NGHIÊN cứu TÍNH CHẤT vật LIỆU POLY LACTIC ACID ỨNG DỤNG TRONG kĩ THUẬT IN 3d tạo mẫu cấu TRÚC GIÀN GIÁO

1.1.2 Tính chất của Poly lactic acid Polyaxit lactic PLA là một trong số polyme có khả năng phân hủy đượcnghiên cứu và sản xuất nhiều nhất hiện nay bởi dễ dàng được gia công trong cácthi

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU

POLY LACTIC ACID ỨNG DỤNG TRONG

KĨ THUẬT IN 3D TẠO MẪU CẤU TRÚC

GIÀN GIÁO

LỜI MỞ ĐẦU

Trong suốt thế kỷ qua - thế kỷ của thời đại đồ nhựa, vật liệu polyme đóng vaitrò quan trọng trong các ngành sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và tiêu dùng.Nhưng phế thải của vật liệu này gây ô nhiễm trầm trọng trong môi trường, bởi khảnăng phân hủy của nó trong thời gian rất lâu, có loại đến hàng ngàn năm Do nhucầu sử dụng tăng nên nên nguồn nguyên liệu thô cũng tăng lên dẫn đến việc ônhiễm môi trường từ chất thải nhựa trầm trọng hơn Từ những tác động đó đẫn đến

sự ra đời của nhiều loại nhựa phân hủy sinh học như PLA, PVA, PC,… Việc xuấthiện các loại nhựa phân hủy làm xuất hiện nhiều đề tài nghiên cứu các tính chất,khả năng ứng dụng của các loại nhựa này trong nhiều lĩnh vực khác nhau đặc biệt là

kĩ thuật in 3D Printing

Kỹ thuật sản xuất 3D Printing (3DP) là kĩ thuật mới và tính khả thi của nó cóthể thực hiện đối với các thành phần y sinh 3D Printing là công nghệ có thể tạohình học phức tạp thành một mô hình vững chắc Mô hình rắn này được tạo thànhphương pháp Mô hình lắng đọng Fuse (FDM) - là một loại phương pháp tạo mẫunhanh Trong nghiên cứu này, Poly Lactic Acid (PLA) được coi là một chất thay thếcho vật liệu hiện có PLA là một loại polymer phân hủy sinh học, có độ bền tốt vàđặc tính phân hủy sinh học rất cần thiết trong sản xuất các thành phần mới hơnthông qua 3D Printing Nghiên cứu bắt đầu với việc tạo ra mô hình 3D rắn và khảosát các tính chất của nhựa dựa trên các tiêu chuẩn ASTM

So với các loại nhựa được sử dụng trong công nghệ in 3D thì PLA có cáctính chất và ưu điểm nổi trội như:

- Nhiệt độ in của PLA thấp hơn các loại nhựa khác (ABS, PCL, )

- Tiết kiệm năng lượng từ việc gia nhiệt

- Không cần phụ gia in kèm theo

- Độ chính xác in: PLA có độ co ngót thấp dẫn đến độ chính xác tạo mẫu in3D cao hơn.

- Có khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học cao

Chính vì những lý do trên nên tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tính chất vật liệupolylactic acid ứng dụng trong kĩ thuật in 3D tạo mẫu cấu trúc giàn giáo”

Mục tiêu đề tài

Phân tích và đánh giá các loại vật liệu polyme sinh học PLA khác nhau chomục đích chế tạo mẫu bằng phương pháp tạo hình nhiệt dẻo (FDM: FusedDeposition Modelling)

- Tính chất lưu biến nhiệt: khối lượng phân tử Mw, chỉ số chảy MFI,

chuyển pha nhiệt lượng vi sai

- Độ bền cơ học và độ biến dạng dẻo ở nhiệt độ sử dụng (phòng thí

- Chế tạo mẫu scaffold thiết kế bằng phương pháp 3D Printing FDM với

các thông số thử nghiệm cài đặt

Xác định mối quan hệ thành phần và cấu trúc vật liệu polyme sinh học PLAảnh hưởng đến khả năng chế tạo và tính chất mẫu sản phẩm polyme scaffold PLAtạo thành

- Đánh giá tính chất sản phẩm cấu trúc giàn giáo (scaffold) tạo thành theocác thông số chế tạo khác nhau:

o Độ bển cơ học của sản phẩm

o Cấu trúc mẫu xốp Archimede và Optical Microscope

o Cấu trúc hình thái học SEM

o Đánh giá độ xốp qua cân thủy tĩnh

- Kết luận về mối liên hệ thành phần – cấu trúc vật liệu (nhựa PLA) đến

tính chất sản phẩm tạo thành (scaffold PLA)

Đối tượng nghiên cứu

Các tính chất nhiệt dẻo vaf tính chất cơ học của PLA

Vật lihocjpolymer sinh học cấu trúc scaffold (vật liệu scaffold)

Nội dung đề tài

- Khảo sát và đánh giá tính chất lưu biến gia công nhiệt dẻo của PLA: DSC, GPC,MFI

- Chế tạo mẫu in 3d cấu trúc giàn giáo theo tiêu chuẩn vật liệu sinh học ISO10993:3D Print, Compression test, Microstructure Observer SEM, Cân thủy tĩnh

- Xác định mối quan hệ tính chất vật liệu – khả năng tạo mẫu cấu trúc giàn giáo:thông số chế tạo – tính chất mẫu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về Poly lactic acid (PLA)

1.1.1 Giới thiệu chung

Polylactic acid (PLA) là một trong những loại biopolymers phân hủy sinhhọc được sử dụng phổ biến nhất hiện nay (khoảng 200.000 tấn/năm) do có độ bềnkéo cao, giá thành thấp, trong suốt, khả năng tương hợp sinh học cao Nó là mộttrong các polymers sinh học được sản xuất từ các loại bột ngô, lúa mì, khoai tây ,không như các loại polymers khác được sản xuất từ nguyên liệu dầu mỏ Đặc biệt,PLA rất thân thiện với môi trường bởi khả năng phân hủy sinh học cao (phân hủyhoàn toàn từ 90 - 180 ngày, tùy theo điều kiện phân hủy sinh học) Chính vì vậy,trong mười năm trở lại đây, PLA được tập trung nghiên cứu và đưa vào sử dụngrộng rãi trên thị trường từ đó thay thế cho những sản phẩm polymers có nguồn gốcdầu mỏ không có khả năng phân hủy Năm 2002, công ty Cargill Dow polymers(LLC) đã đưa PLA vào sản xuất ở qui mô công nghiệp đầu tiên ở Nebraska vớicông suất 140.000 tấn/năm Ước tính đến năm 2015 sản lượng tiêu thụ PLA có thểđạt đến 500.000 tấn/năm và còn có thể tăng đến 1 triệu tấn/năm đến năm 2020 [1]

1.1.2 Tính chất của Poly lactic acid

Poly(axit lactic) (PLA) là một trong số polyme có khả năng phân hủy đượcnghiên cứu và sản xuất nhiều nhất hiện nay bởi dễ dàng được gia công trong cácthiết bị gia công chất dẻo thông thường, thích hợp để chế tạo bao bì, màng bọc thựcphẩm, các sản phẩm sử dụng một lần Monome ban đầu của PLA là axit lactic đượctạo thành khi vi khuẩn sử dụng tinh bột làm thức ăn Axit lactic có 2 dạng đồngphân có hoạt tính quang học là L (+) axit lactic và D (-) axit lactic PLA có 4 dạngcấu trúc: isotactic, syndiotactic, heterotactic và isotactic stereoblock [2]

Hình 1 1: Các dạng cấu trúc của Poly lactic acid [2].

