4. Đóng góp của tác giả
2.3. 4 Phương pháp đánh giá kết quả
- Do các phế liệu da được thu nhận từ các nguồn khác nhau (các doanh nghiệp sản xuất giầy). Để đảm bảo các loại da dùng để nghiên cứu đủ đại diện cho các loại da phế liệu giầy thì các mẫu da trước khi nghiền được kiểm tra tính chất cơ, lý và độ dày theo các tiêu chuẩn sau:
+ TCVN 7121: 2007 ISO 03376:2002 (Xuất bản lần 2) - Da - phép thử cơ lý - xác định độ bền kéo và độ giãn đứt.
+ TCVN 7122-1: 2007 ISO 03377-1:2002 (Xuất bản lần 2) - Da - phép thử cơ lý - xác định độ bền xé - Phần 1: Xé một cạnh.
- Hiệu quả của quá trình nghiền xé được đánh giá thông qua trạng thái và hình dạng của các mẫu xơ sau nghiền xé. Các mẫu xơ sau nghiền được quan sát trên kính hiển vi điện tử chụp ảnh với ánh sáng phân cực có độ phóng đại cố định 50 lần cho tất cả các mẫu. Sử dụng phần mềm tích hợp tự động kiểm tra kích thước để đo
đạc và xác định đường kính, chiều dài xơ. Các thông số về đường kính và chiều dài là cơ sở để so sánh hiệu quả của các phương pháp nghiền.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Khảo sát một số đặc trƣng, tính chất của da phế liệu dùng để nghiền xé
Da phê liệu dùng để nghiên cứu nghiền xé được kiểm tra khảo sát một số đặc trưng, tính chất về độ dày, độ bền kéo đứt, độ giãn đứt và độ bền xé theo các tiêu chuẩn đã trình bày tại chương 2. Các kết quả về tính chất da được tổng hợp trên bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả đo độ dày, độ bền kéo đứt, độ giãn đứt và độ bền xé của phế liệu da thuôc
Mẫu Lần đo Độ dày
(mm) Độ bền đứt (N/ mm2) Độ giãn đứt (%) Lực xé lớn nhất (N) Da cật 1 1,75 13,97 22.17 34,77 2 1,80 16,20 21,77 43,70 3 1,74 15,61 24,03 32,18 TBC 1,76 15,27 22,66 36,88 Da váng 1 1,25 6,40 12,27 31,57 2 1,20 6,90 11,71 23,89 3 1,25 8,99 10,69 33,74 TBC 1,23 7,44 11,55 29,73
Kết quả thử nghiệm cho thấy, các chỉ tiêu độ bền đứt, độ bền xé, độ giãn đứt của mẫu da cật đều cao hơn hẳn mẫu da váng. Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết.
Các giá trị về độ dày, độ bền kéo đứt, độ giãn đứt và độ bền xé của da thuôc phế liệu nằm trong khoảng trung bình của các loại da thuộc dùng trong sản xuất giầy. Điều đó cho thấy các mẫu da đã lựa chọn để nghiên cứu là đủ tính đại diện cho phế liệu da thuộc của quá trình sản xuất giầy.
3.2. Khả năng nghiền xé da phế liệu bằng phƣơng pháp nghiền ƣớt
lượng giống nhau được ngâm trong các dung dịch axit và kiềm với các nồng độ khác nhau, sau đó được tiến hành nghiền xé bằng máy xay sinh tố (dạng cối xay thịt) trong môi trường nước.
Sau khi kết thúc quá trình nghiền các hỗn hợp được lọc, giặt trực tiếp dưới vòi nước chẩy và sấy khô. Khả năng nghiền xé được đánh giá thông qua tỷ lệ mẫu da bị phá hủy theo thời gian và hình dạng của hỗn hợp da, xơ da, bột da, màng da thu được sau quá trình nghiền, giặt và sấy.
3.2.1. Ảnh hưởng của quá trình xử lý kiềm tới khả năng nghiền xé da 3.2.1.1 Ảnh hưởng của xử lý kiềm tới khả năng nghiền xé da cật 3.2.1.1 Ảnh hưởng của xử lý kiềm tới khả năng nghiền xé da cật
Các mẫu da cật được ngâm trong dung dịch kiềm ở ba nồng độ khác nhau là 20g/l, 30g/l và 40 g/l. Tại mỗi nồng độ kiềm các mẫu được lưu trong các thời gian lưu khác nhau lần lượt là 2 giờ, 3 giờ và 4 giờ.
Tỷ lệ phá hủy mẫu da theo thời gian nghiền được quan sát, đánh giá sơ bộ và tổng hợp trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của các điều kiện xử lý kiềm tới tốc độ phá hủy mẫu da cật theo thời gian.
