Nghiên cứu ảnh hưởng của chất trợ tương hợp maleated polypropylene (MAPP) đến tính chất cơ lý composite nhựa poly propylene

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - NGUYỄN HẢI HOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT TRỢ TƯƠNG HỢP MALEATED POLYPROPYLENE (MAPP) ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ COMPOSITE GỖ - NHỰA POLY PROPYLENE LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nô ̣i - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - NGUYỄN HẢI HOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT TRỢ TƯƠNG HỢP MALEATED POLYPROPYLENE (MAPP) ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ COMPOSITE GỖ - NHỰA POLY PROPYLENE Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị công nghệ gỗ, giấy Mã số: 60 52 24 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Vũ Huy Đại Hà Nô ̣i - 2011 i LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hồn thành luận văn thạc sỹ, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học, Tiến sỹ Vũ Huy Đại tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi q trình học tập, nghiên cứu hồn thiện luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo khoa Sau đại học, thầy cô giáo khoa Chế biến Lâm sản quan tâm tận tình bảo cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Trường Tơi xin chân thành cảm ơn ThS Phạm Gia Huân cán bộ, công nhân viên thuộc Trung tâm nghiên cứu Vật liệu Polyme – Composite thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Trung tâm thông tin khoa học thư viện Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Trung tâm thông tin khoa học thư viện Trường Đại học Lâm nghiệp; Gia đình anh Ninh làng nghề Triều Khúc – Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành nghiên cứu Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp ln giành động viên, giúp đỡ ủng hộ trình học tập nghiên cứu qua Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu thân xin đảm bảo kết nghiên cứu trình bày trung thực / Hà Nội, ngày … tháng … năm 2011 Học viên Nguyễn Hải Hoàn ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ, biểu đồ vii ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát vật liệu Polyme Composite và Composite gỗ - nhựa 1.1.1 Khái niệm về vật liệu Polyme Composite 1.1.2 Vật liê ̣u Composite gỗ – nhựa (WPC) 1.1.3 Lịch sử phát triển ứng dụng vật liệu composite gỗ-nhựa .3 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước .5 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 10 Chương MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 15 2.2 Nội dung nghiên cứu .15 2.3 Phương pháp nghiên cứu 15 2.3.1 Tiếp cận vấn đề nghiên cứu .15 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu 17 2.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 17 2.4.1 Đố i tượng nghiên cứu 17 2.4.2 Phạm vi nghiên cứu 18 2.6 Ý nghĩa khoa ho ̣c thực tiễn đề tài 20 2.6.1 Ý nghiã khoa học 20 2.6.2 Ý nghiã thực tiễn 20 Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN 21 3.1 Nguyên lý hình thành và chế liên kế t của vật liệu Composite gỗ - nhựa PP 21 iii 3.1.1 Nguyên lý hình thành của vật liệu Composite gỗ – nhựa PP 21 3.1.2 Cơ chế liên kết bột gỗ nhựa PP Composite gỗ – nhựa PP21 3.2 Nguyên liệu gia công vật liệu composite gỗ- nhựa PP 24 3.2.1 Nhựa polypropylene 24 3.2.2 Bột gỗ .27 3.2.3 Các chấ t phụ gia khác 32 3.3 Công nghê ̣ sản xuấ t Composite gỗ – nhựa PP 32 3.4 Mô ̣t sớ yếu tố cơng nghê ̣ ảnh hưởng đến tính chất composite gỗ - nhựa PP 33 3.4.1 Ảnh hưởng nguyên vật liệu đến tính chất WPC 33 3.