4. Đóng góp của tác giả
3.2.2. Ảnh hưởng của xửlý bằng axit tới khả năng nghiền xé da
Các mẫu da cật được ngâm trong dung dịch axit sunfuric ở ba nồng độ khác nhau là 1,5M, 2M và 2,5M . Tại mỗi nồng độ axit thì các mẫu được lưu trong các thời gian lưu khác nhau lần lượt là 2 giờ, 3 giờ và 4 giờ.
Tốc độ phá hủy mẫu da theo thời gian nghiền (mức độ giảm thể tích mẫu) phụ thuộc nhiều vào hàm lượng và thời gian xử lý axit. Tỷ lệ phá hủy mẫu da theo thời gian nghiền được quan sát, đánh giá sơ bộ và tổng hợp trong bảng 4.
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của các điều kiện xử lý axxit tới khả năng phá hủy mẫu da cật theo thời gian
Xử lý axit sunfuric Tỷ lệ phá hủy mẫu theo thời gian nghiền (%)
Nồng độ Thời gian (giờ) 3 phút 5 phút 10 phút
1,5M
2 30 40 60
3 30 50 70
Xử lý axit sunfuric Tỷ lệ phá hủy mẫu theo thời gian nghiền (%)
Nồng độ Thời gian (giờ) 3 phút 5 phút 10 phút
2M 2 30 40 70 3 50 60 80 4 50 60 85 2,5M 2 30 40 70 3 50 60 80 4 50 60 85
Kết quả thu được cho thấy với các mẫu da qua xử lý axit, khi tăng nồng độ hóa chất thì tốc độ nghiền xơ diễn ra nhanh hơn. Điều đó cho thấy, khi nồng độ axit tăng, tốc độ phân tách xơ diễn ra nhanh, tuy nhiên bằng quan sát trực tiếp có thể nhận thấy xơ bị cứng.
Hình dạng mẫu sau nghiền xé được thể hiện trong các hình ảnh quan sát và thu nhận bằng máy ảnh thông thường (quan sát tổng thể) và kính hiển vi chụp ảnh. Và thể hiện trên các hình ảnh từ 3.19 đến 3.27.
Hình 3.19. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý axit sunfuric nồng độ 1,5M trong 2 giờ
a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.20. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý axit 1,5M trong 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.21. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật 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 3.22. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý axit 2 M trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.23. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật 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 3.25. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xửlý axit 2,5M trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.26. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý axit 2,5M trong 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b:chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.27. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật 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
Quan sát các hình ảnh từ 3.19 đến 3.27 có thể nhận thấy rất rõ, đối với da ngâm axít ở các nồng độ và thời gian khác nhau thì mẫu thu được sau quá trình nghiền đều nhận thấy hình dạng xơ rõ ràng hơn hẳn sơ với xử lý bằng kiềm. Tuy vậy các xơ này vẫn ở dạng bết dính, không tơi xốp, các xơ trong mẫu ở dạng thô, giữa các xơ vẫn còn màng bám dính.
Khi tăng nồng độ xử lý axit, tốc độ phá hủy chung của mẫu có tăng lên đáng kể tuy nhiên khả năng phân tách các xơ không có sự khác biệt nhiều. Hình ảnh các mẫu cho thấy cấu trúc dạng xơ có chiều dài tăng lên khi tăng nồng độ axit nhưng khi đó độ cứng của các bó xơ thu được cũng tăng lên.
Các kết quả này cho thấy, đối với da cật thì khả năng phân tách xơ tốt hơn nhiều so với xử lý kiềm. Mẫu thu được không có dạng nhớt mà cứng. Tuy nhiên các xơ thu được không tơi xốp.
3.2.2.2. Ảnh hưởng của xử lý 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,