văn Thái cộng (2006), Công nghệ Vật liệu, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 18 Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hóa học gỗ Xenluloza tập 1,2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 19 Lê Xn Tình (1998), Khoa học gỗ, NXB Nơng nghiệp, Hà Nội 53 TÀI LIỆU TIẾNG ANH: 20 A.K.Bledzki, J.Gassan (1999), “Compozits reinforced with cellulose based fibers”, Prog.Polyme, Sci 24, pp 221-274 21 Anatole Klyosov (2005), Wood plastic compozits, Wiley-interscience A John Wiley& Sons, INC, Publication 22 Apri Heri Iswanto and Fauzi Febrianto (2005), “The Role of Dicumyl Peroxide (DCP) In the Strengthening of Polymer Compozits”, Peronema Forestry Science Journal, Vol.1, No.2, ISSN 18296343 23 Behzad kord (2011), “Influence of Maleic Anhydride on the Flexural, Tensile and Impact Characteristics of Sawdust Flour Reinforced Polypropylene Compozit”,World Applied Sciences Journal, 12 (7), pp 1014-1016 24 B Mohebby, A R Ghotbifar, and S Kazemi-Najafi (2011), “Influence of Maleic-Anhydride-Polypropylene (MAPP) on Wettability Polypropylene/Wood Flour/Glass Fiber Hybrid Compozits”, J of Agr Sci Tech, Vol 13, pp 877-884 25 Cao Jin-Zhen, Wang Yi, Xu Wei-yue, Wang Lei (2010), “Preliminary study of viscoelastic properties of MAPP-modified wood flour/polypropylene compozits”, For Stud, China, 12(2), pp 85-89 26 Darilyn Roberts, Roberts C Constable (2003), Chemical Coupling Agents for Filled and Grafted Polypropylene Compozits, Handbook of polypropylene and polypropylene compozits, vol 3, pp 45-50 27 Farshid Basiji, Vahidreza Safdari, Srikanth Pilla (2009), “The effects of fiber length and fiber loading on the mechanical properties of wood- plastic (polypropylene) compozits”, Turk Agric, vol 34, pp 191-196 28 Felix J.M, Gatenholm P, Schreiber H.P (1993), “Controlled interactions in cellulose-polymer compozits”, Polymer Compozits, vol 14, pp 234-256 29 Fauzi Febrianto, Dina Setyawati, Myrtha Karina, Edi Suhaimi Bakar and Yusuf Sudo Haidi (2006), “Influence of Wood Flour and Modifier Contents on the Physical and Mechanical Propertes of Wood Flour- Recycle Polypropylene compozits”,Journal of Biological Sciences, (2), pp 337-343 54 30 G E Myers (1991), Wood Flour and polypropylene or High density Polyethylene compozits,“Influence of Maleated polypropylene Concentration and Extrusion Temperature on Properites” Intern J Polymeric Mater, Vol 15, pp 171-186 31 Ichazo M.N., Albano C., Gonzales J., Perera R., Candal (2001), “Polypropylene/wood flour compozits: Treatment and properties”, Compozit Structures, vol 54, pp 207-214 32 International Standard ISO 527 – (1993) Plastics – Determination of tensile properties 33 International Standard ISO 178 – (1993) Plastics – Determination of flexural properties 34 An American National Standard – Designation, D 570 - 98 Standard Test Method for Water Absorption of Plastics 35 An American National Standard – Designation, D 635 – 14 Standard Test Method for Rate of Burning and/or Extent and Time of Burning of Plastics in a Horizontal Position Laboratories Tests 36 Kishi, H., M Yoshioka, A Yamanoi, and N Shiraishi (1988), Compozits of wood and polypropylenes I Mokuzai Gakkaishi, vol.34(2), pp 133-139 37 M Khalid, S Ali, C.T Ratnam and S.Y.Thomas Choong (2006),“Effect of mapp as coupling on the mechanical properties of palm fiber empty fruit bunch and cellulose polypropylene biocompozits”International Journal of Engineering and Technology, vol.3, No.1, pp 79-84 38 Rashmi Kumari(2008), Fundamental Study on Highly-Filled Wood-Plastic Compozit, Graduate School of Agriculture Kinki University - Department of Advanced Bioscience 39 Roger M Rowell (2005), Wood chemistry and Wood compozit, Taylor & Francis Group, the academic division of T&F Informa plc 40 Schut JH (1999) For compounding, sheet and profile: wood is good, Plastics Technology, 45(3), pp 46-52 55 PHỤ LỤC 56 ... dụng vật liệu gỗ nhựa từ nhựa HDPE tái chế với mùn cƣa liên quan phục vụ luận văn - Nghiên cứu chế tạo vật liệu gỗ nhựa (Wood Plastic Compostie – WPC) từ nhựa HDPE tái chế với mùn cƣa khảo sát... nguyên liệu mùn cƣa từ nhà máy chế biến gỗ nhựa HDPE tái chế để tạo đƣợc gỗ nhựa nhân tạo Các nội dung nghiên cứu chính: - Thu thập tài liệu ngồi nƣớc tình hình nghiên cứu chế tạo ứng dụng vật liệu. .. 3.1 Nghiên cứu khả tƣơng hợp thành phần tổ hợp để chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa .37 3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng điều kiện chế tạo vật liệu compozit gỗ nhựa sở HDPE tái chế với mùn