PLA có nhiều tính chất tốt như có độ bền kéo đứt cao, mô đun đàn hồi cao,trong suốt, tỷ trọng nhẹ hơn nhiều so với kim loại, nhưng khác với các vật liệupolymers có nguồn gốc dầu mỏ là PLA có khả năng phân hủy sinh học cao nên thânthiện với môi trường từ đó PLA được coi như một polymer nhiệt dẻo đa năng vàđược sử dụng - ứng dụng ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật lẫn đời sống.Tuy nhiên, PLA khá giòn và độ cứng cao nên khó sử dụng làm vật liệu bao gói, quytrình điều chế khá phức tạp và đòi hỏi công nghệ cao khiến giá thành PLA khá cao.PLA có thể được tổng hợp từ ba phương pháp khác nhau nhưng chủ yếu bằngphương pháp polymers hóa trực tiếp và phương pháp “cationic ring openingpolymersization” (ROP) Quá trình tạo thành lactide là một trong những giai đoạn

quan trọng nhất bởi độ tinh khiết quang học của lactide có ảnh hưởng trực tiếp đếnsản phẩm PLA [2].

nước, hydrocacbon béo

Cấu trúc tinh thể Tinh thể Bán tinh thể Vô định hình

Nhiệt độ nóng chảy (Tm, oC) ~180 ~180 Biến đổi

Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg,

Thời gian bán hủy trong môi

trường các muối thông

PLA thường ở dạng hạt (ngoài ra còn có ở dạng sợi) có màu trắng đục, cứng

Tỷ trọng của PLLA là 1,25-1,29 g/cm3 và PDLLA là 1,27 g/cm3 Độ tan của PLAphụ thuộc vào khối lượng phân tử (KLPT) và độ kết tinh PLA tan trong các dungmôi hữu cơ như: axeton, clorua hay florua hữu cơ, metyl etyl xeton, đioxan, furan,pyridin, etyl lactat, tetrahydrofuran, xylen, etylaxetat, dimetylsulfoxit, N,N-đimetylfocmamit PLA không tan trong nước, ancol (metanol, etanol, propylenglycol) và hydrocacbon chưa thế (hexan, heptan) Trong dung dịch, độ nhớt củaPLA tuân theo phương trình Mark-Hauwink Tính chất vật lý của PLA phụ thuộcvào cấu trúc lập thể [2]

1.1.2.2 Tính chất hóa học

PLA thuộc nhóm poly (α-hydroxy ester), được điều chế từ nguồn nguyênliệu có nguồn gốc tự nhiên là tinh bột (đa phần từ tinh bột bắp) PLA có khả năng

chống cháy, chống bức xạ tử ngoại, ít bị phai màu Nó dễ nhuộm màu với tỷ lệ chấtmàu rất nhỏ Ngoài ra, PLA giữ mùi hương tốt, cách nhiệt tốt, độ bóng và trong cao,trơ với chất béo.Trong môi trường ẩm, đặc biệt khi có mặt axit và bazơ, nó dễ bịthuỷ phân

Sự phân hủy PLA chủ yếu do sự thủy phân các liên kết ester và xảy ra mộtcách ngẫu nhiên dọc theo mạch polyme khi có mặt của H2O theo phương trình sau:

Hình 1 2: Phương trình phân hủy của PLA [2]

Hai yếu tố ảnh hưởng chính đến sự thủy phân của PLA là sự thấm nước và

cơ chế tự xúc tác Trong môi trường axit, quá trình thủy phân PLA có thêm hai giaiđoạn là proton hoá và giai đoạn tách proton Các nhóm ester bị proton hóa làm chonguyên tử cacbon-cacbonyl trở nên hoạt động hơn, tiếp nhận sự tấn công của tácnhân proton (H3O+) Sau đó, xảy ra quá trình phân cắt liên kết axyl-oxy tạo thànhsản phẩm là các đoạn mạch oligomer của axit lactic hay các đoạn phân tử PLA chứacác nhóm –COOH cuối mạch Các nhóm này lại xúc tác cho quá trình thủy phânPLA tiếp theo cơ chế “tự xúc tác” như đã nêu ở trên Trong môi trường kiềm, OH-

là tác nhân nucleofin rất mạnh, dễ dàng tấn công vào nguyên tử C trong nhóm C=O,gây thủy phân PLA nhanh

PLA dễ bị tác động của vi sinh vật và quá trình phân hủy gồm 2 giai đoạn:Giai đoạn thứ nhất, vi sinh vật tiết ra enzym xúc tác quá trình thủy phân PLA thànhcác đoạn mạch ngắn có kích thước đủ bé để các vi sinh vật có thể sử dụng nó làmnguồn dinh dưỡng (giới hạn kích thước oligomer PLLA mà vi sinh vật có thể tiêuhóa được là 11.000) Giai đoạn thứ hai , vi sinh vật tiêu hóa các sản phẩm thủy phântrên tạo ra sinh khối, CO2 và H2O

Quá trình thủy phân enzym và phân hủy của PLA trong các môi trường chứa

vi sinh cũng chịu ảnh hưởng lớn bởi KLPT và độ kết tinh của PLA ban đầu KLPTcủa PLLA càng nhỏ thì tốc độ phân hủy sinh học càng lớn PLA có KLPT càng thấpcàng dễ bị phân huỷ bởi vi sinh vật Khi tăng hàm lượng tinh thể, độ bền của PLAtăng lên PLA thu được bằng trùng ngưng axit lactic có KLPT thấp và chứa nhiềunhóm –COOH và – OH cuối mạch nên chúng có thể tham gia phản ứng với cácmonome hay polyme chứa nhóm chức cuối mạch như các nhóm cacboxyl,hyđroxyl, amino, anhyđrit axit Kết quả là mạch PLA được nối dài thêm, KLPTtăng [2]