Xử lý kiềm Tỷ lệ phá hủy mẫu theo thời gian nghiền (%)
Nồng độ Thời gian (giờ) 3 phút 5 phút 10 phút
20 g/l 2 Không phá 10 35 3 10 50 75 4 30 70 85 30 g/l 2 10 20 35 3 30 70 85 4 50 50 90 40 g/l 2 30 50 90 3 50 85 90 4 70 90 95
Các kết quả thu được cho thấy với tất cả các mẫu thì tỷ lệ da bị phá hủy đều tăng lên theo thời gian nghiền. Tuy nhiên mức độ tăng khả năng phá hủy thay đổi đáng kể với các điều kiện xử lý kiềm khác nhau;
Với các nồng độ kiềm như nhau thì tốc độ phá hủy mẫu trong quá trình nghiền nhanh hơn với các mẫu có thời gian ngâm kiềm lớn. Điều này có thể giải thích do khả năng trương nở của da trong dung dịch kiềm tăng lên theo thời gian. Đồng thời quá trình ngâm kiềm cũng làm cho cấu trúc của da trở nên lỏng lẻo hơn và dễ bị phá hủy bởi lực cơ học.
Ở cùng một mức thời gian lưu, khi tăng nồng độ xử lý kiềm thì tốc độ phá hủy mẫu da cũng tăng lên đáng kể. Điều đó cho thấy khi nồng độ kiềm càng tăng thì khả năng trương nở của mẫu da cũng tăng lên. Đồng thời trong môi trường kiềm các liên kết phân tử giữa các mạch peptit của collagen sẽ bị yếu và thậm chí bị gẫy làm cho chúng dễ dàng bị phân tách.
Hình dạng xơ da 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. Các hình từ 3.1 đến 3.9 thể hiện hình ảnh của mẫu sau nghiền, lọc, giặt và sấy khô.
Hình 3.1. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 20g/l trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.2. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 20g/l trong 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm
1mm 1mm
Hình 3.4. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 30g/l trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.5. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 30g/l trong 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.6. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 30g/l trong 4 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm
1mm 1mm
Hình 3.7. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 40g/l trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.8. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da cật được xử lý kiềm 40g/l trong 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm
Các hình 3.1 đến 3.3 thể hình ảnh sau nghiền của mẫu da được xử lý kiềm ở nồng độ 30g/l với các thời gian lưu tăng dần. Hình 3.1 cho thấy xơ có trong mẫu da mới chỉ phân tách một phần do các màng liên kết xơ chưa phân dã hoàn toàn. Trong hình 3.2 ta thấy xơ da đã bắt đầu bị phân tách nhưng vẫn ở trạng thái bết dính tạo thành mảng và có kích thước từ 0,05mm đến 0,5 mm
Khi thời gian ngâm tăng lên 4 giờ đã nhận thấy hình ảnh xơ bị phân tách rõ rệt hơn nhưng mẫu sau nghiền có độ nhớt cao, khó giặt bằng nước lạnh. Xơ da bị phân tách nhanh hơn nhưng bết dính nhiều hơn, kích thước xơ khó xác định, xơ tạo thành mảng bết dính lớn.
Như vậy, đối với mẫu da cật ngâm kiềm ở nồng độ 20g/l khi thời gian ngâm càng lâu thì độ trương nở của các colagen càng nhiều, mức độ phân tách miếng da sẽ nhanh hơn nhưng độ nhớt dính của mẫu tăng lên rõ rệt.
Hình 3.4 thể hiện trạng thái mẫu sau nghiền của da được xử lý kiềm 30g/l trong 2 giờ. Hình ảnh này cho thấy sau khi nghiền mẫu thu được bết thành khối lớn, kích thước từ 0,05 đến 320mm.
Trạng thái tương tự cũng được ghi nhận với các mẫu còn lại. Nhìn chung khi tăng nồng độ kiềm lên mức 30g/l hoặc 40g/l thì mẫu sau nghiền không thu được hình dạng xơ đồng thời có độ nhớt cao. Đặc biệt là với các mẫu xử lý kiềm ở nồng độ 40g/l không thể giặt mẫu sau nghiền bằng nước lạnh mà phải trung hòa bằng axit.
Kết quả này cho thấy, việc xử lý kiềm với da cật không đem lại hiệu quả cho quá trình nghiền, các mẫu sau nghiền bết dính, nhớt cao. Điều này có thể giải thích do da đã bị hòa tan một phần trong môi trường kiềm và chuyển hóa về dạng cấu trúc gel.
3.2.1.2. Ảnh hưởng của xử lý kiềm tới khả năng nghiền xé da váng
Các mẫu da váng được ngâm trong dung dịch kiềm các điều kiện tương tự da cật, sau đó được nghiền và đánh giá.
Đối với các mẫu da váng được xử lý kiềm có một nhận xét chung là ở tất cả các mẫu thí nghiệm thì sau khi nghiền khoảng 30 - 45 giây miếng da đã bị phã hủy
khoảng 50% và sau khoảng 2 phút thì hầu như tất cả các miếng da đã bị nghiền hoàn toàn. Có thể thấy tốc độ nghiền của da váng sau khi xử lý kiềm nhanh hơn rất nhiều so với da cật.
