Luận án tiến sĩ chế tạo và nghiên cứu tính chất của tổ hợp vật liệu cao phân tử ứng dụng làm màng phủ nhà lưới

`` BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HỐ HỌC HỒNG THỊ VÂN AN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA TỔ HỢP VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ ỨNG DỤNG LÀM MÀNG PHỦ NHÀ LƯỚI Chuyên ngành: Hoá hữu Mã số: 62.44.27.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN VĂN KHÔI HÀ NỘI - 2012 MỞ ðẦU Nông nghiệp ngành kinh tế quan trọng Việt Nam Năm 2010, giá trị sản xuất toàn ngành tăng 4,69%, tổng kim ngạch xuất toàn ngành ñạt mức kỉ lục, ước ñạt 19,15 tỉ USD tăng gần 22,6% so với năm 2009, vượt 77,3% so với mục tiêu ñược ðại hội ðảng X ñề Cùng với chương trình nơng thơn bắt đầu triển khai, nhiều sách chủ trương ðảng Nhà nước hướng nông thôn, hỗ trợ nơng dân quan tâm áp dụng Nông nghiệp lĩnh vực chủ yếu hưởng lợi nhờ khai thác tính chất có ích chất dẻo nói riêng polyme nói chung Các loại chất dẻo khác ñược sử dụng nông nghiệp dạng màng, ống hay Việc sử dụng màng chất dẻo nông nghiệp bao gồm ứng dụng chính: che phủ nhà lưới, nhà vịm phủ bổi (phủ trực tiếp lên đất) Trong đó, màng che phủ nhà lưới quan trọng ñược sử dụng với khối lượng lớn Màng polyme không làm tăng nhiệt độ đất mà cịn làm giảm việc sử dụng nước tưới phân bón Nhờ tạo vi khí hậu cho phát triển rễ, sản xuất nơng nghiệp khơng phụ thuộc vào mơi trường bên ngồi Tuy nhiên, màng polyme che phủ nhà lưới dễ dàng bị ảnh hưởng điều kiện mơi trường khắc nghiệt q trình sử dụng Kết hợp yếu tố có hại xạ mặt trời, nhiệt độ, việc sử dụng hố chất nơng nghiệp nhiều yếu tố khác tác động tới cấu trúc hố học polyme gây thay đổi tính chất quang học học [1,2] Chính vậy, thời hạn sử dụng màng che phủ nhà lưới bị rút ngắn ñược coi phế thải sau hết hạn sử dụng Công nghệ chế tạo màng polyme hấp thụ UV, bền thời tiết để che phủ nhà lưới cịn chưa ñược quan tâm nghiên cứu ñúng mức nhu cầu thực tế ñối với loại màng ngày tăng, bối cảnh ñại hố nơng nghiệp, nơng thơn Các sản phẩm màng phủ nhà lưới hệ thống thiết bị sản xuất màng có thị trường sản phẩm công nghệ nhập ngoại với giá thành tương ñối ñắt Việc nghiên cứu công nghệ thiết bị ñể sản xuất màng che phủ nhà lưới phức tạp, địi hỏi phải nghiên cứu có hệ thống đạt kết mong muốn Tuy nhiên, chủ động cơng nghệ sản xuất loại màng thuận lợi việc triển khai ứng dụng thực tế Chính vậy, ñề tài luận án “Chế tạo nghiên cứu tính chất tổ hợp vật liệu cao phân tử ứng dụng làm màng phủ nhà lưới” nhằm mục đích nghiên cứu lý thuyết chế tạo màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết ứng dụng sản xuất nơng nghiệp thực nhằm giải nhu cầu thực tế ñặt Với mục tiêu ñó, nhiệm vụ nghiên cứu mà luận án phải thực là: Lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng số loại phụ gia tới trình phân hủy quang màng LDPE Chế tạo nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết - Nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới lớp ñiều kiện gia tốc thời tiết - Nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới lớp ñiều kiện phơi mẫu tự nhiên Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho ñối tượng trồng cai mơ, xà lách, bí đao dưa chuột CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung polyolefin Polyme đại phân tử mạch dài Tính chất chúng phụ thuộc vào ñộ dài mạch hiệu dụng Polyolefin nhóm polyme thu từ q trình trùng hợp α-olefin Chúng vật liệu hóa học sản xuất khắp giới qui mô lớn (>40.106 tấn/năm) [3] Chúng có chi phí sản xuất thấp, khơng độc có nhiều tính chất hữu dụng Những ứng dụng trực tiếp bao gồm làm màng bao gói, hộp chứa, vải dệt, túi sợi, túi ñựng sandwich, ống nước, chống va đập cho ơtơ… Những ứng dụng ngồi trời thường thấy lĩnh vực: nông nghiệp (màng phủ nông