1.1.2.3 Khối lượng phân tử

Polymer tạo thành là những hỗn hợp đồng đẳng phân tử, do đó khối lượngphân tử của polymer chỉ là giá trị trung bình

Tính chất của polymer phụ thuộc vào khối lượng phân tử, cấu trúc thànhphần hoá học của phân tử, cũng như sự tương tác của các phân tử

Ảnh hưởng của khối lượng phân tử:

- Khả năng gia công: Trọng lượng phân tử có thể có tác động rất lớn đếncác tính chất cuối cùng của vật liệu

- Độ bền cơ học:

o Trọng lượng phân tử cao làm tăng khoảng cách vật liệu có thể kéo dàitrước khi vỡ Mức độ kết nối giữa các phân tử cao hơn cho phép vậtliệu được kéo xa hơn trước khi chuỗi bị phá vỡ

o Trọng lượng phân tử cao làm tăng khả năng chống va đập của vật liệu.Mức độ kết nối giữa các phân tử cao hơn có nghĩa là để phá vỡ, cầnphải phá vỡ nhiều liên kết polymer hơn, điều này có nghĩa là polymer

có thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn trước khi hỏng

1.1.2.4 Độ đa phân tán

Các tính chất cơ lý của polyme không thể chỉ được đặc trưng bằng giá trịKLPT trung bình của nó, bởi vì cùng một giá trị KLPT trung bình nhưng các mẫupolyme cóthể khác nhau về thành phần các đoạn mạch Để mô tả đầy đủ sự phân bốcủa các đoạn mạch trong thành phần của polyme người ta sử dụng thêm một kháiniệm mới nữa là : Độ đa phân tán

Độ đa phân tán của polyme được xác định bằng giá trị giới hạn của KLPTtrung bình của các phân đoạn và được biểu diễn thành đường cong phân bố củapolyme theo KLPT

1.1.2.5 Tính chất cơ học

PLA là một polymer bán tinh thể và có tính chất cơ học cao như các nhựanhiệt dẻo thông dụng khác Nó có độ cứng cao, dễ tạo thành nếp khi gấp, độ bềnmài mòn cơ học cao, mô đun đàn hồi và độ bền kéo đứt khá lớn nhưng khả năngdãn dài kém và độ mềm dẻo không cao so với PE hay PP Tính chất cơ học củaPLA có thể thay đổi trong phạm vi rộng từ mềm, dãn dẻo tới cứng PLA có độ bềnkéo cao, phụ thuộc vào thành phần và khối lượng phân tử Khi khối lượng phân tửtăng, tính chất cơ của PLA tăng (KLPT của PLLA tăng từ 23.000 đến 67.000, độbền uốn tăng từ 64 đến 106 MPa còn độ bền kéo lại giảm còn 59 MPa Với PDLLA,khi KLPT tăng từ 47.500 đến 114.000, độ bền kéo đứt thay đổi từ 49 đến 53 MPa,lực xoắn biến đổi từ 84 đến 88 MPa) PLLA kết tinh và có thể phân huỷ sinh học,trong khi PDLLA hoàn toàn ở trạng thái vô định hình Do đó, PLLA có tính chất cơhọc tốt hơn PDLLA khi cùng KLPT [7]

1.1.3 Ưu nhược điểm của poly lactic acid

1.1.7.1 Ưu điểm

PLA là loại nhựa có khả năng phân hủy sinh học cao với thời gian phân hủyngắn, vì vậy có thể tiết kiệm được nguồn năng lượng nhất định để xử lý PLA Đồngthời loại polymer này có độ tương thích sinh học cao, không độc hại với cơ thể

người, nên được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực đặc biệt là y sinh Hiện nay,PLA đang là sản phẩm được sản xuất và ứng dụng đại trà trong công nghiệp với giáthành rẻ hơn so với các loại nhựa phân hủy sinh học khác với độ bền kéo và môđunđàn hồi cao [1].

1.1.7.2 Nhược điểm

Bên cạnh các ưu điểm nổi bật thì PLA cũng có những hạn chế về mặt tínhchất như: độ dãn dài (5-7%), nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp Tg (60-68oC) dẫn đếnkhả năng ổn định thấp, hơn nữa PLA dễ bị thủy phân, tốc độ phân hủy thấp và đểsản xuất PLA trong qui mô công nghiệp đòi hỏi phải có chi phí cho quy trình côngnghệ cao, do đó giá thành sản phẩm cao hơn so với các loại nhựa có nguồn gốc hóathạch như PP, PE, PA [1]

1.1.4 Ứng dụng của Poly lactic acid

Tuỳ thuộc vào KLPT, cấu trúc kết tinh mà PLA có tính chất khác nhau vàPLA được ứng dụng ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống Do cókhả năng che chắn hơi nước tốt, độ bền kéo khá cao, độ cứng lớn, có khả năngtương hợp sinh học, phân huỷ sinh học và tỷ trọng nhẹ hơn nhiều so với kim loạinên PLA được coi như một polyme nhiệt dẻo đa năng Cũng như các loại polymerkhác trên thị trường, PLA thường được biến tính trước khi đưa vào sản xuất nhằmđáp ứng những yêu cầu cụ thể trong từng lĩnh vực ứng dụng Các nghiên cứu gầnđây cho thấy PLA thường được biến tính dựa trên hai phương pháp Phương phápthứ nhất là biến tính bề mặt (surface modification) nhằm tạo độ bám dính của PLAvới vật liệu khác Vật liệu biến tính này được ứng dụng trong lĩnh vực y sinh(truyền dẫn thuốc) Phương pháp biến tính thứ hai là trộn hợp hoặc hóa dẻo với cácpolymner khác nhằm tăng cường cơ tính và khả năng chịu nhiệt của vật liệu.Phương pháp này thường được ứng dụng trong lĩnh vực bao bì, đóng gói, ô tô, vậtliệu cách điện và composites [1]

