4. Đóng góp của tác giả
3.3.2. Khả năng nghiền xé da bằng máy nghiền búa
Cả hai loại da phê liệu là da cật và da váng đã được nghiền bằng máy nghiền búa tại trung tâm nghiên cứu chế biến gỗ, Đại học Lâm Nghiệp Hà Nội. Để tránh hiện tượng tắc và kẹt cánh búa thì các da phế liệu được sơ loại và cắt sơ bộ để đồng đều hóa kích thước về 3 đến 5 cm trước khi cho vào máy nghiền.
Khả năng nghiền xé da cật bằng máy nghiền búa
Mẫu sau nghiền xé da cật bằng máy nghiền búa được thể hiện trên hình 3.42.
Hình 3.42. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý
Quan sát hình ảnh 3.42 nhân thấy, mẫu thu được sau khi nghiền có dạng xơ rõ nét. Mẫu thu được dạng xơ sau khoảng thời gian lưu trong máy nghiền là 1 phút. Kích thước chiều dài xơ từ 0,2mm đến 10mm và đường kính xơ từ 0,02 đến 0,07 mm. Mẫu sau nghiền xé thu được da mịn, đan xen cơ học vào nhau.
Khả năng nghiền xé da váng bằng máy nghiền búa
Tương tự như da cật, da vángphế liệu sau khi được đồng đều hóa kích thước đem nghiền bằng máy nghiền búa. Hình ảnh mẫu sau nghiền được thể hiện trên hình 3.43.
Hình 3.43. Hình ảnh mẫu da váng thu được sau khi nghiền bằng máy nghiền búa a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình ảnh 3.43 cho thấy mẫu da váng sau khi nghiền bằng máy nghiền búa có dạng xơ rất mềm, mịn và đồng đều. Đường kính các xơ thu được tập trung trong khoảng 0,02 đên 0,05mm, chiều dài xơ từ 0,2 đến 10mm. Chiều dài của xơ thu được ngắn hơn một chút so với các xơ thu được sau khi nghiền da cật.
Mặt khác trong quá trình thực nghiệm nhận thấy, tốc độ nghiền đối với da váng nhanh hơn so với da cật. Thời gian tách xơ của mẫu diễn ra chỉ sau khoảng thời gian lưu là 30 giây.
Để xem xét ảnh hưởng của hàm quá trình sấy tới khả năng nghiền bằng máy nghiền búa, đề tài đã tiến hành các thực nghiệm nghiền với các da không sấy sơ bộ và có sấy sơ bộ ở nhiệt độ 100oC sau 6h. Tuy nhiên kết quả thu được cho thấy mẫu
xơ sau nghiền không có sự khác biệt nhiêu. Điều này cho thấy với phương pháp nghiền búa không cần phải sấy da trước khi nghiền.
Từ các kết quả thu được sau quá trình thực nghiệm nghiền xé da bằng máy nghiền búa có thể nhận thấy:
- Tốc độ nghiền diễn ra rất nhanh.
- Xơ da thu được mảnh và mịn, đồng nhất về kích thước, tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính lớn.
Các kết quả này cho thấy phương pháp nghiền búa rất phù hợp để chuyển hóa các mảnh da phế liệu về dạng xơ. Điều này có thể được giải thích trên nguyên lý hoạt động của máy nghiền búa.
Trong quá trình nghiền, các cánh búa được quay với các hành trình khác nhau, vị trí các cánh búa cũng như giữa cánh búa và thành của buồng nghiền diễn ra liên tục. Điều này làm thay đổi vị trí tương đối của các mảnh da so với các cơ cấu của máy. Do vậy, trong quá trình nghiền, tùy theo vị trí trong buông nghiền mà da sẽ đồng thời chịu tác động của nhiều lực cơ học như lực xé, lực cắt, lực kéo giãn, lực bẻ uốn khác nhau. Chính sự tổng hợp của các lực cơ học này làm cho da có thể dễ dàng phần tách các xơ mảnh và mịn.
Theo nguyên lý của máy nghiền búa thì kích thước sau nghiền phụ thuộc nhiều vào đường kính mắt lưới của sàng chắn. Chính vì vậy, về mặt lý thuyết có thể điều chỉnh được kích thước đường kính xơ sau nghiền bằng cách thay đổi kích thước của sàng. Tuy nhiên do điều kiện thí nghiệm nên trong phạm vi đề tài này chưa tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước sàng chắn tới tốc độ nghiền và kích thước mẫu thu được sau nghiền. Đây sẽ là hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài.
KẾT LUẬN CHUNG
Sau quá trình thực hiện các nghiên cứu tổng quan về mặt lý thuyết và các thực nghiệm đã tiến hành, đề tài đã rút ra một số kết luận chung như sau:
Các kết luận về tổng quan lý thuyết:
- Ngành da giầy Việt Nam là một ngành công nghiệp quan trọng, đóng góp nhiều vào giá trị xuất khẩu, nhưng cũng là một ngành tạo ra nhiều phế liệu, đặc biệt là phế liệu dạng rắn.