nghiệp, nhà kính…), ngư nghiệp (lưới đánh cá, dây thừng…), xây dựng (mái tole, sơn, bạt che, ghế sân vận ñộng…), ñiện (dây truyền tải ñiện, hộp ñấu nối trời…) Ứng dụng chúng ñời sống ngày ñược dự báo ngày tăng Polyolefin ñang dần thay loại chất dẻo khác ñang ñược sử dụng Người ta dự đốn 70% nhựa nhiệt dẻo polyolefin thiên niên kỉ [3] Chất dẻo thường ñược nhuộm màu in ñể làm chúng hấp dẫn (ví dụ túi mua hàng…) Vấn đề mơi trường liên quan tới polyme phế thải giảm thiểu nhờ q trình tái chế công nghệ khác Công nghiệp sản xuất polyolefin có liên quan trực tiếp đến phát triển phụ gia thích hợp để chuyển ngun liệu ban đầu thành chất dẻo mong muốn Một lý để sử dụng polyolefin làm ngun liệu tính trơ kháng hóa chất cho số lượng lớn sản phẩm đóng gói mơi trường tiếp xúc [3 – 5] Những thay ñổi vật lý polyolefin mơi trường thừa nhận ngun nhân cho hư hỏng polyme [6 – 8] Hầu hết polyolefin ñều vật liệu bán tinh thể Hoạt ñộng chúng ñược phát cấu trúc ña pha Polypropylen polyetylen polyme quan trọng chúng sử dụng thường xuyên polyme khác ña dạng hình thái học khác cấu trúc mạch góp phần mở rộng phạm vi tính chất vật lý polyolefin chìa khóa để chúng ñược sử dụng rộng rãi [7,9] Cho ñến khả phân hủy làm bền polyolefin tìm hiểu sâu từ phát triển thêm chất làm bền có hiệu cơng thức pha trộn nóng chảy tinh vi, kiểm sốt nhược điểm chúng tượng dễ bị phân hủy gia cơng sử dụng ngồi trời [10 – 14] 1.2 Ưu ñiểm màng phủ nhà lưới chất dẻo Màng polyme không làm tăng nhiệt độ đất mà cịn làm giảm việc sử dụng nước tưới phân bón Nhờ tạo vi khí hậu cho phát triển rễ, sản xuất nơng nghiệp khơng phụ thuộc vào mơi trường bên Việc sử dụng màng phủ polyme chủ yếu phụ thuộc thay đổi tính chất quang theo thời gian môi trường mà chúng tiếp xúc Trong sản xuất nông nghiệp, màng che phủ nhà lưới có u cầu chính: - Trong suốt (ñộ truyền sáng tốt vùng khả kiến) - Tuổi thọ cao (ñộ bền tốt ñối với ảnh hưởng yếu tố thời tiết) - Tính chất học tốt chống đọng sương - Tính chất bảo tồn nhiệt (giảm ñộ truyền xạ hồng ngoại vùng 1450 – 730cm-1) Diện tích nhà lưới che phủ chất dẻo tiêu thụ màng chất dẻo hàng năm cho ứng dụng bảo vệ mùa màng số nước châu Âu trình bày bảng 1.1 [15] Bảng 1.1 Diện tích màng chất dẻo sử dụng bảo vệ mùa màng nước châu Âu Quốc gia Phủ nhà lưới Nhà vòm Phủ bổi (ha) Phủ trực nhà vòm thấp (ha) tiếp (ha) lớn (ha) ðức 700 1000 15000 11200 Bỉ 350 200 3400 3000 Tây Ban Nha 53235 14641 120039 1400 Pháp 92000 15000 100000 11000 Hy Lạp 3000 4500 500 400 Hungary 6500 2500 2400 4000 Italy 25000 26000 85000 12000 Anh 2500 1400 10000 12000 Ba Lan 2000 800 - 4000 Bồ ðào Nha 2700 450 23000 - Hà Lan 400 - - 1300 Bungary - 2500 13000 500 Nguồn: Uỷ ban quốc tế chất dẻo nông nghiệp, 2006 Màng chất dẻo ñược sử dụng ñể che phủ nhà lưới chủ yếu polyetylen lớp Công nghệ tạo cho mái che đặc tính đặc biệt chống nhỏ giọt, chống bụi, dự trữ nhiệt lượng Màng phủ ñược sản xuất bền chịu ñược lưu huỳnh từ thuốc trừ sâu sử dụng nhà lưới Ngoài việc sử dụng làm cấu trúc che phủ, màng phủ chất dẻo cịn có tác dụng điều khiển kiểm sốt phổ ánh sáng nhằm tác ñộng tới phát triển trồng hoạt động trùng, lọc tia tử ngoại, xạ tia hồng ngoại; khúc xạ phân bố ánh sáng để tăng tối đa ảnh hưởng ñối với trồng Một số loại màng phủ có chứa phụ gia ngăn nước nhỏ giọt vào trồng (chống sương) bảo vệ màng khỏi bị phân huỷ Một ưu ñiểm màng che phủ LDPE khả tái chế tái làm bền sau sử dụng Việc tái chế sử dụng màng chất dẻo che phủ nhà lưới ñược thực cách ép ñùn ñồng thời màng chất dẻo lớp Lớp bao gồm hỗn hợp nhựa dẻo ñược làm bền chất ổn ñịnh khác Lớp chủ yếu PE phế thải với nhựa thành phần khác Màng lớp ñược ñể gia tốc thời tiết phơi mẫu trời hai vị trí khác gần năm Các kết thu ñược cho thấy màng lớp tối ưu hố sử dụng thành cơng