4. Đóng góp của tác giả
3.2.2.2. Ảnh hưởng của xửlý bằng axit tới khả năng nghiền xé da váng
Các mẫu da váng được ngâm trong dung dịch axit sunfuric với các nồng độ và thời gian tương tự như da cật sau đó được tiến hành nghiền bằng máy xay sinh tố với tốc độ nghiền hoàn toàn không thay đổi so với da cật.
Quan sát nhận thấy, các mẫu da váng bị phá hủy (không còn hình dạng miếng) trong khoảng thời gian rất ngắn. Hầu hết kích thước các mảnh da đều giảm đi 50% sau khoảng thời gian nghiền là 1 phút và hoàn toàn không còn cấu tạo dạng miếng sau thời gian nghiền là 2 phút. Điều này được ghi nhận với tất cả các mẫu da váng được xử lý trong môi trường axit ở các điều kiện nồng độ và thời gian khác nhau. Kết quả này cho thấy, đối với da váng, do không có lớp cật cấu tạo chặt chẽ, vì vậy khả năng tương tác và làm trương nở da của hóa chất diễn ra nhanh hơn và hiệu quả của hóa chất tới quá trình làm mềm da diễn ra rõ rệt ở ngay cả nồng độ thấp với thời gian xử lý ngắn.
Hình ảnh về hỗn hợp xơ da thu được sau nghiền xé các mẫu da váng qua xử lý bằng axit sunfuric được thể hiện trong các hình từ 3.28 đến 3.36.
Hình 3.28. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý axit 1,5M trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.29. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý axit 1,5M trong 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.30. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý axit 1,5M trong 4 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm
1mm 1mm
Hình 3.31. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý axit 2M trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.32. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý axit 2M trong 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm
1mm 1mm
Hình 3.34. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý axit 2,5M trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.35. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý axit 2,5M trong 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.36. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý axit 2,5M trong 4 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm
1mm 1mm
Hình ảnh sau nghiền của các mẫu xử lý axit nồng độ 1,5M ở các thời gian khác nhau được thể hiện trên các hình từ 3.28 đến 3.30. Nhìn chung các mẫu sau nghiền cho thấy xơ được phân tách tốt, trạng thái xơ xốp và mịn, không có hiện tượng cứng như khi nghiền xé da cật.
Kích thước của các xơ sau nghiền xé đối với các mẫu xử lý axit nồng độ 1,5M với các thời gian khác nhau nhìn chung ổn định. Đường kính xơ thu được nằm trong khoảng 0,05mm đến 0,15mm; chiều dài xơ xấp xỉ khoảng 15mm. Khi tăng thời gian ngâm da trước khi nghiền thì đường kính các xơ thu được có nhìn chung không thay đổi nhưng chiều dài xơ tăng từ 10mm lên khoảng 17mm.
Hình ảnh sau nghiền của các mẫu xử lý axit nồng độ 2M ở các thời gian khác nhau được thể hiện trên các hình từ 3.31 đến 3.33. Các hình ảnh này cho thấy xơ thu được có chiều dài tăng lên so với các mẫu xử lý ở nồng độ 1,5M, đạt giá trị trung bình xấp xỉ 20mm.
Với mẫu xử lý axit nồng độ 2M với thời gian 2 giờ thì đường kính xơ không thay đổi đáng kể so với các mẫu xử lý ở nồng độ 1,5M. Tuy nhiên, khi tăng thời gian ngâm ở nồng độ này thì đường kính xơ thu được sau nghiền giảm đi đáng kể. Đặc biệt là ở thời gian ngâm 4 giờ, các xơ thu được sau nghiền hầu hết có đường kính nhỏ hơn 100 µm (dao động trong khoảng 0,03 đến 0,09mm).
Hình ảnh sau nghiền của các mẫu xử lý axit nồng độ 2,5M ở các thời gian khác nhau được thể hiện trên các hình từ 3.33 đến 3.36. Nhìn chung với các mẫu này thì đường kính xơ thu được nhỏ hơn so với các mẫu xử lý ở nồng độ axit 1,5M và 2M. Cụ thể là với thời gian ngâm 2 giờ các xơ thu được có đường kính dao động xung quanh giá trị 0,15mm, khi thời gian ngâm tăng lên 3 giờ thì hầu hết các xơ đã có đường kính nhỏ hơn 0,1mm. Khi thời gian ngâm tiếp tục tăng lên thì đường kính xơ giảm đi nhưng không đáng kể, chiều dài xơ tăng lên khoảng 25mm.