- Lượng da thuộc phế liệu hình thành bởi ngành da giầy Việt Nam có khối lượng lớn và còn có xu hướng tăng lên trong thời gian tới cùng với sự phát triển của ngành. Da thuộc dùng trong sản xuất giầy cũng như da phế liệu được phân chia thành hai loại cơ bản là da cật và da váng với các mục đích sử dụng khác nhau.
- Phế liệu da thuộc hiện nay tại Việt Nam hầu như chưa được tận dụng và tái sử dụng mà chủ yếu đem chôn lấp hoặc đốt bỏ gây lãng phí nguyên liệu, chi phí xử lý và gây ô nhiễm.
- Việc tái sử dụng da thuộc làm nguyên liệu để sản xuất các vật liệu mới đang là xu hướng chung để xử lý phế liệu rắn ngành da giầy trên thế giới.
- Một trong những giải pháp tái chế đang được tập trung nghiên cứu tại nhiều nước là sử dụng phế liệu da thuộc làm thành phần phân tán dùng chế tạo các loại vật liệu polime composite dùng cho các mục đích khác nhau. Trong hầu hết các nghiên cứu thì phế liệu đều được nghiền trước khi phối trộn vào nền pha liên tục của vật liệu composite.
- Có nhiều phương pháp và thiết bị nghiền xé vật liệu nói chung. Sự phù hợp của các phương pháp và thiết bị nghiền xé phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu. Các kết luận về nghiên cứu thực nghiệm:
Với định hướng cuối cùng là có thể tái sử dụng da thuộc phế liệu của sản xuất giầy tại Việt Nam trong việc chế tạo các vật liệu mới dạng polime composite, đề tài đã tiến hành các thực nghiệm nhằm đánh giá khả năng nghiền xé các phế liệu
da thuộc này thành các dạng có kích thước nhỏ bằng các phương pháp khác nhau. Từ các kết quả thực nghiệm có thể rút ra được một số kết luận như sau:
- Có khả năng nghiền xé cả hai loại da thuộc phế liệu cơ bản của sản xuất giầy là da cật và da váng thành các dạng vật chất có kích thước nhỏ dạng xơ và bột bằng cả hai phương pháp: nghiền xé ướt (có tiền xử lý bằng hóa chất) và nghiền xé khô (không sử dụng hóa chất).
- Đối với các phương pháp ướt thì khả năng nghiền da cật khó hơn so với nghiền da váng; trạng thái xơ da sau nghiền phụ thuộc rất lớn vào điều kiện xử lý hóa chất trước nghiền.
- Phương pháp nghiền xé ướt có tiền xử lý bằng axit H2SO4 có thể tạo thành xơ với cả da cật và da váng. Khi sử dụng phương pháp này để nghiền da váng cho xơ có chiều dài lớn, đường kính nhỏ. Các xơ thu được từ phương pháp nghiền này có thể có đường kính nhỏ hơn 100µm và chiều dài tới vài cm. Tuy nhiên khi xử lý axít ở nồng độ cao dễ làm cứng xơ.
- Phương pháp nghiền xé ướt có tiền xử lý bằng NaOH chỉ phù hợp khi sử dụng ở nồng độ thấp và thời gian xử lý ngắn và chỉ nên áp dụng cho da váng. Khi đó xơ da thu được có chiều dài, tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính lớn. Xử lý kiềm không phù hợp với da cật.
- Với phương pháp nghiền khô bằng máy nghiền búa thì nhìn chung tốc độ nghiền nhanh tuy nhiên tốc độ nghiền da cật chậm hơn so với nghiền da váng. Kết quả nghiền thu được các xơ mảnh và mịn, đường kính xơ nhỏ (cỡ nhỏ hơn 0.1mm) và đồng đều. Chiều dài xơ ngắn hơn một so với phương pháp nghiền ướt da váng có tiền xử lý bằng axit. Xơ thu được sau quá trình nghiền da cật và da váng bằng máy nghiền búa không có sự khác biệt đáng kể về hình dạng và kích thước. Phương pháp này rất phù hợp để chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình sản xuất các vật liệu composite cốt xơ da.
Các kết quả thu được của đề tài này sẽ là cơ sở quan trọng để lựa chọn phương pháp nghiền phù hợp nhằm chuẩn bị nguyên liệu cho việc chế tạo vật liệu tổ hợp có thành phần phân tán là xơ da. Do các vật liệu tổ hợp loại này rất đa dang, với nhiều ứng dụng khác nhau nên sẽ có yêu cầu khác nhau về nguyên liệu đầu vào. Kết quả nghiên cứu này sẽ giúp định hướng trong việc lựa chọn phương pháp nghiền xé da phế liệu phù hợp với từng loại ứng dụng cụ thể của quá trình chế tạo vật liệu tổ hợp composite có pha phân tán là xơ collagen..
Hƣớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài:
Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ nghiền xé khô (tốc độ trục, thời gian lưu, kích thước sàng chắn) tới kích thước và hình dạng của xơ da nghiền bằng máy nghiền búa và máy nghiền trục băm.
Nghiên cứu ảnh hưởng của bản chất hóa chất tiền xử lý (các loại axit và kiềm khác nhau) tới khả năng nghiền xé da phế liệu theo phương pháp nghiền ướt.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Chiến lược xuất khẩu ngành da giầy Việt Nam 2010 – 2015 – Hiệp hội Da - Giầy Việt Nam.
2. Quy hoạch tổng thể phát triển ngành Da - Giầy Việt nam tới năm 2020 tầm nhìn 2025 (Do Viện nghiên cứu Da - Giầy soạn thảo).
3. M. Kate, R. Thomson, Conservation of Leather and Related Materials;,
Elservier, Oxford, 2006.
4. Tony Covington, Tanning Chemistry: The Science of Leather, RSC Publishing, 2009.
5. Viện nghiên cứu Da – Giầy, Sổ tay kỹ thuật thuộc da, Hà Nội – 2001. 6. Cẩm nang kỹ thuật Da Giầy , Tổng công ty Da – Giầy Việt Nam – 1997.
7. A. Luximon, Handbook of Footwear Design and Manufacturing, Woodhead
Publishing, Cambridge, 2013.
8. A. Wilhelm. Tips For Shoe Production, Volume 1: Design. Huthig GmbH,
Heidelberg. 1991.
9. A. Wilhelm. Tips For Shoe Production, Volume 2: Making. Huthig GmbH,
Heidelberg. 1991.
10. F. Tatàno, N. Acerbi, C. Monterubbiano, S. Pretelli, L. Tombari, F. Mangani,
Shoe manufacturing wastes: Characterisation of properties and recovery options, Resources, Conservation and Recycling, Vol. 66, 66–75, Elservier, 2012.
11. Hiệp hội Da - Giầy Việt Nam. Hiện trạng phát triển của ngành da giầy Việt Nam và các vấn đề môi trường phát sinh. Báo cáo Hội thảo: Ứng dụng sản xuất
sạch trong ngành Da - Giầy Việt Nam, 2010.
12. M. J. Fereirra, M. F. Almeida and F. Fereitas, New Leather anf Rubber Wasteu
used in Footwear, Plastic Research Online, 2009.
13. J. Kanagaraj, K. C. Velappan, N. K. Chandra Babu and S. Sadulla, Solid wastes
14. K. C. Olszewska, A. Przepiorkowska, A Mixture of Buffing Dust and Chrome
Shavings as a Filler for Nitrile Rubbers, Journal of Applied Polymer Science,
122, 2011.
15. T. J. Madera-Santana, F. V. Moreno, Graft polymerization of methyl methacrylate onto short leather fibers, Polymer Bulletin 42, 1999.
16. S. Nahar, M. A. Khan, R. A. Khan, E. C. B. Abdullah, M. J. H. Khan, R. Islam, F. Karim, M. Rahman, A. Rahman, A. A. Mahmood, A. K. Deb, and U. H. B. Nahar, An Approach to Utilize Crust Leather Scrapes, Dumped into the Land, for the Production of Environmental Friendly Leather Composite, Engineering
Journal, 17 (3), 2013.
17. B. Ramaraj, Mechanical and Thermal Properties of ABS and Leather Waste Composites, Journal of Applied Polymer Science, 101, 2006.
18. Ueda et. al., Regenerated Collagen Fiber with Excellent Heat Resistance US
6,713,537 B1, United States Patent, 2004.
19. J. D. Ambrosio, A. A. Lucas, H. Otaguro, L. C. Costa, Preparation and Characterization of Poly (Vinyl Butyral)-Leather Fiber Composites, Polymer
Composite, 32, 2011.
20. S. Han, Zhejiang, Production of Regenerated Leather by Dry Method, US
2004/0149369 A1, United States Patent, 2004.
21. Yoneda, Artificial Leather Shoe and Artificial Leather Suited Thereof,
US6739076B2, United States Patent, 2004.
22. K. Ravichandran and N. Natchimuthu, Vulcanization characteristics and mechanical properties of natural rubber–scrap rubber compositions filled with leather particles, Polymer International, 54, 553–559, 2005.
23. I. Shabani, A. J. Arani, H. R. Dakhel, Gh. Iranmehr, Using of Leather Fibers as
an Additive in Elastomeric Compounds: Its Effect on Curing Behavior and Physico-Mechanical Properties, Journal of Applied Polymer Science, 111,
2009.
24. http://www.nike.com/us/en_us/c/better-world/reuse-a-shoe Official Reuse-a-Shoe Program Site
25. GS. TSKH Nguyễn Bin, Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm tập 2, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2008..
26. W. Brian Rowe, Principle of Modern Grinding Technology, William Andrew, Elservier, 2009.
27. S. Suryanarayana, Mechanical Alloying and Milling, Mercel Dekker, New