làm màng che phủ nhà lưới [16] Trên quan ñiểm sinh thái kinh tế việc tái chế màng che phủ nhà lưới PE giải pháp hứa hẹn nhằm giảm lượng vật liệu thải tạo sản phẩm có ích, có khả sử dụng [17] Nhiều loại màng LDPE ñã ñược nghiên cứu, so sánh ñộ truyền sáng, khả chống ngưng tụ [18] ðộ bền màng che phủ nhà lưới LDPE nhiều lớp chí thử nghiệm điều kiện khí hậu cận Sahara với ảnh hưởng gió cát mơ Kết cho thấy độ thơ bề mặt màng bị biến ñổi, làm giảm ñáng kể ñộ truyền sáng vùng tử ngoại khả kiến Thời hạn sử dụng màng che phủ nhà lưới phụ thuộc vào quốc gia, ñặc biệt tập quán canh tác quốc gia Thời hạn sử dụng thay đổi từ vụ nơng nghiệp (6 - tháng) ñến vài năm 1.3 Các vật liệu sử dụng ñể chế tạo màng Trên giới, nhiều loại vật liệu ñã ñược sử dụng ñể chế tạo màng che phủ, mái nhà lưới, nhà kính thuỷ tinh, polyetylen (PE), polypropylen (PP), polyvinyl clorua (PVC), polycacbonat (PC) số loại vật liệu khác Trong số loại vật liệu mái che thuỷ tinh địi hỏi chi phí đầu tư ban đầu cao Nhựa PVC thời gian tới sử dụng ñể chế tạo màng che phủ nhà lưới vấn đề mơi trường Một số quốc gia ñã có quy ñịnh việc hạn chế sử dụng chất dẻo PVC cho ứng dụng nông nghiệp Nhựa PP thường gặp khó khăn vấn đề gia cơng Mỗi sản phẩm có quy cách khác đầu ñịnh hình khác nên thay ñổi chiều rộng màng phải thay đổi khn tương ứng Hơn nữa, sản phẩm PP kết tinh co rút không ñều theo phương dọc ngang, màng hay bị nhăn khổ rộng khơng đảm bảo Màng che phủ từ PE ñược sử dụng nhiều nhờ ưu ñiểm tính chất lý, tính dễ gia cơng nhiệt, ñộ truyền quang giá thành cạnh tranh 1.3.1 Polyetylen telephtalat (PET)[19,20] Trong năm cơng nghệ chế tạo màng phủ nhà lưới, người ta sử dụng polyetylen telephtalat (PET) làm vật liệu tạo màng PET ñược biết ñến loại nhựa có ñộ tinh thể cao, điểm chảy cao có tính chất trội bền nhiệt, bền hóa chất, dai dẻo, ñược sử dụng rộng rãi việc chế tạo băng từ, nhiếp ảnh, bao gói, điện nơng nghiệp Tuy nhiên màng PET thơng thường có độ bền thời tiết chưa cao nên bị phơi ngồi trời lâu ngày, tính chất lý bị giảm rõ rệt ðể khắc phục ñiều người ta thường cho thêm vào phụ gia thích hợp PET dùng để chế tạo màng phủ nhà lưới kéo định hướng theo hướng, có hệ số khúc xạ theo hướng kéo 1,57 - 1,78, theo chiều dày 1,48 - 1,57, tỷ trọng 1,34 - 1,39, chiều dày từ 50 - 500 µm Ngày PET sử dụng chế tạo màng che phủ nhà lưới giá thành khơng cạnh tranh với loại polyolefin PET dùng lớp (lớp ngồi) màng ña lớp chế tạo nhà lưới Cùng họ với PET loại nhựa polyetylen isophtalat, polybutylen telephtalat ñược sử dụng làm màng che phủ nhà lưới Vai trò chúng tương tự PE 1.3.2 Polypropylen (PP)[21, 22] Polypropylen (PP) số loại nhựa ñược sử dụng nhiều ñể chế tạo màng phủ nhà lưới nhờ đặc tính tốt lý : - ðộ bóng cao - Tỷ trọng thấp 0,9 – 0,92 - Là loại nhựa có độ kết tinh cao, bán trong q trình gia cơng tạo nhiều pha vơ định hình làm cho sản phẩm suốt - Tính chất học cao - Kháng nhiệt tốt PE, nhiệt ñộ cao tính chất học tốt PE - Giống PE cứng ðộ cứng shore theo phương pháp thử ASTM – D220 90 – 95 - Nhiệt độ giịn gãy thấp PE: (-5oC) – (-15oC) - ðộ bền kéo: 250 – 400 kg/cm2 - ðộ giãn dài 300 – 800% cao PE - Khơng mùi, khơng vị, khơng độc - Có tính chống thấm oxy, nước, dầu mỡ khí khác Tuy nhiên, PP chịu thời tiết kém, dễ bị phá hủy xạ UV dùng PP làm vật liệu thổi màng nhà lưới ta cần thêm phụ gia hấp thụ UV, bền thời tiết 1.3.3 Polyvinyl clorua (PVC)[23, 24] Polyvinyl clorua (PVC) loại nhựa ñược ứng dụng chế tạo màng che phủ từ sớm Là loại nhựa có tỷ trọng 1,4 cao nhiều so với số loại nhựa thông dụng khác, PVC thường nặng Ngồi PVC loại nhựa vơ định hình, có độ cao phù hợp làm vật liệu cho sản xuất màng nhà lưới PVC khơng độc, độc lượng monome cịn lại nhiên chúng bay trình gia cơng nhựa, mềm dẻo đưa chất hóa dẻo