Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite từ trấu và nhựa polypropylene

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM THỊ PHƯƠNG DUNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TỪ TRẤU VÀ NHỰA POLYPROPYLENE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng - Năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM THỊ PHƯƠNG DUNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TỪ TRẤU VÀ NHỰA POLYPROPYLENE Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số : 60 44 27 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS ĐOÀN THỊ THU LOAN Đà Nẵng - Năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Người cam đoan Phạm Thị Phương Dung MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TAT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH .vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ COMPOSITE 1.1.1 Đặc điểm, tính chất vật liệu composite 1.1.2 Thành phần vật liệu Composite 1.1.2.1 Vật liệu 1.1.2.2 Vật liệu gia cường 1.1.3 Phân loại vật liệu composite 1.1.3.1 Phân loại theo hình dạng vật liệu gia cường 1.1.3.2 Phân loại theo chất vật liệu 11 1.2 COMPOSITE SỢI TỰ NHIÊN 11 1.2.1 Sơ ̣i tự nhiên 11 1.2.1.1 Cấu trúc vi mô sợi tự nhiên 12 1.2.1.2 Thành phần hóa học, khả kết tinh tính chất sợi tự nhiên 13 1.2.1.3 Hình dạng kích thước sợi tự nhiên 17 1.2.1.4 Biến đổi hóa học đặc điểm sợi tự nhiên 19 1.2.2 Đặc điểm, tính chất composite sơ ̣i tự nhiên 19 1.2.2.1 Độ ổn định nhiệt 21 1.2.2.2 Khả hút ẩm 21 1.2.2.3 Sự phân hủy vi khuẩn ánh sáng 22 1.2.3 Biến tính bề mặt sợi, nhựa 22 1.2.3.1 Biến tính bề mặt sợi 23 1.2.3.2 Biến tính nhựa 24 1.2.4 Các phương pháp gia công 27 1.2.4.1 Gia công áp suất thường 27 1.2.4.2 Gia công áp suất 28 1.2.5 Ứng dụng composite sợi tự nhiên 29 1.3 COMPOSITE POLYPROYLENE/TRẤU 35 1.3.1 Nhựa polypropylene 35 1.3.1.1 Cấu trúc phân tử 35 1.3.1.2 Tính chất chung polypropylene 36 1.3.1.3 Phân loại 38 1.3.1.4 Ưu nhược điểm nhựa PP 39 1.3.1.5 Ứng dụng 40 1.3.2 Trấu 43 1.3.2.1 Cấu tạo 44 1.3.2.2 Các đặc tính đặc trưng trấu 45 1.3.2.3 Ứng dụng 46 2.3.3 Chất tương hợp MAPP 49 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 51 2.1 NGUYÊN LIỆU 51 2.1.1 Nhựa Polypropylene (PP) 51 2.1.2 Trấu 51 2.1.3 Các hóa chất khác 52 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 52 2.3 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU 52 2.3.1 Gia công tạo mẫu 52 2.3.1.1 Quá trình ép đùn tạo compound 54 2.3.1.2 Tạo mẫu phương pháp đúc tiêm 54 2.3.2 Các phép đo 55 2.3.2.1 Đo độ bền kéo 55 2.3.2.2 Đo độ bền uốn 56 2.3.2.3 Đo độ bền va đập 57 2.3.2.3 Đo độ bền môi trường 58 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58 3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ÉP ĐÙN 58 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐÚC TIÊM 59 3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG TRẤU 62 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC HẠT 64 3.5 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CHẤT TƯƠNG HỢP 66 3.6 ĐỘ BỀN MÔI TRƯỜNG 68 3.7 SO SÁNH VỚI CÁC LOẠI GỖ 71 3.8 TÍNH TỐN SƠ BỘ GIÁ THÀNH SẢN PHẨM 72 KẾT LUẬN 75 KẾT LUẬN 75 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT WPC Wood Plastic Composite (nhựa gỗ) MAPP Maleic Anhydric – graft – Polypropylene NFTC Natural Fiber Thermoplastic Composite (composite nhựa nhiêṭ dẻo gia cường sơ ̣i tự nhiên) PE Polyethylene PP Polypropylene PVC Polyvinylchlorua Bô ̣ NN & PTNT Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Tính chất vật lý học số sợi tự