1.1.4.1 Trong kĩ thuật mô

Từ những năm 1988, kỹ thuật cấy mô ra đời và trở thành phương pháp đượcứng dụng phổ biến trong lĩnh vực y sinh Phương pháp này giúp tái tạo lại các môsống bằng cách liên kết các tế bào sống với hệ thống khung bằng các vật liệu sinhhọc, ở đó các tế bào có thể sinh sôi nảy nở nhanh chóng theo các chiều hướng khácnhau Vật liệu sinh học ra đời mở ra con đường tiềm năng trong việc thay thế các

mô sống và cả trong cấy ghép nội tạng Có rất nhiều loại vật liệu sinh học được đưavào thử nghiệm lâm sàng, trong đó có kim loại, vô cơ nhưng chúng lại có nhữngnhược điểm lớn như tuy kim loại có cơ tính tốt nhưng lại không phân hủy sinh học,tích trữ trong cơ thể con người gây những phản ứng bất lợi, hay vật liệu vô cơ bịhạn chế do khó xử lý được và cấu trúc xốp Vật liệu sinh học làm hệ thống khungtrong phải thỏa các điều kiện sau: độ tương thích sinh học cao, có độc tính thấp, cókhả năng phân hủy sinh học, vật liệu phải có đủ độ xốp, cơ tính và kích thước phùhợp, để các tế bào hoặc mô có thể tăng trưởng và phát triển tốt và loại bỏ được chấtđộc trong quá trình trao đổi chất Chính vì vậy biopolymers, đặc biệt là PLA biếntính là lựa chọn tốt nhất trong lĩnh vực này Ví dụ: Trong số các loại biến tính,PLA/Poly (Glycolic Acid) và copolymers poly (lactic acid-co-glycolic acid)(PLGA) là một trong số ít polymers được Cục quản lý thực phẩm và dược phẩm của

Mỹ (Food and Drug Administration FDA) cho phép ứng dụng lâm sàng ở người.Loại copolymers này được thử nghiệm thành công trong việc tái tạo các loại mô ởnhiều cơ quan khác nhau như: bàng quang, sụn, gan, xương, van tim cơ học [1]

Hình 1 3 Ứng dụng của PLA trong việc nuôi cấy mô xương [4].

1.1.4.2 Kĩ thuật dẫn truyền thuốc

Con người luôn mong muốn tìm ra cách để phân phối các dược chất vàođúng cơ quan mong muốn để tối ưu hóa khả năng điều trị của nó cũng như duy trìcác hoạt tính trong thời gian cần thiết và giảm thiểu những tác dụng phụ của thuốc.Con người đã thử nghiệm lâm sàng nhiều nhóm chất khác nhau trong vai trò chấtdẫn truyền thuốc như: liposome, các hạt nano lipid rắn Tuy nhiên, trong thời giangần đây các loại polyester phân hủy sinh học trong đó có PLA, PGA và copolymerscủa chúng đã được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực truyền dẫn do vật liệu có khảnăng tương thích sinh học cao, khả năng phân hủy sinh học, độ bền cơ học, khảnăng xử lý nhiệt và độ hòa tan cao trong các dung môi hữu cơ Bên cạnh những ưuđiểm trên thì PLGA lại có khuyết điểm là cấu trúc của chúng lại thiếu đi nhữngnhóm chức năng hoạt hóa để tạo điều kiện tương tác với các tế bào, vì vậy nó làmcho hiệu quả dẫn truyền thấp và thời gian lưu trong cơ thể không lâu [1]

Hình 1 4: Thuốc nano sản xuất từ PLA [5].

1.1.4.3 Ứng dụng trong lĩnh vực bao bì đóng gói

Do tính chất che chắn và bảo quản tương đương với các polyme nhiệt dẻotruyền thống như PE và PVC, trong khi có thể phân huỷ sinh học nên PLA được sửdụng làm vật liệu bao gói các sản phẩm như hoa quả tươi, café, các loại thực phẩm,

đồ uống lạnh… thay thế cho PE

Theo các nghiên cứu thì PLA biến tính bằng phương pháp hóa dẻo,copolymer hóa và composite được ứng dụng nhiều trong việc sản xuất màng phimmỏng để sử dụng trong bao gói bánh kẹo, thực phẩm, các mác, nhãn dán… làm cácloại chai có độ trong cao, thùng, hộp đựng hoa quả và đồ dùng một lần khác… Bêncạnh đó, các loại PLA biến tính gia cường bằng bentonite, được phủ lớp silicate vàmicrocrystalline cellusose có tính kháng tia UV và ánh sáng khả kiến (thành phần

có hại làm biến tính chất lượng sản phẩm ) nên thích hợp ứng dụng làm bao bì bảoquản thực phẩm Ngoài ra trong bảo quản thực phẩm, việc chống sự xâm nhập của

vi khuẩn luôn được quan tâm chú trọng vì nếu thực phẩm tiếp xúc với bao bì nhiễmkhuẩn sẽ sinh ra hoạt chất gây bệnh Để hạn chế quá trình tấn công của vi khuẩnlên bề mặt tiếp xúc giữa bao bì và thực phẩm, các nhà nghiên cứu đã tìm ra loạiPLA biến tính dạng composite là hỗn hợp giữa PLA dạng nền liên kết với hạtpectin, do trên bề mặt vật liệu sẽ hấp thụ và lưu giữ những hoạt chất kháng khuẩn[1]

Hình 1 5: Ứng dụng của PLA biến tính trong sản phẩm bao bì thực phẩm [1].

1.1.4.4 Ứng dụng trong lĩnh vực điện tử

Công nghiệp điện tử cũng là một trong những ngành ứng dụng đầu tiên của

in 3D Máy in 3D đã được sử dụng để chế tạo các bộ phận phức tạp đặc biệt từ cácchất liệu khác nhau và đã mở ra một trào lưu mới của ngành công nghiệp này Rõràng, khi áp dụng công nghệ này thì những chi tiết phức tạp được in ra một cáchnhanh chóng và chuẩn xác hơn rất nhiều Hãng Cartesian của Úc đã tạo ra máy in3D Argentum, phun ra mực dẫn điện (làm bằng các hạt nano bạc) lên giấy, vải,acrylic, nhựa, MDF và nhiều chất liệu sợi thủy tinh khác, tạo ra các bo mạch cứng

và linh hoạt, thậm chí có thể được dệt vào quần áo [3]

Hình 1 6: Máy in 3D có thể in mạch điện tử [3]

1.1.4.5 Ứng dụng trong lĩnh vực ôtô

Ngoài mục đích thử nghiệm, thiết kế, tạo mẫu và sản xuất một số bộ phận,công cụ lắp ráp đặc biệt, ngành công nghiệp ô tô đã sử dụng công nghệ in 3D để sảnxuất ra những chiếc xe hoàn chỉnh Trên thực tế, chiếc xe hơi đầu tiên được tạo rabằng công nghệ in 3D là Urbee, được sản xuất toàn bộ bằng công nghệ in 3D Đa sốchi tiết máy được in trên máy in 3D của Công ty Statasys - nhà sản xuất các hệthống sao chép nhanh các loại khuôn mẫu Nhà sản xuất chiếc xe này đã tập trungvào việc tăng tối đa số lượng các bộ phận xe được in 3D với mục tiêu chính là tiếtkiệm nhiên liệu Tuy Urbee chưa thể đạt được vận tốc như những chiếc ôtô thôngthường nhưng lại tiết kiệm nhiên liệu hơn hẳn và được thiết kế khá đẹp mắt [3]