vào ðặc biệt ngun liệu khơng dễ cháy có mặt nguyên tử clo phân tử Dựa vào số đặc tính ưu việt nhựa PVC giá thành rẻ mà loại nhựa ñã ñược ứng dụng từ sớm lĩnh vực sản xuất màng phủ nhà lưới nông nghiệp Tuy nhiên màng PVC khó chảy nên phế phẩm sau sử dụng khó xử lý có khả gây hại đến mơi trường Vì vậy, loại màng ngày sử dụng 1.3.4 Copolyme etylenvinyl axetat (EVA)[25 – 27] Copolyme etylen – vinylaxetat (EVA) copolyme mà phân tử có mắt xích vinyl axetat phân bố ngẫu nhiên dọc theo mạch dài mắt xích etylen (-CH2-CH2-)n[-CH2-CH(OCOCH3)-]m EVA sản phẩm ñồng trùng hợp etylen với vinyl axetat, ñược sản xuất theo phương pháp trùng hợp khối hay trùng hợp dung dịch EVA có số ưu điểm bật như: mềm dẻo nhiệt ñộ thấp, bền xé, suốt, dễ gán dán nhiệt ñộ thấp, có khả phối trộn với lượng lớn chất ñộn EVA với hàm lượng vinyl axetat thấp có nhiều tính chất gần giống với số loại cao su khả kéo dãn tốt, dễ uốn đàn hồi * Tính chất EVA: EVA có khả chịu hóa chất: bền với ozon, nước lạnh nóng, dung dịch clorua, silicon, xăng, axeton, axit sunfuric 40%, axit nitric 10%, bị phân hủy xạ tử ngoại EVA tan ñược số dung mơi xylen, toluen, tetrahydrofuran, đecalin, đicloetan Nếu tăng hàm lượng vinyl axetat (VA) EVA, ñộ kết tinh, ñộ bền kéo, ñộ cứng, ñộ bền nhiệt giảm tỷ trọng, ñộ bền uốn, ñộ suốt, độ bám dính, khả hịa tan dung mơi lại tăng Sự có mặt nhóm cacbonyl VA làm tăng độ bám dính lên bề mặt vật liệu [115] Ngô Thị Xuyên (2005), “Bệnh hại rau trồng nhà lưới vùng Hà Nội biện pháp phịng trừ thuốc hóa học”, Tạp chí KHKT Nơng nghiệp, Tập III, số 2, tr 119 - 124 [116] Ngô Thị Xuyên, Nguyễn Văn ðĩnh (2005), “Nghiên cứu tình hình bệnh hại cà chua nhà lưới ngồi đồng ruộng năm 2003 – 2005 Hà Nội”, Tạp chí KHKT Nơng nghiệp, Tập III, số 2, tr 88 - 93 [117].Trần Anh Tuấn, Vũ Ngọc Thắng, Vũ ðình Hịa (2007), “Ảnh hưởng điều kiện hạn ñến số tiêu sinh lý suất số giống ñậu tương ñiều kiện nhà lưới”, Tạp trí KHKT Nơng nghiệp, Tập V, số 3, tr 17 - 22 [118] Ngô Thị Hạnh, Phạm Mỹ Linh, Trần Khắc Thi, Nguyễn Quốc Vọng (2007), “Nghiên cứu lựa chọn giá thể thích hợp trồng cà chua nhà lưới có sử dụng phương pháp tưới nhỏ giọt”, Tạp chí Nơng nghiệp phát triển nơng thôn, số 12 + 13, Tr 67 – 69 [119] Bùi Thị Gia (2006), “Hiệu sản xuất rau an toàn nhà lưới ngoại thành Hà Nội”, Tạp chí KHKT nơng nghiệp, Tập IV, số 2, Tr 157 – 162 [120] Trần Thị Tường Linh, Võ ðình Quang, Lê Thị Lệ Hằng, Phan Liêu (2005), “Ảnh hưởng việc bón phân lân, silicate natri silicofluoride natri đến sinh trưởng hấp thu dinh dưỡng lúa trồng đất phèn nhà lưới”, Tạp chí nông nghiệp phát triển nông thôn, Kỳ + 2, tháng [121] Ngơ Trí Dương (2005), “Thiết kế hệ thống điều khiển q trình tưới nhỏ giọt áp dụng trồng nhà lưới, nhà kính”, Tạp chí KHKT nông nghiệp, Tập III, Số 4, Tr 321 – 326 140 [122] ðoàn Hữu Thanh, Nguyễn Xuân Linh (2005), “Nghiên cứu xác ñịnh ảnh hưởng thời vụ mật ñộ trồng ñến suất, chất lượng củ giống ñời G0 số giống lay ơn (Gladious communis LN) có triển vọng nhà lưới Hải Phịng, Tạp chí Nơng nghiệp phát triển nơng thơn, Kỳ + – Tháng 2, Tr 139 – 141 [123] Diaz B M., Biorrún R., Monreo A., Nebreda M and Fereres A., (2006), "Impact of ultraviolet- blocking plastic films on insect vertors of virus deseases infesting crisp lettuce", HortScience, 41(3), p 711 716 [124] Chun-Jiang Zhao, Ming Li, Xin-Ting Yang, Chuan-Heng Sun, JianPing Qian, Zeng-Tao Ji (May 2011), “ A data-driven model simulating primary infection probabilities of cucumber downy mildew for use in early warning systems in solar greenhouses”, Computers and Electronics in Agriculture, Vol 76 (2), p 306 - 315 [125] David L Ehret, Bernard D Hill, Tom Helmer, Diane R Edwards (2011), “Neural network modelling of greenhouse tomato yield, growth and water use from