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng bột đến tính chất vật liệu WPC 34 3.4.3 Ảnh hưởng phương pháp gia cơng đến tính chất vật liệu WPC 34 3.4.4 Ảnh hưởng thông số chế độ ép gia công máy ép khn đến tính chất vật liêu WPC 35 3.5 Nâng cao chấ t lươ ̣ng composite gỗ-nhựa bằ ng chấ t trơ ̣ tương hơ ̣p 36 3.5.1 Vai trò chất trợ tương hợp .36 3.5.2 Đặc điểm chất trợ tương hợp MAPP .38 Chương THỰC NGHIỆM 45 4.1 Nguyên liệu và thiết bị 45 4.1.1 Nguyên liệu .45 4.1.2 Thiết bị .45 4.2 Quy triǹ h ta ̣o ̣t nhựa PP tái sinh và bô ̣t gỗ 46 4.2.1 Quy trình tạo hạt nhựa PP tái sinh 46 4.2.2 Quy trình tạo bột gỗ từ mùn cưa 50 4.3 Thực nghiệm tạo WPC với các phương án trô ̣n hơ ̣p MAPP khác .52 4.3.1 Thực nghiê ̣m tạo WPC theo phương án 1: (MAPP + PP)+G 53 4.3.2 Thực nghiê ̣m tạo WPC theo phương án 2: (MAPP+G)+PP 57 4.3.3 Thực nghiê ̣m tạo WPC theo phương án 3: (MAPP+G+PP) 58 4.4 Thực nghiệm tạo WPC với các hàm lươ ̣ng MAPP khác .58 4.4.1 Xác ̣nh quy trình thực nghiê ̣m .58 4.4.2 Xác ̣nh tỷ lê ̣ các thành phầ n nguyên liê ̣u 58 4.4.3 Quá trình thực nghiệm .59 4.5 Thí nghiê ̣m xác định tính chất Composite gỗ - nhựa PP 60 iv 4.5.1 Tỷ trọng vật liệu 60 4.5.2 Xác định nhiê ̣t độ chảy mề m hạt gỗ-nhựa 61 4.5.3 Xác định số chảy (melt flow index) nhựa 62 4.5.4 Độ bền kéo 62 4.5.5 Độ bền va đập Charpy .62 4.5.6 Đo độ bền uốn 63 4.5.7 Đo độ hấp thụ nước 63 4.5.8 Khảo sát cấu trúc hiển vi vật liê ̣u kính hiể n vi điện tử 64 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .66 5.1 Kế t quả khảo sát các phương pháp đưa MAPP vào hỗn hơ ̣p 66 5.2 Kế t quả thực nghiê ̣m khảo sát đánh giá ảnh hưởng hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP đến tính chất vật liệu composite gỗ-nhựa PP .68 5.2.1 Kết kiể m tra nhiệt độ chảy mềm và chỉ số chảy của hạt gỗ - nhựa 68 5.2.2 Kết kiể m tra tỷ trọng vật liệu 70 5.2.3 Kết kiể m tra độ bền kéo của vật liê ̣u Composite gỗ – nhựa PP 72 5.2.4 Kết kiể m tra độ bền uốn tĩnh .74 5.2.5 Kết kiể m tra độ bền va đập charpy 75 5.2.6 Kết kiể m tra độ hấp thụ nước của vật liê ̣u 77 5.2.7 Khảo sát cấu trúc bề mặt phá hủy vật liệu 80 5.3 Tổng hợp kết nghiên cứu 81 5.4 Đề xuất bước công nghệ sản xuất hạt composite gỗ-nhựa từ nhựa PP tái chế và phế liê ̣u gỗ (mùn cưa) sử du ̣ng chất trợ tương hợp MAPP 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ BIỂU v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu WPC Ý nghĩa Đơn vị Composite gỗ - nhựa b Chiều rộng mẫu mm h Chiều dày mẫu mm Số dây kim loại đan lưới 1inch inch σut Độ bền uốn tĩnh MPa σk Độ bền kéo vng góc MPa Avd Độ bền đập charpy KJ/m2 W Độ hấp thụ nước Sk Độ lệch phân bố ĐC Đối chứng Mesh ĐTTK % Đặc trưng thống kê Ku Độ nhọn phân bố P% Hệ số xác S% Hệ số biến động F Lực tác dụng lên mẫu thử MAPP Maleated Polypropylene S Sai tiêu chuẩn mẫu S* Sai số số trung bình mẫu SV Sai dị C(95%) Sai số cực hạn ước lượng với độ tin cậy 95% Mesh Số dây kim loại đan lưới 1inch TL Phần trọng lượng PC Polyme composite PP Polypropylene PE Polyetylen PVC Polyvinyclorua Max Trị số cực đại Min Trị số cực tiểu MPa inch vi DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng TT Trang 2.1 Các mức thực nghiệm theo quy hoạch 19 3.1 Một số đặc trưng nhựa PP [52] 27 3.2 Mô ̣t số chấ t trơ ̣ tương hơ ̣p ứng du ̣ng sản xuấ t WPC [40] 38 4.1 Tỷ lê ̣ trọng lượng các thành phầ n nguyên liê ̣u 59 4.2 Kích thước tiêu chuẩn mẫu xác định tính chất 60 5.1 Kế t quả kiể m tra vâ ̣t liê ̣u ta ̣o từ các phương án trộn hơ ̣p khác 65 5.2 Đặc trưng thống kê của các kết kiể m tra nhiệt độ nóng chảy và chỉ 67 sớ chảy của ̣t gỗ – nhựa PP 5.3 Kết tính tốn tỷ trọng composite gỗ-nhựa với hàm lượng 69 MAPP 5.4 Kết tính tốn độ bền kéo với hàm lượng MAPP 71 5.5 Kết tính tốn độ bền uốn tĩnh hàm lượng MAPP 73 5.6 Kết tính tốn độ bền va đập charpy hàm lượng MAPP 74 5.7a Kết tính tốn độ hấp thụ nước 1% TL MAPP 77 5.7b Kết tính tốn độ hấp thụ nước 3% TL MAPP 77 5.7c Kết tính tốn độ hấp thụ nước 5% TL MAPP 77 5.7d Kết tính tốn độ hấp thụ nước 7% TL MAPP 77 5.8 Tổng hợp kết nghiên cứu tính chất lý vật liệu compostie gỗ- 80 nhựa với cấp hàm lượng MAPP vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Tên bảng TT Trang 1.1 Cấ u ta ̣o vật liê ̣u PC cố t sơ ̣i [4] 1.2 Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn trời 1.3 Sử dụng vật liệu WPC xây dựng nhà dân dụng 2.1 Sơ đồ bước tiến hành nghiên cứu 16 3.1 Sơ đồ tổ ng quát vùng phân chia pha [4] 21 3.2 Góc liên kết lượng bề mặt chất lỏng chất rắn 23 3.4 Công thức cấu tạo xenlulo (Beladzki and Gassan,1999) 28 3.5 Liên kết hyro xenlulo 29 3.6 Cấu trúc tinh thể cellulose (Beladzki and Gassan,1999) 29 3.7 Cấu trúc hóa học hemicelluloses 30 3.8 Công thức cấu tạo Lignin (Bledzki,1999) 31 3.9 Sơ đồ công