Từ các kết quả nghiên cứu nghiền xé da váng có qua xử lý axit có thể nhận thấy một số vấn đề như sau:
- Khi tăng nồng độ hoặc thời gian ngâm thì các xơ thu được sau nghiền có xu hướng giảm đường kính và tăng chiều dài.
- Với nồng độ axit là 2M thì sau khi ngâm với thời gian 3 giờ đã thu được các xơ có đường kính nhỏ hơn 0.1mm, với nồng độ axit là 2,5M thì chỉ sau 2 giờ ngâm đã thu được xơ sau nghiền có kích thước tương tự.
Kết quả này cho thấy, khi ngâm da váng trong axit, cấu trúc liên kết của các collagen bị yếu đi, giúp cho các xơ dễ dàng tách ra khỏi cấu trúc ban đầu, thời gian nghiền giảm xuống và do đó chúng không bị cắt ngắn bởi lực cắt trên máy xay. Vì vậy khi cần phải thu được các xơ có chiều dài lớn, đường kính nhỏ thì có thể dùng phương pháp này để nghiền xé.
3.3. Kết quả nghiên cứu nghiền xé da phế liệu bằng phƣơng pháp xử lý khô
3.3.1. Khả năng nghiền xé da bằng máy nghiền trục băm
Da cật phế liệu được đem nghiền khô bằng máy nghiền trục băm. Phương pháp này được thực hiện tại công ty da Đại Lợi trên thiết bị được phát triển và giữ bản quyền bởi công ty. Nhìn chung mẫu sau nghiền thu được có kích thước lớn và biến động. Kết quả thu được mẫu có dạng lát mỏng, bột, không có cấu trúc dạng xơ. Kích thước hạt thu được dao động trong khoảng 0,2mm đến 4mm.
Để đánh giá khả năng nghiền, mẫu sau nghiền được tiến hành phân loại bằng cách sử dụng các sàng Inox có kích thước khác nhau. Tỷ lệ phần khối lượng theo kích thước được tổng hợp trong bảng 3.5.
Bảng 3.4. Phân bố khối lượng theo kích thước cảu bào da và hạt da sau nghiền xé bằng phương pháp nghiền khô bằng máy nghiền trục băm.
Kích thƣớc xơ (mm) Khối lƣợng xơ theo kích
thƣớc (gam) Tỷ lệ %
Lớn hơn 2,5 mm 43,4 43,4%
2-2,5mm 11,7 11,7%
0,5-1 mm 18,2 18,2%
Nhỏ hơn 0,5 mm 14,3 14,3%
Cộng 100 100%
Hình ảnh và kích thước về hỗn hợp xơ da thu được sau nghiền xé các mẫu da bằng máy nghiền trục băm được thể hiện trong các hình từ 3.37 đến 3.41.
Hình 3.37. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý nghiền khô bằng máy nghiền trục băm kích thước > 2,5Mm
a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.38. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý nghiền khô bằng máy nghiền trục băm kích thước > 2 mm
a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm 1mm
Hình 3.39. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý nghiền khô bằng máy nghiền trục băm kích thước > 1mm
a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.40. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý nghiền khô bằng máy nghiền trục băm kích thước > 0,5mm
a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.41. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý nghiền khô bằng máy nghiền trục băm kích thước < 0,5mm
a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm
1mm 1mm
Kết quả nghiền xé bằng máy nghiền trục băm cho thấy, mẫu thu được sau nghiền không có cấu trúc dạng xơ mảnh, mà chủ yếu có cấu trúc mảnh bào dạng hình chữ nhật hoặc dạng hạt và dạng bột.
Các hạt và bào da thu được có kích thước không đồng nhất, biến đổi trong một khoảng rất rộng. Gần 50% mẫu sau nghiền ở dạng cấu trúc mảnh bào với kích chiều rộng khoảng 2mm, chiều dài ở cấp độ 3 - 5cm và chiều dày là 0,5mm. Khi quan sát các hạt và bột da sau nghiền cho thấy khi kích thước mặt đứng giảm xuống thì chiều dày cũng giảm.
Điều này là phù hợp với nguyên lý nghiền băm, vì khi da được đưa qua các trục nghiền thì lực tác động chủ yếu lên da là lực cắt theo phương vuông góc với bề mặt da, lực xé tác động lên da không nhiều.
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