Hình 1 7: Chiếc xe ô tô Urbee được sản xuất toàn bộ bằng công nghệ in 3D [3]

1.1.4.6 Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp

Việc sử dụng màng phủ giúp tăng tốc độ chín của cây trồng, bảo tồn độ ẩm

và phân bón, ức chế sự tăng trưởng của cỏ dại, nhiễm nấm và côn trùng phá hoại.Màng phủ sinh học từ hỗn hợp blend của PLA, chất phụ gia và một số polymersphân hủy sinh học khác có ưu điểm là khả năng phân hủy chậm hơn các loại màngphủ sinh học khác và khả năng chống chịu với sự thay đổi của thời tiết

PLA được sử dụng làm các bầu đựng ươm cây giống hay các màng che phủ,bảo vệ cây trồng do nó có khả năng phân huỷ thành các sản phẩm đi vào trong đấtsau thời gian sử dụng nhất định Các sản phẩm này cũng có thể trở thành nguồncung cấp dinh dưỡng cho cây trồng Ngoài ra, PLA biến tính còn được ứng dụnglàm chậu cây, dây buộc cà chua và một số vật dụng khác…[1].

Hình 1 8: Màng phủ sinh học sản xuất từ PLA [3]

1.2 Công nghệ in 3D

1.2.1 Giới thiệu về công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh là cách thức để thực hiệnviệc in 3D, hay cách thức để máy in 3D hoạt động Ngày nay công nghệ in 3D pháttriển rất đa dạng, với mỗi sản phẩm 3D có thể được in ra với nhiều loại vật liệu khácnhau, vật liệu dạng khối, dạng lỏng, dạng bột bụi Với mỗi loại vật liệu cũng cónhiều phương thức để in như sử dụng tia laser, dụng cụ cắt, đùn ép nhựa… In 3D làmột dạng công nghệ được gọi là sản xuất đắp dần/đắp lớp (AdditiveManufacturing) Các quá trình đắp dần tạo ra các đối tượng theo từng lớp, khác vớicác kỹ thuật đúc hoặc cắt gọt (như gia công)

Phương pháp tạo mẫu nhanh (rapid prototying) dựa trên nguyên tắc xây dựngtừng lớp vật liệu tương ứng với mô hình 3D bằng cách sử dụng các máy in 3D Quytrình này thực hiện cần phải có dữ liệu thiết kế đã hoàn thiện và chuyển về định

dạng STL rồi nhập vào máy in 3D, từ đó sẽ được tự động xử lý và phân mô hìnhthành các lớp để được tạo mẫu [5].

1.2.2 Phân loại công nghệ in 3D

1.2.2.1 SLA (Stereolithography):

Là kĩ thuật dùng tia laser làm đông cứng nguyên liệu lỏng để tạo các lớp nốitiếp cho đến khi sản phẩm hoàn tất, độ dày mỗi lớp nhỏ nhất có thể đạt đến 0,06mmnên rất chính xác

Có thể hình dung kỹ thuật này như sau: đặt một bệ đỡ trong thùng chứanguyên liệu lỏng, ánh sáng tia laser di chuyển (theo thiết kế) lên mặt trên cùng củanguyên liệu lỏng theo hình mặt cắt ngang của sản phẩm làm lớp nguyên liệu nàycứng lại Bệ đỡ chứa lớp nguyên liệu đã cứng được hạ xuống để tạo một lớp mới,các lớp khác được thực hiện tiếp tục đến khi sản phẩm hoàn tất.

Ưu điểm: Tạo mẫu độ chính xác cao, bề mặt nhẵn, có thể tạo ra các mẫu hìnhdạng phức tạp và kích thước lớn, sử dụng vật liệu nhựa dạng đục

Nhược điểm: Máy móc sử dụng công nghệ này cồng kềnh hơn và đắt hơn sovới các công nghệ in 3D khác Khi sử dụng công nghệ này để tạo mẫu đòi hỏi một

số yêu cầu đặc biệt như: cần phải bảo quản mẫu trong phòng tối để tránh ánh angmặt trời làm cong vật liệu nhựa cảm quang tạo mẫu, yêu cầu sự bảo dưỡng mẫu cẩnthận và cần xử lý mẫu sau khi in, ngoài ra mẫu có thể chứa một lượng nhựa độc hạitồn tại trong một thời gian hữu hạn [5]

1.2.2.2 SLS (Selective Laser Sintering)

Công nghệ in 3D SLS (Selective Laser Sintering) vận hành tương tự SLAnhưng vật liệu ở dạng bột, thủy tinh,…có thể tạo lớp bằng vật liệu phụ trợ là keochuyên dụng (có khi kèm màu sắc CMYK, RGB nếu in 3D đa sắc màu), hoặc tialaser, tia UV,…

Ưu điểm: Khả năng tạo mẫu bằng các loại vật liệu dạng bột khác nhau nhưnhựa, kim loại, thủy tinh Tạo mẫu đa dạng về màu sắc, có thể tạo ra các mẫu hình

dạng phức tạp, không cần sử dụng vật liệu hỗ trợ Xét về độ mịn bề mặt, SLS chochất lượng cao hơn FDM bởi vì rất khó để phân biệt các lớp in bằng mắt thường.

Nhược điểm: Phức tạp, chi phí đầu tư cao, chi phí vận hành cao do hao tổnvật liệu lớn Các mô hình kín và có phần rỗng bên trong vẫn phải tiêu tốn một lượngvật liệu khá lớn [5]

1.2.2.3 FDM (Fused Deposition Manufacturing)

Công nghệ in 3D FDM là công nghệ sử dụng vật liệu nhựa nhiệt dẻo kỹ thuậtđược đùn qua đầu gia nhiệt, sau đó đắp theo lớp để tạo hình Sử dụng nhựa ABS,PLA, nylon v.v… FDM thường được sử dụng để chế tạo dạng mẫu hình học phứctạp và các bộ phận chức năng, bao gồm cả giai đoạn sản xuất các nguyên mẫu, sảnphẩm tiền công nghiệp, sản phẩm trợ sản xuất, chi tiết lắp ráp và vật dụng cố định

Ưu điểm: Máy in 3D công nghệ FDM sử dụng hàng loạt các vật liệu nhựaABS, PLA với các sự lựa chọn màu sắc khác nhau Chi phí bảo dưỡng thấp, vật liệu

in không độc hại, không cần sự giám sát trong quá trình in Các mẫu in bằng côngnghệ FDM độ bền tốt, có khả năng chịu nhiệt, chịu va đập lớn