nghê ̣ sản xuất vật liê ̣u Composite gỗ – nhựa PP 32 3.10 Cơ chế phản ứng ghép MA lên PP 41 3.11 Sơ đồ phản ứng MAPP với bề mặt sợi thực vật tạo thành liên kết đồng hóa trị liên kết Hydro[4] 43 3.12 Các loại tương tác khác MAPP- sợi thực vật 43 3.13 Sơ đồ thể khả phân tử PP cuộn với mạch dài MAPP, cịn mạch ngắn MAPP có hội để cuộn với phân tử PP [53] 44 4.1 Hạt nhựa PP tái chế 45 4.2 Bột gỗ 45 4.3 Sơ đồ quy trình xử lý tạo hạt nhựa PP tái chế 46 4.4 Phân loại nhựa theo mầu sắc 47 4.5 Máy băm nhựa mảnh nhựa PP 47 4.6 Hong phơi nhựa điều kiện tự nhiên 48 4.7 Nhựa khô lẫn tạp chất (a) sau làm (b) 49 4.8 Hệ thống máy đùn tạo hạt nhựa tái chế 50 4.9 Sơ đồ công nghệ tạo bột gỗ từ mùn cưa 51 4.10 Sơ đồ thực nghiệm tạo composite với phương án trộn hợp MAPP với PP 53 4.11 Công đoạn trộn máy trộn hai trục vít brabender (Đức) 54 viii 4.12 Thiế t bi ̣ép đùn tạo hạt gỗ- nhựa 54 4.13 Ngun lý hoạt động máy ép khn nóng 55 4.14 Biểu đồ ép tạo mẫu sản phẩ m composite gỗ - nhựa PP 56 4.15 Khuôn, máy sản phẩm ép phẳng 56 4.16 Sơ đồ thực nghiệm tạo composite với phương án trộn hợp MAPP với bô ̣t gỗ 57 4.17 Sơ đồ thực nghiệm tạo composite với phương án trộn hợp thành phầ n cùng 58 4.18 Biể u đồ chế đô ̣ áp suấ t và nhiê ̣t đô ̣ ép theo thời gian 4.19 Thiết bị tính tỷ trọng vật liệu 59 4.20 Máy xác định nhiê ̣t độ chảy mềm 4.21 Máy xác định số chảy 61 4.22 Máy đo độ bền va đập 62 4.23 Máy đo độ bền kéo uốn INSTRON 5582 63 4.24 Kính hiển vi điện tử (SEM) JEOL JMS 6360LV 64 5.1 Ảnh hưởng phương pháp biến tính bột gỗ nhựa PP đến độ 61 62 65 bền kéo, uốn va đập vật liệu PC 5.2 Biểu đồ thể nhiệt độ chảy mềm với hàm lượng MAPP 68 5.3 Biểu đồ thể số chảy với hàm lượng MAPP 68 5.4 Biểu đồ thể tỷ trọng vật liệu theo Hàm lượng MAPP 70 5.5 Ảnh hưởng hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP đến độ 71 5.6 Ảnh hưởng hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP đến độ bền Kéo 73 5.7 Ảnh hưởng hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP lên độ bền va 75 đập 5.8 Biểu đồ thể độ hấp thụ nước hàm lượng MAPP 78 5.9 Ảnh SEM vật liệu composite gỗ -Nhựa PP với hàm lượng 0% 5% chất trợ tương hợp MAPP 79 5.10 Sơ đồ đề xuất bước tạo hạt composite gô-nhựa chứa chất MAPP 82 78 Bảng 5.7a Kết tính tốn độ hấp thụ nước 1% TL MAPP Đặc trưng thống kê Mean S P% S% C(95%) ngày Độ hấp thụ nước (%) 15 ngày 30 ngày 1.475 0.111 2.374 7.506 2.826 0.094 1.056 3.339 3.679 0.237 2.033 6.430 3.947 0.147 1.175 3.716 4.140 0.164 1.253 3.963 0.079 0.067 0.169 0.105 0.117 Bảng 5.7b Kết tính toán độ hấp thụ nước 3% TL MAPP Đặc trưng thống kê Mean S P% S% C(95%) ngày Độ hấp thụ nước (%) 15 ngày 30 ngày 1.112 0.072 2.050 6.482 2.490 0.211 2.674 8.457 2.920 0.186 2.014 6.370 3.247 0.141 1.370 4.333 3.476 0.177 1.609 5.087 0.052 0.151 0.133 0.101 0.127 Bảng 5.7c Kết tính tốn độ hấp thụ nước 5% TL MAPP Đặc trưng thống kê Mean S P% S% C(95%) ngày Độ hấp thụ nước (%) 15 ngày 30 ngày 0.979 0.074 2.380 7.527 2.158 0.164 2.397 7.579 2.752 0.160 1.835 5.803 3.037 0.151 1.568 4.957 3.147 0.156 1.572 4.970 0.053 0.117 0.114 0.108 0.112 Bảng 5.7d Kết tính tốn độ hấp thụ nước 7% TL MAPP Đặc trưng thống kê Mean S P% S% C(95%) ngày Độ hấp thụ nước (%) 15 ngày 30 ngày 0.924 0.070 2.394 7.571 2.103 0.112 1.681 5.316 2.636 0.181 2.168 6.857 2.963 0.187 1.998 6.319 3.096 0.187 1.913 6.049 0.050 0.080 0.129 0.134 0.134 79 Hình 5.8 Biểu đồ thể độ hấp thụ nước hàm lượng MAPP Từ các kế t quả thu đươ ̣c cho thấy, hàm lượng lượng MAPP tăng độ hút nước composite gỗ - nhựa PP giảm Độ hấp thụ nước giảm rõ rệt hàm lượng 1% TL MAPP so với mẫu khơng có MAPP (Bảng 5.7) hàm lượng 5% TL đến 7% TL độ hút nước giảm gần khơng giảm Điều giải thích sau: Như trình bày rõ phần sở lý thuyết (mục 2.6), chất trợ tương hợp MAPP liên kết với nhóm hydroxyl có thành phần bột gỗ liên kết hidro liên kết đồng hóa trị Trong vật liệu composite gỗ-nhựa, độ hấp thụ nước vật liệu phụ thuộc vào độ hấp thụ nước bột gỗ [13] nhóm hydroxyl có thành phần bột gỗ tạo liên kết với nước thơng qua liên kết H [44] Nếu nhóm hydroxyl giảm làm giảm mức độ hút nước bột gỗ Vậy đưa chất trợ tương hợp MAPP vào vật liệu tạo phản