nhiên 18 1.2 Kić h thước và thành phầ n của mô ̣t số loa ̣i sơ ̣i tự nhiên 18 1.3 Composite polymer gia cường sơ ̣i năm 2010 30 1.4 Sản lươ ̣ng lúa Viê ̣t Nam 43 1.5 Thành phầ n hóa ho ̣c của trấ u 45 2.1 Các thông số của nhựa PP loại ADVANCED PP – 1100N 50 2.2 Các thông số chất tương hợp MAPP loại polybond 3200 51 2.3 Kích thước mẫu đo độ bền kéo 54 2.4 Thông số đo đô ̣ bề n kéo 55 2.5 Các thông số đo đô ̣ bề n uốn 55 2.6 Các thông số đo độ bền va đập 56 3.1 Điều kiện tối ưu gia công composite trấu/PP 59 3.2 Bảng so sánh độ bền uốn composite trấu/PP với số loại gỗ 3.3 Giá số loại gỗ tự nhiên 70 72 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang Sản lượng nhựa sản xuất giới Sản lượng nhựa sản xuất nước 3 Hướng phát triể n đề tài 74 1.1 Mô ̣t số loa ̣i composite cố t sơ ̣i 1.2 Sự định hướng sợi 1.3 Composite cố t ̣t 1.4 Sản lươ ̣ng lúa Viê ̣t Nam (đơn vi:̣ triệu.tấ n) 10 1.5 Phân loa ̣i sơ ̣i 12 1.6 Cấu trúc vi sợi sợi tự nhiên 13 1.7 Cấu tạo cellulose 14 1.8 Liên kế t hydro nô ̣i và ngoa ̣i phân tử của cellulose 14 1.9 Cấu tạo hemicellulose 15 1.10 Cấ u ta ̣o lignin 16 1.11 Tam giác hòa bình xanh 20 1.12 Nhựa dùng cho composite 25 1.13 Liên kế t hình thành giữa bề mă ̣t sơ ̣i và graft copolymer 25 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 a) PMPPIC tương hợp với PP cellulose; b) PMPPIC tương hợp với HDPE cellulose Tiêu thụ sợi tự nhiên châu Âu Xu hướng dự báo tốc độ phát triển composite sợi tự nhiên (tỉ đôla) Các loa ̣i nhựa nhiê ̣t dẻo đươ ̣c sử du ̣ng WPC Thi trươ ̣ ̀ ng NFTC WPC (trái) và composite từ các sơ ̣i tự nhiên khác (phải) (Morton, 2002) 30 31 31 33 33 1.19 1.20 Lĩnh vực ứng dụng phân bố thi ̣trường composite nhựa nhiệt dẻo gia cường sợi tự nhiên năm 2010 Mô ̣t số ứng du ̣ng của composite nhựa nhiê ̣t dẻo gia cường sơ ̣i tự nhiên (NFTC) 33 34 1.21 Ống nhựa PP 40 1.22 Màng nhựa PP 40 1.23 Tấm nhựa PP làm vách ngăn, cách âm, cách nhiệt… 41 1.24 Bọc dây cáp điện từ nhựa PP 41 1.25 Sân cỏ nhân tạo bao bì từ nhựa PP 42 1.26 Xuất gạo Việt Nam (đơn vị 1000 tấn) 43 1.27 Cấu tạo hạt lúa cấu trúc xốp trấu 44 1.28 Lò chuyên nấu nướng vỏ trấu 46 1.29 Củi trấu 47 1.30 Aerogel cách nhiệt từ SiO2 trấu 48 1.31 Trấu đốt, thải sông gây ô nhiễm môi trường 48 2.1 Đồ thi phân bố kích thước ̣t trấ u sau xay ̣ 50 2.2 Quy trình nghiên cứu 52 2.3 Thiế t bi ̣ép đùn Rheomex CEW100 QC, Haake, Đức 53 2.4 Hạt compound 53 2.5 Mẫu composite PP/trấu phương pháp đúc tiêm 53 2.6 Thiế t bi ̣đúc tiêm MiniJet II, Haake, Đức 53 2.7 Thiế t bi ̣đo đô ̣ bề n kéo và đô ̣ bề uố n AG-X plus, Shimadzu, Nhâ ̣t 54 2.8 Mẫu đo đô ̣ bề n kéo 54 2.9 Phương pháp đo uố n 55 2.10 Thiế t bi ̣đo đô ̣ bề n va đâ ̣p HIT 50P, Zwick/Roell, Đức 56 2.11 Thiết bị khắc notch 57 Từ hình 3.6 ÷ 3.9 ta thấy tăng hàm lượng trấu độ bền uốn,kéo va đập composite PP/trấu giảm, riêng modulus (hoặc môđun) uốn composite PP/trấu tăng (hình 3.8) Điề u này có thể giải thić h tăng hàm lươ ̣ng trấ u, bề mă ̣t tiế p xúc bền giữa trấ u phân cực và nhựa nề n phân cực tăng lên làm cho độ bền kéo, uốn va đập mẫu composite giảm Mă ̣t khác, trấ u làm tăng độ cứng của composite, đó modulus uố n của composite tăng theo hàm lươ ̣ng trấ u Khi tăng hàm lượng trấu làm hạ giá thành sản phẩm hàm lượng trấu cao làm giảm nhiều độ bền kéo, uốn, va đập đồng thời làm tăng khả hút nước composite PP/trấu chất ưa nước trấu Do xem hàm lượng trấu 50% khối lượng giá trị tối ưu 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC HẠT Trấu hàm lượng 50% khối lượng với kích thước hạt khác