Nhược điểm: Công nghệ FDM tạo ra các lớp in dày hơn vì vậy công nghệnày thường ít được sử dụng cho việc tạo mẫu yêu cầu độ chính xác tuyệt đối Bềmặt nhẵn của mẫu in bằng FDM có thể đạt được bằng cách xử lý mẫu bằng tay [5]

1.2.2.4 Công nghệ in 3D khác

a Công nghệ SLM (Selective Laser Melting)

Đây là công nghệ in 3D kim loại, sử dụng vật liệu dạng bột titan, bột nhôm,bột đồng, bột thép để làm vật liệu in 3D Công nghệ SLM vận hành tương tự SLA,SLS nhưng sử dụng tia UV, tia laser cường độ lớn

Vật liệu điển hình được sử dụng là thép không gỉ, nhôm, titan, và cobaltchrome Đối với các ứng dụng trong ang không vũ trụ hoặc chỉnh hình y tế ngànhcông nghiệp, SLM được sử dụng để tạo các bộ phận với hình học phức tạp và cấutrúc thành mõng, với các kênh ẩn hoặc khoảng trống

b Công nghệ EBM (Electron Beam Melting)

Ngược lại với SLM, kỹ thuật EBM sử dụng một ang tia điện tử máy tínhđiều khiển dưới chân không để làm tan chảy hoàn toàn bột kim loại ở nhiệt độ caolên đến 1000 °C Đây là loại máy in 3D có thể sử dụng kim loại như titan tinh khiết,Inconel718, và Inconel625 để chế tạo phụ tùng hàng không vũ trụ và cấy ghép y tế.Nhưng trong khi các công nghệ in 3D hiện nay nó rất chậm và rất tốn kém

c Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing)

Công nghệ LOM sử dụng nguyên liệu đầu vào là các vật liệu có thể dátmỏng như giấy, gỗ … dạng cuộn hay tờ, mỗi layer chính là mỗi tờ giấy hay lát gỗ,biên dạng layer được cắt ra bằng laser hay dụng cụ cắt rồi dán chồng lên nhau tạonên vật thể 3D Đối với công nghệ này có thể tạo ra vật thể có màu sắc theo đúngthiết kế

d Công nghệ BJ (Binder Jetting)

Đây là công nghệ 3D được phát minh tại MIT Các công nghệ in 3D xuấthiện dưới nhiều tên Nó được gọi là “ “in 3D in phun

Binder phun là một quá trình sản xuất chất phụ gia Đây là loại máy in 3D sửdụng hai vật liệu: một loại bột có trụ sở (thường thạch cao) nguyên liệu và một tácnhân liên kết Các đại lý đóng vai trò như một chất kết dính giữa các lớp bột Thôngthường, các chất kết dính được ép đùn ở dạng lỏng từ một đầu in – chỉ cần nghĩ đếnmột máy in phun 2D thông thường Sau một lớp xong, tấm xây dựng được hạ xuống

và quá trình này lặp đi lặp lại [5]

1.2.3 Công nghệ in 3D FDM

Trong công nghệ tạo mẫu nhanh FDM (Fused Deposition Modeling) đườngkính đùn ra từ vòi phun nằm trong khoảng 0,25-1mm, vì vậy hầu hết các loại vậtliệu nhiệt dẻo đều có thể dáp ứng được với việc thay đổi kích thước Ngoài ra, cùngmột loại vật liệu nhưng có thể sử dụng nhiều màu sắc khác nhau để tạo ra những chitiết yêu cầu nhiều màu sắc

Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM (Fused Deposition Modeling) tạo cơ tính tốtcho vật liệu tạo mẫu là nguyên nhân cơ bản dẫn đến sự phát triển nhanh chóng củacông nghệ này, bởi vì nó đáp ứng tối đa các yêu cầu đa dạng của người sử dụng vậtliệu.

Quá trình tạo mẫu nhanh FDM không giống như công nghệ SLA, LOM,SLS phải sử dụng tia laser để tạo hình sản phẩm mà công nghệ tạo mẫu nhanh FDMđơn giản hơn rất nhiều Thiết bị tạo mẫu nhanh FDM hoạt động đơn giản, độ tin cậycao, bảo dưỡng dễ dàng

Quá trình tạo mẫu nhanh FDM không ảnh hưởng đến môi trường Công nghệtạo mẫu nhanh FDM sử dụng vật liệu nhựa nhiệt dẻo không độc, không mùi, và do

đó sẽ không gây ô nhiễm môi trường xung quanh Thiết bị hoạt động tạo ra ít tiếng

ồn [5]

Nguyên lý tạo mẫu nhanh gồm 8 bước thực hiện sau:

Bước 1: Thiết kế vật thể 3D trên phần mềm CAD, một phần mềm quen thuộc

hỗ trợ thiết kế trên máy tính Mô hình của vật thể hoặc được thiết kế trực tiếp trênphần mềm này hoặc được đưa vào phần mềm thông qua việc sử dụng thiết bị quétlaser

Bước 2: Sau khi bản thiết kế được hoàn thành, ta cần tạo ra tài liệu STL Standard Tessellation Language, một dạng tài liệu quen thuộc với công nghệ sảnxuất đắp dần Tập tin STL thể hiện các bề mặt ngoài của mô hình CAD gốc và là

-cơ sở để tính toán các lát cắt vật liệu

Bước 3: Chuyển file thiết kế để phần mềm cắt lớp tính toán dựa trên yêu cầu

cụ thể và điều chỉnh thông số mô hình, xác lập kết nối máy tính với máy in Các tậptin STL mô tả phần thông tin vật thể được chuyển sang máy in gia công, do đó cầnthiết điều chỉnh thông số của các tập tin như kích thước, vị trí, định hướng cho tiếntrình in

Bước 4: Thiết lập thông số máy in và quy trình in Máy in cần được thiết lậpđúng cách trước khi bắt đầu quy trình, việc thiết lập liên quan đến các thông số quytrình in như những hạn chế về vật liệu, nguồn điện, độ dày lớp, thời gian, độ đặc,lớp vật liệu đỡ, v.v…

Bước 5: Bắt đầu quy trình in được thực hiện tự động Máy tính phần lớn cóthể thực hiện mà không cần kiểm tra chặt chẽ những vẫn cần giám sát để đảm bảokhông có lỗi đã xảy ra như dư vật liệu, điện năng hoặc phần mềm không ổn định,v.v…

Bước 6: Lấy sản phẩm Sau khi hoàn thành quá trình in, sản phẩm được tách

đế ra khỏi máy in Cần đảm bảo máy dừng hoạt động và đưa về nhiệt độ phòngtrước khi thao tác

Bước 7: Hoàn thiện sản phẩm Sau khi tháo sản phẩm khỏi máy, trước khisẵn sàng sử dụng cần vệ sinh hoàn thiện sản phẩm Các quá trình thao tác đòi hỏi sự

tỉ mỉ, kiên nhẫn và kinh nghiệm thao tác của người làm

Bước 8: Trước khi đưa vào sử dụng thực tế, tùy theo yêu cầu cụ thể mà ta xử

lý thêm cho mục đích cho phù hợp Chẳng hạn nó có thể được quét lớp lót và sơnphủ bề mặt để đạt yêu cầu sử dụng bên ngoài, hoặc được lắp ráp thêm các thànhphần cơ khí hoặc điện tử [5],[8]

Hình 1 9: Quy trình tổng quát gia công mẫu theo AM, bao gồm 8 giai đoạn [8].

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình chế tạo

- Nhiệt độ: ta nên chọn khoảng trung bình nhiệt độ chảy của PLA để nhựa có

độ nhớt vừa phải Đối với một số máy tạo mẫu nhanh có bàn nung nhiệt, mục đích

để giảm sự chênh lệch giữa nhiệt độ của nhựa ngay lúc ra khỏi đầu đùn và bàn đểvật tạo sự bám dính tốt nhất, để các lớp trên không bị cong vênh

- Đường kính sợi nhựa in: sẽ được quyết định bởi lớp in của sản phẩm Nếuđường kính sợi nhựa in 3D không đúng tiêu chuẩn, thể tích nhựa được đùn ra sẽthay đổi và phần mềm không thể tự động điều chỉnh tốc độ kéo nhựa hoặc chiều dàisợi nhựa vào bộ đùn được Thay vào đó, lượng nhựa đắp lên mô hình sẽ không đúngnhư những tính toán mà phần mềm nội suy ra, dẫn tới những khuyết tật trên sảnphẩm in 3D

- Đường kính đầu phun: là nhân tố ảnh hưởng trực tiếp tới công đoạn in môhình Nó giúp tăng hiệu suất , cho phép in 3D với tốc độ cao, và giúp in ra mô hình

in 3D mượt, tinh tế

- Tốc độ in: nếu chạy với tốc độ cao sẽ dẫn tới việc các góc bị bo trò hoặckích thước các cạnh không bằng nhau Tốc độ in có sự tỷ lệ thuận với nhiệt độ in,khi tốc độ in tăng lên thì nhiệt độ cũng tăng, khi tốc độ in giảm xuống thì nhiệt độcũng giảm theo.

1.3 Tổng quan về vật liệu scaffold

1.3.1 Định nghĩa

Tế bào gốc thường được cấy hoặc gieo vào một cấu trúc nhân tạo có khảnăng hổ trợ sự hình thành và phát triển của tế bào gốc có chức năng chuyên biệttheo cả ba chiều, các cấu trúc này được gọi là Scaffold Scaffold từ polymer y sinhnày sẽ làm giá thể để các tế bào phát triển lên đó, khi hình dạng của bộ phận cầnnuôi cấy đã hình thành đầy đủ thì polymer y sinh cũng được phân hủy hết Kết quả

là sự phát triển của tế bào này sẽ hình thành và thay thế đầy đủ các bộ phận của cơthể bị khiếm khuyết (đặc biệt là các bộ phận này được hình thành từ tế bào sống chứkhông phải là một vật liệu chết) Các tế bào gốc và các bộ phận có thể thay thế là:răng, xương, sụn, da….[9]

1.3.2 Vai trò của scaffold trong lĩnh vực nuôi cấy mô

Scaffold tạo cho tế bào cấy ghép một môi trường gần giống với môi trườngbên trong cơ thể và cho phép các tế bào tự phát triển môi trường vi chất của chúng.Scaffold thường được dùng để phục vụ cho một hay nhiều các mục đích sau:

- Ứng dụng cơ tính và đặc tính sinh học của Scaffod để điều chỉnh diễnbiến của các phase tế bào (cell phase)

- Cho phép tế bào bám vào và di chuyển

- Vận chuyển và giữ lại các tế bào, các yếu tố ảnh hưởng sinh hóa

- Hỗ trợ việc khuếch tán các chất dinh dưỡng quan trọng cho tế bào vàvận chuyển các sản phẩm của tế bào

1.3.3 Các yêu cầu về tính chất của vật liệu scaffold

Để đạt được mục tiêu tái tạo mô, scaffold phải đạt được các yêu cầu cụ thể:

1.3.3.2 Tính chất phân hủy sinh học

Phân hủy sinh học cũng là đặc tính quan trọng của vật liệu Scaffold Scaffold

sẽ được hấp thụ bởi các mô xung quanh và mất dần mà không cần chúng ta phải lấy

ra bằng phẩu thuật Khi các tế bào đang tạo thành các cấu trúc tự nhiên của riêngchúng, scaffold là cấu trúc trợ lực chính và đỡ được toàn bộ lượng mô đang hìnhthành Sau đó, cấu trúc scaffold phải mất đi để nhường chỗ cho cấu trúc mô đã hìnhthành, thay thế cho các cấu trúc scaffold mất đi đó Lúc đó, cấu trúc của mô là cấutrúc trợ lực chính Và đến lúc cuối cùng, cấu trúc của mô là cấu trúc duy nhất cònlại trong cơ thể [9]

1.3.3.3 Tính chất tương thích sinh học

Vật liệu polymer phải thích ứng với các mô, tế bào – nơi vật liệu tiếp xúc; cókhả năng kích thích sự hòa hợp với các mô này; Không gây sốc phản vệ với cơ thểsau khi cấy ghép các vật liệu này trong thời gian dài Sự xuất hiện phản ứng viêmkhi đưa vật ghép vào cơ thể là hiện tượng tự nhiên khi có vật lạ vào cơ thể, trongtrường hợp vật liệu có tính tương thích sinh học cao thì hiện tượng viêm do phản vệ

sẽ hết thúc trong vài ngày; trong trường hợp vật liệu không có tính tương thích sinhhọc với mô tiếp xúc, hiện tượng viêm kéo dài do cơ thể thực hiện phản ưng phản vệ

để đào thải vật ghép ra ngoài cơ thể [9]

1.3.3.4 Tính có thể khử trùng

Tất cả các vật liệu cấy ghép phải được khử trùng trước khi thực hiện cấy ghép.Các phương pháp khử trùng thông thường được sử dụng là: Tia gama, plasma, tiacực tím; cồn, và nhiệt độ Các vật liệu này phải không bị thay đổi tính chất, hìnhdạng và cấu trúc khi sử dụng một trong những phương pháp khử trùng trước khiđưa vào cơ thể để bảo đảm tính năng của chúng [9]