ứng H với nhóm hydroxyl bột gỗ làm giảm nhóm ưa nước Chính vậy, chất trợ tương hợp MAPP làm giảm mức độ hấp thụ nước vật liệu Độ rỗng vật liệu yếu tố ảnh hưởng lớn đến mức độ hấp thụ nước vật liệu composite gỗ-nhựa Khi sử dụng chất trợ tương hợp MAPP làm cho nhựa PP chảy thấm tốt bề mặt bột gỗ (mục 2.2.2), bột gỗ bao 80 bọc nhựa PP làm giảm độ rỗng vật liệu Khi độ rỗng vật liệu giảm hạn chế việc xâm nhập nước vào vật liệu Một lý khác, làm cho độ hút ẩm vật liệu giảm kết dính nhựa PP bột gỗ nâng caos kết dính làm giảm độ dày bề mặt phân chia pha, nguyên nhân hạn chế nước thấm qua phân tử xenlulo bột gỗ 5.2.7 Khảo sát cấu trúc bề mặt phá hủy vật liệu Kết chụp SEM mẫu composite gỗ nhựa sử dụng MAPP 5% TL cho thấy hình thái bề mặt phá hủy mẫu hình 5.9 (a) (b) Hình 5.9 Ảnh SEM vật liệu composite gỗ -Nhựa PP với hàm lượng 0% 5% chất trợ tương hợp MAPP 81 Qua hình ta thấy bề mặt phá hủy mẫu khơng dùng MAPP có mức độ kết tinh bề mặt tiếp xúc bột gỗ nhựa nên xuất nhiều lỗ rỗng vết nứt vùng xung quanh bề mặt bột gỗ (Hình 4.9a) Tuy nhiên, có sử dụng chất trợ tương hợp MAPP kết dính vùng bề mặt tiếp xúc cải thiện đáng kể số lượng kích thước vết nứt lỗ rỗng vùng ranh giới nhựa bột gỗ giảm nhiều (Hình 4.9b) 5.3 Tổng hợp kết nghiên cứu Tổng hợp kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP đến số tính chất composite gỗ - nhựa thể bảng 5.8 Qua bảng tổng hợp cho thấy hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP thay đổi tính chất composite gỗ - nhựa thay đổi Khi hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP tăng tính chất lý WPC độ hấp thụ nước giảm cịn tính chất học độ bền uốn, độ bền va đập độ bền kéo tăng lên Bảng 5.8 Tổng hợp kết nghiên cứu tính chất lý vật liệu compostie gỗnhựa với cấp hàm lượng MAPP Sản phẩm nhựa PP tái chế Tính chất Đối Chứng MAPP MAPP 0% 1% 3% 5% 7% Tỷ trọng 1.048 1.014 1.079 1.034 1.051 Nhiệt độ chảy mềm, 0C 133.3 134.6 132.1 134.7 133 Chỉ số chảy,g/10 phút 1.51 1.43 1.55 1.50 1.52 Độ bền uốn, MPa 18.24 19.88 21.49 22.78 21.96 Độ bền kéo, MPa 16.37 19.04 19.93 21.20 20.36 Độ bền va đập, KJ/m2 6.53 7.03 7.46 7.77 7.90 Độ hấp thụ nước sau ngày, % 2.07 1.475 1.112 0.979 0.924 Độ hấp thụ nước sau ngày,% 3.94 2.826 2.490 2.158 2.103 Độ hấp thụ nước sau ngày,% 5.33 3.679 2.920 2.752 2.636 Độ hấp thụ nước sau 15 ngày,% 6.40 3.947 3.247 3.037 2.963 Độ hấp thụ nước sau 30 ngày, % 6.58 4.140 3.476 3.147 3.096 82 Qua nghiên cứu cho ta thấy ảnh hưởng lớn chất trợ tương hợp MAPP đến tính chất lý vật liệu Composite gỗ nhựa Khi hàm lượng chất trợ tương hợp thay đổi tính chất lý sản phẩm thay đổi sau: + Độ bền kéo sản phẩm đạt giá trị cao 21.2 MPa hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP 5% TL + Độ bền uốn sản phẩm đạt giá trị cao 22.78 MPa hàm lượng Chất trợ tương hợp MAPP 5% TL + Độ bền va đập sản phẩm đạt giá trị cao 7.9 KJ/m2 hàm lượng Chất trợ tương hợp MAPP 7% TL + Độ hấp thụ nước vật liệu đạt giá trị thấp hàm lượng chất trợ tương hợp 7% TL Qua kết nghiên cứu cho thấy, hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP 5-6% TL hàm lượng hợp lý để áp dụng thực tế sản xuất 5.4 Đề xuất bước công nghệ sản xuất hạt composite gỗ-nhựa từ nhựa PP tái chế và phế liêụ gỗ (mùn cưa) sử du ̣ng chất trợ tương hợp MAPP Trên sở kết nghiên cứu xác định ảnh hưởng hàm lượng MAPP đến tính chất lý composite gỗ-nhựa, kế thừa cách có chọn lọc số thông số công nghệ giai đoạn xử lý nhựa phế liệu PP, tạo bột gỗ, tạo hạt gỗ-nhựa đề tài đề xuất bước công nghệ sản xuất hạt gỗ nhựa PP từ phế liệu gỗ phế thải nhựa PP sử dụng chất MAPP với hàm lượng 5-6% sơ đồ hình 5.10 Mô tả bước công nghệ tạo hạt: (1) Tạo hạt nhựa - Phân loại nhựa: Nhựa phế thải PP bao gồm loại sau: Các vỏ chai, vỏ can Sau thu gom tiến hành phân loại phương pháp cảm quang (phân loại theo mầu sắc, nguồn gốc, kinh nghiệm thực tế) - Tạo mảnh nhựa rửa nhựa: Hai công đoạn tiến hành thiết bị; máy băm đồng thời có nước phun rửa, thiết bị làm việc 83 theo kiểu bán tự động Nhựa sau băm có kích thước (0.5-1.2cm) làm dung dịch xà phòng (NaOH) Tỷ lệ: Nhựa sạch: 100 kg nhựa / 1kg bột rửa Nhựa bám bẩn, dầu mỡ: 100 kg nhựa/ 2-3 kg bột rửa Phế