automated crop monitoring data, Computers and Electronics in Agriculture, Vol 79 (1), p 82 - 89 [126].Scoponi M., Cimmino S., Kaci M (2000), “Photo-stabilisation mechanism under natural weathering and accelerated photo- oxidative conditions of LDPE films for agricultural applications”, Polymer, 41, p 7969-7980 [127].Henninger F; Pedrazetti E (1998), “Aspects of greenhouse film stabilization”, Plasticculture, 80(4), p – 24 [128].P.A Dilara, D Briassoulis (2000), “Degradation and Stabilization of low-density Polyetylene Films used as Greenhouse Covering Materials”, J Agric Engng Res , Vol 76, P 309 – 321 141 [129] Liauw C M., Quadir A., Allen N S and Edge M (2004), “Effect of hindered piperidine light stabilizer molecular structure and UV absorber addition on the oxidation of HDPE Part 2: Mechanistic aspects- Molecular modeling and electron spin resonance spectroscopy study”, Journal of Vinyl & Additive Technology, 10(4), p 159-167 [130] Liauw C M., Quadir A., Allen N S and Edge M ( 2004), “Effect of hindered piperidine light stabilizer molecular structure and UV absorber addition on the oxidation of HDPE Part 1: Long-term thermal and photo- oxidation studies”, Journal of Vinyl & Additive Technology, 10(2), p 79-87 142 MỤC LỤC Trang Mở ñầu……………………………………………………………… Chương Tổng quan……………………………………………… 1.1 Giới thiệu chung polyolefin………………………………… 1.2 Ưu ñiểm màng phủ nhà lưới chất dẻo………………… 1.3 Các vật liệu sử dụng ñể chế tạo màng…………………………… 1.3.1 Polyetylen telephtalat (PET)…………………………………… 1.3.2 Polypropylen (PP)…………………………………………… 1.3.3 Polyvinyl clorua (PVC)……………………………………… 1.3.4 Copolyme etylen vinyl axetat (EVA) 1.3.5 Polyetylen (PE)………………………………………………… 10 1.3.5.1 Phân loại PE………………………………………………… 11 1.3.5.2 Tính chất PE…………………………………………… 12 1.3.5.3 Ứng dụng PE…………………………………………… 13 1.4 Các khả phân hủy polyolefin q trình gia cơng sử dụng…………………………………………………………… 13 1.4.1 Phân hủy nhiệt………………………………………………… 14 1.4.1.1 Các phản ứng phân hủy……………………………………… 14 1.4.1.2 Các phản ứng oxi hóa nhiệt………………………………… 15 1.4.1.3 Cơ chế oxi hóa nhiệt 16 1.4.2 Phân hủy quang……………………………………………… 20 1.4.2.1 Quá trình hấp thụ ánh sáng………………………………… 20 1.4.2.2 Cơ chế phân hủy quang …………………………………… 22 1.4.3 Phân hủy học……………………………………………… 29 1.4.4 Phân hủy hóa học……………………………………………… 29 143 1.5 Các phụ gia công nghệ chế tạo màng……………………… 30 1.5.1 Phụ gia chống oxi hóa… …………………………………… 31 1.5.2 Phụ gia ổn ñịnh quang………………………………………… 31 1.5.2.1 Chất hấp thụ xạ tử ngoại (UVA)……………………… 31 1.5.2.2 Chất dập gốc tự trạng thái kích thích (Quencher)…… 33 1.5.2.3 Chất ổn định quang cấu trúc amin cồng kềnh (HALS)……… 34 1.5.3 Phụ gia chống ñọng sương…………………………………… 39 1.5.4 Các phụ gia khác……………………………………………… 41 1.5.5 Tác dụng hiệp lực tác dụng ñối kháng – yếu tố chi phối việc lựa chọn chất ổn ñịnh…………………………………………… 42 1.6 Công nghệ chế tạo ứng dụng màng phủ nhà lưới………… 45 1.6.1 Công nghệ chế tạo màng phủ nhà lưới………………………… 45 1.6.1.1 Phương pháp cán…………………………………………… 45 1.6.1.2 Phương pháp ñùn ñúc……………………………………… 45 1.6.1.3 Phương pháp ñùn thổi……………………………………… 46 1.6.1.4 Chế tạo hạt nhựa chứa phụ gia……………………………… 46 1.6.1.5 Thiết bị thổi màng…………………………………………… 46 1.6.2 Ứng dụng màng phủ nhà lưới nông nghiệp………… 48 Chương Thực nghiệm…………………………………………… 53 2.1 Nguyên liệu hóa chất………………………………………… 53 2.2 Thiết bị nghiên cứu……………………………………………… 55 2.3 Phương pháp tiến hành………………………………………… 56 2.3.1 Tạo chất chủ (masterbatch)…………………………………… 56 2.3.2 Quá trình thổi màng…………………………………………… 56 2.3.3 Thử nghiệm gia tốc thời tiết…………………………………… 57 2.3.4 Thử nghiệm phơi mẫu tự nhiên……………………………… 57 2.3.5 Xác đinh tính chất lí………………………………………… 57 144 2.3.6 ðo phổ hồng ngoại…………………………………………… 57 2.3.7 Xác ñịnh số