 Cân phân tích điện tử

 Máy đo chỉ số chảy Melf Flow Indexer

 Máy đo sắc ký lỏng

 Máy đo phân tích nhiệt

 Máy đo cơ tính

Thông tin cơ bản:

- Đường kính sợi: 1.75 ± 0.05 mm

- Nhiệt độ in: 190 -230oC

- Nhiệt độ kết tinh: 40-80oC [14]

b PLA dạng sợi loại 2

Xuất xứ: Trung Quốc

Thông tin cơ bản:

- Màu sắc sợi nhựa: Trắng

- Nhiệt độ in: 190 -230oC

- Tốc độ in: 30 – 60 mm/s

- Empty speed: 40-80 mm/s [15]

2.2.1.2 PLA dạng hạt

Xuất xứ: Trung Quốc

Thông tin cơ bản:

Các loại vật liệu được ứng dụng làm vật liệu scaffold:

Rất nhiều loại vật liệu khác nhau (tự nhiên - nhân tạo, phân hủy - không phânhủy) đã được thử nghiệm Tiêu biểu trong những loại vật liệu này là collagen và cácloại polyester

Các loại vật liệu sinh học mới đã được phát minh và mang những tính chấttuyệt vời: có thể tiêm vào cơ thể, có thể tổng hợp nhân tạo, tương thích sinh học,mang nhiều lỗ xốp, không gây viêm, kích thước sợi nano,…

Một loại vật liệu tổng hợp hay dùng nữa là PLA – polylactic acid Đây là loạipolyester có thể phân hủy trong cơ thể con người tạo thành lactic acid, một loại acid

tự nhiên có thể dễ dàng được thải ra ngoài cơ thể Một số loại vật liệu tương tự làpolycaprolactone (PCL) và polyglycolic acid (PGA): sự phân hủy của nó có cơ chếgiống với PLA, nhưng tốc độ phân hủy lại khác PLA PGA thì phân hủy nhanh hơnPCL

Scaffold cũng có thể tạo thành từ vật liệu thiên nhiên Các dẫn xuất khácnhau của các loại vật liệu này cũng đã được nghiên cứu cụ thể Các loại vật liệu trên

cơ sở protein (Proteic material), ví dụ như collagen hay fibrin, và vật liệu trên cơ sởpolysaccharidic, như chitosan hay glycosaminoglycans (GAGs), đã được chứngminh phù hợp cho tế bào phát triển, nhưng đối với vài loại mô cụ thể vẫn xảy ra cácvấn đề về các phản ứng tự vệ của cơ thể Các nhóm chức trên scaffold có thể được

sử dụng để vận chuyển những phân tử nhỏ (những phân tử thuốc) đến những mô cụthể Một dạng khác của scaffold cũng đang được nghiên cứu là sự phân rã các môtạo nên các cấu trúc tế bào có các tính chất và ứng xử như scaffold [9]

2.3 Các phương pháp kiểm tra tính chất

2.3.1 Khảo sát và đánh giá tính chất lưu biến gia công nhựa nhiệt dẻo của PLA

2.3.1.1 Sắc ký lỏng GPC

a Quy trình đo GPC

Chuẩn bị mẫu polymer PLA (5-10mg) Sau đó thử độ tan của PLA trong dungdịch cần đo (ở đây là clorofom) Yêu cầu đối với độ tan mẫu polymer là dung dịchphải trong suốt, đồng nhất Tiếp theo là chuẩn bị lọ đựng mẫu Tất cả các chai đềuphải rửa thật sạch tránh trường hợp trong chai còn bám bẩn, dung tích lọ từ 8-10

mL, mỗi mẫu 1 lọ riêng biệt Sau khi cho mẫu vào mỗi lọ thì tiến hành kí hiệu mẫutránh lẫn lộn với các mẫu khác Cần xác định được khoảng Mw của PLA để chọn cột

đo

Chú ý: trong trường hợp tan kém thì phải lọc trước.

b Quy trình chuẩn pH

- Chuẩn bị: 1-2 erlen sạch, nước cất, lọ đựng chất cần đo pH

- Lắp máy và rửa đầu dò pH

- Lau khô đầu dò

- Cắm đầu dò ngập trong dung dịch cần đo pH

- Muốn giảm pH: nhỏ acid, tăng pH: nhỏ bazo

c Quy trình sấy mẫu TRIPBLOCK

- Buồng, bình đựng mẫu hút chân không được

- Giữ nhiệt độ 50oC nước hoặc gói hút ẩm trong suốt quá trình hút chân không

- Khi hút, tránh làm bay mẫu

Chú ý: buồng hút chứa cùng mẫu

Thông tin đầu vào:

- Tiêu chuẩn kiểm tra: ASTM D6474 – 12 [12]

- Khối lượng mẫu: 5mg/mẫu

- Số lượng mẫu: 4 mẫu

- Phương pháp đo: sử dụng sắc ký khí

Hình 2 1: Thiết bị đo sắc ký lỏng GPC

Chỉ số chảy được đo tuân theo 2 tiêu chuẩn chính là ASTM D1238 và ISO

1133, đây là hai chuẩn như nhau Tuy nhiên một số chi tiết và thao tác đo khácnhau, nên nếu đem cùng loại nhựa đo lần lượt theo 2 tiêu chuẩn này thì kết quả sẽkhác nhau

Mỗi tiêu chuẩn đều có hai Procedure là: Procedure A và Procedure B.Procedure A thì vận hành bằng tay, đem đi cân và tính kết quả Procedure B đơngiản hơn, không cần phải cắt theo thời gian cố định và cũng không cần cân gì cả, do

đo dựa trên thể tích nhựa chảy ra Thể tích của nhựa đùn ra được có một thể tíchnhất định Theo cấu trúc hình học của xylanh và đoạn đường đi của piston trongmột khoảng thời gian, nên thu được vận tốc một thể tích chảy trong một thời gianmL/10 phút Từ giá trị này, dựa vào tỷ trọng của nhựa thì máy tự động suy ra đượcchỉ số chảy của nhựa Thuận lợi của Procedure B so với Procedure A là có thể lấy

20, 30, 40 số liệu trong một lần đo, và tính toán kết quả theo một quy tắc thống kê.Tuy nhiên, kết quả không còn đúng nếu như có xuất hiện của bọt khí hay nhữngchất bẩn trong mẫu nhựa chảy ra Thuận lợi thứ hai là số liệu ít bị sai số bởi thao tácngười đo, vì vậy nên kết quả sẽ đúng và độ lặp lại cao hơn Một số trang bị khác củamáy đo chỉ số chảy [10]

Thông tin đầu vào:

- Tiêu chuẩn kiểm tra: ASTM D1238, ASTM D1232, ISSO1133

- Khối lượng mẫu: 50g/mẫu