liệu gỗ (Mùn cưa, phoi bào…) MAPP (5-6%TL) Phế liệu nhựa PP Băm, cắt Sấy (90-110oC) Mảnh nhựa (0.5-1.2 cm) Độ ẩm 3-5% Nghiền Bột gỗ (0.3-0.45mm) Rửa sấy khô (60-800C) Tẩm MAPP vào bột gỗ Toluen (100oC) Bột gỗ tẩm MAPP Sấy (75-80oC) Độ ẩm 3-5% Trộn hợp Độ ẩm 3-5% Ép đùn cắt ngắn (175-190oC) Hạt nhựa (2-3 mm) Sấy (80-90oC) Độ ẩm 3-5% Hỗn hợp PP bột gỗ tẩm MAPP Ép đùn cắt ngắn (175-190oC) Hạt gỗ-nhựa Hình 5.10 Sơ đồ đề xuất bước tạo hạt composite gô-nhựa chứa chất MAPP - Làm khô: Sau xay rửa tiến hành sấy khơ mảnh nhựa lị sấy bán tự động đến độ ẩm cuối 3-5% để tạo thuận lợi trình tạo hạt gỗ nhựa tăng tính chất lý sản phẩm Nhiệt độ sấy: 60-800C Độ ẩm nhựa: 3-5% 84 - Tạo hạt nhựa: Mảnh nhựa sau sấy khô đến độ ẩm theo yêu cầu đưa qua máy ép đùn trục vít để kéo sợi sau đưa qua máng nước để làm nguội cuối đưa qua máy cắt hạt để tạo hạt gỗ nhựa có kích thước 2-3 mm (2) Tạo bột gỗ - Thu gom phế liệu gỗ: Thu gom mùn cưa từ nhà máy chế biến gỗ, làm loại bỏ tạp chất - Sấy khô: Sau thu gom phế liệu gỗ tiến hành sấy khơ mùn cưa lị sấy kiểu trống quay đến độ ẩm 3-5% với nhiệt độ khoảng 90oC-110oC - Nghiền tạo bột: Mùn cưa sau sấy khô đưa qua máy nghiền bột gỗ Kích thước bột gỗ sau nghiền 0.3-0.45mm Thơng số kỹ thuật máy nghiền bột: Công suất 15 KW, tốc độ vòng quay: 1470 vòng/phút, suất nghiền: 50 kg/h Nếu phế liệu bìa bắp gỗ cần phải qua máy băm dăm để tạo dăm nguyên liệu đầu vào có kích thước: Chiều dài x chiều rộng x chiều dày: (18-20) x 12 x (0.15-0.45) mm Sau đưa dăm gỗ mùn cưa sấy khô đến độ ẩm 3-5 % vào máy nghiền bột gỗ có lắp đặt mắt sàng có kích thước 40 mesh (0.3-0.45 mm) (3) Tẩm MAPP vào bột gỗ Để đưa MAPP vào bột gỗ, thực nghiê ̣m đã tiế n hành cho MAPP (5-6% TL) vào dung dịch toluene đun ở nhiê ̣t đô ̣ 1000C phút Sau đó, cho bột gỗ vào khuấy thì ngừng cấ p nhiê ̣t để ngâm khoảng 4h Sau đó, bơ ̣t gỡ đươ ̣c để ráo và làm khô tự nhiên Sau đó, bô ̣t gỗ đươ ̣c đưa vào sấ y ở nhiê ̣t đô ̣ 750C độ ẩm bột gỗ đa ̣t khoảng 3-5% Bô ̣t gỗ thu đươ ̣c sau sấ y chiń h là bô ̣t gỗ đã đươ ̣c xử lý ngâm tẩ m MAPP (4) Trộn hợp nguyên liệu Nguyên liệu bột gỗ tẩm MAPP hạt nhựa sấy trước đưa qua máy trộn theo cấp tỷ lệ gỗ/nhựa (50/50) với hàm lượng MAPP (1%, 3%, 5%, 7% TL so với PP) để tạo đồng tỷ lệ gỗ- nhựa hạt gỗ nhựa 85 (5) Ép đùn tạo hạt gỗ nhựa chứa chất trợ tương hợp Sau bước trộn hợp nguyên liệu, đem hỗn hợp nguyên liệu cho vào máy ép đùn hai trục vít Leistritz Đức với chế độ công nghệ tạo hạt nhựa máy ép đùn xác định, đề tài lựa chọn chế độ ép đùn tạo hạt nhựa : Nhiệt độ vùng I: 1850C Nhiệt độ vùng II: 1900C Nhiệt độ vùng III: 1800C Nhiệt độ vùng IV: 1850C Nhiệt độ đầu đùn: 1750C, vận tốc trục vít: 35-50 vòng/phút Hạt gỗ- nhựa sau khỏi đầu đùn làm nguội qua máng nước qua máy cắt tạo hạt nhựa kích thước hạt sau cắt 3-4 mm 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Qua kết nghiên cứu cho thấy, trộn hợp 4% TL MAPP vào hỗn hợp cách thức khác thì tính chấ t của vâ ̣t liê ̣u đươ ̣c ta ̣o có thay đổi Cu ̣ thể là tẩm MAPP vào gỗ trước tạo vật liệu composite có tính chất học tốt trộn MAPP vào nhựa trước trộn hợp cùng lúc cả thành phần với Trong đó, vật liệu tạo từ trộn hợp lúc thành phần có tiń h chấ t đô ̣ bề n uố n, đô ̣ bề n kéo và đô ̣ bề n va đâ ̣p đề u cả Như vậy, Với mục tiêu đề tài nhằm nâng cao chất lượng vật liệu composite gỗnhựa, phương án tẩm MAPP vào gỗ trước phương án hợp lý cách thức trộn hợp - Kết thực nghiệm rằng, Chấp trợ tương hợp MAPP làm thay đổi tính chất lý vật liệu composite gỗ-nhựa PP, đồng thời MAPP giúp tăng khả tương hợp bột gỗ nhựa PP Khi thay đổi hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP từ 1% TL đến 5% TL làm tăng tính chất vật liệu composite với hàm lượng MAPP 7% TL tính chất học vật liệu composite có xu hướng bão hòa giảm xuống Qua đánh giá cho thấy, với hàm lượng chất trợ tương hợp 5-6% TL độ bền vật liệu đạt giá trị cao với độ bền kéo 21,43MPa, độ bền uốn 23,17 MPa độ bền va đập 7,89 kJ/m2 - Qua thực nghiệm phân tích đánh giá kết quả, đề tài đề xuất bước công nghệ sản xuất hạt composite gỗ - nhựa PP chứa chất trợ tương hợp MAPP Mô ̣t số tồ n ta ̣i của đề tài Trong trình thực đề tài, có