cacbonyl……………………………………… 58 2.3.8 ðo phổ tử ngoại……………………………………………… 58 2.3.9 Phân tích nhiệt (DSC)………………………………………… 58 2.3.10 Xác ñịnh hình thái học bề mặt……………………………… 58 2.3.11 ðánh giá hiệu chống đọng sương……………………… 58 2.3.12 Mơ hình khảo nghiệm………………………………………… 59 2.4 Các nội dung nghiên cứu khảo sát…………………………… 65 2.4.1 Nghiên cứu chế tạo phụ gia cho trình chế tạo màng hấp thụ UV, bền thời tiết……………………………………………………… 65 2.4.1.1 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia ổn ñịnh quang………………… 65 2.4.1.2 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống oxi hóa………………… 66 2.4.1.3 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống ñọng sương…………… 66 2.4.2 Chế tạo nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết……………………………………………………… 66 2.4.2.1 Nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới lớp ñiều kiện gia tốc thời tiết………………………………………………… 2.4.2.2 Nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới lớp ñiều kiện phơi mẫu tự nhiên……………………………………………… 66 67 2.4.3 Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho số ñối tượng trồng……… …………………… 68 Chương Kết thảo luận…………………………………… 69 3.1 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia cho trình chế tạo màng hấp thụ UV, bền thời tiết……………………………………………………… 69 3.1.1 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia ổn ñịnh quang………………… 69 3.1.1.1 Ảnh hưởng loại phụ gia ổn ñịnh quang………………… 69 3.1.1.2 Ảnh hưởng chiều dày màng…………………………… 71 145 3.1.1.3 Chỉ số cacbonyl……………………………………………… 78 3.1.1.4 Nhiệt vi sai quét (DSC) 79 3.1.1.5 Phổ tử ngoại khả kiến 80 3.1.1.6 Hình thái học bề mặt 82 3.1.2 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống oxi hóa 83 3.1.2.1 ðộ dãn dài ñứt ñộ bền kéo ñứt 84 3.1.2.2 Chỉ số cacbonyl 86 3.1.2.3 Phổ hồng ngoại 87 3.1.3 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia chống ñọng sương 88 3.2 Chế tạo nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết 91 3.2.1 Nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới ñiều kiện gia tốc thời tiết 94 3.2.1.1 Tính chất lí 94 3.2.1.2 Chỉ số cacbonyl 96 3.2.1.3 Phổ hồng ngoại 97 3.2.1.4 Hình thái học bề mặt 98 3.2.2 Nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới ñiều kiện phơi mẫu tự nhiên 99 3.2.2.1 Tính chất lí 99 3.2.2.2 Chỉ số cacbonyl 100 3.2.2.3 Phổ hồng ngoại 101 3.2.2.4 Phổ UV- vis 102 3.2.2.5 Hình thái học bề mặt 103 3.2.2.6 Hiệu chống ñọng sương 103 3.2.2.7 ðánh giá tuổi thọ màng lớp 105 146 3.3 Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho số ñối tượng trồng 106 3.3.1 Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho thân thấp 106 3.3.1.1 ðặc ñiểm sinh trưởng phát triển cải mơ 106 3.3.1.2 ðặc ñiểm sinh trưởng phát triển xà lách 109 3.3.2 Nghiên cứu thử nghiệm màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết cho thân leo 114 3.3.2.1 ðặc ñiểm sinh trưởng phát triển bí đao 114 3.3.2.2 ðặc điểm sinh trưởng phát triển dưa chuột 116 Kết luận chung 123 Danh mục công trình khoa học liên quan đến luận án công bố 125 Tài liệu tham khảo 126 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Bảng 1.1 Trang Diện tích nhà lưới che phủ chất dẻo tiêu thụ màng chất dẻo hàng năm…………………… Bảng 1.2 Phân loại loại nhựa PE………………………… 11 Bảng 2.1 Công thức hóa học phụ gia………………… 53 Bảng 2.2 Thành phần chất masterbatch …………… 56 Bảng 2.3 Thang tiêu chuẩn ñánh giá hiệu chống ñọng Bảng 2.4 sương………………………………….