Hình 3.10. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lýkiềm 20g/l trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.11. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý kiềm 20g/l, 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.12 Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý kiềm 20g/l, 4 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm
1mm 1mm
Hình 3.13. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý kiềm 30g/l trong 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.14. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý kiềm 30g/l, 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
1mm 1mm
Hình 3.16. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý kiềm 40g/l; 2 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.17. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý kiềm 40g/l, 3 giờ a: chụp bằng máy ảnh b: chụp bằng kính hiển vi phân cực
Hình 3.18. Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý kiềm 40g/l, 4 giờ
1mm
1mm 1mm
Hình 3.10 thể hiện hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý kiềm ở nồng độ 20g/l trong 2 giờ. Có thể nhận thấy mẫu đã được phân tách thành dạng các xơ một cách rõ ràng. Chiều dài các xơ thu được từ 10mm đến 30mm, đường kính xơ từ 0,035mm đến 0,191mm.
Các hình 3.11 và 3.12 thể hiện hình ảnh sau nghiền của các mẫu da váng được xử lý kiềm ở nồng độ 20 g/l và thời gian lần lượt là 3 và 4 giờ. Cả hai mẫu này đều ghi nhận hình ảnh dạng xơ sau nghiền, tuy nhiên kích thươc xơ có sự thay đổi so với mẫu xử lý kiềm ở 20g/l trong 2 giờ.
Hình ảnh sau nghiền của mẫu da váng được xử lý kiềm 20g/l trong 3 giờ (hình 3.11) cho thấy dạng xơ có chiều dài từ 10mm đến 25mm, đường kính xơ từ 0,052mm đến 0,321mm. Hình ảnh mẫu ngâm 4 giờ, nghiền thì xơ da thu được có chiều dài từ 8mm đến 20mm, đường kính xơ từ 0,061mm đến 0,748mm
Quan sát các mẫu có thể nhận thấy, với nồng độ xử lý kiềm là 20g/l, khi tăng thời gian ngâm, mẫu sau nghiền có độ nhớt tăng lên, lượng xơ thu được sau khi lọc và sấy giảm đi. Điều này có nghĩa là một lượng xơ da đã bị hòa tan trong kiềm trong quá trình nghiền. Mặc dù cả ba mẫu này đều có hình ảnh thu được sau nghiền dạng xơ, nhưng với các mẫu ngâm kiềm ở thời gian dài thì xơ ngắn lại (25mm với mẫu ngâm 3 giờ và 20mm với mẫu ngâm 4 giờ), đồng thời đường kính lại tăng lên.
Hình ảnh của các mẫu sau nghiền của da được xử lý kiềm ở nồng độ 30g/l với các thời gian khác nhau được thể hiện trên các hình từ 3.13 đến 3.16. Quan sát các mẫu này có thể nhận thấy, các mẫu sau nghiền có dạng xơ tuy nhiên lượng xơ da còn lại ít hơn so với các mẫu xử lý ở nồng độ 20g/l. Xơ cứng hơn, và vẫn còn một phần keo nhớt bám dính. Đặc biệt với mẫu ngâm trong 4 giờ phải giặt bằng axit mới có thể loại bỏ hoàn toàn lớp vật liệu nhớt. Quan sát trên hình 3.13 nhận thấy với các mẫu da ngâm trong 2 giờ, xơ thu được có chiều dài từ 10mm đến 25mm, đường kính xơ từ 0,044mm đến 0,279mm; với mẫu ngâm 3 giờ thì xơ có chiều dài khoảng xấp xỉ 20mm và đường kính dao động trong khoảng 0,044mm đến
Đối với xơ da ngâm dung dịch kiềm 40g/l, nhận thấy mẫu có độ nhớt rất cao, kể cả ở thời gian ngâm là 2 giờ. Các mẫu thu được sau nghiền cũng có dạng xơ nhưng ngắn hơn, đạt mức dưới 10mm.
Như vậy với các mẫu da váng được xử kiềm có thể đưa ra một số nhận đinh chung như sau:
- Mẫu sau nghiền có dạng xơ, tuy nhiên xơ có dạng thô, kích thước xơ phụ thuộc vào nồng độ hóa chất và thời gian nghiền. Nồng độ kiềm càng cao hoặc thời gian ngâm càng dài sẽ làm cho xơ sau nghiền có chiều dài ngắn lại.
- Trừ mẫu da ngâm kiềm nồng độ 20g/l trong 2 giờ, các mẫu còn lại đều cho thấy độ nhớt của mẫu sau nghiền cao, lượng da bị hòa tan trong quá trình nghiền lớn. Vì vậy, nếu dùng phương pháp xử lý kiềm cho da váng thì chỉ nên dừng lại ở mức khoảng 20g/l.
3.2.2. Ảnh hưởng của xử lý bằng axit tới khả năng nghiền xé da 3.2.2.1. Ảnh hưởng của xử lý bằng axit tới khả năng nghiền xé da cật 3.2.2.1. Ảnh hưởng của xử lý bằng axit tới khả năng nghiền xé da cật
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