nhiều cố gắng hạn chế mặt chuyên môn thời gian điều kiện nghiên cứu có hạn nên đề tài cịn tồn số hạn chế sau: - Đề tài kiểm tra số tính chất sản phẩm composite gỗ - nhựa sử du ̣ng chấ t trợ tương hơ ̣p MAPP 87 - Đề tài chưa đánh giá đươ ̣c hết sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ triǹ h gia công đế n khả tương hơ ̣p giữa MAPP và composite gỗnhựa PP - Trong sản xuất, kinh doanh giá trị kinh tế mục tiêu hàng đầu Tuy nhiên đề tài chưa xác định chi phí cho sản xuất giá thành sản phẩm - Chưa đánh giá sử ảnh hưởng của số lần tái chế, lượng tạp chất đế n tiń h chấ t của composite gỗ-nhựa sử dụng MAPP Kiến nghị Qua trình nghiên cứu thực đề tài có số kiến nghị sau: - Đề tài dừng lại nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất trợ tương hợp MAPP đến tính chất vật liệu composite gỗ-nhựa Vì cần tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ khác đến chất lượng vật liệu có sử dụng chất trợ tương hợp MAPP, nhằm tìm thơng số cơng nghệ hợp lý để hồn thiê ̣n công nghệ sản xuấ t vâ ̣t liê ̣u composite gỗ -nhựa ta ̣i Việt Nam - Tiếp tục nghiên cứu để tạo sản phẩm composite gỗ-nhựa sử du ̣ng chấ t trơ ̣ tương hợp, nhiều phương pháp trộn hơ ̣p khác nhằ m tìm phương pháp trô ̣n cho hiê ̣u quả và chấ t lươ ̣ng composite tố t - Mở rộng nghiên cứu với loa ̣i phế liê ̣u gỗ và chất trợ tương hợp khác có mặt thị trường - Xây dựng tiêu chuẩn kiểm tra tính chất học vật lý vật liệu composite gỗ-nhựa sản xuất Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo nước Nguyễn Văn Anh (2010), "Nghiên cứu chế tạo vật liệu chất dẻo gỗ sở nhựa polyetylen tái sinh bột gỗ phương pháp đùn", Khóa luân tốt nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phan Thế Anh (2009), Bài giảng môn kỹ thuật sản xuất chất dẻo, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Bùi Chương, Phan Thị Minh Ngọc, (2010), Cơ sở hóa học polymer, Nhà xuất bách khoa, Hà Nội Trần Vĩnh Diệu, Bùi Chương (2010), Nghiên cứu ứng dụng sợi thực vật- nguồn nguyên liệu có khả tái tạo để bảo vệ môi trường, Nhà xuất khoa học tự nhiên công nghệ 5.Trần Vĩnh Diệu (2005), Gia công Polyme, Nxb Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 6.Trần Vĩnh Diệu, Trần Trung Lê (2006), Môi trường gia công chất dẻo compozit, Nhà xuất Bách khoa, Hà nội Ngô Thùy Dương, Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước bột gỗ đến tính chất composite gỗ-nhựa, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Lâm nghiệp, 2010 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 Thúy Hằng(2007), Chế tạo vật liệu polyme compozit sở nhựa polypropylen gia cường mát tre lai tạo với mát thuỷ tinh, Luận văn tốt nghiệp, Đại học bách khoa Hà Nội 11 Đoàn Thị Thu Loan (2010), “Nghiên cứu cải thiện tính vật liệu Composite sợi đay/ nhựa Polypropylene phương pháp biến tính nhựa nền”, Tạp chí khoa học công nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 1(36) 12 Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vĩnh Diệu (2004), Hóa lý Polyme, Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 13 Nguyễn Bảo Ngọc (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ nhựa polypropylene đến tính chất composite gỗ-nhựa, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Lâm nghiệp 14 Phan Thị Minh Ngọc, Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Thúy Hằng (2007), “Ảnh hưởng chất trợ tương hợp Polypropylen ghép Anhydrit Maleic đến tính chất học vật liệu Polypropylen Compozit gia cường mat tre”, Tạp chí Hóa học, T45 (5A), Tr 77-84 15 Nguyễn Văn Thái cộng (2006), Công nghệ Vật liệu, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 16 Hồ Sĩ Tráng(2006), Cơ sở hóa học gỗ Xenluloza tập 1,2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội 17 Lê Xuân Tình (1998), Khoa học gỗ, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 18 Phạm Ngọc Lân, Trần Vĩnh Diệu, Phan Thị Loan, Nguyễn Thị Châu Giang “Nghiên cứu quy trình cơng nghệ cho phản ứng ghép dị thể Maleic anhydrit lên Polyetylen”, Tạp chí hóa học, T 45 (5A), Tr 149-154, 2007 19 Trần Quốc Tế, Hồng Đình Kiên (2009), “Phát triển Cơng nghệ Compozit Việt Nam”, Thông tin khoa học công nghệ vật liệu xây dựng Số 36, trang 24 Tài liệu tham khảo nước 20 Ann Jennifer Roberts (2009), Bonding of Additives to Functional Polyolefins by Reactive Blending, The University of Auckland, New Zealand 21 A.K.Bledzki, J.Gassan (1999), “Composites reinforced with cellulose based fibers”, Prog.Polyme.Sci 24, P.221-274 22 Anatole Klyosov (2005), Wood plastic composites , Wiley-interscience A John Wiley& Sons, INC, Publication 23 Apri Heri Iswanto and Fauzi Febrianto (2005), The Role of Dicumyl Peroxide (DCP) In the Strengthening of Polymer Composites Peronema Forestry Science Journal Vol.1, No.2, , ISSN 18296343 24 Behzad kord (2011) , Influence of Maleic Anhydride on the Flexural, Tensile and Impact Characteristics of Sawdust Flour Reinforced Polypropylene Composite World Applied Sciences Journal, 12 (7), 1014-1016 25 B Mohebby, A R Ghotbifar, and S Kazemi-Najafi (2011), Influence of MaleicAnhydride-Polypropylene (MAPP) on Wettability of Polypropylene/Wood Flour/Glass Fiber Hybrid Composites, J Agr Sci Tech, Vol 13, 877-884 26 Craig M.Clemons, Daniel F Caufield (2003), Wood Flour, Functional Fillers for Plastics -Willey, vol.14, 250-270 27 Cao Jin-Zhen, Wang Yi, Xu Wei-yue, Wang Lei (2010) Preliminary study of viscoelastic properties of MAPP-modified wood flour/polypropylene composites For Stud, China, 12(2), pp 85-89 28 Darilyn Roberts, Roberts C Constable (2003) Chemical Coupling Agents for Filled and Grafted Polypropylene Composites Handbook of polypropylene and polypropylene composites, vol 3, pp 45-50 29 Ezequiel Pérez, Lucía Famá, Santiago García P, María J Abad and Celina Bernal (2011), Mechanical Behaviour of PP/Woodflour Composites, 6th International Conference on Composite Structure 30 Ferran Marti-Ferrer, Francisco Vilaplana, Amparo Ribes-Greus (2005) , Flour Rice Husk as Filler in Block Copolymer Polypropylene: Effect of Different Coupling Agents, Published online in Wiley InterScience 31 Farshid Basiji, Vahidreza Safdari,Srikanth Pilla (2009), The efects of fiber length and fiber loading on the mechanical properties of wood-plastic (polypropylene) composites, Turk Agric vol 34, pp.191-196 32 Fatih Mengeloglu, Ramazan Kurt, Douglas J Gardner (2007) Mechanical Properties of Extruded High Density Polyethylene and polypropylene Wood Flour Decking Boards Iranian Polymer Journal 16 (7), pp 477-487 33 Felix J.M., Gatenholm P., Schreiber H.P (1993), Controlled interactions in cellulose-polymer composites, Polymer Composites, vlo 14, pp 234-256 34 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 composites Journal of Biological Sciences, (2), pp 337-343 35 G E Myers ( 1991), Wood Flour and polypropylene or High density Polyethylene composites: Influence of Maleated polypropylene Concentration and Extrusion Temperature on Properites Intern J Polymeric Mater, Vol 15, pp 171-186 36 Han-Seung Yang, Michael P Wolcott, Hee-Soo Kim, Sumin Kim (2007) Effect of differet compatibilizing agents on the mechanical properties of lignocellulosic material filled polyethylene bio-composites Composite Structures, vol.79, pp 369-375 37 Ichazo M.N., Albano C., Gonzales J., Perera R., Candal ( 2001), Polypropylene/wood flour composites: Treatment and properties, Composite Structures, vol 54, pp 207-214 38 Johnz Lu, Joan I Negulescu and Qinglin Wu (2005) Maleated wood-fiber/highdensity-polyethylene composites: Coupling mechanisms and interfacial characterization Coupling mechanisms and interfacial characterization in WPC,Composite Interfaces, Vol 12, pp 125–140 39 Jutarat Prachayawarakorn and Niracha Yanembunying (2005) Effect of recycling on properties of rice husk-filled-polypropylene Songklanakarin J Sci Technol,27 (2), pp 343-352 40 John Z.lu, Qinglin Wu, Harold S McNabb, Jr (2000) Chemical coupling in wood fiber and polymer composites: A review of coupling agents and treatments Wood and fiber science, Vol 32(1) 41 Konstantinos Giannadakis (2010), Mechanisms of Inelastic Behavior of Fiber Reinforced Polymer Composite, Lulea University of Technoligy, Lulea, Sweden SE 97187 42 Kishi, H., M Yoshioka, A Yamanoi, and N Shiraishi (1988) Composites of wood and polypropylenes I Mokuzai Gakkaishi, vol.34(2), pp 133-139 43 Keener T.J., Stuart R.K., Brown T.K (2003), Maleated coupling agents for natural fiber composites, Composites:Part A 44 Hee-Soo Kim, Byoung-Ho Lee, Seung-Woo Choi (2007) The effect of types of maleic anhydride-grafted polypropylene (MAPP) on the interfacial adhesionproperties of bio-flour-filled polypropylene composites Composites: Part A 38, pp.1473-1482 45 Lu, J Z., Q Wu, and H S McNabb (2000) Chemical coupling in wood fiber and polymer composites: A review of coupling agents and treatments Wood Fiber Sci ,vol.32(1), pp.88-104 46 Mousa Ghaemy, Solaiman Roohina (2003), Grafing of Maleic Anhydride on Polyethylene in a Homogeneous Medium in the Presence of Radical Initiators Iranian Polymer Journal, vol 12 (1), pp 21-29 47 Monchai Tajan, Phasawat Chaiwutthinan (2008), Thermal and Mechanical Properties of Wood-Plastic Composites from Iron Wood Flour and Recycled Polypropylene Foam Journal of Metals and Minerals, Vol 18, PP.53-56 48 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 biocomposites International Journal of Engineering and Technology, vol.3, No.1, pp.79-84 49 Mohammad Razavi-Nouri, Fatemeh Jafarzadeh-Dogouri, Abdulrasoul Oromiehie, and Amir Ershad Langroudi (2006), Mechanical Properties and Water Absorption Behaviour of Chopped Rice Husk Filled Polypropylene Composites, Faculty of Polymer Processing, Iran Polymer and Petrochemical Institute, Tehran, Iran 50 Nicole M Stark and Robert E Rowlands (2003), Effects of Wood Fiber Characteristics on Mechanical Properties of Wood/Polypropylene Composites, Wood and fiber science, vol 35(2), pp.56-87 51 N Sombatsompop, C Yotinwattanakumtorn, C Thongpin (2005) Influence of Type and concentration of maleic anhydride grafted polypropylene and Impact modifiers on Mechanical properties of PP/Wood Sawdust Composites PP/Wood SawdustComposites 52 Rashmi Kumari(2008), Fundamental Study on Highly-Filled Wood-Plastic Composite, Graduate School of Agriculture Kinki University - Department of Advanced Bioscience 53 Roger M Rowell (2006) Advances and challenges of wood polymer composites Proceedings of the 8th pacific rim bio-based composites symposium, Malaysia 54 Rowel R.M., Caulfield D.F., Chen G., Recent advances in agrofiber/thermoplastic composites, Second International Symposium on Natural Polymers and Composites, 55 Simone Maria Leal Rosa, Evelise Fonseca Santos, Carlos Arthur Ferreira, (2009) Studies on the properties of Rice-Husk-Filled-PP Composites – Effect of Maleated PP Materials Research, Vol 12, No 3,333-339 56 Song Yong-ming, Han Guang-ping, Gao Hua (2010), Effects of two modification methods on the mechanical properties of wood flour/recycled plastic blends composites: addition of thermoplastic elastomer SEBS-g-MAH and in-situ grafting MAH, Northeast Forestry University and Springer-Verlag Berlin Heidelberg 57 Ulas Atikler (2004), Preparation and Characterization of PolypropyleneCellulose Composties, institute of Technology, Tukey 58 Xanthos, M (1983) Processing conditions and coupling agent effects in polypropylene/wood flour composites Plast Rubber Process Appl 3(3), pp.223- 228 59 Zakir M O Rzayev (2011) Graft Copolymers of Maleic Anhydride and Its Isostructural Analogues: High Performance Engineering Materials International Review of chemical Engineering, Volume3, No 2, pp.153-215 ... LÂM NGHIỆP - NGUYỄN HẢI HOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT TRỢ TƯƠNG HỢP MALEATED POLYPROPYLENE (MAPP) ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ COMPOSITE GỖ - NHỰA POLY PROPYLENE Chuyên ngành: Kỹ thuật máy,... cao chất lượng vật liệu composite gỗ nhựa, tiến hành thực đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng chất trợ tương hợp MAPP đến tính chất lý composite gỗ - nhựa polypropylene? ?? Chương TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU... tiêu nghiên cứu - Xác định giải pháp phù hợp đưa chất trợ tương hợp MAPP vào hỗn hợp bột gỗ nhựa PP; - Đánh giá ảnh hưởng chất trợ tương hợp MAPP (Maleic Andydrit Poly Propylene) đến tính chất lý