…………… 59 Công thức màng lớp……………………… 67 147 Bảng 3.1 ðộ bền kéo ñứt (N/cm2) mẫu màng LDPE trình thử nghiệm gia tốc thời tiết………… Bảng 3.2 ðộ bền kéo ñứt (N/cm2) màng LDPE có chiều dày khác q trình gia tốc thời tiết……… Bảng 3.3 69 72 ðộ bền kéo đứt (N/cm2) màng LDPE chứa T326 có chiều dày khác trình gia tốc thời tiết……………………………………… Bảng 3.4 72 ðộ bền kéo ñứt (N/cm2) màng LDPE chứa T622 có chiều dày khác trình gia tốc thời tiết……………………………………… Bảng 3.5 72 ðộ bền kéo ñứt (N/cm2) màng LDPE chứa T783 có chiều dày khác trình gia tốc thời tiết……………………………………… Bảng 3.6 Ảnh hưởng chiều dày ñến ñộ truyền qua màng………………………………………………… Bảng 3.7 72 78 Nhiệt độ nóng chảy mẫu màng LDPE trước sau thử nghiệm gia tốc thời 79 tiết…………………………………………………… Bảng 3.8 ðộ bền kéo đứt (N/cm2) màng LDPE có khơng có phụ gia chống oxy hóa q trình gia tốc thời tiết………………………………………… Bảng 3.9 84 Chỉ số cacbonyl mẫu màng có khơng có phụ gia chống oxy hố trình gia tốc thời tiết………………………………………………… 86 Bảng 3.10 Tính chất học màng LDPE có khơng có EVA………………………………………………… Bảng 3.11 ðộ bền kéo đứt (N/cm2) màng LDPE ñơn lớp 148 93 lớp trình gia tốc thời tiết……………… 94 Bảng 3.12 ðộ bền kéo ñứt (N/cm2) màng LDPE ñơn lớp lớp trình phơi mẫu tự nhiên………………………………………………… 99 Bảng 3.13 Chiều dài trung bình……………………………… 106 Bảng 3.14 Khối lượng rễ khơ trung bình, g/m2………………… 107 Bảng 3.15 Năng suất yếu tố cầu thành suẩt rau cải mơ vụ 1……………………………………………… 108 Bảng 3.16 Năng suất yếu tố cầu thành suẩt rau cải mơ vụ 2…………………………………………… 108 Bảng 3.17 Năng suất yếu tố cầu thành suẩt rau cải mơ vụ 3……………………………………………… 108 Bảng 3.18 Năng suất yếu tố cầu thành suẩt rau cải mơ vụ 4……………………………………………… 109 Bảng 3.19 Một số tiêu sinh trưởng phát triển xà lách sau 10 ngày trồng…………………………………… 109 Bảng 3.20 Một số tiêu sinh trưởng phát triển xà lách sau 20 ngày trồng…………………………………… 110 Bảng 3.21 Một số tiêu sinh trưởng phát triển xà lách sau 30 ngày trồng…………………………………… 110 Bảng 3.22 Một số tiêu sinh trưởng phát triển xà lách sau 40 ngày trồng…………………………………… 111 Bảng 3.23 Năng suất yếu tố cầu thành suẩt xà lách………………………………………………… 111 Bảng 3.24 ðánh giá hiệu kinh tế mơ hình trồng rau cải mơ nhà lưới (tính cho vụ)………………… 149 112 Bảng 3.25 Hiệu kinh tế mơ hình trồng xà lách (tính cho vụ)………………………………………………… 113 Bảng 3.26 Các tiêu sinh trưởng phát triển bí đao sau 30 ngày……………………………………………… 114 Bảng 3.27 Các tiêu sinh trưởng phát triển bí đao sau 40 ngày……………………………………………… 114 Bảng 3.28 Các tiêu sinh trưởng phát triển bí đao sau 60 ngày……………………………………………… 115 Bảng 3.29 Các tiêu sinh trưởng phát triển bí đao sau 80 ngày……………………………………………… 115 Bảng 3.30 Năng suất yếu tố cầu thành suẩt bí đao……… ………………………………………… 116 Bảng 3.31 Các tiêu sinh trưởng phát triển dưa chuột sau 15 ngày………….……………………………… 117 Bảng 3.32 Các tiêu sinh trưởng phát triển dưa chuột sau 30 ngày………….……………………………… 117 Bảng 3.33 Các tiêu sinh trưởng phát triển dưa chuột sau 45 ngày………….……………………………… 118 Bảng 3.34 Các tiêu sinh trưởng phát triển dưa chuột sau 60 ngày………….……………………………… 119 Bảng 3.35 Năng suất yếu tố cầu thành suẩt dưa chuột ……………………………………………… 119 Bảng 3.36 ðánh giá hiệu kinh tế mơ hình trồng bí đao nhà lưới (tính cho vụ)……………… 120 Bảng 3.37 Hiệu kinh tế mơ hình trồng dưa chuột (tính cho vụ)…………………………………………… 150 121 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ Hình Trang Hình 1.1 Cơ chế hoạt động phụ gia chống oxi hóa………… 31 Hình 1.2 Sơ ñồ chế ổn ñịnh quang HALS……………… 35 Hình 1.3 Hình dạng giọt nước với góc tiếp xúc khác cho thấy ảnh hưởng nước ngưng tụ ñến truyền sáng qua màng………………………………… 40 Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị đùn thổi màng lớp………… 47 Hình 2.1 Thiết kế dựng khung phủ màng nhà lưới…………… 60 Hình 3.1 Sự suy giảm ñộ dãn dài ñứt màng trình gia tốc thời tiết (chiều dày màng 50 µm)………… Hình 3.2 70 Sư suy giảm độ bền kéo ñứt mẫu màng LDPE trình gia tốc thời tiết (chiều dày màng 50 µm)…………………………………………………… Hình 3.3 ðộ dãn dài đứt màng LDPE có chiều dày khác trình gia tốc thời tiết………………… Hình 3.4 74 ðộ bền kéo đứt màng LDPE chứa Tinuvin 326 có chiều dày khác trình gia tốc thời tiết… Hình 3.7 73 ðộ dãn dài ñứt màng LDPE chứa Tinuvin 326 có chiều dày khác q trình gia tốc thời tiết Hình 3.6 73 ðộ bền kéo đứt màng LDPE có chiều dày khác q trình gia tốc thời tiết………………… Hình 3.5 70 74 ðộ dãn dài ñứt màng LDPE chứa Tinuvin 622 có chiều dày khác q trình gia tốc thời tiết 151 75 Hình 3.8 ðộ bền kéo đứt màng LDPE chứa Tinuvin 622 có chiều dày khác trình gia tốc thời tiết… Hình 3.9 76 ðộ dãn dài ñứt màng LDPE chứa Tinuvin 783 có chiều dày khác q trình gia tốc thời tiết 76 Hình 3.10 ðộ bền kéo ñứt màng LDPE chứa Tinuvin 783 có chiều dày khác trình gia tốc thời tiết… 77 Hình 3.11 Chỉ số cacbonyl mẫu màng trình gia tốc thời tiết (chiều dày màng 50 µm)………………… 78 Hình 3.12 Phổ UV- vis màng LDPE trước (1) sau 12 chu kỳ gia tốc thời tiết (2)………………………………… 80 Hình 3.13 Phổ UV- vis màng LDPE chứa 0,2 % Tinuvin 326 trước (1) sau 60 chu kỳ gia tốc thời tiết (2)………… 80 Hình 3.14 Phổ UV- vis màng LDPE chứa 0,2% Tinuvin 622 trước (1) sau 80 chu kỳ gia tốc thời tiết (2)………… 81 Hình 3.15 Phổ UV- vis màng LDPE chứa 0,2%Tinuvin 783 trước (1) sau 80 chu kỳ gia tốc thời tiết (2)………… 81 Hình 3.16 Ảnh SEM mẫu màng trước sau thử nghiệm gia tốc thời tiết………………………………… 83 Hình 3.17 ðộ dãn dài đứt mẫu màng LDPE có khơng có phụ gia chống oxi hóa q trình gia tốc thời tiết 84 Hình 3.18 ðộ bền kéo đứt mẫu màng LDPE có khơng có phụ gia chống oxi hóa q trình gia tốc thời tiết 85 Hình 3.19 Chỉ số cacbonyl mẫu màng LDPE có khơng có phụ gia chống oxi hóa q trình gia tốc thời tiết……………………………………………………… 152 87 Hình 3.20 Phổ hồng ngoại màng LDPE sau 12 chu kỳ gia tốc thời tiết………………………………………………… 87 Hình 3.21 Phổ hồng ngoại màng LDPE chứa Tinuvin 783 hỗn hợp phụ gia chống oxi hóa sau 60 chu kỳ gia tốc thời tiết………………………………………………… 88 Hình 3.22 Hiệu chống ñọng sương phụ gia………… 89 Hình 3.23 ðộ bền kéo đứt cịn lại màng trình gia tốc thời tiết………………………………………………… 95 Hình 3.24 ðộ dãn dài đứt cịn lại màng trình gia tốc thời tiết…………………………………………… 95 Hình 3.25 Chỉ số cacbonyl màng trình gia tốc thời tiết……………………………………………………… 96 Hình 3.26 Phổ hồng ngoại màng LDPE lớp ban đầu……………………………………………………… 97 Hình 3.27 Phổ hồng ngoại màng LDPE lớp sau 100 chu kỳ gia tốc thời tiết………………………………………… 97 Hình 3.28 Ảnh SEM màng LDPE ñơn lớp lớp sau thử nghiệm gia tốc thời tiết………………………………… 98 Hình 3.29 ðộ bền kéo ñứt màng LDPE ñơn lớp lớp trình phơi mẫu tự nhiên…………………………… 99 Hình 3.30 ðộ dãn dài ñứt màng LDPE ñơn lớp lớp trình phơi mẫu tự nhiên …………………… 99 Hình 3.31 Chỉ số cacbonyl màng LDPE đơn lớp lớp trình phơi mẫu tự nhiên…… ……………… 100 Hình 3.32 Phổ hồng ngoại màng LDPE ñơn lớp sau tháng phơi mẫu tự nhiên……………………………………… 153 101 Hình 3.33 Phổ hồng ngoại màng LDPE lớp trước phơi mẫu tự nhiên…………………………………………… 101 Hình 3.34 Phổ hồng ngoại màng LDPE lớp sau tháng phơi mẫu tự nhiên…………………………………………… 102 Hình 3.35 Phổ UV- vis màng LDPE lớp trước (1) sau tháng phơi mẫu tự nhiên (2)…………………………… 102 Hình 3.36 Ảnh SEM mẫu màng LDPE ñơn lớp lớp sau phơi mẫu tự nhiên……………………………… 103 Hình 3.37 Hiệu chống đọng sương màng lớp trước sau tháng phơi mẫu tự nhiên………………………… 154 104 ... loại màng thuận lợi việc triển khai ứng dụng thực tế Chính vậy, ñề tài luận án ? ?Chế tạo nghiên cứu tính chất tổ hợp vật liệu cao phân tử ứng dụng làm màng phủ nhà lưới? ?? nhằm mục đích nghiên cứu. .. 1.6 Cơng nghệ chế tạo ứng dụng màng phủ nhà lưới 1.6.1 Công nghệ chế tạo màng phủ nhà lưới Trong công nghiệp, màng polyme tiên tiến dùng che phủ nhà lưới ñược chế tạo phương pháp cán, ñùn thổi... chọn nghiên cứu ảnh hưởng số loại phụ gia tới trình phân hủy quang màng LDPE Chế tạo nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới hấp thụ UV, bền thời tiết - Nghiên cứu tính chất màng phủ nhà lưới lớp